張 涵 丁柏群 巴興強(qiáng) 宋愛秋 張宇潔

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 現(xiàn)狀分析

我國交通行業(yè)發(fā)展迅猛，人均汽車保有量不斷飆升，在帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也造成了很多問題，比如城市道路的擁擠問題。而解決城市擁堵問題的有效方法就是倡導(dǎo)人們公交出行。公交車作為一種公共交通運輸方式，具有運輸效率高，運輸乘客數(shù)量大等優(yōu)點，但是各種問題導(dǎo)致的公交車線路規(guī)劃不合理對公共出行造成了一定影響，因此公交車線路優(yōu)化是城市交通規(guī)劃研究的重點問題之一。傳統(tǒng)的線路優(yōu)化數(shù)據(jù)采集方式主要是人工采集，效率低，數(shù)據(jù)量小，成本高。為解決這些問題，蔡曉利做出了公交車人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[1]的研究，張雪飛等人進(jìn)行了基于TCP的公交車客流量統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計[2]，但是這些研究都未得到廣泛應(yīng)用，因此本文提出一種基于Arduino的公交車客流量大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計目標(biāo)

本系統(tǒng)在對公交車載客量進(jìn)行檢測的同時，還可以實時地向公交調(diào)度中心反饋客流量信息，便于調(diào)度中心進(jìn)行公交車輛精準(zhǔn)調(diào)度，可有效地提高公交運營效率，緩解城市道路交通擁擠?？梢?，探究、推廣公交客流量統(tǒng)計系統(tǒng)，是一項既有顯著經(jīng)濟(jì)效益又有良好社會效益利國利民的項目。

2.2 設(shè)計思路

本文設(shè)計一種基于Arduino的公交車客流量大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由基于Arduino單片機(jī)、紅外測距傳感器、GPS模塊和藍(lán)牙模塊的公交車載客量統(tǒng)計裝置和數(shù)據(jù)采集處理終端兩部分構(gòu)成，其中公交車載客量統(tǒng)計裝置通過檢測一組紅外測距傳感器的測距值變化實現(xiàn)對上下車人數(shù)的實時監(jiān)控，通過GPS模塊獲取公交車在行駛過程中的經(jīng)緯度、時間以及速度信息，最后驅(qū)動藍(lán)牙模塊，將每一站的上下車人數(shù)信息實時發(fā)給公交調(diào)度中心的數(shù)據(jù)采集處理終端，從而實現(xiàn)一套完整的實時客流量檢測系統(tǒng)。

2.3 硬件設(shè)計

在每臺公交車的前、后車門分別安裝有一對紅外測距傳感器，根據(jù)乘客上下公交車時，身體遮擋前后兩個紅外測距傳感器的時間差自動統(tǒng)計上下車乘客的數(shù)量，進(jìn)而計算出各時段車內(nèi)乘客總數(shù)，并通過載客量采集器內(nèi)的GPS模塊獲取公交車在行駛過程中的經(jīng)緯度、時間及行駛速度信息。

基于紅外測距傳感器的公交車載客量統(tǒng)計裝置，主要包括GP2Y0A02YKOF紅外測距傳感器的預(yù)處理、GPS數(shù)據(jù)包的解析以及藍(lán)牙模塊的驅(qū)動。GP2Y0A02YKOF紅外測距傳感器的預(yù)處理過程包括輸出特性曲線擬合和傳感器輸出波形噪聲擾動的濾除，將預(yù)處理后的傳感器的測距值輸入至客流量統(tǒng)計算法，實現(xiàn)對當(dāng)前公交車內(nèi)載客量的實時統(tǒng)計。

基于Labview開發(fā)信息采集處理終端，將每一站的上下車人數(shù)信息實時發(fā)給信息采集處理終端，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，實現(xiàn)公交控制中心的管理人員對公交客流量數(shù)據(jù)和公交車GPS信息進(jìn)行實時掌控，從而實現(xiàn)了一套完整的實時客流量檢測系統(tǒng)。

3 藍(lán)牙無線通訊

由于公交車門位置的特殊性，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分需要無線模塊的支持，無線模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，要求無線模塊滿足體積小，造價低，傳輸速率高的要求。本系統(tǒng)采用藍(lán)牙4.0進(jìn)行無線傳輸。

藍(lán)牙無線傳輸協(xié)議主要分為以下四個部分：

1)建立連接。

在無線網(wǎng)建立之前，所有設(shè)備都處于就緒狀態(tài)。在該狀態(tài)下，未連接的設(shè)備每隔1.28 s監(jiān)聽一次消息，設(shè)備一旦被喚醒，就在預(yù)先設(shè)定的32個跳頻頻率上監(jiān)聽信息。

2)差錯控制。

基帶控制器采用3種檢錯糾錯方式：1/3前向糾錯編碼(FEC)；2/3前向糾錯編碼；自動請求重傳(ARQ)。

3)認(rèn)證與加密。

認(rèn)證與加密服務(wù)由物理層提供。

4)軟件結(jié)構(gòu)。

藍(lán)牙設(shè)備應(yīng)具有互操作性，對于某些設(shè)備，從無線電兼容模塊和空中接口，直到應(yīng)用層協(xié)議和對象交換格式，都要實現(xiàn)互操作性。藍(lán)牙傳輸協(xié)議如下：

建立連接→差錯控制→認(rèn)證與加密→軟件結(jié)構(gòu)。

藍(lán)牙連接的方式主要有兩種：

1)藍(lán)牙和設(shè)備自帶藍(lán)牙相連。這種方式需要設(shè)備自帶藍(lán)牙，且匹配過程較為復(fù)雜。

2)藍(lán)牙和設(shè)備之間通過藍(lán)牙串口套件相連。

為防止某些設(shè)備沒有自帶藍(lán)牙，或藍(lán)牙版本過舊，連接困難的情況，本設(shè)計選用第二種方式連接藍(lán)牙。為保證能正常使用藍(lán)牙及其串口套件進(jìn)行無線傳輸，首先要對藍(lán)牙進(jìn)行設(shè)定。這種方式需要使用2個藍(lán)牙芯片，一個用于數(shù)據(jù)發(fā)送，另一個用于串口套件。為保證兩個藍(lán)牙芯片能正常完成通訊，首先需要設(shè)置名稱，使兩個芯片使用一個名稱；其次要進(jìn)行主從機(jī)的設(shè)定，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粚λ{(lán)牙芯片必須有一個主機(jī)，一個從機(jī)；最后設(shè)定藍(lán)牙的波特率，這里的波特率要與單片機(jī)的保持一致。這些都設(shè)定好之后，兩個藍(lán)牙就可以傳送數(shù)據(jù)了。藍(lán)牙串口套件可以把接收到的數(shù)據(jù)用串口的方式輸送到設(shè)備中，上位機(jī)通過讀取串口的方式即可獲得發(fā)送端藍(lán)牙的數(shù)據(jù)，具體流程圖如圖1所示。

4 結(jié)語

實驗表明，本文中的公交客流量統(tǒng)計裝置可解決目前公交客流量統(tǒng)計裝置均存在的安裝困難、器件容易磨損、安裝后影響乘客正常通行以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)精度低等缺點，且該裝置生產(chǎn)成本及維護(hù)成本較低，并將多種元件進(jìn)行集成，外觀小巧，可實現(xiàn)無損安裝，便攜性大大提高，具有藍(lán)牙功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，為公交客流量調(diào)查人員提供一種更為方便的客流量統(tǒng)計手段。通過該公交車客流量統(tǒng)計系統(tǒng)可以有效統(tǒng)計公交乘客流量，并將客流量數(shù)據(jù)實時發(fā)送到交通管理平臺，實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的采集，為公交車線路優(yōu)化提供了有效的數(shù)據(jù)。