基于GPS的公交车智能调度与位置发布系统

田红彬，吉炜寰

（河南职业技术学院 电气工程系，河南 郑州 450046）

随着我国城市建设的飞速发展，交通问题日益严重，已经成为城市交通管理部门需要面对的重要课题，大力发展公交车，实现数字化和智能化城市交通管理，提高公交车运营管理效率和社会服务水平是改善城市交通的战略选择。目前很多乘客在站台等车的时候，不知道下一趟车在什么位置或者到达本站需要多长时间[1-2]。因此，车辆的准确定位是整个公交车智能化管理系统的核心问题。

为了实时掌握城市中所有公交车辆的运行情况，增加调度能力，提高为乘客的服务质量，设计了基于GPS的公交车智能调度与位置发布系统，通过车载定位终端实时获取位置信息并发送到调度中心进行处理和存储，电子站牌再从调度中心搜寻自己需要的车辆信息，把属于途径本站的所有车辆位置直观显示在LED上，乘客就会提前知道自己要乘坐的公交车即将到站时间，同时调度中心还可以向各终端广播文本广告或者即时消息，为广大群众出行提供便利。

1 系统总体结构

基于GPS的公交车智能调度与位置发布系统是将电子、控制、计算机和无线通信等技术集中运用于公共交通系统，利用全球定位系统获取公交车所处的位置信息，并进行位置提前预报服务，改变了旧的服务模式，建立了全新的服务体系，不但为乘客提高了服务质量，也改变了自己的运营管理模式，提高了工作效率[3]。

基于GPS的公交车智能调度与位置发布系统主要由调度中心、车载定位终端子系统和电子站牌子系统组成。系统总体结构如图1所示。系统采用C/S架构设计，调度中心作为服务器端处于在线状态，等待作为客户端的电子站牌和车载定位终端连接进行数据交换。

公交车辆得到的定位数据必须实时传送至调度中心进行处理，且站牌为了实时发布即时数据也需要建立与调度中心的TCP/IP网络连接。虽然单个车载定位终端和电子站牌终端所传输的数据量不大，但是由于终端数量多，所以数据汇集到调度中心的数据就大得多。为此，电子车牌和车载定位终端上采用了GPRS的无线通信方式，在调度中心采用了光纤数据专网，能够满足系统的设计需要。

图1 系统总体结构

系统的数据来源是车载定位终端，车载定位终端将GPS信息发送至调度中心，调度中心经过处理后将数据存入数据库中，电子站牌每隔设定的周期钟读取调度中心相应的数据，并刷新LED显示屏和LED灯组，提前告知乘客所要乘坐车辆的具体位置信息；车载定位终端具有显示所属线路上的所有公交车位置信息，通过控制速度可使线路上的公交车均匀分布，提高了运载效率，实现了智能调度的作用；同时，调度中心具有发布消息的功能，可将即时消息，如天气、广告和出行等消息发布到电子站牌的LED显示屏上[4]。

2 车载定位终端和站牌终端设计

2.1 车载定位终端

车辆的准确定位是整个智能化管理系统的核心问题，车载定位终端主要实现公交车GPS实时数据的获取和发送，并通过车厢内的LED向车内乘客自动发布到站信息。

2.1.1 硬件结构

车载定位终端主要由嵌入式处理器S3C2440、GPRS模块、LED显示屏、GPS模块、SIM卡和电源管理单元等组成，车载定位终端结构如图2所示。

图2 车载定位终端硬件结构

车载定位终端利用GPS模块获取公交车的实时位置信息，嵌入式处理器S3C2440通过串口接收从GPS模块输出的数据，经过处理后得到经纬度、速度、运动方向和时间等信息，为了保证能有效地搜索到定位卫星，采用了GPS外置天线。GPRS模块需要放置一张开通GPRS服务的SIM卡，且使其具有一定的余额。LCD显示屏用来显示操控界面，司机可以直观看到所属线路上所有车辆的位置信息，以便进行车速控制，使车辆均匀分布在该线路上；由于车内嘈杂，声音报站有时乘客听不到，LED显示屏用来向车内乘客显示到站信息，声光并用提高服务质量；设备的电源是由12 V车载蓄电池提供的，经过电压转化变成5 V，3.3 V和1.8 V供各个模块使用。

2.1.2 车载定位终端软件设计

Embedded Visual CE 4.0是基于WinCE 5.0平台下嵌入式操作系统定制的集成开发环境，它提供了所有进行设计、创建、编译、测试和远程调试应用程序等功能[5]。应用软件就是在WinCE 5.0嵌入式操作系统的基础上开发的，用来实现对运行车辆的实时定位和数据通信等工作，并提供了一个友好的人机界面。车辆定位器的软件工作流程图如图3所示。

图3 车载定位终端软件工作流程

车载定位终端上电后，首先进行系统初始化，包括对处理器、GPS模块、GPRS模块和LCD控制器的工作方式和参数进行初始化，然后主动建立网络连接，网络连接包括三部分：1）GPS搜索卫星信号，待与至少4颗卫星连接后，方可输出定位信息，卫星越多精度越高；2）通过向GPRS模块发送AT控制指令接入GPRS网络；3）建立与调度中心的TCP/IP网络连接，并保持在线状态。网络建立后，接收GPS数据，并检测是否收到来自调度中心的文本消息，如果有就调用相关子函数进行处理，将文本显示在车内的LED显示屏上，如果没有就直接将车辆ID和GPS数据打包上传到调度中心进行处理和存储，根据设置延时n秒后，再回到循环函数的入口。

2.2 电子站牌

电子站牌有两个功能：1）显示经由此站每条公交线路上公交车的位置；2）广播从调度中心发来的即时消息。电子站牌的硬件主要由处理器LPC2129、LED显示屏、多个LED灯组、GPRS模块、SIM卡和太阳能供电模块等组成，电子站牌硬件结构如图4所示。LED显示屏用来广播天气、广告和紧急即时消息；LED灯组中的灯代表公交线路中的停靠站，闪亮的LED灯表示有公交车，同一条线路中会有多个闪亮的灯[6]。

图4 站牌硬件结构

车载定位终端采用嵌入式处理器LPC2129作为控制核心，协调各模块的工作，与调度中心的服务器建立TCP/IP网络连接进行数据通信，根据设置电子站牌每隔一个周期向调度中心获取一次数据，数据包括途径此站且在线的公交车位置信息和调度中心要发布的文本即时消息，经过处理后将此时所有车辆的位置信息更新在相应的LED灯组成，并刷新LED显示屏上的文本信息。由于站牌都处在公路的两侧，单独供电线路成本高，而且还占用原本拥挤的道路空间，故在设计中采用了太阳能电池板供电的方式，白天阳光充足的时候太阳能电池板给蓄电池充电，夜间利用蓄电池给电子站牌供电，当所有车辆都停运的时候，处理器LPC2129会自动断开与各模块的连接，并进入睡眠模式，使功耗降到最低。

3 调度中心管理软件与实验结果

3.1 调度中心管理软件

调度中心管理软件在VC++6.0环境下开发而成，主要由网络管理、信息录入、软件升级、系统配置、调度运算、权限管理、调度执行、数据库管理、信息发布、监视屏幕和报表打印等功能模块组成，调度中心软件功能结构如图5所示。

图5 调度中心软件功能

公交车智能调度管理中心负责所有车辆的实时GPS数据采集、处理与存储，也为电子站牌子系统提供数据通信、转发与储存服务，系统通过数据专线网络连接Internet。其主要功能包括：接收公交车载定位终端发送来的数据，经过处理与过滤后根据需要转发给电子站牌子系统，支持各调度站的数据备份、软件升级和信息录入等系统辅助功能[7]。

3.2 实验结果

为了验证系统的功能进行了仿真实验，共设置了12个停靠站，整条线路运行3辆车，公交车上的司机通过LCD显示屏能够直观看到该运行线路上所有车辆的目前所处的位置，并控制自己的车速，使这辆车均匀分布在线路上，电子站牌处的乘客也能实时看到线路所有车辆的位置移动情况，从车载定位终端上获取某一时刻的数据如表1所示。

表1 车辆位置信息

通过表1可以看出，目前该线路上运行着3辆公交车，显示了运行线路、速度、方向、站点位置和到下一站的时间信息。在电子站牌直观展示给乘客可以表示为图6。

图6 电子站牌显示示意图

公交车司机从车载定位终端的LCD上直观跟踪所属线路的其他车辆位置信息，通过控制车速能使所有车辆均匀分布在这条线路上，避免出现多辆公交车扎堆的现象，减少了调度中心的工作量，实现了智能化管理工作。

4 小结

本文介绍的公交智能调度与位置发布系统利用GPS和GPRS技术相结合的方法获得智能交通中最重要的位置信息，可以实时掌握整个路网中公交车运行情况，进行即时处理、分析和预测，并快速反馈给每个公交车和电子站牌。设计的电子站牌能够使乘客及时了解车辆到站情况，能帮助乘客提前选择出行方式，并实现了调度的智能化，对维护运营秩序、提高运营效率、保证运营安全和促进智能公交车系统的发展具有积极意义。

[1] 孙弋，汪亚东，李培煊.基于GPS的嵌入式公交自动报站系统的研究[J].电子技术应用，2007（11）：34-36.

[2] 谢少林，周绮敏，宋意辉.基于GPRS无线数据网络的移动流媒体终端研究[J].电视技术，2005，29（10）：67-69.

[3] 赵飞.基于TOF/RSSI的公交车载节点组合定位算法研究[J].电子技术应用，2012，38（2）：8-10.

[4] 董永峰，郭志涛，谷强，等.基于ArcGIS Server的公交车辆监控系统的设计与实现[J].计算机应用与软件，2012，29（5）：95-98.

[5] 王庆荣，张秋余.基于随机灰色蚁群神经网络的近期公交客流预测[J].计算机应用研究，2012，29（6）：2078-2080.

[6] 胡志坤，徐飞，安庆.公交车辆的监控和调度系统[J].计算机测量与控制，2009，17（3）：319-320.

[7] 谢海啸，王强，邱建.智能中控技术在视频信息发布系统中的新应用[J].电视技术，2009，33（8）：106-108.