【摘 要】本文介紹了一種基于GPS定位、紅外線人數(shù)統(tǒng)計以及Zigbee無線通信的智能公交車載終端的設(shè)計，可實現(xiàn)公交車的實時定位、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、到站時間預(yù)測、車廂擁擠程度播報以及道路擁堵情況反饋等功能。

【關(guān)鍵字】智能公交、GPS、Zigbee、紅外傳感技術(shù)

一、引言

隨著我國的城市發(fā)展速度越來越快，城市人口密度和道路車輛的密度逐年上升，導(dǎo)致城市交通壓力變大，交通擁堵成為同時困擾政府和市民的問題。在解決這個問題的諸多手段中，智能公交系統(tǒng)無疑成為了一種環(huán)保、便捷的解決方案。

智能公交系統(tǒng)指的是運(yùn)用先進(jìn)的檢測、通信技術(shù)，以智能公交終端和中央管理系統(tǒng)，為了實現(xiàn)基礎(chǔ)的公交實時信息的采集分析和統(tǒng)一管理而設(shè)計的公交系統(tǒng)從功能上，智能公交系統(tǒng)可以為市政交通管理部門提供一個準(zhǔn)確的公交定位圖，方便公交的管理和調(diào)度，還可以綜合實時的公交定位信息和擁擠狀況，為乘客進(jìn)行智能路線規(guī)劃。本文提供了一種由GPS定位模塊，基于紅外傳感器的擁擠測量模塊和Zigbee無線通信模塊組成的智能終端設(shè)計方案。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

若要實現(xiàn)智能公交系統(tǒng)對于該終端的要求，模塊之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)緊密可靠，分工明確。本文所述終端主要分為三個模塊：GPS定位模塊負(fù)責(zé)采集車輛的位置、速度等信息，作為中央管理系統(tǒng)更新公交位置數(shù)據(jù)庫，分析路況的原始數(shù)據(jù)；擁擠測量模塊負(fù)責(zé)采集上下車的人流情況，作為中央管理系統(tǒng)分析車上擁擠情況的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送給中央管理系統(tǒng)。三個系統(tǒng)之間采用UART互相連接，可以保證數(shù)據(jù)傳送的可靠和實時。三個模塊的關(guān)系如圖。

三、定位模塊

（一）定位方案。公交車的實時定位可以由車載GPS實現(xiàn)。由車載GPS獲得的車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋的道路面積廣，以及可以反映實際道路交通狀況等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得公交車車載GPS模塊成為了實現(xiàn)實時定位、采集車輛和路況等數(shù)據(jù)以便進(jìn)一步分析利用的理想選擇。

（二）車載GPS技術(shù)。應(yīng)用公交車車載GPS設(shè)備采集道路交通數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在于：1無須新增道路設(shè)施，不會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響；2監(jiān)控數(shù)據(jù)能實時動態(tài)地體現(xiàn)道路上交通流的運(yùn)動；3定位精度較高，定位數(shù)據(jù)中包含行駛公交車在定位時刻的瞬時速度，可體現(xiàn)該道路車流的變化特征。我國交通擁堵問題十分嚴(yán)重，交通監(jiān)控設(shè)施不完善在很大程度上制約了交通管理水平的提高。

（三）模塊設(shè)計

1. 通信設(shè)計。針對公交車車載GPS定位這一解決方案所需的原材料和元器件有：GPS接收模塊 （C3-370C， 采用SiRFstar III代芯片，喘口輸出NMEA協(xié)議數(shù)據(jù)）通信方面，GPS模塊通過串口與MCU通信。

2.供電設(shè)計。供電方面，采用鋰電池（自帶過充過放保護(hù)電路）供電，由于GPS內(nèi)置了LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），所以直接與電池相連接。

四、擁擠測量模塊

（一）模塊設(shè)計。該模塊采用紅外光電傳感器采集原始數(shù)據(jù)，由于不能直接從原始數(shù)據(jù)得出車內(nèi)的乘客情況，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在本文所述終端中，數(shù)據(jù)可以直接在整合用的單片機(jī)中進(jìn)行簡單處理，也可以由無線通信模塊傳送給中央管理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

1.數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集部分主要負(fù)責(zé)紅外原始數(shù)據(jù)的采集，這一子模塊的核心是紅外光電傳感器。根據(jù)實際需要，系統(tǒng)可以同時采用多個紅外光電傳感器同時采集數(shù)據(jù)。目前，紅外光電檢測技術(shù)是較為成熟的技術(shù)。通過紅外遮擋進(jìn)行計數(shù)的方法使用較為廣泛。紅外采集技術(shù)可以分為主動式、被動式兩種。主動式紅外計數(shù)技術(shù)又分為對射式、反射式兩種。主動紅外線對射式由發(fā)射頭和接收頭正對安裝組成。本文所設(shè)計的人流測試模塊需要在公交車每個車門處安裝一組對射式紅外光電傳感器，實時統(tǒng)計每個車門處的乘客上下情況，將數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理子模塊。

2.分析處理。紅外傳感器收集到的數(shù)據(jù)一般為開關(guān)信號，需要經(jīng)過一定的分析和處理才可以轉(zhuǎn)化為公交車上人數(shù)情況。數(shù)據(jù)的分析處理有多種辦法，本文采用比較簡單的單片機(jī)電路接收開關(guān)信號，整理出車上人流數(shù)量，可以直接顯示該數(shù)據(jù)，也可以通過通信系統(tǒng)傳輸給任意的中央處理系統(tǒng)以便得出更加準(zhǔn)確的數(shù)字。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得硬件部分比較簡單，成本較低，且擴(kuò)展性好，可以數(shù)據(jù)在中央管理系統(tǒng)的計算機(jī)上實現(xiàn)任意的以紅外光電傳感器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的人流統(tǒng)計算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。

五、通信模塊

（一）通信方案。通信模塊是本文所述的終端中必不可少的一環(huán)，它的作用是把GPS定位模塊和擁擠測量模塊采集到的信息傳輸給智能公交系統(tǒng)的信息處理中心，以幫助信息處理中心確定各公交車的位置，道路擁堵情況和公交車上乘客的擁擠情況。

（二）Zigbee技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，是為了滿足小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的。該技術(shù)的核心協(xié)議由 2000 年 12月成立的IEEE 802.15.4工作組制定，高層應(yīng)用、互聯(lián)互通測試和市場推廣由2002年8月組建的Zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。該技術(shù)具有功耗低、成本低、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。

（三）模塊設(shè)計。與Zigbee模塊配合的智能公交通信系統(tǒng)應(yīng)在站臺、公交線路上以500m-600m作為間隔部署Zigbee節(jié)點(diǎn)，公交車終端上的Zigbee模塊在經(jīng)過其他Zigbee節(jié)點(diǎn)時與之進(jìn)行通信，把信息通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳遞給Sink節(jié)點(diǎn)，再由Sink節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)叫畔⒅行摹?/p>

Zigbee模塊與其他模塊的互聯(lián)可以采用UART，以保證其他模塊的信息的準(zhǔn)確實時的傳遞到Zigbee模塊。

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