基于物聯網技術的智能公交系統設計

牛國宏

(西安市高新區規劃建設局)

1 引 言

隨著我國經濟建設的和城市規模的快速發展，交通擁堵已經成為困擾各大城市的一個難題。雖然許多城市采取了車輛限行、擁堵收費等策略緩解交通擁堵，但是很難從本質上改變交通擁堵的現狀。借鑒國外在城市交通管理的經驗，政府和交通管理者已經普遍認識到發展公共交通系統是解決城市交通擁堵的根本途徑。因此，國家推出了許多的公交優惠政策，公共交通的規模也是越來越大，但是由于路網規模與汽車數量之間的嚴重失衡，給城市公共交通的運營帶來了很大的壓力。同時，信息技術飛速發展的今天，傳統的公交系統已經無法滿足人們的需求，人們對公交系統的運營提出了更高的要求，這無疑給公交系統的運營和管理提出了新的挑戰。

智能公交就是利用GPS 技術、GIS 技術、無線通信技術、信息處理技術等來提高城市公交系統的信息化、智能化和個性化的服務水平，實現智能的公交車輛定位與跟蹤、智能車輛調度、車速監管、車輛軌跡回放、動態提示到站距離和時間等功能，從而提升公交系統的運營效率和服務水平。物聯網是通過RFID 技術、ZigBee 技術、無線傳感網絡技術等實現物與物、人與物之間的信息交互。因此，結合物聯網技術設計智能公交系統，提高城市公共交通系統的現代化水平，對于緩解城市交通擁堵問題具有重要作用。

2 基于物聯網技術的智能公交系統架構

基于物聯網技術的智能公交系統分感知層、網絡層和應用層三個層次，具體的系統架構如圖1 所示。

(1)感知層。通過路側的智能公交站牌檢測車輛的RFID 標簽，獲取車輛的車牌、運行線路等基本信息，通過GPS 獲取車輛位置信息，并通過車內攝像機獲取車內相關監控視頻，最終將所有信息利用無線通信模塊傳輸到公交運營管理與調度中心。

(2)網絡層。主要通過無線通信技術獎感知層獲取的車輛相關信息傳輸到公交運營管理與調度中心。該系統支持常用的GPRS、3G、4G、WiFi、ZigBee 等無線通信技術，在具體應用時可根據實際情況進行選擇。

(3)應用層。是系統功能的具體體現，主要面向公交調度管理者和出行者兩個層面。對于管理者和實現車輛的智能調度、車輛跟蹤、車速監管等。對于出現者可實時查詢車輛到站時間、到站距離、客流狀況、等待時間、緊急信息等。

圖1 基于物聯網技術的智能公交系統架構圖

3 基于物聯網技術的智能公交系統數據流圖和關鍵技術

3.1 系統的數據流圖

對應系統的架構圖，系統的數據流圖亦分為信息采集、信息處理和信息發布三個層次，信息采集是系統的基礎，信息處理是系統的核心，信息發布是系統功能的具體展現，具體的數據流圖如圖2 所示。

(1)信息采集。該層為物理層對應系統架構中的感知層，通常主要是利用車內的各種傳感器獲取車輛和乘客的有關數據，它是整個系統的基礎。

(2)信息處理。該層主要完成對采集的各種信息的處理、分析、融合，其通常在運營管理與調度中心完成。主要完成車輛位置估計、車速估計、車內人數估計、到站時間估計、到站距離估計、車輛跟蹤等功能。

(3)信息發布。主要是通過智能站牌、互聯網、手機、路側終端等方式將車輛的相關信息發布給出行者，使得出行者可實時掌握選擇線路公交車的到站時間、客流狀況等信息。

圖2 基于物聯網技術的智能公交系統數據流圖

3.2 系統關鍵技術

(1)車速估計。車速估計是智能公交系統的關鍵問題之一，其直接決定著車輛到站時間預報的可靠性。傳統的車速估計主要是利用車載的GPS 獲取的車輛位置信息進行計算車輛的行車速度。但是GPS 在高樓密布的城市中，很容易出現盲點，從而導致GPS 數據的精度下降甚至失效。因此基于物聯網的智能公交系統可通過車輛的RFID 標簽和智能公交站牌之間的信息交互實現車輛位置的快速定位，從而計算得到車輛的運行速度。并于GPS 數據進行相融合，提高車速估計的精度。

(2)IC 卡數據的深度挖掘。公交IC 卡數據是典型的大數據，其中蘊含了豐富的信息內容。對于經常乘坐公交的乘客來說，其乘坐時間和路線均具有很強的規律性。因此通過IC 卡信息可以推算乘客的上下車站點，進而估計出OD 分布，這樣可有效的掌握大致的公交運行線路的客流分布，從而有利于公交的優化調度。同時結合乘客的上下公交時間，結合站點之間的距離和大致對車速進行估計，也可為車速的精確估計提供重要的參考。

(3)車內客流估計。目前大多數車輛均安裝有視頻監控，可以直觀掌握車內的乘客狀況。隨著視頻處理技術的發展，利用有效快速的識別算法可快速計算并統計出車內的大致乘客數量，并對車內的擁擠狀況作出判斷，并可通過信息發布設備及時告知等車的乘客，便于乘客快速做出是否換乘的決定。

4 結束語

物聯網是結合傳感、通信、網絡、信息處理等多個技術的技術體系。本文結合物聯網技術設計智能公交系統的總體架構和數據流圖，并分析討論了其關鍵技術，旨在通過物聯網技術在智能公交系統中應用的探討來提高公交系統運營的效率和服務水平，從而有效緩解城市擁堵的問題。

［1］李思淵，葛瀛龍，陳魏欣.物聯網在智能公交及停車場中的應用［J］.大眾科技，2014，16(175):22－24.

［2］趙娟.物聯網在智能交通中的應用［J］.黑龍江交通科技，2011，(3):119－120.

［3］劉賓，陳占帥，褚志鵬，等.基于GPRS 的智能公交站牌顯示系統設計［J］.電子設計工程，2014，22(11):134－136.

［4］陳章進，姚真平，張建峰.基于ZigBee 技術的城市智能公交系統設計［J］.電子測量技術，2014，37(4):38－42.