经济实用型公交电子站牌系统的设计研究

鲍钦何，陈湘荣

（湖南大学工商管理学院，长沙410082）

经济实用型公交电子站牌系统的设计研究

鲍钦何，陈湘荣

（湖南大学工商管理学院，长沙410082）

本文针对目前普遍存在着公交电子站牌系统制作和建设成本偏高的现象进行了分析，提出了降低成本的一些指导思想，试图为引电困难的公交站点设计一种低成本、低能耗、不用市电的电子站牌，并为这种电子站牌进行了总体结构和功能模块两方面的设计研究。

公共交通；电子站牌；太阳能；手摇发电

公交电子站牌作为智能公交系统的一部分，能够动态显示经过该站点的所有公交车辆即将到达该站点的时间和距离，让候车人清楚地知道各车辆何时到达，给乘客带来了很大方便。但是，公交电子站牌在我国的现状是试点多、普及比较困难，在设计、建设和运行等方面还存在一些问题。我们来看一下相关媒体的报道：“岩城40块电子公交站牌仅1块通电市民：如同摆设”（《闽西新闻网》2015-03-27报道）；“公交电子站牌推广遇尴尬：缺乏电力供应，电子站牌想亮不容易”（《中国江苏网》2014-10-29报道）；“公交电子站牌推广失败近10次投入成本过高公司已放弃”（《财经网》2014-09-22报道）；“北京公交电子站牌多成摆设未及时准确发布信息：智能站牌不通电变黑屏”（《北京晨报》2012-11-19报道）。通过分析这些报道，我们发现成本高、引电难已成为了公交电子站牌建设和推广中的主要矛盾，特别在近郊的城乡公交线路上的公交站点，还有部分存在电力线路无法到达或电力容量不足，不能给电子站牌通电的状况。

因此，我们试图为引电困难的公交站点设计一种低成本、低电力消耗、不用市电的电子站牌。首先，我们为这一款公交电子站牌的设计制定了一个指导思想：经济实用，只保留主要功能，其他性价比低的非必要功能坚决砍掉；并且努力把电子站牌系统的总成本（包括电子站牌的制作成本、建设成本和维护成本）降下来。具体来说，相比较常规电子站牌，我们在研发思路上做了以下三个方面的规划：

（1）砍掉电子站牌的商业广告功能。常规电子站牌有一个LCD液晶显示屏，该屏的功能就是播放商业广告。我们调查了解到：公交电子站牌上的LCD广告显示屏，因广告效果差、商业价值低，多数商家不愿、或只愿出少量钱在这上面打广告，与投入的LCD液晶显示屏+商业广告系统的成本比，产出很低，所以这个亏本买卖应该砍掉、砍掉后电子站牌的制作成本就有了大幅下降。

（2）砍掉电子站牌的摄像功能。常规电子站牌有一个以摄像头为核心的视频摄像传输功能，我们认为这个功能存在的意义不大，事实上试点单位大多不很清楚这摄像头要摄什么、摄录的视频传输给谁看、起什么作用，我们认为交通部门和公安部门已在公交沿线安装了很多高清摄像头，其他部门也基本不需要公交电子站牌来拍摄什么，因此砍掉这个摄像系统（包含摄像头、影像贮存设备、影像传输设备），让电子站牌的制作成本再次大幅下降。

（3）增加太阳能和手摇发电作为这款电子站牌的电力来源。我们了解到，在城乡结合部、或电力紧张地区，要为公交电子站牌引电而建设电力线路的费用是相当的高。为了降低成本又能经济实用，本文研究的这款电子站牌选择太阳能供电作为电子站牌的主要能量来源，同时提供手摇发电作为补充。因为在阴雨天气、夜晚等时段，太阳能供电不足以支持电子站牌的工作，我们设计了手摇转盘发电作为电子站牌的另一电力来源，并选择合适功率的发电机，使广大候车者手摇发电摇得动、摇后略有点累，这样既能让候车者打发无聊候车时间，又能达到健身效果。一般来说，候车者会乐意接受这种手摇发电方式。通过成本分析可以知道，太阳能发电和手摇发电方式增加了电子站牌的制作成本、却省去了为引市电需要建设电力线路的建设成本，二者相抵后总成本仍有一定程度的下降；砍掉电子站牌的商业广告功能和摄像功能后，总成本则有明显的下降。

这一款经济实用型公交电子站牌的整体结构设计如图1所示，其主要部件有：不锈钢框架（含两根立柱和横梁）、转盘和手摇柄、发电机和齿轮组、太阳能电池板、蓄电池、高亮的LED显示屏、电源控制器、GPRS数据传输模块等。

其主要功能是：动态显示经过该站点的所有公交车辆即将到达该站点的时间和距离，并且在不增加硬件设施的前提下，通过软件编程的方法插播当前时间、当日天气、道路拥堵情况、紧急通知、公共重大消息等，方便人们出行。

图1　电子站牌的整体结构示意图

图2　电子站牌的功能模块结构图

图2是该电子站牌的功能模块结构图，各功能模块的分析设计如下：

（1）太阳能供电模块的设计：太阳能供电模块由太阳能电池板、电源控制器和蓄电池三部分组成。太阳能电池板把太阳能转换为电能，传输给电子站牌，或传输到蓄电池中储存起来。电源控制器在这一电力输送过程中负责实现平衡负载，协调太阳能电池板、手摇发电机、蓄电池、电子站牌的工作，其工作原理主要是通过驱动电路产生适当的PWM脉冲信号来执行DC/ DC转换电路内部开关的通断，实现对转换电路输出电压及电流的控制，达到稳定输出电压至负载的目的。

（2）手摇发电模块的设计：手摇发电模块主要由发电机、齿轮、摇臂三部分组成，考虑到人做功的最大功率一般在0.1到0.2马力之间，也就是约73到150W的功率，所以选择发电机功率在20W左右，使人手摇发电时不至于感到太吃力，强度和骑单车差不多。齿轮组的作用就是变速，把转慢的手摇速度变成了发电机转子的高转速，有利于提高发电效率。此时发电机发出的是电压频率脉动的交流电，需要经过二极管整流桥的整流变为电压脉动的直流电。该直流电再经过电源控制器的控制处理，形成稳定幅值的直流电压后再输送到电子站牌或蓄电池。

（3）蓄电池充放电模块的设计：对于蓄电池的充电来说，马斯定律表明，其最佳充电特性曲线是下降的，但是我们可以阶段性地保持充电电压固定不变，充电一段时间之后采用减少一级的恒定电压再充电。这样在每个较小的恒电压充电阶段，充电电流依据指数规律下降，符合电池充电最佳曲线的要求。通过电源控制器对蓄电池间隔恒充的过程中，实时测量蓄电池的端电压，对蓄电池进行充放电保护，防止蓄电池过充或过放。

（4）电子站牌信息控制模块的设计：该控制模块主要实现车辆到站预报和公交信息的发布，在LED屏上显示公交线路、运行时段、乘客人数、到站信息、换乘信息和公交线路是否正常运行等信息，其中车辆到站预报功能是电子站牌的核心功能，使用历史趋势和多元线性回归等混合算法预测车辆到站时间，通过刷屏分别显示站数预报、里程预报和时间预报，尽可能地提供面向乘客的差别化信息需求，同时电子站牌还可以通过GPRS从公交信息中心获取道路异常信息、车辆线路调整信息等及时显示在LED屏上，避免了候车乘客无效等车。同时在不增加成本的前提下，电子站牌也可穿插显示如地震、火灾、冰雹等重大公共信息，或穿插显示公交系统的紧急通知等内容。

（5）公交信息中心后台服务器软件的设计：获得车辆的实时运行信息，计算出各公交线路、站点的不同车辆的预计到达时间、里程数等数据，并把这些数据经过筛选后通过GPRS发给不同地点的电子站牌。有一个需要注意的地方，这款电子站牌在长期恶劣天气下可能只有手摇发电这一种电力来源了，这时存在着有人摇时有电、无人摇时无电的情况，此时GPRS数据的传输存在着较频繁的断开和重新连接的要求，需要软件设计时循环测试GPRS数据传输的连接是否正常，一旦发现GPRS数据传输通道断开了，后台服务器软件就应及时放弃发送信息、并初始化相关的数据连接变量、等待电子站牌端重新发来连接请求信号。

总的来说，本文研究的公交电子站牌的特点就是：成本较低、适用于引电困难的地区。以太阳能供电、手摇发电和蓄电池充放电三者组合形成了全天候的电力供应方式，不需要为引市电而建设电力线路，降低了建设成本，也提高了建设速度。文中有别于常规公交电子站牌的一些经济实用思想或许能为智能公交系统的建设者们提供一些参考。

主要参考文献

［1］屈军军.一种高效率20W手摇发电机的设计［J］.电源技术应用，2012（7）：49-51.

［2］施辉伟，冯乾，赵忠山.户用人力发电系统的研究及在无电地区的应用［J］.云南电业，2011（5）.

10.3969/j.issn.1673-0194.2016.13.122

F572.88；U495

A

1673-0194（2016）13-0215-03

2016-03-31

广东省教育部省部产学研重点项目（No.2010B0904000 32）。

鲍钦何（1968-），男，湖南大学工商管理学院讲师，主要研究方向：管理信息系统（通讯作者）；陈湘荣（1970-），女，湖南大学工商管理学院高级会计师，主要研究方向：高级财务分析。