韋 昳

(重慶工商大學 藝術學院，重慶 400067)

日益增長的公共交通出行需求對整個公交系統(tǒng)的智能化提出極大挑戰(zhàn)，我國近幾年大力推進城市公共交通高新技術的發(fā)展，并應用于生產(chǎn)實踐，其中屬智能化公交電子站牌引人注目[1-2]。智能公交系統(tǒng)利用無線通信和定位技術，實現(xiàn)對公交車輛的實時監(jiān)控和可視化調度，智能公交的普遍應用可以提升城市的信息化和智能化水平，降低企業(yè)成本，提高效益。

1 智能公交電子站牌系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)用戶需求

1.1.1 公眾出行者需求

公眾出行前、出行過程中，可通過手機、網(wǎng)頁和電子站牌等多種方式規(guī)劃出行線路、出發(fā)時間和獲取公交動態(tài)實時信息，使出行規(guī)劃更加合理。

1.1.2 公交企業(yè)相關需求

公交集團和所屬各公司通過電子站牌項目建設，實現(xiàn)車載GPS終端更新，實現(xiàn)對全市主城區(qū)公交車的統(tǒng)一監(jiān)控調度和指揮，提高了企業(yè)自身的經(jīng)營和管理水平、調度指揮和應急反應能力，進而提高了企業(yè)的核心競爭力。

1.1.3 行業(yè)管理部門需求

滿足重慶市交通委員會、道路運輸管理局等上級管理部門的管理需求，提供發(fā)布交通公共信息的平臺，規(guī)范公交運營秩序，為將來實現(xiàn)信息共享提供基礎。

1.2 系統(tǒng)功能需求

1.2.1 視頻監(jiān)控管理

通過站臺電子站牌視頻監(jiān)控采集設備對公交線路、站臺的情況進行實時監(jiān)控、存儲、切換查看，為站臺基礎設施的維護管理和安全提供數(shù)據(jù)保障。

1.2.2 電子站牌系統(tǒng)管理

(1) 電子站牌集中控制。對電子站牌情況、亭內溫度、各電氣設備工作狀態(tài)進行監(jiān)控，提供光纖通訊、顯示發(fā)布、蓄電池狀態(tài)檢測、環(huán)境溫度測量、環(huán)境亮度測量等多種接口，保證預測、發(fā)布信息的準確率。

(2) 電子站牌信息預報。每個站牌每屏能夠顯示4～5條線路公交到站預測信息，包括站數(shù)、距離兩項數(shù)據(jù)，并預留到站時間發(fā)布空間。對于線路較多的站點，采用較快的刷新頻率翻屏的方式滿足多線路信息發(fā)布需求。

1.2.3 信息發(fā)布服務

通過公交服務網(wǎng)站發(fā)布公益信息、交通情況、氣象、失物招領、失物查詢等各類信息。

2 智能公交電子站牌系統(tǒng)設計

2.1 網(wǎng)絡子系統(tǒng)設計

2.1.1 網(wǎng)絡拓撲結構

網(wǎng)絡拓撲設計采用星型結構，傳輸協(xié)議采用TCP/IP，拓撲結構[3]，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖Fig. 1 Network topology diagram

2.1.2 通信流量分析

將數(shù)據(jù)中心和用戶終端定義為網(wǎng)段1，公交集團連接交通開投集團的網(wǎng)段定義為網(wǎng)段2，交通開投集團連接行業(yè)管理部門的網(wǎng)段定義為網(wǎng)段3，公交各子公司與公交集團之間的網(wǎng)段定義為網(wǎng)段4。

網(wǎng)段1為整個系統(tǒng)網(wǎng)絡的核心網(wǎng)段，所有的服務器均托管在網(wǎng)段1，而網(wǎng)段2—4為普通網(wǎng)段。對網(wǎng)段2進行分析，用戶主要使用以下幾種應用(表1)。

表1 應用需求表Table 1 Application requirement table

2.2數(shù)據(jù)庫設計方案

本工程在交通開投集團數(shù)據(jù)中心基礎上進行擴展，建成統(tǒng)一的地面公交數(shù)據(jù)資源中心。數(shù)據(jù)中心可分為共享數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、主題數(shù)據(jù)庫四大類，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫總體結構Fig. 2 Database overall structure

基礎數(shù)據(jù)庫用于存儲公交車輛、公交線路、公交站場、司乘人員、GIS地理信息等基礎數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)庫的重要數(shù)據(jù)源。

業(yè)務數(shù)據(jù)庫包括IC卡數(shù)據(jù)庫、車輛定位與運行動態(tài)應用數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、運營服務管理應用數(shù)據(jù)庫、客流統(tǒng)計管理應用數(shù)據(jù)庫、服務質量管理應用數(shù)據(jù)庫等。

主題數(shù)據(jù)庫包括運營計劃管理應用數(shù)據(jù)庫，車輛定位與運行動態(tài)應用數(shù)據(jù)庫，視頻監(jiān)控、管理、應用數(shù)據(jù)庫，運營服務管理應用數(shù)據(jù)庫，安全運營管理應用數(shù)據(jù)庫，客流統(tǒng)計管理應用數(shù)據(jù)庫等。

2.3 應用子系統(tǒng)設計方案

2.3.1 電子站牌管理系統(tǒng)

電子站牌管理系統(tǒng)主要包括電子站牌基礎信息管理子系統(tǒng)、電子站牌工作狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)、公交車到站信息預測子系統(tǒng)、電子站牌服務信息發(fā)布管理子系統(tǒng)和日志管理子系統(tǒng)[4]。

如圖3所示，該系統(tǒng)監(jiān)測電子站牌運行狀態(tài)，控制電子站牌的發(fā)送內容，保障預報車輛到達、公共服務等信息能夠及時、準確地到在電子站牌正常顯示，滿足公眾公交出行的信息需求[5]。

圖3 電子站牌管理系統(tǒng)示意圖Fig. 3 Schematic diagram of electronic station card management system

2.3.2 信息發(fā)布管理與服務系統(tǒng)

(1) 系統(tǒng)架構。信息發(fā)布管理與服務應用系統(tǒng)開發(fā)分為3個子系統(tǒng)：信息發(fā)布服務管理子系統(tǒng)、移動終端信息服務子系統(tǒng)、網(wǎng)站信息服務子系統(tǒng)。其中，信息發(fā)布服務管理子系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)處理分析模塊控制工程涵蓋的所有電子站牌的顯示內容；移動終端信息服務子系統(tǒng)包括二維碼平臺、智能終端等[6]；公交服務網(wǎng)站依托數(shù)據(jù)處理分析模塊，提供信息發(fā)布查詢、網(wǎng)站系統(tǒng)管理等。

(2) 軟件設計。如圖4所示，本系統(tǒng)采用B/S架構，利用車載GPS定位技術、現(xiàn)代信息通訊技術結合電子地圖等處理技術，有效地實現(xiàn)車輛到站信息發(fā)布管理與服務系統(tǒng)。

圖4 軟件總體架構Fig. 4 Software architecture

手機終端軟件可在多個平臺運行，如Android系統(tǒng)、IOS系統(tǒng)和Windows Phone系統(tǒng)。能根據(jù)用戶提供的出發(fā)、目的地點，計算出最優(yōu)的乘車線路，可能包含步行、駕車、軌道交通等，根據(jù)不同的參考維度可分為線路最短、用時最少、換乘次數(shù)最少等情況，用戶可選擇最適合的出行方案。

2.4 電子站牌終端子系統(tǒng)設計方案

2.4.1 硬件結構設計

如圖5所示，電子站牌硬件設備包括：

圖5 電子站牌效果圖Fig. 5 Electronic station card effect diagram

(1) 電子站牌外殼。密封設計，確保電子站牌具有防塵、防雨、防潮、防蚊蟲、通風和散熱等功能，保證電子站牌整體的美觀牢固的要求，并預留未來安裝多媒體顯示屏以及RFID終端的位置空間[7]。

(2) LED顯示屏。固定于電子站牌外殼上，顯示線路、站數(shù)、距離、時間等預報站信息和其他根據(jù)需要設定的信息，并根據(jù)設定的頻率定時刷屏。

(3) 高清攝像頭和3G視頻主機。采集站臺實時視頻數(shù)據(jù)，并將視頻信息實時發(fā)送到交通開投集團數(shù)據(jù)中心。

(4) 控制卡。驅動LED顯示，屏幕顯示時肉眼不能感覺到明顯的閃爍。控制卡帶晶震，控制LED刷新頻率，并能夠接受平臺的校時。

(5) 無線接收器。接收交通開投集團數(shù)據(jù)中心的發(fā)布信息。

(6) 電源插座。為電子站牌上的其他設備供電。

(7) Wifi熱點。作為無線數(shù)字傳輸單元的重要方式之一，提供3G視頻數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)傳輸服務。

(8) 托架。托架為電子站牌LED屏的安裝提供空間支撐。

(9) 二維碼。為手機等二維碼識讀設備提供快捷、便利的信息采集方式。

2.4.2 功能設計

(1) 信息顯示功能。電子站牌LED屏幕可顯示系統(tǒng)發(fā)布的實時信息，顯示內容可保證視力0.8的人可以在5 m距離能夠看清楚電子站牌的內容，在進行信息顯示、翻屏和刷新操作時，肉眼不會感覺到明顯的閃爍。

(2) 數(shù)據(jù)通信功能。無線數(shù)字傳輸單元(DTU)，按照給定協(xié)議與后臺進行通訊，接收后臺系統(tǒng)發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)，并根據(jù)指定流程在LED顯示屏上顯示[8]。

(3) 數(shù)據(jù)存儲功能。控制卡具備存儲功能，保障掉電重啟后參數(shù)不會丟失，3G視頻主機具備視頻數(shù)據(jù)存儲功能，視頻數(shù)據(jù)可以在電子站牌視頻主機中存儲7 d以上，視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)可以根據(jù)需要查看特定條件的視頻數(shù)據(jù)。

(4) 異常處理功能。具備異常處理和應急措施，控制卡識別到和平臺通訊異常時，應具備簡單的黑屏、斷電重啟等自處理措施，并自動顯示歡迎界面；同時向后臺處理中心發(fā)送異常報告，相關工作人員對異常情況進行分析，并確定維修方案，組織維修。

2.4.3 性能設計

電子站牌信息發(fā)布、公眾出行信息服務系統(tǒng)應達到正常運行時間95%以上；信息誤報率控制在5%以內；電子站牌和移動電子站牌信息延誤在10 s以內；電子站牌設施具備防止地震破壞，抵御颶風、洪水和恐怖襲擊等突發(fā)事件的能力[9]。

3 智能公交電子站牌系統(tǒng)的實現(xiàn)與應用

3.1 系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1.1 車輛信息顯示功能的實現(xiàn)

(1) 到站距離顯示功能的實現(xiàn)。本課題采用到站距離預測的方式，電子站牌分別計算各條線路上公交車的到站距離并做出比較，并顯示每條線路上距離本站最近的一輛公交車的距離，乘客可根據(jù)車輛的距離情況判斷等車時間[10]。

(2) 站數(shù)顯示功能的實現(xiàn)。本課題中電子站牌將計算出途經(jīng)該站點的所有線路車輛的到站距離與該站點離上一站的距離并進行比對，若站間距較大，則電子站牌LED屏幕上顯示的站數(shù)為1。

3.1.2 通信功能的實現(xiàn)

本文采用Socket編程實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，Socket套接字是建立在傳輸層(主要是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議)上的一種套接字規(guī)范，是不同主機之間進程進行雙向通信的端點。一個通信鏈接成功的套接字包含本機的IP地址和端口、對方主機的IP地址、端口及雙方所采用的通信協(xié)議等信息。

3.2 系統(tǒng)的應用

3.2.1 電子站牌樣式及安裝方式

電子站牌外殼主要材質為不銹鋼加隔熱玻璃，與現(xiàn)有站臺材料一致，安裝位置在原有站牌中間空擋處或外側延長位置，保持“一字形”式的簡明風格，如圖6所示。

3.2.2 公交電子站牌系統(tǒng)實施情況

借鑒國內其他省市先進成熟的建設經(jīng)驗，目前我市安裝的實體電子站牌內容以表格形式顯示線路編號、距離本站站數(shù)、距離(m為單位)，可同時顯示4路公交車到站信息，多條線路翻屏顯示。站牌殼體尺寸為2 048mm×1 020mm×200mm，屏體尺寸608mm×920mm，單字大小72mm×72mm，和成都、廣州等地相比，屏體及單字尺寸更大，現(xiàn)場顯示效果較好，如圖7所示。

圖6 電子站牌安裝樣式Fig. 6 Electronic station card installation style

圖7“一字形”公交電子站牌
Fig.7“Onetype”buselectronicstationcard

3.3 電子站牌系統(tǒng)測試與界面展示

選擇重慶市渝通賓館站進行測試，GPS數(shù)據(jù)采用途經(jīng)本站的842路、149路、111路和125路4條線路，如圖8所示。屏幕上的公交車線路每6 s切換一次，電子站牌將各條線路的線路號縱向顯示在最左側，每一行分別顯示每條線路的具體參數(shù)。系統(tǒng)工作時，把途經(jīng)該站點各線路最近一班公交車的到站距離、距離本站的站數(shù)、車牌號等實時動態(tài)信息展示在電子站牌屏幕上。方框中第3列數(shù)字為最近的一輛公交車到本站的距離，單位為m。

圖8 渝通賓館站電子站牌Fig. 8 Yutong Hotel station electronic bus stop

4 小 結

本文對智能公交電子站牌系統(tǒng)設計和應用進行全面的分析闡述，希望通過智能公交電子站牌系統(tǒng)的建成，提高行業(yè)管理部門對公交行業(yè)的監(jiān)管水平，提高公交運營企業(yè)的運營管理、決策水平和公共交通服務水平，為交通出行者提供更好的公交服務，減少出行時間成本。