城市公交智能電子站牌系統的設計與實現

姜 川，陳 晨，李樂童，趙智洋，景 強

（1. 正元地理信息集團股份有限公司山東分公司，山東 濟南 250014）

近年來，一些大中型城市正逐步推廣建設智能化公交系統[1-2]，新設的智能電子站牌不僅能實時播報公交車運行軌跡、即將到站信息、天氣預報、通知公告等，還可以實時監控公交站點附近客流和治安狀況，使乘客的出行更加便捷。

1 系統設計

本文以長?。ㄔ醒胩K區）智能運營中心智能電子站牌專項建設為例，提出軟硬件建設的思路及總體框架。

1.1 設計理念

在新型智慧城市建設理念指導下，通過繪制一張圖、建設一張網、進行一治理，打造三中心，搭建一平臺、建立兩個保障體系、推進N方面典型應用，形成長?。ㄔ醒胩K區）智能運營中心PPP項目的頂層設計。

智能公交電子站牌建設作為長汀（原中央蘇區）智能運營中心PPP項目建設的重要組成，結合云計算中心、云數據中心、調度指揮中心現有的基礎和智能電子站牌項目的具體要求，分配相應存儲、計算、安全等各類資源，進行統一部署，與長汀縣智慧城市頂層設計相結合，從建設資金、運維模式、數據共享等方面提供扎實的保障。

乘客可以通過手機、實體電子站牌準確獲得公交路線信息、車輛實時位置，城市管理者可以通過云數據中心調取運營態勢、公交運力等專題數據，為城市規劃、應急指揮提供數據服務，構建出覆蓋智能電子站牌設備、網頁、微信、APP等多元渠道的智慧公交出行服務體系，優化乘客出行體驗，提升出行滿意度。

1.2 設計思路

智能電子站牌是一項復雜的系統性工程，結合長汀縣傳統仿古設計站牌、公交車運營的實際情況，提出包含嵌入式電子站牌硬件設計、公交站點采集定位、接電線路鋪設、基礎地基加固、通信協議對接、軟件平臺研發、軟硬件安裝調試等過程的技術方案，并跟蹤電子站牌實施過程的噴漆、焊接、組裝、調試每一個環節，最終將智能電子站牌分別投放于西外街、兆征路、營背街等路段。

智能電子站牌的報站提醒依托地理信息技術對站點和車輛實時位置比對[3-5]，因此，站點位置的采集是最基礎的環節，也是公共交通設施規劃調整的重要參考依據。本次研究過程采用中海達Qbox8 高精度北斗魔盒，接入千尋知寸位置服務，在固定解狀態下，對各站點采集位置達到厘米級精準定位。

智能電子站牌報站的工作原理是在每一輛公交車上安裝車載終端[6]，車載終端將車輛GPS 位置數據通過物聯網實時推送到智能運營中心，在智能運營中心部署軟件系統處理、分析、比對、分發數據。在公交車輛進入站點200 m 范圍內感應即將到站的車輛。公交車輛GPS實時定位軌跡的穩定性、實時性，直接決定智能電子站牌報站的準確性。如果出現GPS數據丟失、消息堵塞等情況，則會導致報站的不準。因此，本文采用MQTT通信方式傳輸實時數據，redis作為消息隊列提高數據處理的響應速度和穩定性。

電子站牌與系統平臺之間采用TCP 方式建立連接，設備上電后發送登陸指令，平臺收到指令后發送設備校時與設置站點名稱指令，后續平臺再立即推送線路站點信息指令，電子站牌按固定周期向平臺發送心跳消息，對接電子站牌MQTT通信協議的解析如表1所示。

表1 設備校時與設置站點名稱格式

1.3 系統架構

智能電子站牌系統并不局限于對公交車報站單一屬性，而是集成多種硬件設施和軟件系統為一體的綜合性智能化系統[7-9]。整體架構由智能電子站牌、車載終端、應用系統（基礎數據管理系統、電子站牌集中控制管理系統、視頻監控管理云平臺、智慧公交大數據可視化平臺、智慧公交移動端）、基礎設施服務、網絡服務、數據資源組成，各組成部分互為支撐。

總體框架采用面向服務的架構（SOA）技術，在深入研究計算模型、技術框架及其標準體系的基礎上，依托虛擬化節點主機、云存儲、網絡等硬件資源，將智能感知和業務專題數據統一組織存儲、按需分配，支撐車載終端、智能電子站牌、應用系統的運行，滿足城市管理、服務民生、行業監管的要求，如圖1所示。

圖1 總體架構圖

1.4 硬件設計

智能電子站牌設備是為長汀縣仿古公交站牌嵌入定制的產品，在結構與外形方面匹配適應古韻汀州的定位，主框架所有工藝加工采用激光切割和轉塔數控沖床，外表采用8 mm 全鋼化玻璃覆蓋，顯示區域采用的是55 寸LCD 顯示屏，顯示分辨率為1 920 px×1 080 px，默認顯示4條公交線路，對線路較多的站點采用滾動的方式顯示。

智能電子站牌以基于Android 核心板集中控制系統為核心，集成無線通信、顯示屏狀態管理、滾軸廣告、照明、語音、溫控、時控、故障回傳、視頻監控等功能，由通信設備實現與系統平臺之間的數據交換，如圖2、3所示。

圖2 電子站牌硬件結構圖

圖3 電子站牌效果圖

2 系統軟件研發

從長?。ㄔ醒胩K區）智能運營中心PPP項目頂層設計的角度，采用虛擬化、服務化、資源化的設計思想，將整個城市公交智能電子站牌系統架構劃分為感知層、網絡層、數據層、平臺層和應用層，可視化呈現城市公交運行態勢，為城市交通管理提供堅實可靠的數據和信息支撐，如圖4所示。

圖4 軟件架構圖

2.1 基礎數據管理系統

通過基礎數據管理系統整合匯聚公交基礎數據資源，確保數據的完整性、現勢性，涵蓋人員管理、線路管理、分組管理、電子站牌管理、公交車輛管理、車載終端管理、特殊區域管理等功能模塊，實現對城市公交基礎數據的集中存儲、統一管理、共享服務。

在站點采集定位完成后，將北斗魔盒采集的坐標按要求格式錄入到基礎數據管理系統，通過系統維護各公交站點的空間和屬性信息。同時，系統提供對線路、站點、車輛、司機等數據進行查詢、添加、修改、刪除等操作，實現對公交專題數據的綜合應用和統計分析。

2.2 電子站牌集中控制管理系統

通過電子站牌集中控制管理系統與智能電子站牌設備的無縫對接，實時監控電子站牌的運行狀態，提供對電子站牌的遠程監控管理，可在遠端控制主機開關機、音量控制、定時LCD開關機、報警溫度、滾屏方式、首末班時間等，還可以向智能公交電子站牌設備終端推送線路站點、即將到站、廣告、時間、天氣等信息。

智能電子站牌作為電子站牌集中控制系統的消息接收端，響應系統下達的各項任務，控制電子站牌屏幕顯示內容。同時，乘客在等車的過程中宣傳客家首府、古韻汀州風貌，垃圾分類、綠色出行等公益廣告。

2.3 視頻監控管理云平臺

視頻監控管理云平臺集成實時視頻監控、本地與遠程錄像播放、視頻巡檢、圖像抓拍、設備管理與維護、報警管理、報表統計、系統管理等功能模塊，可以提供公交車內、公交站點周邊區域的監控視頻，為智能電子站牌設備的安全提供保障。

在智能電子站牌內置2T硬盤存儲監控視頻，可設置開始時間點、結束時間點及選擇視頻通道進行歷史視頻回看。通過視頻監控管理云平臺可以將智能電子站牌周邊區域的監控圖形傳輸到智能運營中心，支撐交通管理部門對公交站點的現場監控。

2.4 智慧公交大數據可視化平臺

通過智慧公交大數據可視化平臺集成整合車載終端、電子站牌等物聯網數據，結合地理信息技術在電子底圖上可視化呈現實時公交車輛位置、公交站牌分布情況，對海量數據進行分析匯總整合、專題化分析，還提供公交模擬線路圖更直觀表達公交站點的到站信息[10-12]。

智慧公交大數據可視化平臺從車輛總數、月累計營運里程、月累計完成趟數、車輛平均速度多個維度統計公交運營態勢，可以宏觀匯總統計線路總數、站點總數、路線長度等公交基礎設施情況，還可以直觀展示上行車輛、下行車輛、營運里程、趟數、平均速度等每日運力數據，為公共交通管理決策和規劃設計提供科學的數據支撐。

2.5 智慧公交移動端

智慧公交移動端包括微信小程序和手機APP，提供查詢公交路線、公交站點、附近公交、公交換乘、常用線路、站點收藏、上下車提醒等功能，可通過手機查詢每一輛公交車的實時位置，使手機一秒變身智能公交電子站牌。通過智慧公交移動端使乘客在出行前，即可通過手機快速定位到自己所在位置，查看附近公交站點位置以及公交站點的線路信息，還可獲取公交車的實時動態信息，提前安排出發時間、換乘線路。

3 系統實現與測試

3.1 系統實現

整體系統采用B/S架構，實時數據使用WebSocket建立鏈接推送消息，前端業務功能使用RESTful 接口POST提交到后端，服務器接收到請求調用相關的Java包響應，Java包依據請求內容調用處理程序，從service層傳遞到mapper層進行數據庫交互，實現業務處理邏輯，完成響應后將結果進行前端界面渲染與展示。

3.2 系統測試

選取三元閣公交站點，現場記錄、比對公交車到站與智能電子站牌報站是否一致，驗證預報站點、信息發布的準確性。同時，在微信小程序、APP中獲取公交線路、車輛實時位置等信息，比對手機報站是否準確，比對附近公交、站點線路查詢等結果是否與現場一致。

通過在現場2 h的記錄以及1個月的隨機抽查，驗證了微信小程序、APP中獲取公交線路、車輛實時位置等信息準確無誤，智能電子站牌滾軸廣告、視頻、通知、天氣、線路等均無故障發生，報站準確率達100%。

4 結 語

本文提出一種集成多種硬件設施和軟件系統為一體的綜合性智能化城市公交智能電子站牌系統，并對智能電子站牌系統的設計進行了全面的分析闡述。通過城市公交智能電子站牌在長汀縣的實際應用，優化了公交出行的乘客體驗，提高了城市公交智能化水平。