基于物联网技术的智能公交系统设计

2015-08-05牛国宏

黑龙江交通科技 2015年7期

牛国宏

(西安市高新区规划建设局)

1 引言

随着我国经济建设的和城市规模的快速发展，交通拥堵已经成为困扰各大城市的一个难题。虽然许多城市采取了车辆限行、拥堵收费等策略缓解交通拥堵，但是很难从本质上改变交通拥堵的现状。借鉴国外在城市交通管理的经验，政府和交通管理者已经普遍认识到发展公共交通系统是解决城市交通拥堵的根本途径。因此，国家推出了许多的公交优惠政策，公共交通的规模也是越来越大，但是由于路网规模与汽车数量之间的严重失衡，给城市公共交通的运营带来了很大的压力。同时，信息技术飞速发展的今天，传统的公交系统已经无法满足人们的需求，人们对公交系统的运营提出了更高的要求，这无疑给公交系统的运营和管理提出了新的挑战。

智能公交就是利用GPS 技术、GIS 技术、无线通信技术、信息处理技术等来提高城市公交系统的信息化、智能化和个性化的服务水平，实现智能的公交车辆定位与跟踪、智能车辆调度、车速监管、车辆轨迹回放、动态提示到站距离和时间等功能，从而提升公交系统的运营效率和服务水平。物联网是通过RFID 技术、ZigBee 技术、无线传感网络技术等实现物与物、人与物之间的信息交互。因此，结合物联网技术设计智能公交系统，提高城市公共交通系统的现代化水平，对于缓解城市交通拥堵问题具有重要作用。

2 基于物联网技术的智能公交系统架构

基于物联网技术的智能公交系统分感知层、网络层和应用层三个层次，具体的系统架构如图1 所示。

(1)感知层。通过路侧的智能公交站牌检测车辆的RFID 标签，获取车辆的车牌、运行线路等基本信息，通过GPS 获取车辆位置信息，并通过车内摄像机获取车内相关监控视频，最终将所有信息利用无线通信模块传输到公交运营管理与调度中心。

(2)网络层。主要通过无线通信技术奖感知层获取的车辆相关信息传输到公交运营管理与调度中心。该系统支持常用的GPRS、3G、4G、WiFi、ZigBee 等无线通信技术，在具体应用时可根据实际情况进行选择。

(3)应用层。是系统功能的具体体现，主要面向公交调度管理者和出行者两个层面。对于管理者和实现车辆的智能调度、车辆跟踪、车速监管等。对于出现者可实时查询车辆到站时间、到站距离、客流状况、等待时间、紧急信息等。

图1 基于物联网技术的智能公交系统架构图

3 基于物联网技术的智能公交系统数据流图和关键技术

3.1 系统的数据流图

对应系统的架构图，系统的数据流图亦分为信息采集、信息处理和信息发布三个层次，信息采集是系统的基础，信息处理是系统的核心，信息发布是系统功能的具体展现，具体的数据流图如图2 所示。

(1)信息采集。该层为物理层对应系统架构中的感知层，通常主要是利用车内的各种传感器获取车辆和乘客的有关数据，它是整个系统的基础。

(2)信息处理。该层主要完成对采集的各种信息的处理、分析、融合，其通常在运营管理与调度中心完成。主要完成车辆位置估计、车速估计、车内人数估计、到站时间估计、到站距离估计、车辆跟踪等功能。

(3)信息发布。主要是通过智能站牌、互联网、手机、路侧终端等方式将车辆的相关信息发布给出行者，使得出行者可实时掌握选择线路公交车的到站时间、客流状况等信息。

图2 基于物联网技术的智能公交系统数据流图

3.2 系统关键技术

(1)车速估计。车速估计是智能公交系统的关键问题之一，其直接决定着车辆到站时间预报的可靠性。传统的车速估计主要是利用车载的GPS 获取的车辆位置信息进行计算车辆的行车速度。但是GPS 在高楼密布的城市中，很容易出现盲点，从而导致GPS 数据的精度下降甚至失效。因此基于物联网的智能公交系统可通过车辆的RFID 标签和智能公交站牌之间的信息交互实现车辆位置的快速定位，从而计算得到车辆的运行速度。并于GPS 数据进行相融合，提高车速估计的精度。

(2)IC 卡数据的深度挖掘。公交IC 卡数据是典型的大数据，其中蕴含了丰富的信息内容。对于经常乘坐公交的乘客来说，其乘坐时间和路线均具有很强的规律性。因此通过IC 卡信息可以推算乘客的上下车站点，进而估计出OD 分布，这样可有效的掌握大致的公交运行线路的客流分布，从而有利于公交的优化调度。同时结合乘客的上下公交时间，结合站点之间的距离和大致对车速进行估计，也可为车速的精确估计提供重要的参考。

(3)车内客流估计。目前大多数车辆均安装有视频监控，可以直观掌握车内的乘客状况。随着视频处理技术的发展，利用有效快速的识别算法可快速计算并统计出车内的大致乘客数量，并对车内的拥挤状况作出判断，并可通过信息发布设备及时告知等车的乘客，便于乘客快速做出是否换乘的决定。