物聯網在智能公交及停車場中的應用

（杭州電子科技大學，浙江 杭州 310018）

2012年年末，全國城市及縣城擁有公交專用車道5255.8千米，比上年末增加了830.2千米。公共汽電車運營車輛47.49萬輛、52.82萬標臺，分別比上年末增長4.8%和5.7%。運營線路38243條，總長度71.46萬千米，比上年末增加了2359條，4.16萬千米。

隨著城市快速發展，城市規模不斷擴大，城市公交系統也不斷變得龐大。城市雖在發展但車輛增長速度遠快于城市道路規模的發展，這給城市公交系統帶來了不小的壓力。因此城市公交系統的正常高效運營，就必須依賴于運營管理和技術手段的先進性，還必須形成能夠實時、有效地獲取和處理公交信息的管理機制。

智能公交就是運用當下最先進的GPS定位技術、3G通信技術、GIS地理信息系統技術，結合公交車輛的運行特點，建設公交智能調度中心，對線路、車輛進行規劃調度，實現智能排班、提高公交車輛的利用率，同時通過建設完善的視頻監控系統實現對公交車內、站點及站場的監控管理。

物聯網是通過全球定位系統（GPS）、射頻識別（RFID）、紅外感應器、激光掃描儀等傳感設備，以一定標準的協議，把物品與互聯網連接在一起，然后進行信息通信和交換，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種概念。它的核心技術主要包括RFID技術、4G技術、ZigBee技術、無線傳感網（Wireless Sensor Net-work,WSN）技術、超寬帶（UWB）技術、GPS等[2]。

物聯網的核心是物與物、人與物之間的信息交互，其基本特征課概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。它的作用在于，從物理世界獲取信息，經過信息處理機制的處理后反作用于物理世界，使人能更方便有效地管理和利用物理世界。

1 智能公交應用現狀

智能公交已經在江蘇、廣州、浙江等9個省（區）的常州、南京、武漢、深圳等21個城市進行了初步推廣應用，提升了城市公交系統的現代化水平和服務能力，起到了有效緩解城市道路交通擁堵、實現交通節能減排的作用。

公交系統智能信息服務方面，武漢、深圳、寧波、無錫等多個城市已建成智能公交系統平臺并進行了示范運營，不僅能夠實現公交車輛的智能化調度，同時亦能提供面向計算機、智能手機等多種終端的公交動態出現信息查詢服務。該智能公交系統平臺在城市的示范推廣，極大地提高了公交車輛的準點率，優化了公交車輛調度系統，方便了城市居民的公交出行，獲得了顯著的社會效益和經濟效益。

2 物聯網在智能公交中的應用

2.1 智能公交系統總體結構設計

基于物聯網的智能公交系統包括4個實體子系統，分別為乘客子系統，調度中心子系統，車輛子系統，道路交通子系統。

（1）乘客子系統

乘客子系統包括電話問詢、互聯網查詢、觸摸屏查詢、電子站牌顯示等四個功能。對于以公交出行的人來講，它們需要有多種途徑來及時了解想要乘坐的公交車或線路的情況或信息，包括班次，時間，線路，下一班公交的距離、時間、擁擠度，全程可換乘信息等全面實時的信息。乘客子系統與其他子系統通過通信網絡進行數據交換，從網絡中獲取到實時的車輛及線路的相關信息，然后展示給乘客，乘客便可以隨時地了解到所需要的內容。

（2）公交車輛子系統

公交車輛子系統包括公共信息發布、特殊指令下達、車輛間聯絡、運行情況反饋等四個功能。每一輛公交車，在車身上都會安裝信息采集裝置和唯一ID標識的RFID標簽，再通過物聯網的遠距離微波讀寫技術，RFID技術，GPS定位技術在全程，每個公交站和其他特定的公交線路中的某些地點，收集每一輛公交車的實時信息，通過通信網絡匯總至數據中心進行與其他子系統的數據交互。

（3）道路交通子系統

道路交通子系統包括站點客流情況、道路交通狀況和緊急突發事件等三個功能。通過該子系統，公交系統可以及時準確的獲取到各個站點的客流情況，道路交通狀況和緊急突發事件。通過該子系統可以使車輛的調度、分配、到站預報等等諸多工作和功能的準確性得到提升，也可以提升公交系統的管理效率。

（4）調度中心子系統

調度中心子系統包括車輛監控、公交信息采集與發布、公交信息處理、緊急事件處理、調度輔助決策等五項功能。調度中心是公交系統的心臟，各個子系統采集的信息，發出的請求，發生的事件都需要通過調度中心處理，統籌整個系統的運行。對乘客子系統的查詢做出反饋，對公交車輛子系統提交的信息進行處理和發布、調度和決策，對道路交通子系統的信息處理，對緊急突發事件的處理。

四個子系統通過物聯網絡相連接，使整個智能公交系統整體正常高效地運轉，真正體現了公交系統的智能化。

2.2 智能公交系統中的關鍵技術

（1）地面公交運行信息感知技術

地面公交運行信息感知技術基于居民出行調查數據、公交IC卡數據、車載定位設備及道路交通管理控制設施自動采集的數據，進行挖掘、分析、建模與應用軟件系統開發，具有實用性強、技術可靠性高的特點。其中，基于小票調查法和 IC卡數據獲得其持有乘客的上下車站點的快速公交站點OD推算方法，能夠大大提高公交運行過程中實時客流信息感知的效率。基于公交IC卡數據和AVL數據的公交信息融合分析系統，能夠動態感知公交客流分布。

（2）公交主導型交通系統控制技術

該技術提出了公交車輛、社會車輛、行人過街的協同控制方法，實現了公交主干線綠波通行控制的技術突破，主要包括以下兩個方面：

①公交線路—停靠站—路口協同控制技術。對于設停靠站的信號交叉口，建立了并行遞推最小二乘預測算法，同步預測公交車輛進站時刻、公交車輛停靠時長及交叉口社會車輛通行需求等動態信息。基于動態博弈理論，提出了公交線路—停靠站—路口協同控制優化方法，實現了公交車輛在交叉口利用紅燈時間上下乘客，綠燈時刻通行，上下的乘客利用紅燈的時間進出車站。該技術的突破可大幅度減少公交車輛在停靠站和交叉口的總延誤。

②地面公交綠波通行控制技術。對于無停靠站的信號交叉口利用公交通行動態感知技術，提出了基于馬爾科夫鏈的公交車輛行駛時間預測方法，建立了多目標、多規則的地面公交綠波通行優化方法，實現了無停靠站交叉口信號控制方案的自適應和公交車輛調度方案的自校正，確保公交車輛在交叉口處的綠波通行。對于設行人過街信號燈的路段，根據行人過街行為的在線估計，提出了行人過街信號魯棒控制算法，實現了路段中公交車輛的綠波通行，減少了沖突，提高了公交車輛綠波通行的穩定性。

3 物聯網在智能公交停車場管理系統中的應用

3.1 物聯網智能公交停車場概述

當公交車進入停車場（以下簡稱入場）后，需要經歷安全檢查（以下簡稱安檢），收繳票款（以下簡稱收銀），車輛加油，修理，清洗（以下簡稱洗車），泊車，巡更，直到離開停車場（以下簡稱出場）這樣一個完整的生命周期。傳統的公交停車場管理體系對于現在龐大的公交系統來說，已經無法高效經濟地完成這項任務。

公交車在生命周期中的每一個環節，都將有聯網的設備對其進行數據采集，車輛停放的泊位也通過物聯網來智能管理。由于停車場管理系統還將為公交公司其他多個部門的信息管理系統提供不同類型和格式的數據，有些信息管理系統也需要為停車場管理系統提供必需的數據，因此，物聯網系統構架就不單要考慮“物-物”互聯和“物-網”互聯的情況，還要考慮“系統-系統”互聯。故采用了RFID技術，遠距離微波讀寫和中間件技術作為項目的核心技術設計的基于物聯網的智能公交停車場管理系統才是高效、經濟、簡潔的管理系統。如圖1為智能公交停車場物聯網示意圖。

圖1 智能公交停車場物聯網示意圖

3.2 智能公交停車場管理系統體系結構

管理系統共分為七個子系統。

（1）入場感知子系統

通過微波天線自動識別裝在公交車輛上的電子標簽獲取車輛信息，并對車輛安檢，對車輛破損部位進行拍照取證，同時入口門衛使用無線手持設備讀取司機卡號和車輛信息，檢驗司機與車輛的組合是否和調派計劃一致，系統將感知到的數據通過公司內部的無線局域網傳輸到感知數據中間件服務器，完成入場和安檢過程。

（2）收銀感知子系統

車輛進入收銀室區域時，收銀員使用無線手持設備讀取車輛上錢箱及錢袋中的電子標簽中的信息，獲取錢箱和錢袋信息，設備會將錢箱和錢袋編號連同車輛信息等數據通過無線局域網傳輸到服務器，完成收銀過程。

（3）加油感知系統

車輛到達停車場加油區時，加油區工作人員使用無線手持設備讀取公交車和司機的信息，等車輛加完油后，加油機上的嵌入式系統會將車輛加油的相關數據以及之前手持設備讀取的車輛信息和司機信息一起通過局域網傳輸到服務器，完成加油過程。

（4）洗車感知系統

車輛經過臨時泊車位等待前面的車洗完后到達洗車臺，洗車臺的“進”遠距離微波天線會獲取車輛信息，并在LED顯示屏上顯示“XXXX”車輛正在清洗中，洗車工刷卡并清洗公交車輛，車輛清洗完畢后駛出洗車臺，洗車臺的“出”遠距離微波天線也會讀取車輛信息。

（5）泊位感知系統

車輛進入和駛出泊車區域時，場地門口的“進”和“出”遠距離微波天線會獲取車輛信息，并在場地門口的LED顯示屏上更新空位數量。如果停車場為立體結構的，那么在每層出入口都必須安裝“進”和“出”的遠距離微波天線。遠距離微波天線將獲取到的車輛進出泊位信息傳輸到感知數據中間件服務器完成車輛泊位。

（6）巡更感知系統

在晚間進出停車場的車輛減少，泊位數量較為固定時，巡更人員按照規定的路線使用超高頻無線手持設備依次讀取泊位上公交車的電子標簽；然后把車輛信息和泊位信息比對并綁定后，通過局域網傳輸到服務器，完成巡更過程。

（7）出場感知系統

司機早上報到后，根據調派計劃和LED顯示屏上顯示的車輛泊位信息找到要駕駛的車輛，駛出停車場。“出”遠距離微波天線獲取到駛出停車場的車輛信息，出口門衛會使用無線手持設備讀取司機卡號，驗證司機及車輛信息是否和調派計劃一致，同時設備將車輛電子標簽中的識別碼消除。司機信息，車輛信息等感知數據通過無線局域網傳輸到服務器，完成出場過程。

七大感知系統將收集車輛數據并傳輸到感知數據中間件服務器，服務器上的管理系統對數據進行分析并調度公交公司數據中心，銀行電子商務系統等實現諸如加油，洗車，消費結算的功能。并且對車輛的動態進行跟蹤，然后提供泊車位向導等服務。公交公司亦可根據系統統計報表等信息進行有效的管理優化。

4 結語

物聯網是由各種技術融合而成的新型技術體系。通過物聯網技術在智能公交中的應用可以使公交的運營和管理變得高效、經濟、方便，也能對降低能耗、改善環境污染、提升城市形象做出了貢獻。將物聯網運用到公交停車場的管理中也可以使停車場的管理更加方便、高效，減少人為管理帶來的偶然性錯誤。這些都具有巨大的社會效益和經濟效益。但是，影響物聯網大規模應用的關鍵問題是技術繁多，而且需要互聯互通，只有很好的解決這一點，才能真正給社會造福。

[1]葛瀛龍,金凌.物聯網感知技術在公交停車場管理系統中應用研究[C].第八屆中國智能交通年會學術委員會.第八屆中國智能交通年會優秀論文集.北京:工業出版社,2013. 9:13-19.

[2]劉強.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學,2010,37(6):1-4.

[3]南志海.物聯網在智能交通系統中的應用[J].技術應用,2013.

[4]張洪韜.物聯網在智能交通應用的研究探索[J].科技向導,2013,(9):57.

[5]孫其博.物聯網:概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報,2010,33(3):1-9.