基于WIFI探針技術的公交移動預收費系統研究

華雯婷

摘要：為了緩解城市道路公交車停靠時間過長導致的道路瓶頸問題，本研究擬采用新型WIFI探針技術，結合手機應用程序研究一套公交車快速收費系統，從減少收費驗證時間上來大幅節省乘客上車時間，從而進一步節省公交車停靠時間，最大程度的減少公交車停靠對交通流的影響。系統主要由基于WIFI探針技術的識別驗證系統和基于智能手機的公交車預支付軟件組成。

關鍵詞：公共交通;WIFI探針;預支付

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0174-01

在城市道路中，公交車的停靠行為會影響主線車流及跟馳車輛的正常行駛，并在短時間內會匯聚大量車流，從而形成瓶頸效應[1]。研究公共交通的停靠行為，對緩解城市交通擁擠具有重要的現實意義。目前，公交車的停靠時間主要受到乘客的支付行為以及支付驗證過程的影響。目前，公交車的支付方式基本由投幣收費、接觸式IC卡支付和二維碼乘車碼支付三種方式組成[2]。其中接觸式IC卡支付體系中，射頻卡與收費機的操作距離不宜超過0.1m，乘客刷卡的動作減緩了其上車速度;二維碼乘車碼支付更易受到移動信號的影響，與傳統的投幣付費相比，這兩種方式雖然支付方式上更便捷，但仍需對乘客支付進行逐個驗證，并沒有真正減少實際支付的時間。綜上所述，現階段支付手段對于降低公交車輛停靠時對社會車輛的影響效果并不顯著。

針對以上問題，本研究擬設計一種基于WIFI探針的公交移動預收費系統。本研究將從WIFI探針技術和公交車預支付軟件的運行機制兩個方面進行，設計基于WIFI探針技術的公交車快速收費系統。

1 系統整體架構

根據本系統的功能需求和相關技術要求，基于WIFI探針的公交移動預收費系統總體分為智能手機端和公交車車載端兩大部分。智能手機端包括手機應用程序軟件（APP）和手機內置WIFI模塊;公交車車載端包括微處理器、車載WIFI探針模塊和液晶顯示模塊等組成。

1.1 微處理器

本系統的車載端主處理器擬采用STM32F103系列微處理器。其工作頻率為72MHz，采用32位RISC內核，內置128k字節的Flash存儲器和20k字節的靜態隨機存取存儲器。此芯片工作性能高，價格低廉，功耗較小，且外設豐富，同時還提供了先進的計算性能和優越的中斷響應系統。

1.2 車載WIFI探針模塊

車載WIFI探針模塊選擇Any Probe牌商用WIFI探針，選用AP851--US型號，將串口直接連接至車載微處理器搭載的主板上，該模塊功率低，支持2.4G全頻段探測。

1.3 液晶顯示模塊

為了更好的實現人機交互，本系統選擇帶中文字庫的LCD 12864，此模塊操作簡單，顯示分辨率為128×64，可顯示4行，每行可以顯示8個漢字。該模塊可以直接和處理器連接，可以滿足本系統的功能要求。

1.4 移動數據通信模塊

采用3.3V的TTL串口，波特率1200bps到460800bps，支持SIM卡的各種型號，支持2G/3G/4G全網通，滿足快速的數據交換需求。

2 關鍵技術

本系統所涉及的關鍵技術主要包括WIFI探針技術以及基于支付寶、微信小程序所開發的配套應用程序。

2.1 WIFI探針技術

WIFI探針是探測及識別附近已開啟WIFI設備電子設施的專用設備，當一個具有WIFI的電子設備處于探針的偵聽范圍內，且WIFI設備向任意對象發送幀時，WIFI探針都能截獲此幀，并獲取其MAC地址及其他信息。

WIFI模塊基于IEEE802.11網絡協議[3]，根據無線接入協議，在手機、電腦等電子設備的WIFI終端設備和無線路由器建立連接時，會先向路由器發送PROBE幀，該幀以不加密的方式包含了終端的MAC地址和路由器的MAC地址，通過捕獲PROBE幀，即可獲得試圖接入無線網絡的終端的MAC地址。在本套系統中，以WIFI探針設備代替AP[4]，即可更快捷的捕獲PROBE幀，以獲得需要的MAC地址信息。根據MAC地址的唯一性原則，若建立了MAC地址和用戶姓名的對應信息，就可以在探針覆蓋范圍內識別用戶。

2.2 智能手機端應用程序

WIFI設備在智能手機、電腦等掌上設備中的應用越來越廣泛，本系統中的手機端應用程序，是以具有WIFI功能的智能手機作為載體，擬在支付寶、微信小程序中開發運行手機端應用程序。

在具有WIFI設備的智能手機中，用戶首先通過實名認證，其次綁定支付寶、微信等支付方式后就可以通過APP查詢相應的公交線路。在選擇了相應的公交線路后，即可通過支付寶或微信等支付方式進行提前支付。此時，應用程序將記錄下手機WIFI模塊的MAC地址，并將數據傳輸給云數據庫中，等待公交車上的WIFI探針模塊搜尋和比對。用戶進行預支付之后，軟件將會驅動WIFI開關保持喚醒，以保證車載端WIFI探針模塊的及時捕獲。

3 系統運行原理

基于以上組成部分的支持，本系統的運行過程為：在乘客等車階段，打開手機端應用程序，選擇公交線路并進行預支付。完成支付后，手機端應用程序記錄下乘客的支付信息和支付手機的MAC地址，根據MAC地址的唯一性，將已支付手機的MAC地址上傳到云數據庫中。此時軟件將會自動保持手機WIFI開關處于喚醒狀態。

當公交車到站時，車門處的WIFI探針模塊能夠準確捕獲到用戶移動設備的MAC地址信息，并識別信號強度及設備類型等，并與云數據庫中已預支付乘客的MAC地址數據進行快速比對，確定預支付乘客人數。