基于物聯網技術的智慧公交系統探討

蔡章婷

(福州閩運公共交通有限責任公司，福建 福州 350004)

近些年來，我國經濟持續高速發展，在人們的生活水平不斷提高的同時，生活節奏也越來越快，人們也越來越認識到時間的寶貴。在這個大背景下為了使人們的時間得到充分的利用，國內一些大中城市開始投入資金建設智慧公交系統，目前已經初步推廣應用到廣州等21個城市中，這使當地公交系統的現代化服務能力和科技水平得到明顯的提升，并且公交車輛的準點率也有了明顯的提高，為城市居民的出行提供了極大的方便。

1 基于物聯網技術的智慧公交系統設計方案

本文研究設計的智慧公交系統主要包括三個部分，即智能公交站牌、智能公交終端以及智慧調度方案。

(1)智能公交站牌設計。通過設計智能公交站牌能夠使不同的線路擁有專門的LED顯示指示燈和候車通道，從而對公交站中該候車路線中是否等候以及具體的等候人數進行實時檢測，然后再將監測到的數據通過NB-IOT技術傳送到公司的遠程服務中，之后服務器再將距離該站最近的該線路的公交車位置傳回該站的公交站牌上，并通過LED顯示指示燈將相關信息顯示出來。當公交車達到該站點之后，距離該站點最近的下一輛該線路的公交車信息就會通過LED顯示指示燈顯示出來。另外，公交站中每一條線路都有候車按鈕設置在站牌的一側，當有人在某條線路的候車通道候車時只需按下候車按鈕，公司的遠程服務器就能夠接收到相關數據，然后向智能公交車終端發送候車車站的信息。

(2)智能公交終端設計。首先，要在每一輛公交車的上車門口處放置一個智能公交終端，然后對每一個車站具有兩種顏色的指示燈以及按鈕進行相應的設置，乘客上車之后可以通過終端上的按鈕對目的地車站進行選擇，這時指示燈會亮起紅燈，而當前方某個車站有人在候車時相關數據就會傳輸到智能終端上，這時相應站點的指示燈就會亮起綠燈，這樣公交車司機就能夠對那一站有乘客上車以及哪一站有乘客下車進行直觀的感受。與此同時，由于相關定位裝置也安裝在智能公交終端中，因此公交公司的遠程服務器能夠通過NB-IOT技術實時監測每一輛公交車的位置。

(3)智慧調度方案。在設計智慧調度方案的過程中，主要是以公交車站的等候人數為依據，由于公交公司的遠程服務器能夠通過NB-IOT技術實時監測公交車站的等候人數，因此可以通過大數據技術將當前時間段內候車人數的相關模型構建起來，從而對下一時刻的候車人數進行預測，并在此基礎上對公交車的發車時間進行相應的調度，從而更加科學合理的利用公交車，使人們更加便利搭乘公交車出行。

2 硬件設計

(1)智能公交站牌硬件設計。首先是主控芯片的設計。在本文的研究中選用的主控制器是STM32F103，這種控制器能夠對各種傳感器的數據進行及時、高效、準確的處理，之后會向服務器傳輸已經處理過的數據。STM32F103主控制器上共有3個SPI端口、2個I^2C接口以及5個USART接口，另外安裝有2個12位模數轉換器和5個定時器，由此可見該主控制器的集成度非常高，僅需很低的電壓就能夠發揮出超高的性能；其次，按鈕和LED顯示指示燈的設計。其中LED顯示指示燈主要采用直徑為5 mm的草帽LED發光二極管，選擇白發黃和白發紅這兩種顏色，電壓應為2～2.2 V，需要注意的是負極接短腳，正極接長腳，如果正負極接反，LED顯示指示燈不會正常顯示。白發紅顏色的LED顯示指示燈應該作為公交車車站指示站牌的顯示燈，然后使用導線將所有指示燈的正極連接起來，最后再連接到STM32芯片的正極上，然后再將STM32不同的I/O口連接到各個指示的負極。公交車站中所有的候車按鈕均為獨立按鍵，有乘客按下獨立按鍵后，相關信號就會傳輸到主控芯片中，之后就會亮起白發黃指示燈，提示候車乘客按鍵成功，然后公交公司的遠程服務器就會接收到相關的數據信息。

(2)智能公交終端硬件設計。首先是定位模塊的設計。在本文的設計研究中采用的是ATK-S1216，這個類型的定位設備兼容北斗和GPS，定位精度相對較高，最高可達2.5 m，同時還具備有源天線，進行相應的定位可在30 s內完成。另外，該設備還帶有備用電池，能夠對星歷數據進行保存，掉電之后上電也很快，半小時內就可以完成。此外，該設備與主控芯片之間采用串口通信的方式進行連接，使用起來比較簡單方便；其次，按鈕和LED顯示指示燈的設計。其中LED顯示指示燈主要采用直徑為5 mm的草帽LED發光二極管，選擇白發綠和白發紅這兩種顏色，白發紅顏色的LED顯示指示燈應該作為公交車站所有指示站牌的顯示燈，然后使用導線將所有指示燈的正極連接起來，之后連接到STM32芯片的正極，然后再將STM32不同的I/O口連接到各個指示燈的負極。公交車站中所有的候車按鈕均為獨立按鍵，按下獨立按鈕后相關信息會傳送給主控芯片，此時亮起白發紅指示燈，司機看到信號之后就知道需要在哪一站停車。與此同時，候車數據被終端服務器接收之后，有乘客候車的公交站就會亮起白發綠顯示燈，這樣司機就知道哪些站點有乘客正在候車。

3 軟件設計

(1)智能公交站牌軟件設計。首先，使用相關程序初始化各個模塊，包括按鍵、中斷函數以及LED模塊等，之后該程序開始進行循環，對公交車站候車人數進行實時監測，并根據實際情況決定是否按下按鍵，之后云服務器就會接收到相關數據，之后服務器會把下一輛該線路的公交車位置信息再傳回智能公交站牌，然后LED指示燈顯示相關信息，對該線路公交車的位置信息進行更新。

(2)智能公交終端軟件設計。首先，使用相關程序初始化各個模塊，包括按鍵、中斷函數以及LED模塊等，之后該程序開始進行循環，對所需停車站是否按下停車按鍵進行實時判斷，并對公交公司遠程服務器傳來的候車信息進行接收，然后LED指示燈會更新相關信息，并向服務器發送該公交車的位置信息。

(3)指揮調度方案設計。各個智能公交站牌將各線路大量的候車人數數據傳送給服務器，之后將相關的數學模型構建起來并對下一時刻的發展趨勢進行預測，然后根據預測結果對何時發出公交車進行安排。需要注意的是在對相關數學模型進行構建的過程中要對各車站候車人數、候車時間等因素進行充分的考慮，最大程度的提高公交車的利用效率，從而使乘客的等候時間盡可能地縮短。

4 結束語

總而言之，本系統利用物聯網技術通過網絡向遠程服務器傳輸定位模塊獲得的數據以及本地實時監測到的一些數據，之后服務器進一步的分析和挖掘各種數據信息，將更加科學、合理、高效的解決方案制定出來。在城市公交交通中應用本系統能夠使公交系統的運營效率得到有效的提高，從而使大中城市的交通擁堵問題得到有效的緩解，進而使城市居民可以更加便捷高效的搭乘公交車出行。