基于GPS的公交車智能調度與位置發布系統

田紅彬，吉煒寰

（河南職業技術學院 電氣工程系，河南 鄭州 450046）

隨著我國城市建設的飛速發展，交通問題日益嚴重，已經成為城市交通管理部門需要面對的重要課題，大力發展公交車，實現數字化和智能化城市交通管理，提高公交車運營管理效率和社會服務水平是改善城市交通的戰略選擇。目前很多乘客在站臺等車的時候，不知道下一趟車在什么位置或者到達本站需要多長時間[1-2]。因此，車輛的準確定位是整個公交車智能化管理系統的核心問題。

為了實時掌握城市中所有公交車輛的運行情況，增加調度能力，提高為乘客的服務質量，設計了基于GPS的公交車智能調度與位置發布系統，通過車載定位終端實時獲取位置信息并發送到調度中心進行處理和存儲，電子站牌再從調度中心搜尋自己需要的車輛信息，把屬于途徑本站的所有車輛位置直觀顯示在LED上，乘客就會提前知道自己要乘坐的公交車即將到站時間，同時調度中心還可以向各終端廣播文本廣告或者即時消息，為廣大群眾出行提供便利。

1 系統總體結構

基于GPS的公交車智能調度與位置發布系統是將電子、控制、計算機和無線通信等技術集中運用于公共交通系統，利用全球定位系統獲取公交車所處的位置信息，并進行位置提前預報服務，改變了舊的服務模式，建立了全新的服務體系，不但為乘客提高了服務質量，也改變了自己的運營管理模式，提高了工作效率[3]。

基于GPS的公交車智能調度與位置發布系統主要由調度中心、車載定位終端子系統和電子站牌子系統組成。系統總體結構如圖1所示。系統采用C/S架構設計，調度中心作為服務器端處于在線狀態，等待作為客戶端的電子站牌和車載定位終端連接進行數據交換。

公交車輛得到的定位數據必須實時傳送至調度中心進行處理，且站牌為了實時發布即時數據也需要建立與調度中心的TCP/IP網絡連接。雖然單個車載定位終端和電子站牌終端所傳輸的數據量不大，但是由于終端數量多，所以數據匯集到調度中心的數據就大得多。為此，電子車牌和車載定位終端上采用了GPRS的無線通信方式，在調度中心采用了光纖數據專網，能夠滿足系統的設計需要。

圖1 系統總體結構

系統的數據來源是車載定位終端，車載定位終端將GPS信息發送至調度中心，調度中心經過處理后將數據存入數據庫中，電子站牌每隔設定的周期鐘讀取調度中心相應的數據，并刷新LED顯示屏和LED燈組，提前告知乘客所要乘坐車輛的具體位置信息；車載定位終端具有顯示所屬線路上的所有公交車位置信息，通過控制速度可使線路上的公交車均勻分布，提高了運載效率，實現了智能調度的作用；同時，調度中心具有發布消息的功能，可將即時消息，如天氣、廣告和出行等消息發布到電子站牌的LED顯示屏上[4]。

2 車載定位終端和站牌終端設計

2.1 車載定位終端

車輛的準確定位是整個智能化管理系統的核心問題，車載定位終端主要實現公交車GPS實時數據的獲取和發送，并通過車廂內的LED向車內乘客自動發布到站信息。

2.1.1 硬件結構

車載定位終端主要由嵌入式處理器S3C2440、GPRS模塊、LED顯示屏、GPS模塊、SIM卡和電源管理單元等組成，車載定位終端結構如圖2所示。

圖2 車載定位終端硬件結構

車載定位終端利用GPS模塊獲取公交車的實時位置信息，嵌入式處理器S3C2440通過串口接收從GPS模塊輸出的數據，經過處理后得到經緯度、速度、運動方向和時間等信息，為了保證能有效地搜索到定位衛星，采用了GPS外置天線。GPRS模塊需要放置一張開通GPRS服務的SIM卡，且使其具有一定的余額。LCD顯示屏用來顯示操控界面，司機可以直觀看到所屬線路上所有車輛的位置信息，以便進行車速控制，使車輛均勻分布在該線路上；由于車內嘈雜，聲音報站有時乘客聽不到，LED顯示屏用來向車內乘客顯示到站信息，聲光并用提高服務質量；設備的電源是由12 V車載蓄電池提供的，經過電壓轉化變成5 V，3.3 V和1.8 V供各個模塊使用。

2.1.2 車載定位終端軟件設計

Embedded Visual CE 4.0是基于WinCE 5.0平臺下嵌入式操作系統定制的集成開發環境，它提供了所有進行設計、創建、編譯、測試和遠程調試應用程序等功能[5]。應用軟件就是在WinCE 5.0嵌入式操作系統的基礎上開發的，用來實現對運行車輛的實時定位和數據通信等工作，并提供了一個友好的人機界面。車輛定位器的軟件工作流程圖如圖3所示。

圖3 車載定位終端軟件工作流程

車載定位終端上電后，首先進行系統初始化，包括對處理器、GPS模塊、GPRS模塊和LCD控制器的工作方式和參數進行初始化，然后主動建立網絡連接，網絡連接包括三部分：1）GPS搜索衛星信號，待與至少4顆衛星連接后，方可輸出定位信息，衛星越多精度越高；2）通過向GPRS模塊發送AT控制指令接入GPRS網絡；3）建立與調度中心的TCP/IP網絡連接，并保持在線狀態。網絡建立后，接收GPS數據，并檢測是否收到來自調度中心的文本消息，如果有就調用相關子函數進行處理，將文本顯示在車內的LED顯示屏上，如果沒有就直接將車輛ID和GPS數據打包上傳到調度中心進行處理和存儲，根據設置延時n秒后，再回到循環函數的入口。

2.2 電子站牌

電子站牌有兩個功能：1）顯示經由此站每條公交線路上公交車的位置；2）廣播從調度中心發來的即時消息。電子站牌的硬件主要由處理器LPC2129、LED顯示屏、多個LED燈組、GPRS模塊、SIM卡和太陽能供電模塊等組成，電子站牌硬件結構如圖4所示。LED顯示屏用來廣播天氣、廣告和緊急即時消息；LED燈組中的燈代表公交線路中的停靠站，閃亮的LED燈表示有公交車，同一條線路中會有多個閃亮的燈[6]。

圖4 站牌硬件結構

車載定位終端采用嵌入式處理器LPC2129作為控制核心，協調各模塊的工作，與調度中心的服務器建立TCP/IP網絡連接進行數據通信，根據設置電子站牌每隔一個周期向調度中心獲取一次數據，數據包括途徑此站且在線的公交車位置信息和調度中心要發布的文本即時消息，經過處理后將此時所有車輛的位置信息更新在相應的LED燈組成，并刷新LED顯示屏上的文本信息。由于站牌都處在公路的兩側，單獨供電線路成本高，而且還占用原本擁擠的道路空間，故在設計中采用了太陽能電池板供電的方式，白天陽光充足的時候太陽能電池板給蓄電池充電，夜間利用蓄電池給電子站牌供電，當所有車輛都停運的時候，處理器LPC2129會自動斷開與各模塊的連接，并進入睡眠模式，使功耗降到最低。

3 調度中心管理軟件與實驗結果

3.1 調度中心管理軟件

調度中心管理軟件在VC++6.0環境下開發而成，主要由網絡管理、信息錄入、軟件升級、系統配置、調度運算、權限管理、調度執行、數據庫管理、信息發布、監視屏幕和報表打印等功能模塊組成，調度中心軟件功能結構如圖5所示。

圖5 調度中心軟件功能

公交車智能調度管理中心負責所有車輛的實時GPS數據采集、處理與存儲，也為電子站牌子系統提供數據通信、轉發與儲存服務，系統通過數據專線網絡連接Internet。其主要功能包括：接收公交車載定位終端發送來的數據，經過處理與過濾后根據需要轉發給電子站牌子系統，支持各調度站的數據備份、軟件升級和信息錄入等系統輔助功能[7]。

3.2 實驗結果

為了驗證系統的功能進行了仿真實驗，共設置了12個停靠站，整條線路運行3輛車，公交車上的司機通過LCD顯示屏能夠直觀看到該運行線路上所有車輛的目前所處的位置，并控制自己的車速，使這輛車均勻分布在線路上，電子站牌處的乘客也能實時看到線路所有車輛的位置移動情況，從車載定位終端上獲取某一時刻的數據如表1所示。

表1 車輛位置信息

通過表1可以看出，目前該線路上運行著3輛公交車，顯示了運行線路、速度、方向、站點位置和到下一站的時間信息。在電子站牌直觀展示給乘客可以表示為圖6。

圖6 電子站牌顯示示意圖

公交車司機從車載定位終端的LCD上直觀跟蹤所屬線路的其他車輛位置信息，通過控制車速能使所有車輛均勻分布在這條線路上，避免出現多輛公交車扎堆的現象，減少了調度中心的工作量，實現了智能化管理工作。

4 小結

本文介紹的公交智能調度與位置發布系統利用GPS和GPRS技術相結合的方法獲得智能交通中最重要的位置信息，可以實時掌握整個路網中公交車運行情況，進行即時處理、分析和預測，并快速反饋給每個公交車和電子站牌。設計的電子站牌能夠使乘客及時了解車輛到站情況，能幫助乘客提前選擇出行方式，并實現了調度的智能化，對維護運營秩序、提高運營效率、保證運營安全和促進智能公交車系統的發展具有積極意義。

[1] 孫弋，汪亞東，李培煊.基于GPS的嵌入式公交自動報站系統的研究[J].電子技術應用，2007（11）：34-36.

[2] 謝少林，周綺敏，宋意輝.基于GPRS無線數據網絡的移動流媒體終端研究[J].電視技術，2005，29（10）：67-69.

[3] 趙飛.基于TOF/RSSI的公交車載節點組合定位算法研究[J].電子技術應用，2012，38（2）：8-10.

[4] 董永峰，郭志濤，谷強，等.基于ArcGIS Server的公交車輛監控系統的設計與實現[J].計算機應用與軟件，2012，29（5）：95-98.

[5] 王慶榮，張秋余.基于隨機灰色蟻群神經網絡的近期公交客流預測[J].計算機應用研究，2012，29（6）：2078-2080.

[6] 胡志坤，徐飛，安慶.公交車輛的監控和調度系統[J].計算機測量與控制，2009，17（3）：319-320.

[7] 謝海嘯，王強，邱建.智能中控技術在視頻信息發布系統中的新應用[J].電視技術，2009，33（8）：106-108.