姜 川，陳 晨，李樂童，趙智洋，景 強

（1. 正元地理信息集團股份有限公司山東分公司，山東 濟南 250014）

近年來，一些大中型城市正逐步推廣建設智能化公交系統(tǒng)[1-2]，新設的智能電子站牌不僅能實時播報公交車運行軌跡、即將到站信息、天氣預報、通知公告等，還可以實時監(jiān)控公交站點附近客流和治安狀況，使乘客的出行更加便捷。

1 系統(tǒng)設計

本文以長?。ㄔ醒胩K區(qū)）智能運營中心智能電子站牌專項建設為例，提出軟硬件建設的思路及總體框架。

1.1 設計理念

在新型智慧城市建設理念指導下，通過繪制一張圖、建設一張網(wǎng)、進行一治理，打造三中心，搭建一平臺、建立兩個保障體系、推進N方面典型應用，形成長?。ㄔ醒胩K區(qū)）智能運營中心PPP項目的頂層設計。

智能公交電子站牌建設作為長?。ㄔ醒胩K區(qū)）智能運營中心PPP項目建設的重要組成，結(jié)合云計算中心、云數(shù)據(jù)中心、調(diào)度指揮中心現(xiàn)有的基礎和智能電子站牌項目的具體要求，分配相應存儲、計算、安全等各類資源，進行統(tǒng)一部署，與長汀縣智慧城市頂層設計相結(jié)合，從建設資金、運維模式、數(shù)據(jù)共享等方面提供扎實的保障。

乘客可以通過手機、實體電子站牌準確獲得公交路線信息、車輛實時位置，城市管理者可以通過云數(shù)據(jù)中心調(diào)取運營態(tài)勢、公交運力等專題數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、應急指揮提供數(shù)據(jù)服務，構(gòu)建出覆蓋智能電子站牌設備、網(wǎng)頁、微信、APP等多元渠道的智慧公交出行服務體系，優(yōu)化乘客出行體驗，提升出行滿意度。

1.2 設計思路

智能電子站牌是一項復雜的系統(tǒng)性工程，結(jié)合長汀縣傳統(tǒng)仿古設計站牌、公交車運營的實際情況，提出包含嵌入式電子站牌硬件設計、公交站點采集定位、接電線路鋪設、基礎地基加固、通信協(xié)議對接、軟件平臺研發(fā)、軟硬件安裝調(diào)試等過程的技術(shù)方案，并跟蹤電子站牌實施過程的噴漆、焊接、組裝、調(diào)試每一個環(huán)節(jié)，最終將智能電子站牌分別投放于西外街、兆征路、營背街等路段。

智能電子站牌的報站提醒依托地理信息技術(shù)對站點和車輛實時位置比對[3-5]，因此，站點位置的采集是最基礎的環(huán)節(jié)，也是公共交通設施規(guī)劃調(diào)整的重要參考依據(jù)。本次研究過程采用中海達Qbox8 高精度北斗魔盒，接入千尋知寸位置服務，在固定解狀態(tài)下，對各站點采集位置達到厘米級精準定位。

智能電子站牌報站的工作原理是在每一輛公交車上安裝車載終端[6]，車載終端將車輛GPS 位置數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)實時推送到智能運營中心，在智能運營中心部署軟件系統(tǒng)處理、分析、比對、分發(fā)數(shù)據(jù)。在公交車輛進入站點200 m 范圍內(nèi)感應即將到站的車輛。公交車輛GPS實時定位軌跡的穩(wěn)定性、實時性，直接決定智能電子站牌報站的準確性。如果出現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)丟失、消息堵塞等情況，則會導致報站的不準。因此，本文采用MQTT通信方式傳輸實時數(shù)據(jù)，redis作為消息隊列提高數(shù)據(jù)處理的響應速度和穩(wěn)定性。

電子站牌與系統(tǒng)平臺之間采用TCP 方式建立連接，設備上電后發(fā)送登陸指令，平臺收到指令后發(fā)送設備校時與設置站點名稱指令，后續(xù)平臺再立即推送線路站點信息指令，電子站牌按固定周期向平臺發(fā)送心跳消息，對接電子站牌MQTT通信協(xié)議的解析如表1所示。

表1 設備校時與設置站點名稱格式

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

智能電子站牌系統(tǒng)并不局限于對公交車報站單一屬性，而是集成多種硬件設施和軟件系統(tǒng)為一體的綜合性智能化系統(tǒng)[7-9]。整體架構(gòu)由智能電子站牌、車載終端、應用系統(tǒng)（基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、電子站牌集中控制管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理云平臺、智慧公交大數(shù)據(jù)可視化平臺、智慧公交移動端）、基礎設施服務、網(wǎng)絡服務、數(shù)據(jù)資源組成，各組成部分互為支撐。

總體框架采用面向服務的架構(gòu)（SOA）技術(shù)，在深入研究計算模型、技術(shù)框架及其標準體系的基礎上，依托虛擬化節(jié)點主機、云存儲、網(wǎng)絡等硬件資源，將智能感知和業(yè)務專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織存儲、按需分配，支撐車載終端、智能電子站牌、應用系統(tǒng)的運行，滿足城市管理、服務民生、行業(yè)監(jiān)管的要求，如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

1.4 硬件設計

智能電子站牌設備是為長汀縣仿古公交站牌嵌入定制的產(chǎn)品，在結(jié)構(gòu)與外形方面匹配適應古韻汀州的定位，主框架所有工藝加工采用激光切割和轉(zhuǎn)塔數(shù)控沖床，外表采用8 mm 全鋼化玻璃覆蓋，顯示區(qū)域采用的是55 寸LCD 顯示屏，顯示分辨率為1 920 px×1 080 px，默認顯示4條公交線路，對線路較多的站點采用滾動的方式顯示。

智能電子站牌以基于Android 核心板集中控制系統(tǒng)為核心，集成無線通信、顯示屏狀態(tài)管理、滾軸廣告、照明、語音、溫控、時控、故障回傳、視頻監(jiān)控等功能，由通信設備實現(xiàn)與系統(tǒng)平臺之間的數(shù)據(jù)交換，如圖2、3所示。

圖2 電子站牌硬件結(jié)構(gòu)圖

圖3 電子站牌效果圖

2 系統(tǒng)軟件研發(fā)

從長?。ㄔ醒胩K區(qū)）智能運營中心PPP項目頂層設計的角度，采用虛擬化、服務化、資源化的設計思想，將整個城市公交智能電子站牌系統(tǒng)架構(gòu)劃分為感知層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層、平臺層和應用層，可視化呈現(xiàn)城市公交運行態(tài)勢，為城市交通管理提供堅實可靠的數(shù)據(jù)和信息支撐，如圖4所示。

圖4 軟件架構(gòu)圖

2.1 基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

通過基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)整合匯聚公交基礎數(shù)據(jù)資源，確保數(shù)據(jù)的完整性、現(xiàn)勢性，涵蓋人員管理、線路管理、分組管理、電子站牌管理、公交車輛管理、車載終端管理、特殊區(qū)域管理等功能模塊，實現(xiàn)對城市公交基礎數(shù)據(jù)的集中存儲、統(tǒng)一管理、共享服務。

在站點采集定位完成后，將北斗魔盒采集的坐標按要求格式錄入到基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)維護各公交站點的空間和屬性信息。同時，系統(tǒng)提供對線路、站點、車輛、司機等數(shù)據(jù)進行查詢、添加、修改、刪除等操作，實現(xiàn)對公交專題數(shù)據(jù)的綜合應用和統(tǒng)計分析。

2.2 電子站牌集中控制管理系統(tǒng)

通過電子站牌集中控制管理系統(tǒng)與智能電子站牌設備的無縫對接，實時監(jiān)控電子站牌的運行狀態(tài)，提供對電子站牌的遠程監(jiān)控管理，可在遠端控制主機開關(guān)機、音量控制、定時LCD開關(guān)機、報警溫度、滾屏方式、首末班時間等，還可以向智能公交電子站牌設備終端推送線路站點、即將到站、廣告、時間、天氣等信息。

智能電子站牌作為電子站牌集中控制系統(tǒng)的消息接收端，響應系統(tǒng)下達的各項任務，控制電子站牌屏幕顯示內(nèi)容。同時，乘客在等車的過程中宣傳客家首府、古韻汀州風貌，垃圾分類、綠色出行等公益廣告。

2.3 視頻監(jiān)控管理云平臺

視頻監(jiān)控管理云平臺集成實時視頻監(jiān)控、本地與遠程錄像播放、視頻巡檢、圖像抓拍、設備管理與維護、報警管理、報表統(tǒng)計、系統(tǒng)管理等功能模塊，可以提供公交車內(nèi)、公交站點周邊區(qū)域的監(jiān)控視頻，為智能電子站牌設備的安全提供保障。

在智能電子站牌內(nèi)置2T硬盤存儲監(jiān)控視頻，可設置開始時間點、結(jié)束時間點及選擇視頻通道進行歷史視頻回看。通過視頻監(jiān)控管理云平臺可以將智能電子站牌周邊區(qū)域的監(jiān)控圖形傳輸?shù)街悄苓\營中心，支撐交通管理部門對公交站點的現(xiàn)場監(jiān)控。

2.4 智慧公交大數(shù)據(jù)可視化平臺

通過智慧公交大數(shù)據(jù)可視化平臺集成整合車載終端、電子站牌等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合地理信息技術(shù)在電子底圖上可視化呈現(xiàn)實時公交車輛位置、公交站牌分布情況，對海量數(shù)據(jù)進行分析匯總整合、專題化分析，還提供公交模擬線路圖更直觀表達公交站點的到站信息[10-12]。

智慧公交大數(shù)據(jù)可視化平臺從車輛總數(shù)、月累計營運里程、月累計完成趟數(shù)、車輛平均速度多個維度統(tǒng)計公交運營態(tài)勢，可以宏觀匯總統(tǒng)計線路總數(shù)、站點總數(shù)、路線長度等公交基礎設施情況，還可以直觀展示上行車輛、下行車輛、營運里程、趟數(shù)、平均速度等每日運力數(shù)據(jù)，為公共交通管理決策和規(guī)劃設計提供科學的數(shù)據(jù)支撐。

2.5 智慧公交移動端

智慧公交移動端包括微信小程序和手機APP，提供查詢公交路線、公交站點、附近公交、公交換乘、常用線路、站點收藏、上下車提醒等功能，可通過手機查詢每一輛公交車的實時位置，使手機一秒變身智能公交電子站牌。通過智慧公交移動端使乘客在出行前，即可通過手機快速定位到自己所在位置，查看附近公交站點位置以及公交站點的線路信息，還可獲取公交車的實時動態(tài)信息，提前安排出發(fā)時間、換乘線路。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

整體系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，實時數(shù)據(jù)使用WebSocket建立鏈接推送消息，前端業(yè)務功能使用RESTful 接口POST提交到后端，服務器接收到請求調(diào)用相關(guān)的Java包響應，Java包依據(jù)請求內(nèi)容調(diào)用處理程序，從service層傳遞到mapper層進行數(shù)據(jù)庫交互，實現(xiàn)業(yè)務處理邏輯，完成響應后將結(jié)果進行前端界面渲染與展示。

3.2 系統(tǒng)測試

選取三元閣公交站點，現(xiàn)場記錄、比對公交車到站與智能電子站牌報站是否一致，驗證預報站點、信息發(fā)布的準確性。同時，在微信小程序、APP中獲取公交線路、車輛實時位置等信息，比對手機報站是否準確，比對附近公交、站點線路查詢等結(jié)果是否與現(xiàn)場一致。

通過在現(xiàn)場2 h的記錄以及1個月的隨機抽查，驗證了微信小程序、APP中獲取公交線路、車輛實時位置等信息準確無誤，智能電子站牌滾軸廣告、視頻、通知、天氣、線路等均無故障發(fā)生，報站準確率達100%。

4 結(jié) 語

本文提出一種集成多種硬件設施和軟件系統(tǒng)為一體的綜合性智能化城市公交智能電子站牌系統(tǒng)，并對智能電子站牌系統(tǒng)的設計進行了全面的分析闡述。通過城市公交智能電子站牌在長汀縣的實際應用，優(yōu)化了公交出行的乘客體驗，提高了城市公交智能化水平。