經濟實用型公交電子站牌系統的設計研究

鮑欽何，陳湘榮

（湖南大學工商管理學院，長沙410082）

經濟實用型公交電子站牌系統的設計研究

鮑欽何，陳湘榮

（湖南大學工商管理學院，長沙410082）

本文針對目前普遍存在著公交電子站牌系統制作和建設成本偏高的現象進行了分析，提出了降低成本的一些指導思想，試圖為引電困難的公交站點設計一種低成本、低能耗、不用市電的電子站牌，并為這種電子站牌進行了總體結構和功能模塊兩方面的設計研究。

公共交通；電子站牌；太陽能；手搖發電

公交電子站牌作為智能公交系統的一部分，能夠動態顯示經過該站點的所有公交車輛即將到達該站點的時間和距離，讓候車人清楚地知道各車輛何時到達，給乘客帶來了很大方便。但是，公交電子站牌在我國的現狀是試點多、普及比較困難，在設計、建設和運行等方面還存在一些問題。我們來看一下相關媒體的報道：“巖城40塊電子公交站牌僅1塊通電市民：如同擺設”（《閩西新聞網》2015-03-27報道）；“公交電子站牌推廣遇尷尬：缺乏電力供應，電子站牌想亮不容易”（《中國江蘇網》2014-10-29報道）；“公交電子站牌推廣失敗近10次投入成本過高公司已放棄”（《財經網》2014-09-22報道）；“北京公交電子站牌多成擺設未及時準確發布信息：智能站牌不通電變黑屏”（《北京晨報》2012-11-19報道）。通過分析這些報道，我們發現成本高、引電難已成為了公交電子站牌建設和推廣中的主要矛盾，特別在近郊的城鄉公交線路上的公交站點，還有部分存在電力線路無法到達或電力容量不足，不能給電子站牌通電的狀況。

因此，我們試圖為引電困難的公交站點設計一種低成本、低電力消耗、不用市電的電子站牌。首先，我們為這一款公交電子站牌的設計制定了一個指導思想：經濟實用，只保留主要功能，其他性價比低的非必要功能堅決砍掉；并且努力把電子站牌系統的總成本（包括電子站牌的制作成本、建設成本和維護成本）降下來。具體來說，相比較常規電子站牌，我們在研發思路上做了以下三個方面的規劃：

（1）砍掉電子站牌的商業廣告功能。常規電子站牌有一個LCD液晶顯示屏，該屏的功能就是播放商業廣告。我們調查了解到：公交電子站牌上的LCD廣告顯示屏，因廣告效果差、商業價值低，多數商家不愿、或只愿出少量錢在這上面打廣告，與投入的LCD液晶顯示屏+商業廣告系統的成本比，產出很低，所以這個虧本買賣應該砍掉、砍掉后電子站牌的制作成本就有了大幅下降。

（2）砍掉電子站牌的攝像功能。常規電子站牌有一個以攝像頭為核心的視頻攝像傳輸功能，我們認為這個功能存在的意義不大，事實上試點單位大多不很清楚這攝像頭要攝什么、攝錄的視頻傳輸給誰看、起什么作用，我們認為交通部門和公安部門已在公交沿線安裝了很多高清攝像頭，其他部門也基本不需要公交電子站牌來拍攝什么，因此砍掉這個攝像系統（包含攝像頭、影像貯存設備、影像傳輸設備），讓電子站牌的制作成本再次大幅下降。

（3）增加太陽能和手搖發電作為這款電子站牌的電力來源。我們了解到，在城鄉結合部、或電力緊張地區，要為公交電子站牌引電而建設電力線路的費用是相當的高。為了降低成本又能經濟實用，本文研究的這款電子站牌選擇太陽能供電作為電子站牌的主要能量來源，同時提供手搖發電作為補充。因為在陰雨天氣、夜晚等時段，太陽能供電不足以支持電子站牌的工作，我們設計了手搖轉盤發電作為電子站牌的另一電力來源，并選擇合適功率的發電機，使廣大候車者手搖發電搖得動、搖后略有點累，這樣既能讓候車者打發無聊候車時間，又能達到健身效果。一般來說，候車者會樂意接受這種手搖發電方式。通過成本分析可以知道，太陽能發電和手搖發電方式增加了電子站牌的制作成本、卻省去了為引市電需要建設電力線路的建設成本，二者相抵后總成本仍有一定程度的下降；砍掉電子站牌的商業廣告功能和攝像功能后，總成本則有明顯的下降。

這一款經濟實用型公交電子站牌的整體結構設計如圖1所示，其主要部件有：不銹鋼框架（含兩根立柱和橫梁）、轉盤和手搖柄、發電機和齒輪組、太陽能電池板、蓄電池、高亮的LED顯示屏、電源控制器、GPRS數據傳輸模塊等。

其主要功能是：動態顯示經過該站點的所有公交車輛即將到達該站點的時間和距離，并且在不增加硬件設施的前提下，通過軟件編程的方法插播當前時間、當日天氣、道路擁堵情況、緊急通知、公共重大消息等，方便人們出行。

圖1　電子站牌的整體結構示意圖

圖2　電子站牌的功能模塊結構圖

圖2是該電子站牌的功能模塊結構圖，各功能模塊的分析設計如下：

（1）太陽能供電模塊的設計：太陽能供電模塊由太陽能電池板、電源控制器和蓄電池三部分組成。太陽能電池板把太陽能轉換為電能，傳輸給電子站牌，或傳輸到蓄電池中儲存起來。電源控制器在這一電力輸送過程中負責實現平衡負載，協調太陽能電池板、手搖發電機、蓄電池、電子站牌的工作，其工作原理主要是通過驅動電路產生適當的PWM脈沖信號來執行DC/ DC轉換電路內部開關的通斷，實現對轉換電路輸出電壓及電流的控制，達到穩定輸出電壓至負載的目的。

（2）手搖發電模塊的設計：手搖發電模塊主要由發電機、齒輪、搖臂三部分組成，考慮到人做功的最大功率一般在0.1到0.2馬力之間，也就是約73到150W的功率，所以選擇發電機功率在20W左右，使人手搖發電時不至于感到太吃力，強度和騎單車差不多。齒輪組的作用就是變速，把轉慢的手搖速度變成了發電機轉子的高轉速，有利于提高發電效率。此時發電機發出的是電壓頻率脈動的交流電，需要經過二極管整流橋的整流變為電壓脈動的直流電。該直流電再經過電源控制器的控制處理，形成穩定幅值的直流電壓后再輸送到電子站牌或蓄電池。

（3）蓄電池充放電模塊的設計：對于蓄電池的充電來說，馬斯定律表明，其最佳充電特性曲線是下降的，但是我們可以階段性地保持充電電壓固定不變，充電一段時間之后采用減少一級的恒定電壓再充電。這樣在每個較小的恒電壓充電階段，充電電流依據指數規律下降，符合電池充電最佳曲線的要求。通過電源控制器對蓄電池間隔恒充的過程中，實時測量蓄電池的端電壓，對蓄電池進行充放電保護，防止蓄電池過充或過放。

（4）電子站牌信息控制模塊的設計：該控制模塊主要實現車輛到站預報和公交信息的發布，在LED屏上顯示公交線路、運行時段、乘客人數、到站信息、換乘信息和公交線路是否正常運行等信息，其中車輛到站預報功能是電子站牌的核心功能，使用歷史趨勢和多元線性回歸等混合算法預測車輛到站時間，通過刷屏分別顯示站數預報、里程預報和時間預報，盡可能地提供面向乘客的差別化信息需求，同時電子站牌還可以通過GPRS從公交信息中心獲取道路異常信息、車輛線路調整信息等及時顯示在LED屏上，避免了候車乘客無效等車。同時在不增加成本的前提下，電子站牌也可穿插顯示如地震、火災、冰雹等重大公共信息，或穿插顯示公交系統的緊急通知等內容。

（5）公交信息中心后臺服務器軟件的設計：獲得車輛的實時運行信息，計算出各公交線路、站點的不同車輛的預計到達時間、里程數等數據，并把這些數據經過篩選后通過GPRS發給不同地點的電子站牌。有一個需要注意的地方，這款電子站牌在長期惡劣天氣下可能只有手搖發電這一種電力來源了，這時存在著有人搖時有電、無人搖時無電的情況，此時GPRS數據的傳輸存在著較頻繁的斷開和重新連接的要求，需要軟件設計時循環測試GPRS數據傳輸的連接是否正常，一旦發現GPRS數據傳輸通道斷開了，后臺服務器軟件就應及時放棄發送信息、并初始化相關的數據連接變量、等待電子站牌端重新發來連接請求信號。

總的來說，本文研究的公交電子站牌的特點就是：成本較低、適用于引電困難的地區。以太陽能供電、手搖發電和蓄電池充放電三者組合形成了全天候的電力供應方式，不需要為引市電而建設電力線路，降低了建設成本，也提高了建設速度。文中有別于常規公交電子站牌的一些經濟實用思想或許能為智能公交系統的建設者們提供一些參考。

主要參考文獻

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10.3969/j.issn.1673-0194.2016.13.122

F572.88；U495

A

1673-0194（2016）13-0215-03

2016-03-31

廣東省教育部省部產學研重點項目（No.2010B0904000 32）。

鮑欽何（1968-），男，湖南大學工商管理學院講師，主要研究方向：管理信息系統（通訊作者）；陳湘榮（1970-），女，湖南大學工商管理學院高級會計師，主要研究方向：高級財務分析。