基于物联网的智能公交系统研究

武根友，李 江，李晓辉

（军械工程学院计算机工程系，河北石家庄 050003）

基于物联网的智能公交系统研究

武根友，李 江，李晓辉

（军械工程学院计算机工程系，河北石家庄 050003）

利用物联网技术，可以将城市公交车辆、乘客、站点等节点相连，实现信息交互和共享，为公交调度提供快速、准确的信息。研究了基于射频识别（RFID）技术的公交系统的原理、结构和设计方案。该方案将射频识别设备嵌入到公交车辆、站点、乘客公交卡中，实现车辆、人员信息的识别与监测，结合公交调度信息管理系统和智能分析软件，对公交调度进行自动化、智能化管理，提高效率，改善公交服务质量。

物联网；射频识别技术；公交系统

互联网改变了人们的工作和生活方式，物联网技术的出现，则将互联网延伸和扩展到了世界万物之中，从人与人的沟通，跨越到人与物品、物品与物品之间的信息交互。“物物相连的物联网”使周围的物品能够被远程感知和控制，构成一个智能的工作、生活空间，在更广大的范围内影响人类的工作和生活。在IBM提出“智慧星球”之后，更是掀起了物联网技术全球化发展与应用的高潮。2009年我国政府也提出了“感知中国”的物联网发展战略。智慧家居、智能交通、高速公路智能管理系统、智能工业监测等许多典型应用系统迅速构建，展示了物联网巨大的优势和广阔的应用前景［1］。

本文主要研究物联网相关技术在智能公交系统中的应用，通过无线射频识别技术感知并获取公交车辆、乘客及站点等节点信息，依托通信网络构建城市移动公交网，应用数据库技术、数据挖掘技术等智能软件进行分析处理，实现公交调度管理的自动化、智能化。

1 物联网概述

物联网是信息技术的最新发展成果，其概念随着物联网技术的迅速发展而不断扩展。总的来讲，物联网是将射频识别设备、传感器、二维码等信息感知与获取设备，嵌入到各种物体、设施和环境中，经过接口与无线网络相连，并通过互联网、通信网等网络相互连接，实现物品与人、物品与物品之间信息互联的网络［2］。这种网络将信息技术、智能技术、传感器技术、网络技术集成在一起，嵌入到每个物体中，实现自动化识别、定位、追踪、监控和管理，使每个物体会“说话”，能“行动”，呈现出“智能化”。

物联网的实现结构目前主要采用信息感知层、网络传输层和应用处理层面等三层结构处理方法［3］。信息感知层主要采用现代信息采集设备、传感器设备等进行信息的识别和采集，技术上有无线射频技术、红外识别、无线传感器以及全球定位系统等。网络传输层采用各类网络传输信息，实现各类异构网络的互联互通，涉及到通信协议、自动组网、智能连接技术等。应用处理层对信息进行综合分析处理，应用数据挖掘、决策支持等智能处理技术和智能芯片技术，对信息进行自动化、智能化的处理，实现物联网中各物件之间的协调、控制。

物联网作为一个新兴的交叉领域，涉及自动识别、网络通信、先进传感器和智能芯片等诸多技术。射频识别技术被认为是物联网的核心技术之一。基于RFID技术的物联网系统是当前研究和应用的热点。RFID系统主要由阅读器和电子标签两部分构成。其基本工作原理是：阅读器发射射频信号，电子标签通过电感耦合或者电磁耦合进行能量耦合，向阅读器发送存储在芯片中的信息；阅读器接受到数据后，将数据传递给计算机系统进行存储和处理［4］。RFID技术具有非接触、读取速度快、环境干扰小、便于使用等诸多优点，应用领域非常广泛。

2 智能公交系统总体结构

公共交通工具是倡导城市居民“低碳”出行的首选，但公交系统的服务质量却一直存在很多问题，如公交车到站准点率不高，乘客候车时间长，交通高峰时非常拥挤，乘车时间长等。通过物联网技术，就能够实现上述设想。采用RFID技术，能够对公交车自动识别、定位、监控和管理，通过网络将信息共享，在站点实时显示车辆信息，调度中心可以及时快速反应，科学调度，改善公交服务质量。

在系统设计中综合采用射频识别通信网络接入和全球定位等物联网技术，实时获取车辆、乘客等信息，监控公交运行状态，实现调度管理的自动化。通过智能分析软件，对公交线路优化、公交站点设置及突发情况调度等问题提供智能化解决方案。系统主要包括智能感知系统和智能调度系统两大部分，总体结构如图1所示。

图1 智能公交系统总体结构图

2.1 智能感知系统

智能感知系统是将RFID读写设备，嵌入公交车辆、站点和乘客公交卡中，构成“智能公交车”和“智能站点”。智能公交车主要由电子标签读写器、信息显示设备、网络模块等设备构成，结合车载GPS模块，可自动定位车辆位置信息，通过车载智能芯片及软件可计算车辆速度、预测道路拥堵情况，并通过网络模块将信息发送至调度中心。乘客公交卡中嵌入电子标签，通过车载读写器，识别上、下车乘客，自动统计乘客数量、所乘站数等信息。“智能站点”通过读写器识别停靠站的公交车，并接受调度中心的信息，通过信息显示设备显示驶向该站点的各路公交车的距离、道路情况等信息［5］。

2.2 智能调度系统

智能调度系统由高性能的计算机系统和智能调度软件构成，为公交调度管理提供信息平台，完成数据存储与处理、协调控制、各站点信息显示控制等。软件包括数据库系统、业务管理信息系统、数据仓库、决策支持系统等。系统以数据库为基础，在业务数据处理的基础上，应用数据仓库、数据挖掘等智能处理技术，对各类信息进行统计、分析，为公交调度提供支撑。

3 智能公交系统功能及实现

智能公交系统主要由车辆信息监测、乘客信息监测、智能公交站点和公交智能调度系统等4个模块组成，各模块功能和实现详述如下。

3.1 车辆信息监测

系统采用RFID技术实现公交车辆信息的自动化采集。RFID标签嵌入公交车体中，公交站点安装阅读器，读取、识别公交车辆信息。公交车辆的出车、返回及停靠站信息将被自动识别，结合车载GPS定位系统，可以实时定位车辆位置，共享位置信息。各站点的RFID读写系统，可以获取停靠站公交车信息，通过网络传送至调度中心，进行公交车的“考勤登记”，实现公交车辆调度管理的自动化。在选择RFID标签时，要综合考虑成本、识别率和可靠性等问题。公交车停靠站点时，通常与站牌之间有一定的距离，一般在3m－5m左右，标签的读写距离应在10m左右，满足车辆低速行驶时可靠读取。选择时，优选体积小、成本低、可靠性强的电子标签［5］。

3.2 乘客信息监测

乘客信息监测主要统计各站点上下车的乘客信息，这主要通过公交车内部的RFID系统实现。目前，国内很多城市都实现了公交乘车卡、城市一卡通等自助乘车系统，提高了乘车管理的自动化水平。嵌入RFID标签的公交乘车卡，刷卡时，车载RFID读写器就能够读取电子标签中的信息，确定乘客身份，统计出上下车乘客数量等信息。这些信息对公交车辆的调度、公交线路的优化有着重要意义。数据传回调度中心后，利用数据挖掘等分析工具，对各个站点上下乘客数量、乘客乘车距离、乘车高峰期等信息进行统计、聚类等智能分析，挖掘潜在的规律，及时根据客流量优化公交线路，根据客流时间动态调度公交开行频率，从而提高公交调度的科学性和服务质量。

3.3 智能公交站点

公交站点要为乘客提供实时、动态的公交信息。公交站点通过网络与公交调度中心互联，在调度中心的控制协调下进行信息的交换和共享。站点向调度中心发送获取到的停靠站公交车信息，公交调度中心对各路公交信息进行处理，统计各个站点、各公交线路距离最近的公交车位置、道路拥堵情况、乘客数量等信息，通过公交站点显示设备为乘客提供候车信息，并不断更新信息，使乘客感到正在运行的公交系统具有自动化、智能化的特性，提高公交服务的质量和满意度。

3.4 公交智能调度系统

公交智能调度系统运行于公交调度中心，负责数据的综合处理。系统的基本功能是公交调度管理信息系统，依托系统进行公交调度的日常管理，完成公交公司调度计划的制定，车辆、人员的业务管理。同时，系统也是公交调度自动化、智能化的平台。系统应用物联网相关技术后，数据量将大大增加，在存储车辆、人员、站点相关信息时，将采用不同的数据库系统存储数据。需要采用异构数据集成技术，集成多个异构数据库，实现数据的互联互通，提供信息共享与交互的平台。依托该平台，利用数据挖掘、人工智能等分析软件，可以扩展出多个智能分析软件，从大量数据中，挖掘出有用的信息，为公交调度策略优化、线路优化和站点设置提供辅助支持。

4 结束语

本文研究了物流网相关技术在城市公交系统中的应用，以提高公交调度自动化、智能化为目标，将RFID技术融入公交智能调度系统中。系统可以实时定位、监控公交运行状况，及时向站点提供公交车的运行信息，提高公交服务的质量和满意度。借助智能处理软件，系统对采集到的信息进行分析综合，为公交公司在调度策略优化、线路优化和站点设置等方面提供决策支持功能。

［1］杨震.物联网发展研究［J］.南京邮电大学学报（社会科学版），2010，12（2）：1－10.

［2］刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用［J］.计算机科学，2010，37（6）：1－4，10.

［3］贺铭革，朱本飞.物联网原理与基于RFID的物物互联模式研究［J］.物流技术，2010（11）：27－28.

［4］李如年.基于RFID技术的物联网研究［J］.中国电子科学研究院学报，2009（6）.594－597.

［5］李静雅.物联网技术在城市公交系统中的应用研究［J］.机械工程与自动化，2010（6）：211－213.

［6］沈苏彬，毛燕琴，范曲立等.物联网概念模型与体系结构［J］.南京邮电大学学报（自然科学版），2010，30（4）：1－8.

［7］王晓静，张晋.物联网研究综述［J］.辽宁大学学报（自然科学版），2010，37（1）：37－39.

［8］孙其博，刘杰，黎羴等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述［J］.北京邮电大学学报，2010，33（3）：1－9.

Research on intelligent public transit system based on Internet of Things

WU Gen－you，LI Jiang，LI Xiao－hui

（DepartmentofComputerEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China）

Using the Internet of Things technology，urban public vehicles，passengers and sites can be connected and communicated.quick and accurate information is provided for regulation.The automation and intelligence of public transit management are improved.The architecture and solution of public transit system based on RFID technology are researched，which can monitor the condition of buses real－time and solve the problem such as the information sharing between bus and waiting points and monitoring on passengers.The construction of the system improves the information level of public transit regulation.

Internet of Things；RFID technology；Public transit system

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0074－03

2011－06－30

武根友（1960－），男，副教授，主要研究方向为数据库技术、决策支持及RFID技术.