基于物聯網和Zigbee技術的智能公交調度系統

文/孫璐陽 王全秀

隨著物聯網快速發展，智能交通逐漸進入公眾視野。智能公交調度系統是一個開放、智能、人性化的綜合交通系統，它使用公交車作為平臺，將傳感、計算機、網絡通信等技術與公交車上相關設備連接起來。為人們的出行提供一個更加的便利、安全和舒適的環境。

1 物聯網與Zigbee技術

物聯網的技術架構分為三層：感知層、網絡層、應用層。感知層利用各種類型的傳感器采集外界數據，網絡層利用無線和有線網絡對采集的數據進行編碼、認證和傳輸，形成協同感知的網絡應用層物聯網技術與智能公交相結合，同時提出了各種解決方案。

ZigBee通信技術是一種新型無線通信技術，具有距離短、功耗低、復雜度低、延遲短、容量大、可靠性高等特點。基于ZigBee通信技術的智能公交調度系統由多個網絡終端節點，路由器和協調器組成。所有網絡端點都使用ZigBee協議，通過協調器進行通信，形成巨大的ZigBee無線傳感器網絡。

2 智能公交調度系統總體設計

現在，人們的出行安全產品被更加廣泛地運用于不同類型不同行業的車輛上。此智能公交調度系統就是為駕駛員在駕駛過程中提供輔助支持，隨時隨地監控公交車內部環境情況，幫助駕駛員培養健康的駕駛習慣，識別駕駛過程中的不安全因素，并改善安全駕駛。

2.1 總體功能分析

如圖1所示。

圖1

圖2

本系統設計了一種基于Zigbee通信協議的公共車輛輔助駕駛及智能調度系統，以期實現公交車的人員需求統計、輔助駕駛、智能調度、智能監管。通過各種傳感器發送信息進行通信，使駕駛員實時了解公交車以及周圍環境的狀態，如乘客人數、溫度、濕度、光照強度、實時路況等，以實現對公交車內的設施的智能操控；同時使指揮中心能夠智能調度指揮各個在崗的公交車，實現公交遠程監控、調度等。保證了公交車內部環境時時處于舒適安全狀態，向乘客提供了最優乘車環境。

2.2 各模塊功能描述

如圖2所示。

2.2.1 熱釋電紅外模塊

使用兩個熱釋電紅外模塊，用來監測上下車的乘客人數，一個實現人數增加一個實現人數減少操作。對上下車的乘客進行計數，并通過通信模塊將信息反饋到操作界面中顯示，并實時更新。

2.2.2 溫濕度光照模塊

負責實時監測公交車內的溫度、濕度和光照強度信息，并發送給客戶端，使駕駛員和調度中心能夠實時了解車內情況。另外當光照強度過高時，系統會自動調用電機模塊來調節窗簾。

2.2.3 電機模塊

實現對窗簾、車窗的控制，當溫濕度光照模塊測得的數據顯示車內溫度和濕度較高時控制車窗打開，光照強度較高時展開窗簾，較低時收起窗簾。

2.2.4 超聲波模塊

用來監測與前后車輛的車間距，此模塊的消息發送頻率較高，當前后車間距突然變小時會發出報警信息提醒駕駛員有緊急情況發生，以便駕駛員夠及時觀察處理緊急情況，避免發生追尾。

2.2.5 煙霧模塊

主要是作為公交車內的安全監測預警的裝置，公交車在行駛途中監測到煙霧時說明有乘客吸煙或者車輛發生故障著火，駕駛員應該及時處理。

2.2.6 PWM調光模塊

主要作用是使駕駛員在夜間駕駛和陰雨天駕駛時能夠對車內燈光進行調控，調整到合適的亮度。

3 詳細設計過程

3.1 ZigBee協議棧的修改

考慮到設計的系統的需要，我們需要用到多個超聲波節點和兩個熱釋電紅外節點，所以需要在協議棧中修改節點的ID用來區分同一類型的不同節點的返回消息，然后分別燒錄到不同的節點中，這樣才能保證同一類型的不同節點對服務器發來的消息能夠進行區分。

在公交車上不需要頻繁的溫濕度光電信息采集，將溫濕度光電模塊的消息發送頻率修改為5000ms，但是超聲波和熱釋電紅外模塊相反，需要隨時采集信息，以便對危險情況做出及時預警，所以調整了發送頻率，使其以較高的頻率的發送消息。

3.2 安卓客戶端

socket通信在客戶端和服務器端預先建立起一個穩定的連接，之后在直接進行數據的傳輸，在連接時不需要每次由客戶端向服務器發送請求，而是可以隨時隨地進行數據的發送和接收操作。http使用的“請求—響應方式”進行連接，每次要發送消息都要新建通道。網絡通信都要寫在子線程中，所以http通信也是通過new Thread()新建一個線程。

3.3 Java服務端設計

服務端配置文件用來配置項目的端口號，遠程數據庫以及映射文件，配置相關連接池和端口信息，加載mapper映射文件。服務端中的實體類用以儲存公交車內外的感知信息。接收串口的消息并解析時處理串口返回的消息，獲取溫濕度光照，震動，煙霧，紅外，超聲波等各項數據。

4 結語

隨著社會的發展和生產力的提高，使用物聯網來實現公交車的智能調控已經不再是天方夜譚。此公交車輔助駕駛及調度系統已經初步實現對公交車內部的自動化調控功能，為乘客出行提供了一個更加便利舒適的環境。