物联网在智能公交及停车场中的应用

（杭州电子科技大学，浙江 杭州 310018）

2012年年末，全国城市及县城拥有公交专用车道5255.8千米，比上年末增加了830.2千米。公共汽电车运营车辆47.49万辆、52.82万标台，分别比上年末增长4.8%和5.7%。运营线路38243条，总长度71.46万千米，比上年末增加了2359条，4.16万千米。

随着城市快速发展，城市规模不断扩大，城市公交系统也不断变得庞大。城市虽在发展但车辆增长速度远快于城市道路规模的发展，这给城市公交系统带来了不小的压力。因此城市公交系统的正常高效运营，就必须依赖于运营管理和技术手段的先进性，还必须形成能够实时、有效地获取和处理公交信息的管理机制。

智能公交就是运用当下最先进的GPS定位技术、3G通信技术、GIS地理信息系统技术，结合公交车辆的运行特点，建设公交智能调度中心，对线路、车辆进行规划调度，实现智能排班、提高公交车辆的利用率，同时通过建设完善的视频监控系统实现对公交车内、站点及站场的监控管理。

物联网是通过全球定位系统（GPS）、射频识别（RFID）、红外感应器、激光扫描仪等传感设备，以一定标准的协议，把物品与互联网连接在一起，然后进行信息通信和交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种概念。它的核心技术主要包括RFID技术、4G技术、ZigBee技术、无线传感网（Wireless Sensor Net-work,WSN）技术、超宽带（UWB）技术、GPS等[2]。

物联网的核心是物与物、人与物之间的信息交互，其基本特征课概括为全面感知、可靠传送和智能处理。它的作用在于，从物理世界获取信息，经过信息处理机制的处理后反作用于物理世界，使人能更方便有效地管理和利用物理世界。

1 智能公交应用现状

智能公交已经在江苏、广州、浙江等9个省（区）的常州、南京、武汉、深圳等21个城市进行了初步推广应用，提升了城市公交系统的现代化水平和服务能力，起到了有效缓解城市道路交通拥堵、实现交通节能减排的作用。

公交系统智能信息服务方面，武汉、深圳、宁波、无锡等多个城市已建成智能公交系统平台并进行了示范运营，不仅能够实现公交车辆的智能化调度，同时亦能提供面向计算机、智能手机等多种终端的公交动态出现信息查询服务。该智能公交系统平台在城市的示范推广，极大地提高了公交车辆的准点率，优化了公交车辆调度系统，方便了城市居民的公交出行，获得了显著的社会效益和经济效益。

2 物联网在智能公交中的应用

2.1 智能公交系统总体结构设计

基于物联网的智能公交系统包括4个实体子系统，分别为乘客子系统，调度中心子系统，车辆子系统，道路交通子系统。

（1）乘客子系统

乘客子系统包括电话问询、互联网查询、触摸屏查询、电子站牌显示等四个功能。对于以公交出行的人来讲，它们需要有多种途径来及时了解想要乘坐的公交车或线路的情况或信息，包括班次，时间，线路，下一班公交的距离、时间、拥挤度，全程可换乘信息等全面实时的信息。乘客子系统与其他子系统通过通信网络进行数据交换，从网络中获取到实时的车辆及线路的相关信息，然后展示给乘客，乘客便可以随时地了解到所需要的内容。

（2）公交车辆子系统

公交车辆子系统包括公共信息发布、特殊指令下达、车辆间联络、运行情况反馈等四个功能。每一辆公交车，在车身上都会安装信息采集装置和唯一ID标识的RFID标签，再通过物联网的远距离微波读写技术，RFID技术，GPS定位技术在全程，每个公交站和其他特定的公交线路中的某些地点，收集每一辆公交车的实时信息，通过通信网络汇总至数据中心进行与其他子系统的数据交互。

（3）道路交通子系统

道路交通子系统包括站点客流情况、道路交通状况和紧急突发事件等三个功能。通过该子系统，公交系统可以及时准确的获取到各个站点的客流情况，道路交通状况和紧急突发事件。通过该子系统可以使车辆的调度、分配、到站预报等等诸多工作和功能的准确性得到提升，也可以提升公交系统的管理效率。

（4）调度中心子系统

调度中心子系统包括车辆监控、公交信息采集与发布、公交信息处理、紧急事件处理、调度辅助决策等五项功能。调度中心是公交系统的心脏，各个子系统采集的信息，发出的请求，发生的事件都需要通过调度中心处理，统筹整个系统的运行。对乘客子系统的查询做出反馈，对公交车辆子系统提交的信息进行处理和发布、调度和决策，对道路交通子系统的信息处理，对紧急突发事件的处理。

四个子系统通过物联网络相连接，使整个智能公交系统整体正常高效地运转，真正体现了公交系统的智能化。

2.2 智能公交系统中的关键技术

（1）地面公交运行信息感知技术

地面公交运行信息感知技术基于居民出行调查数据、公交IC卡数据、车载定位设备及道路交通管理控制设施自动采集的数据，进行挖掘、分析、建模与应用软件系统开发，具有实用性强、技术可靠性高的特点。其中，基于小票调查法和 IC卡数据获得其持有乘客的上下车站点的快速公交站点OD推算方法，能够大大提高公交运行过程中实时客流信息感知的效率。基于公交IC卡数据和AVL数据的公交信息融合分析系统，能够动态感知公交客流分布。

（2）公交主导型交通系统控制技术

该技术提出了公交车辆、社会车辆、行人过街的协同控制方法，实现了公交主干线绿波通行控制的技术突破，主要包括以下两个方面：

①公交线路—停靠站—路口协同控制技术。对于设停靠站的信号交叉口，建立了并行递推最小二乘预测算法，同步预测公交车辆进站时刻、公交车辆停靠时长及交叉口社会车辆通行需求等动态信息。基于动态博弈理论，提出了公交线路—停靠站—路口协同控制优化方法，实现了公交车辆在交叉口利用红灯时间上下乘客，绿灯时刻通行，上下的乘客利用红灯的时间进出车站。该技术的突破可大幅度减少公交车辆在停靠站和交叉口的总延误。

②地面公交绿波通行控制技术。对于无停靠站的信号交叉口利用公交通行动态感知技术，提出了基于马尔科夫链的公交车辆行驶时间预测方法，建立了多目标、多规则的地面公交绿波通行优化方法，实现了无停靠站交叉口信号控制方案的自适应和公交车辆调度方案的自校正，确保公交车辆在交叉口处的绿波通行。对于设行人过街信号灯的路段，根据行人过街行为的在线估计，提出了行人过街信号鲁棒控制算法，实现了路段中公交车辆的绿波通行，减少了冲突，提高了公交车辆绿波通行的稳定性。

3 物联网在智能公交停车场管理系统中的应用

3.1 物联网智能公交停车场概述

当公交车进入停车场（以下简称入场）后，需要经历安全检查（以下简称安检），收缴票款（以下简称收银），车辆加油，修理，清洗（以下简称洗车），泊车，巡更，直到离开停车场（以下简称出场）这样一个完整的生命周期。传统的公交停车场管理体系对于现在庞大的公交系统来说，已经无法高效经济地完成这项任务。

公交车在生命周期中的每一个环节，都将有联网的设备对其进行数据采集，车辆停放的泊位也通过物联网来智能管理。由于停车场管理系统还将为公交公司其他多个部门的信息管理系统提供不同类型和格式的数据，有些信息管理系统也需要为停车场管理系统提供必需的数据，因此，物联网系统构架就不单要考虑“物-物”互联和“物-网”互联的情况，还要考虑“系统-系统”互联。故采用了RFID技术，远距离微波读写和中间件技术作为项目的核心技术设计的基于物联网的智能公交停车场管理系统才是高效、经济、简洁的管理系统。如图1为智能公交停车场物联网示意图。

图1 智能公交停车场物联网示意图

3.2 智能公交停车场管理系统体系结构

管理系统共分为七个子系统。

（1）入场感知子系统

通过微波天线自动识别装在公交车辆上的电子标签获取车辆信息，并对车辆安检，对车辆破损部位进行拍照取证，同时入口门卫使用无线手持设备读取司机卡号和车辆信息，检验司机与车辆的组合是否和调派计划一致，系统将感知到的数据通过公司内部的无线局域网传输到感知数据中间件服务器，完成入场和安检过程。

（2）收银感知子系统

车辆进入收银室区域时，收银员使用无线手持设备读取车辆上钱箱及钱袋中的电子标签中的信息，获取钱箱和钱袋信息，设备会将钱箱和钱袋编号连同车辆信息等数据通过无线局域网传输到服务器，完成收银过程。

（3）加油感知系统

车辆到达停车场加油区时，加油区工作人员使用无线手持设备读取公交车和司机的信息，等车辆加完油后，加油机上的嵌入式系统会将车辆加油的相关数据以及之前手持设备读取的车辆信息和司机信息一起通过局域网传输到服务器，完成加油过程。

（4）洗车感知系统

车辆经过临时泊车位等待前面的车洗完后到达洗车台，洗车台的“进”远距离微波天线会获取车辆信息，并在LED显示屏上显示“XXXX”车辆正在清洗中，洗车工刷卡并清洗公交车辆，车辆清洗完毕后驶出洗车台，洗车台的“出”远距离微波天线也会读取车辆信息。

（5）泊位感知系统

车辆进入和驶出泊车区域时，场地门口的“进”和“出”远距离微波天线会获取车辆信息，并在场地门口的LED显示屏上更新空位数量。如果停车场为立体结构的，那么在每层出入口都必须安装“进”和“出”的远距离微波天线。远距离微波天线将获取到的车辆进出泊位信息传输到感知数据中间件服务器完成车辆泊位。

（6）巡更感知系统

在晚间进出停车场的车辆减少，泊位数量较为固定时，巡更人员按照规定的路线使用超高频无线手持设备依次读取泊位上公交车的电子标签；然后把车辆信息和泊位信息比对并绑定后，通过局域网传输到服务器，完成巡更过程。

（7）出场感知系统

司机早上报到后，根据调派计划和LED显示屏上显示的车辆泊位信息找到要驾驶的车辆，驶出停车场。“出”远距离微波天线获取到驶出停车场的车辆信息，出口门卫会使用无线手持设备读取司机卡号，验证司机及车辆信息是否和调派计划一致，同时设备将车辆电子标签中的识别码消除。司机信息，车辆信息等感知数据通过无线局域网传输到服务器，完成出场过程。

七大感知系统将收集车辆数据并传输到感知数据中间件服务器，服务器上的管理系统对数据进行分析并调度公交公司数据中心，银行电子商务系统等实现诸如加油，洗车，消费结算的功能。并且对车辆的动态进行跟踪，然后提供泊车位向导等服务。公交公司亦可根据系统统计报表等信息进行有效的管理优化。

4 结语

物联网是由各种技术融合而成的新型技术体系。通过物联网技术在智能公交中的应用可以使公交的运营和管理变得高效、经济、方便，也能对降低能耗、改善环境污染、提升城市形象做出了贡献。将物联网运用到公交停车场的管理中也可以使停车场的管理更加方便、高效，减少人为管理带来的偶然性错误。这些都具有巨大的社会效益和经济效益。但是，影响物联网大规模应用的关键问题是技术繁多，而且需要互联互通，只有很好的解决这一点，才能真正给社会造福。

[1]葛瀛龙,金凌.物联网感知技术在公交停车场管理系统中应用研究[C].第八届中国智能交通年会学术委员会.第八届中国智能交通年会优秀论文集.北京:工业出版社,2013. 9:13-19.

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

[3]南志海.物联网在智能交通系统中的应用[J].技术应用,2013.

[4]张洪韬.物联网在智能交通应用的研究探索[J].科技向导,2013,(9):57.

[5]孙其博.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.