公交優先系統中數據處理及無線聯網模塊設計

傅志宏，龐溟舟

0 引言

公交系統是一個城市交通系統中最重要的部分之一，如何保證公交系統的高效率，這是各國政府所面臨的重要課題。公交優先成為越來越多國家應對交通擁堵的策略，我國政府很早就將優先發展公共交通作為基本國策。無論從我國還是從世界交通狀況的發展來看，公交優先理論和技術的研究都具有巨大的需求。公交優先控制理論，作為公交優先系統的關鍵和核心技術之一，其相關研究將具有廣泛的應用價值。在通行空間上給與公共汽車交通優先的基礎上、進一步為其提供優先通行信號（時間優先），可更有效地降低公交車輛的延誤，改善公交服務質量。

1 公交優先理論及策略

公交優先理論和技術主要包括單點優先控制、干線協調控制，并輔以交叉口控制布置等相關措施等，作為優化的目標應是通過交叉口的客流效用最大。它主要包含以下內容：

1.1 公交車輛行程時間的預測

公交車輛的運行存在著特殊性，站點位置及上下客時間的不確定性也給公交車輛的行程時間帶來隨機性，因此控制系統必須首先具備公交車輛行程時間動態準確預測的能力。

1.2 交叉口單點公交優先的控制

交叉口單點公交優先控制系統主要是在綜合考慮交叉口各交通流的效益指標（延誤、停車率、排隊長度、公交時刻表的偏離情況等）的前提下，以保證公交車輛固有的時刻表為前提，為晚點的公交車提供優先通行信號。

1.3 離線控制的基本策略

交叉口單點離線優先控制策略主要是根據公交車運行的歷史數據，在離線方案中以保證公交車輛的通行效率為準則，同時為在線調整留有余地，減少在線調整的盲目性。

1.4 在線調整方法

主要是在出現公交車運行晚點的情況下，為保證公交車輛已有的運行時刻表，應對交叉口群內各關聯交叉口配時方案進行適當調整。調整的方法主要采用：綠信比調整和周期調整。

1.5 交叉口群公交優先的控制

該控制方案主要以社會車流為協調控制對象，但當條件滿足時應考慮為公交車也適當提供通行的綠波。

2 公交優先系統中硬件的模塊設計

2.1 設計構想與硬件電路的設計

系統在實際應用中的框圖，如圖1所示：

圖1 系統在實際應用中的框圖

首先公共汽車通過 GPS獲得車輛位置的相關信息，其次將車載黑匣內的速度、是否準點等信息與GPS信息一同通過車載發送設備發送給該設計模塊（公交信息適配器），經處理后通過信號控制機向服務器發送請求信號，服務器根據各個路口的請求信號通過協調算法給出路口信號機的控制信號。最后信號機根據服務器返回的控制信號對路口信號燈進行控制，盡量保證車輛的準點運行。同時，也可以利用ZigBee射頻芯片的無線路由功能，構建一個信號機與服務器之間的后備無線網絡系統。

2.2 硬件的選型

發送模塊：實際應用中由車載發送模塊充當發送模塊。

數據處理模塊：采用高速arm7芯片LPC2148實現數據的處理、顯示及控制數據的收發。

通訊模塊：使用 Digi公司生產的 XBee-PRO系列ZigBee芯片進行數據傳輸。

顯示模塊：選用BYG12864B液晶顯示屏。

3 軟件功能的設計

3.1 ZigBee串口通訊格式和數據協議

3.1.1 通訊協議格式的組成：

協議由信息頭、信息長度、信息流水號、版本號、協議編碼、信息體、校驗碼

協議格式為：

3.1.2 數據協議的組成：

包括：標簽ZB信號強度、標簽短地址、標簽心跳周期、區內停留時間、車輛信息、發射功率、區序號、網格編號、經緯度、包含線路總數、當前線路號、上下行標志、站序號等。

3.1.3 串口數據讀寫及處理模塊

1)、串口讀寫模塊程序（略）

2)、液晶顯示程序（略）

3)、串口數據處理請求程序如下：

3.1.4 用ZigBee構建的無線網絡數據傳輸模塊

該功能模塊中網絡構建的問題偏向于硬件（模塊自帶無線路由功能），該模塊軟件所需要實現的功能只是將通過ZigBee通訊模塊接收到的數據進行提取處理，這里就不再具體說明。

3 系統功能的實現及總結

由于本人所在公司在上海漕河涇開發區有一個智能交通控制平臺，其控制了漕河涇開發區40多個路口的信號控制機。當時我公司和法國GARBARINI合作研發公交優先系統，并以公交93路為測試公交線路，該模塊得以實現測試。在這次測試中車載設備及各種數據由法方提供，該模塊安裝在93路沿線各路口的信號控制機內，其作用實現對車載設備的數據接收及處理，處理得出的數據包括車輛離路口 5秒、過站、通過路口、60秒信號等，并把這些數據通過不同的請求方式傳輸給信號機，信號機得到請求后有兩種方式來處理，其一：把請求發送給上層智能交通控制平臺，由交通控制平臺來處理數據，并根據路口區域各路口實際情況來合理的調整綠信比。其二：信號機自己來處理該請求，在綠燈時適當延長綠燈時間，在紅燈時在不影響其他相位最小綠的情況下盡快切換到該相位綠燈。在公交93路路線的測試過程中，取得了一定的優先效果，使得該線路的公交線路更加的通暢，同時也發現了一些不足之處：

1）由于公交車上裝有GPS來定位，這就需要GPS的精度要求比較高；

2）在使用ZigBee來傳送數據時，對ZigBee的發送接受強度有一定的要求，通過GPRS傳輸時，傳輸則有一定的延時，需要程序來控制；

3）在上下班高峰時，由于車輛的速度不容易控制，會導致實際到達時間和計算時間有一定出入，需要軟件來控制；

4）還有就是數據傳輸時，由于是無線傳輸，會由于電子干擾或屏蔽遮擋物等原因導致數據傳輸的丟碼、誤碼，這就需要軟件校驗及反饋校驗。

綜上，對于公交優先來講，我們也要明確盲目優先是不值得推崇的，公交優先的要求是準點，這樣就可以確定公交優先的原則、策略。有車輛定位條件的，僅在晚點時請求并給予優先（這是將來發展方向）；不管有否車輛定位條件的公交車，都不需要每個交叉口都給予優先，而要精心規劃、設計。這樣，在信號控制上就可以簡化許多問題（避免復雜的沖突），而且能夠較為容易地取得預期的效果。

[1]徐建閩.交通管理與控制,[M]人民交通出版社 2007

[2]于泉.城市交通信號控制基礎,[M]冶金工業出版社2011

[3]徐曉慧,王德章.道路交通控制教程,[M]中國人民公安大學出版社 2005

[4]趙學剛,張勇剛.道路交通控制,[M]中國人民公安大學出版社 2005

[5]周立功.深入淺出 ARM7（下）[M].北京航天航空大學出版社2006

[6]宓霖.基于ZigBee技術的無線數據收發器MAC層協議研究與硬件設計[D]東南大學移動通信國家重點實驗室,2005

[7]XBee/XBee-PRO 系列芯片 datasheet.digi公司.www.digi.com.cn.

[8]HUEL-SHENG TSAY AND LIANG TAY-LIN.New Algorithm for solving the Maximum Progression Bandwidth TRANSPORTATION RESEARCH RECORD 2008