基于GPRS 的公交監控調度系統設計

張 敏， 肖廣兵， 張 涌

（南京林業大學 汽車與交通工程學院， 南京210037）

0 引 言

目前，公交市場基本采用常規的區間調度的落后方式［1］，而在公交車輛行駛過程中，自然環境的突發性，以及市場需求的擴大［2］，傳統調度不能即時響應車輛運行的突發狀況并及時采取合理高效的調度方式［3］，無法保證有限公交車輛資源調度的最優化。 目前，劉闖等［4］建立實時網絡優化模型，為公交智能調度尋求最優排班方案，但是仍然無法完全應對車輛實際運行中的突發狀況。

本文設計公交車輛監控調度系統，憑借GPRS無線通信技術和GPS 定位技術［5］，實時接收車輛的定位信息，根據系統監控以及司機發送的警報信息，選擇不同的調度方式保證車輛即時的調度管理。 相對于傳統的作業調度方式，公交車輛監控調度能夠適應車輛特殊情況實時接收車輛運行狀態信息并有效管理和合理分配有限車輛資源［6］，提高社會效益，改善交通擁擠，具有成本低、能耗少等優點。

1 系統設計

公交監控調度系統由MSP430 主處理器模塊、車載GPS 檢測模塊、調度中心客戶端、車載信息終端、GPRS 通信模塊等組成，實現車輛的監控與調度，如圖1 所示。

車載信息終端通過接受GPS 衛星發送的公交定位信息，并從車內攝像頭獲取車內乘客信息，采用GPRS 網絡，將信息進行統一處理和存儲，發送到MSP430 主處理器上，主處理器將接收的數據存儲并發送到上位機，調度人員查看車輛信息并選擇調度方式及時處理車輛運行中的突發狀況，將新的調度信息發送給公交司機，行車計劃公布在電子站牌，以便讓乘客及時了解新的信息，保證調度的智能化、快捷化［7］。

2 硬件電路設計

公交監控調度系統的硬件主要包括：供電模塊、主處理器MSP430 模塊、GPS 模塊、GPRS 模塊等。硬件設備以主處理器MSP430 模塊為核心，其他模塊以供電模塊作為輔助，與處理器的串口連接，完成車輛的監控與調度［8］。

2.1 供電模塊

MSP430 模塊一般選用1.5 ～5 V 的直流電壓，車載GPS 設備輸入電壓采用5 V 的直流電，GPRS模塊使用3.2 ～4.7 V 的直流電壓，需要將220 V 交流電通過變壓器和電容器不斷降壓并由定值三端集成穩壓塊7805 通過電阻R101 轉化成5 V 直流，為控制模塊供電。 供電模塊電路圖如圖2 所示。

圖2 供電模塊Fig. 2 Power supply module

2.2 主處理器MSP430 模塊

MSP430 是一款帶HLASH 的單片機16 位的低電壓、高性能、管理統一、模塊豐富的總線，尋址范圍可達［9］，保證電干擾運行影響程度最小，保證監控調度系統運行穩定。

圖3 是MSP430 的電路設計。 車載GPS 設備與主處理器通過串行JTAG 接口連接，完成信號的轉換，MSP430 主處理器對信息處理后，憑借GPRS 無線通信網絡發送給調度中心，客戶端對處理后的車輛運行數據進行分析并通過GPRS 網絡發布，完成車輛的監控與調度。

圖3 MSP430 電路Fig. 3 MSP430 circuit

2.3 GPS 模塊

GPS 模塊由核心CPU、芯片和外圍電路組成的集成電路，支持C／A 編碼，能夠快速定位，具有靈敏度高，成本小，耗能低、結構簡單等特點。 GPS 模塊對主控制器配置以及外圍電路進行初始化，接著與主控制器之間的串口通信，將從GPS 衛星接收的定位信息，通過串口將實時數據傳給主處理機MSP430 模塊，在主處理器的接受、校驗、控制下實現車輛的監控［10］，具體電路圖如圖4 所示。

2.4 GPRS 模塊

GPRS 模塊是超大內存的無限數據傳輸系統，有TCP／IP 協議［11］，傳輸速率高，網絡具有穩定性好、可靠性高的特點，不易受干擾，目前已廣泛應用于智能交通管理等領域。

本文選用Mc35i 無線通信模塊［11］，其工作電壓為3.2～4.7 V，能耗低，傳輸延時極短，為監控調度系統的通信功能提供一個良好的環境。 將通信模塊初始化，初始化成功后，將模塊與主處理器MSP430通過串口連接，緊接與英特網連接，此時GPRS 模塊就可以利用TCP／IP 協議與互聯網的通信服務器通信，模塊電路如圖5 所示。

圖5 GPRS 模塊圖Fig. 5 GPRS module diagram

3 系統軟件設計

軟件設計采用Visual Basic 6.0 軟件搭建公交監控調度系統的界面。

如圖6 所示，由公交監控、智能調度、設備檢測、歷史數據、設置組成的系統界面，實現的功能為車輛的定位跟蹤、車輛的實時調度、車輛的設備檢測、車輛突發事件頻率趨勢圖以及軟件的界面調整。 左上角顯示當前時間和日期，右上角是退出按鈕。

圖6 軟件主界面Fig. 6 Software main interface

如圖7 所示，軟件的核心在于車輛的監控與調度，通過全球定位系統和無限通信技術，實現車輛的實時調度。 軟件設置對用戶權限，普通用戶只能查看數據，不能享有存儲上傳、發送警報信息以及界面設置的權利，管理員享有所有權限。

圖8 是車輛的實時監控，通過線路間接或直接的方式輸入車號，即可顯示地圖、車輛當前位置、速度、發車時間、線路圖［12］等通過車載信息終端獲取的車輛信息。

圖7 系統軟件流程圖Fig. 7 System software flowchart

圖8 公交監控界面Fig. 8 bus monitoring interface

點擊定位查詢即可查看車輛的詳細運行狀態信息，可播放車輛的運行軌跡，并通過車內攝像頭對車輛進行內部監控。 運行狀態信息置有接收警報處理，當車輛滯站時間過長，車距過大，路況影響車輛按時運行，駕駛員通過向調度中心發出警報，界面會收到警報信息并提醒調度員及時處理，同時管理員也可發出警報提醒司機。 如圖9 所示。

圖9 車輛跟蹤界面Fig. 9 Vehicle tracking interface

車輛的智能調度［13］正常情況下，調度中心客戶端按照正常的行車計劃排班表進行發車調度，發車調度如圖10 所示，調度員輸入線路、司機、發車時間等信息，點擊確定即可將調度信息發送給車載信息系統，并發布到電子站牌上，從而完成信息的發送。

圖10 發車調度界面Fig. 10 Engine scheduling interface

特殊情況下，車輛遇到突發事故、交通擁擠等突發狀況，調度員在選擇的路段進行區間調度，包車用于其他用途的包車調度，中間不停靠的始末站的放空調度。 其中放空調度如圖11 所示，調度員輸入詳細的調度司機、線路、空駛里程、始末站等信息，點擊確定即可完成放空調度。

圖11 放空調度界面Fig. 11 Air conditioning deployment interface

4 結束語

本文借助GPRS 無線通信技術將車載GPS 定位信息通過主處理器傳輸給調度中心客戶端，實現車輛的監控與調度，解決了傳統兩頭定點的調度方式的弊端，提高了車輛運行效率。 該設計方案調度方式簡單易操作，可針對車輛運行的特殊情況采用不同的調度方式。 GPRS 無限通信技術使用方便，能夠實現遠程數據的通信要求，可以在應用中實踐。本文仍然以人工調度為主，采用的調度方式種類較少，無法實現完全的智能化，如何完全智能化調度是未來的研究方向。