基于物聯網技術的城市公共交通實施感知與信息服務系統研究

◎李曉李凌尹霞

本文結合城市智能公共交通的應用需求，重點解決城市公共交通車輛內部、車輛到場站、場站到各應用系統之間的信息感知、傳輸與應用問題，研究城市公共交通系統的物聯網應用的關鍵技術，研究城市公共交通實時感知和信息服務。通過系統的研究應用推廣，為減少城市公共交通的擁堵狀況、提高公交車輛的正點率和城市公共交通的管理水平提供技術支撐。

一、研究背景

隨著經濟社會的快速發展及人們生活水平的不斷提高，人們對交通的需求日益增大，特別是城市普通居民擁有私人汽車數量的快速增長，我國大中城市交通擁堵給城市管理者帶來的交通管理壓力特別巨大。以北京為例，目前有常住人口2153萬人、機動車637萬輛，龐大的居民數量和機動車擁有量使得北京成為中國最為擁堵的城市之一。為緩解城市交通的擁堵壓力，北京市政府采取了多項綜合措施，如實行單雙號限制、提高城市中心區域的停車費用等，但總的來看收效不甚理想。

治理城市交通擁堵需要采取綜合措施，特別需要通過技術手段解決好城市公共交通問題。城市公共交通是人民群眾日常出行的主要工具，是重要城市基礎設施；優先發展城市公共交通，提高城市交通資源利用率，已經是我國多個大中城市重要的發展戰略。為此許多城市采取了擴建道路、增加車輛、開辟公交專用車道等多種措施。但是公共交通仍然普遍存在著堵車嚴重、車輛速度低、運行不準點、乘客候車時間長等現象。根據國內外發展經驗，在大中城市建設以物聯網技術為基礎的城市智能化公共交通系統既能提高公交調度人員的工作效率和管理服務水平，又能最大化滿足出行者的交通需求，是一項十分迫切又具有非常重要意義工作。

二、研究目標

基于物聯網技術的城市公共交通實時感知與信息服務系統是實現智能城市公共交通的基礎，該系統是建立在定位技術、5G通信技術、地理信息技術、無線傳感器網絡技術、計算機技術、自動控制技術、軟件技術等多方面綜合運用基礎上的，為公共交通企業的營運生產調度信息化、自動化、智能化、科學化提供數據信息支持，也能為城市公共交通的公共安全、及時發現和處置突發事件提供數據信息支持，實現面向廣大乘客的綜合信息出行服務。

三、研究內容

根據城市公共交通的實際應用需求，梳理業務流程和應用場景，開發業務與應用子系統、系統管理、數據處理/存儲、數據采集、第三方接口等軟件系統模塊，構建基于物聯網技術的城市公共交通實時感知與信息服務系統；通過技術選型與優化，實現城市公共交通實時感知與信息服務系統的自組織、低成本、可運營、可管理、可擴展能力。

1.平臺架構。基于物聯網技術的城市公共交通實時感知與信息服務平臺架構主要由以下幾個平臺組成：公交集團信息中心數據平臺、場站數據平臺、站臺數據平臺、車載數據平臺、第三方數據平臺。場站數據平臺、站臺數據平臺、車載數據平臺與公交集團信息中心數據平臺之間通過5G/4G網絡上傳或下載數據。公交集團信息中心數據平臺采用開放式接口模塊與第三方數據平臺（交管局等政府部門、銀行等相關企業以及互聯網）互通數據。

2.系統功能。系統主要由四大部分模塊組成：公交集團業務模塊、場站業務模塊、站臺業務模塊、車載業務模塊。如下圖所示：

車載業務模塊主要面向車內信息數據，其中包括車輛定位、實時計費、視頻監控、運行狀態檢測與診斷、身份識別與車內信息發布等，上述子功能主要涉及公交車內部功能模塊至公交網關、公交網關到智能交通信息服務臺之間的相互通信。公交車輛利用GPS裝置，結合基于車輛eSIM卡的基站定位，實現不同運行區間內的車輛定位功能。在車內安裝多類功能性物聯網傳感器節點，實時監測車輛運行中各主要部件工作狀態，并利用車內通信網關將關鍵狀態參數傳輸并智能公交信息服務平臺，在進行參數分析與故障診斷之后，智能公交信息服務平臺可將相關處理預案反饋至公交車輛或相關的場站管理中心。車內視頻監控主要利用車內視頻采集設備，對車內情況進行監控，通過公交車輛網關將視頻數據流傳輸至智能公交信息服務平臺，實現公交運行中的實時監測與管理，以便用最快速度準備反應預案，從而最大限度消除安全威脅并降低突發事件危害。

站臺業務模塊主要包含站點視頻監控與站點信息發布功能等，主要涉及站點與智能公交信息服務平臺之間的相互通信。每個站點會發布途經該站點的相關線路公交站牌信息，以方便乘客進行公交線路查詢與出行選擇。站臺與公交車之間通過RFID技術和GPS定位技術獲取公交車輛的位置信息，并依此對獲得該站點的大致等候時間，及時進行信息發布。站點信息發布功能主要面向于在公交車站點候車的乘客，信息發布主要是指實時發布該站點相關線路的公交客運信息，譬如主要線路路段擁堵情況、當前車內載客情況等。

場站業務模塊功能主要面向泊車始發站或終點站。其主要功能包括場站管理、運營調度和視頻監控等，涉及到場站與智能公交信息服務平臺之間的相互通信。通過場站管轄內公交車輛綜合優化調度，依據客流量狀態，實時地增加或減少車次，有效避免乘客大量滯留或載客量嚴重不足等現象發生。

公交集團業務模塊主要功能是利用由車輛、站點和智能公交信息服務中心平臺所構成的多維度一體化信息系統，實時地獲得路況信息、公交站臺（場站）客流信息及當前車輛位置分布數據。進一步對公交客運系統進行理論建模分析并預測未來時段公交客運系統的運營狀態（譬如客流量的變化、線路擁堵狀況等），基于公交客運系統的分析結論，實現公交車輛綜合優化調度，通過信息服務平臺下發調度指令，最大程度地保證客流需求和車輛運行之間的平衡，并將信息通過車內和站點進行實時發布，便于乘客作出及時出行調整。

四、結論

城市公共交通實時感知和信息服務系統能夠為城市公交的各種應用提供數據、信息支持，其推廣應用能有效提升城市公共交通調度管理水平，提高乘客乘車舒適度和安全性，進一步提升公共交通吸引力，是緩解城市擁堵的根本途徑。