鮑欽何，陳湘榮

（湖南大學(xué)工商管理學(xué)院，長沙410082）

經(jīng)濟(jì)實(shí)用型公交電子站牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

鮑欽何，陳湘榮

（湖南大學(xué)工商管理學(xué)院，長沙410082）

本文針對目前普遍存在著公交電子站牌系統(tǒng)制作和建設(shè)成本偏高的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，提出了降低成本的一些指導(dǎo)思想，試圖為引電困難的公交站點(diǎn)設(shè)計(jì)一種低成本、低能耗、不用市電的電子站牌，并為這種電子站牌進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)和功能模塊兩方面的設(shè)計(jì)研究。

公共交通；電子站牌；太陽能；手搖發(fā)電

公交電子站牌作為智能公交系統(tǒng)的一部分，能夠動態(tài)顯示經(jīng)過該站點(diǎn)的所有公交車輛即將到達(dá)該站點(diǎn)的時間和距離，讓候車人清楚地知道各車輛何時到達(dá)，給乘客帶來了很大方便。但是，公交電子站牌在我國的現(xiàn)狀是試點(diǎn)多、普及比較困難，在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行等方面還存在一些問題。我們來看一下相關(guān)媒體的報(bào)道：“巖城40塊電子公交站牌僅1塊通電市民：如同擺設(shè)”（《閩西新聞網(wǎng)》2015-03-27報(bào)道）；“公交電子站牌推廣遇尷尬：缺乏電力供應(yīng)，電子站牌想亮不容易”（《中國江蘇網(wǎng)》2014-10-29報(bào)道）；“公交電子站牌推廣失敗近10次投入成本過高公司已放棄”（《財(cái)經(jīng)網(wǎng)》2014-09-22報(bào)道）；“北京公交電子站牌多成擺設(shè)未及時準(zhǔn)確發(fā)布信息：智能站牌不通電變黑屏”（《北京晨報(bào)》2012-11-19報(bào)道）。通過分析這些報(bào)道，我們發(fā)現(xiàn)成本高、引電難已成為了公交電子站牌建設(shè)和推廣中的主要矛盾，特別在近郊的城鄉(xiāng)公交線路上的公交站點(diǎn)，還有部分存在電力線路無法到達(dá)或電力容量不足，不能給電子站牌通電的狀況。

因此，我們試圖為引電困難的公交站點(diǎn)設(shè)計(jì)一種低成本、低電力消耗、不用市電的電子站牌。首先，我們?yōu)檫@一款公交電子站牌的設(shè)計(jì)制定了一個指導(dǎo)思想：經(jīng)濟(jì)實(shí)用，只保留主要功能，其他性價比低的非必要功能堅(jiān)決砍掉；并且努力把電子站牌系統(tǒng)的總成本（包括電子站牌的制作成本、建設(shè)成本和維護(hù)成本）降下來。具體來說，相比較常規(guī)電子站牌，我們在研發(fā)思路上做了以下三個方面的規(guī)劃：

（1）砍掉電子站牌的商業(yè)廣告功能。常規(guī)電子站牌有一個LCD液晶顯示屏，該屏的功能就是播放商業(yè)廣告。我們調(diào)查了解到：公交電子站牌上的LCD廣告顯示屏，因廣告效果差、商業(yè)價值低，多數(shù)商家不愿、或只愿出少量錢在這上面打廣告，與投入的LCD液晶顯示屏+商業(yè)廣告系統(tǒng)的成本比，產(chǎn)出很低，所以這個虧本買賣應(yīng)該砍掉、砍掉后電子站牌的制作成本就有了大幅下降。

（2）砍掉電子站牌的攝像功能。常規(guī)電子站牌有一個以攝像頭為核心的視頻攝像傳輸功能，我們認(rèn)為這個功能存在的意義不大，事實(shí)上試點(diǎn)單位大多不很清楚這攝像頭要攝什么、攝錄的視頻傳輸給誰看、起什么作用，我們認(rèn)為交通部門和公安部門已在公交沿線安裝了很多高清攝像頭，其他部門也基本不需要公交電子站牌來拍攝什么，因此砍掉這個攝像系統(tǒng)（包含攝像頭、影像貯存設(shè)備、影像傳輸設(shè)備），讓電子站牌的制作成本再次大幅下降。

（3）增加太陽能和手搖發(fā)電作為這款電子站牌的電力來源。我們了解到，在城鄉(xiāng)結(jié)合部、或電力緊張地區(qū)，要為公交電子站牌引電而建設(shè)電力線路的費(fèi)用是相當(dāng)?shù)母摺榱私档统杀居帜芙?jīng)濟(jì)實(shí)用，本文研究的這款電子站牌選擇太陽能供電作為電子站牌的主要能量來源，同時提供手搖發(fā)電作為補(bǔ)充。因?yàn)樵陉幱晏鞖?、夜晚等時段，太陽能供電不足以支持電子站牌的工作，我們設(shè)計(jì)了手搖轉(zhuǎn)盤發(fā)電作為電子站牌的另一電力來源，并選擇合適功率的發(fā)電機(jī)，使廣大候車者手搖發(fā)電搖得動、搖后略有點(diǎn)累，這樣既能讓候車者打發(fā)無聊候車時間，又能達(dá)到健身效果。一般來說，候車者會樂意接受這種手搖發(fā)電方式。通過成本分析可以知道，太陽能發(fā)電和手搖發(fā)電方式增加了電子站牌的制作成本、卻省去了為引市電需要建設(shè)電力線路的建設(shè)成本，二者相抵后總成本仍有一定程度的下降；砍掉電子站牌的商業(yè)廣告功能和攝像功能后，總成本則有明顯的下降。

這一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用型公交電子站牌的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，其主要部件有：不銹鋼框架（含兩根立柱和橫梁）、轉(zhuǎn)盤和手搖柄、發(fā)電機(jī)和齒輪組、太陽能電池板、蓄電池、高亮的LED顯示屏、電源控制器、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊等。

其主要功能是：動態(tài)顯示經(jīng)過該站點(diǎn)的所有公交車輛即將到達(dá)該站點(diǎn)的時間和距離，并且在不增加硬件設(shè)施的前提下，通過軟件編程的方法插播當(dāng)前時間、當(dāng)日天氣、道路擁堵情況、緊急通知、公共重大消息等，方便人們出行。

圖1　電子站牌的整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　電子站牌的功能模塊結(jié)構(gòu)圖

圖2是該電子站牌的功能模塊結(jié)構(gòu)圖，各功能模塊的分析設(shè)計(jì)如下：

（1）太陽能供電模塊的設(shè)計(jì)：太陽能供電模塊由太陽能電池板、電源控制器和蓄電池三部分組成。太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)換為電能，傳輸給電子站牌，或傳輸?shù)叫铍姵刂袃Υ嫫饋?。電源控制器在這一電力輸送過程中負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)平衡負(fù)載，協(xié)調(diào)太陽能電池板、手搖發(fā)電機(jī)、蓄電池、電子站牌的工作，其工作原理主要是通過驅(qū)動電路產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腜WM脈沖信號來執(zhí)行DC/ DC轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)換電路輸出電壓及電流的控制，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓至負(fù)載的目的。

（2）手搖發(fā)電模塊的設(shè)計(jì)：手搖發(fā)電模塊主要由發(fā)電機(jī)、齒輪、搖臂三部分組成，考慮到人做功的最大功率一般在0.1到0.2馬力之間，也就是約73到150W的功率，所以選擇發(fā)電機(jī)功率在20W左右，使人手搖發(fā)電時不至于感到太吃力，強(qiáng)度和騎單車差不多。齒輪組的作用就是變速，把轉(zhuǎn)慢的手搖速度變成了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的高轉(zhuǎn)速，有利于提高發(fā)電效率。此時發(fā)電機(jī)發(fā)出的是電壓頻率脈動的交流電，需要經(jīng)過二極管整流橋的整流變?yōu)殡妷好}動的直流電。該直流電再經(jīng)過電源控制器的控制處理，形成穩(wěn)定幅值的直流電壓后再輸送到電子站牌或蓄電池。

（3）蓄電池充放電模塊的設(shè)計(jì)：對于蓄電池的充電來說，馬斯定律表明，其最佳充電特性曲線是下降的，但是我們可以階段性地保持充電電壓固定不變，充電一段時間之后采用減少一級的恒定電壓再充電。這樣在每個較小的恒電壓充電階段，充電電流依據(jù)指數(shù)規(guī)律下降，符合電池充電最佳曲線的要求。通過電源控制器對蓄電池間隔恒充的過程中，實(shí)時測量蓄電池的端電壓，對蓄電池進(jìn)行充放電保護(hù)，防止蓄電池過充或過放。

（4）電子站牌信息控制模塊的設(shè)計(jì)：該控制模塊主要實(shí)現(xiàn)車輛到站預(yù)報(bào)和公交信息的發(fā)布，在LED屏上顯示公交線路、運(yùn)行時段、乘客人數(shù)、到站信息、換乘信息和公交線路是否正常運(yùn)行等信息，其中車輛到站預(yù)報(bào)功能是電子站牌的核心功能，使用歷史趨勢和多元線性回歸等混合算法預(yù)測車輛到站時間，通過刷屏分別顯示站數(shù)預(yù)報(bào)、里程預(yù)報(bào)和時間預(yù)報(bào)，盡可能地提供面向乘客的差別化信息需求，同時電子站牌還可以通過GPRS從公交信息中心獲取道路異常信息、車輛線路調(diào)整信息等及時顯示在LED屏上，避免了候車乘客無效等車。同時在不增加成本的前提下，電子站牌也可穿插顯示如地震、火災(zāi)、冰雹等重大公共信息，或穿插顯示公交系統(tǒng)的緊急通知等內(nèi)容。

（5）公交信息中心后臺服務(wù)器軟件的設(shè)計(jì)：獲得車輛的實(shí)時運(yùn)行信息，計(jì)算出各公交線路、站點(diǎn)的不同車輛的預(yù)計(jì)到達(dá)時間、里程數(shù)等數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選后通過GPRS發(fā)給不同地點(diǎn)的電子站牌。有一個需要注意的地方，這款電子站牌在長期惡劣天氣下可能只有手搖發(fā)電這一種電力來源了，這時存在著有人搖時有電、無人搖時無電的情況，此時GPRS數(shù)據(jù)的傳輸存在著較頻繁的斷開和重新連接的要求，需要軟件設(shè)計(jì)時循環(huán)測試GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)傳輸通道斷開了，后臺服務(wù)器軟件就應(yīng)及時放棄發(fā)送信息、并初始化相關(guān)的數(shù)據(jù)連接變量、等待電子站牌端重新發(fā)來連接請求信號。

總的來說，本文研究的公交電子站牌的特點(diǎn)就是：成本較低、適用于引電困難的地區(qū)。以太陽能供電、手搖發(fā)電和蓄電池充放電三者組合形成了全天候的電力供應(yīng)方式，不需要為引市電而建設(shè)電力線路，降低了建設(shè)成本，也提高了建設(shè)速度。文中有別于常規(guī)公交電子站牌的一些經(jīng)濟(jì)實(shí)用思想或許能為智能公交系統(tǒng)的建設(shè)者們提供一些參考。

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鮑欽何（1968-），男，湖南大學(xué)工商管理學(xué)院講師，主要研究方向：管理信息系統(tǒng)（通訊作者）；陳湘榮（1970-），女，湖南大學(xué)工商管理學(xué)院高級會計(jì)師，主要研究方向：高級財(cái)務(wù)分析。