智能公交电子站牌系统的设计与应用

韦 昳

(重庆工商大学 艺术学院，重庆 400067)

日益增长的公共交通出行需求对整个公交系统的智能化提出极大挑战，我国近几年大力推进城市公共交通高新技术的发展，并应用于生产实践，其中属智能化公交电子站牌引人注目[1-2]。智能公交系统利用无线通信和定位技术，实现对公交车辆的实时监控和可视化调度，智能公交的普遍应用可以提升城市的信息化和智能化水平，降低企业成本，提高效益。

1 智能公交电子站牌系统分析

1.1 系统用户需求

1.1.1 公众出行者需求

公众出行前、出行过程中，可通过手机、网页和电子站牌等多种方式规划出行线路、出发时间和获取公交动态实时信息，使出行规划更加合理。

1.1.2 公交企业相关需求

公交集团和所属各公司通过电子站牌项目建设，实现车载GPS终端更新，实现对全市主城区公交车的统一监控调度和指挥，提高了企业自身的经营和管理水平、调度指挥和应急反应能力，进而提高了企业的核心竞争力。

1.1.3 行业管理部门需求

满足重庆市交通委员会、道路运输管理局等上级管理部门的管理需求，提供发布交通公共信息的平台，规范公交运营秩序，为将来实现信息共享提供基础。

1.2 系统功能需求

1.2.1 视频监控管理

通过站台电子站牌视频监控采集设备对公交线路、站台的情况进行实时监控、存储、切换查看，为站台基础设施的维护管理和安全提供数据保障。

1.2.2 电子站牌系统管理

(1) 电子站牌集中控制。对电子站牌情况、亭内温度、各电气设备工作状态进行监控，提供光纤通讯、显示发布、蓄电池状态检测、环境温度测量、环境亮度测量等多种接口，保证预测、发布信息的准确率。

(2) 电子站牌信息预报。每个站牌每屏能够显示4～5条线路公交到站预测信息，包括站数、距离两项数据，并预留到站时间发布空间。对于线路较多的站点，采用较快的刷新频率翻屏的方式满足多线路信息发布需求。

1.2.3 信息发布服务

通过公交服务网站发布公益信息、交通情况、气象、失物招领、失物查询等各类信息。

2 智能公交电子站牌系统设计

2.1 网络子系统设计

2.1.1 网络拓扑结构

网络拓扑设计采用星型结构，传输协议采用TCP/IP，拓扑结构[3]，如图1所示。

图1 系统网络拓扑图Fig. 1 Network topology diagram

2.1.2 通信流量分析

将数据中心和用户终端定义为网段1，公交集团连接交通开投集团的网段定义为网段2，交通开投集团连接行业管理部门的网段定义为网段3，公交各子公司与公交集团之间的网段定义为网段4。

网段1为整个系统网络的核心网段，所有的服务器均托管在网段1，而网段2—4为普通网段。对网段2进行分析，用户主要使用以下几种应用(表1)。

表1 应用需求表Table 1 Application requirement table

2.2数据库设计方案

本工程在交通开投集团数据中心基础上进行扩展，建成统一的地面公交数据资源中心。数据中心可分为共享数据库、基础数据库、业务数据库、主题数据库四大类，如图2所示。

图2 数据库总体结构Fig. 2 Database overall structure

基础数据库用于存储公交车辆、公交线路、公交站场、司乘人员、GIS地理信息等基础数据，是系统应用数据库的重要数据源。

业务数据库包括IC卡数据库、车辆定位与运行动态应用数据库、视频监控数据库、运营服务管理应用数据库、客流统计管理应用数据库、服务质量管理应用数据库等。

主题数据库包括运营计划管理应用数据库，车辆定位与运行动态应用数据库，视频监控、管理、应用数据库，运营服务管理应用数据库，安全运营管理应用数据库，客流统计管理应用数据库等。

2.3 应用子系统设计方案

2.3.1 电子站牌管理系统

电子站牌管理系统主要包括电子站牌基础信息管理子系统、电子站牌工作状态监控子系统、公交车到站信息预测子系统、电子站牌服务信息发布管理子系统和日志管理子系统[4]。

如图3所示，该系统监测电子站牌运行状态，控制电子站牌的发送内容，保障预报车辆到达、公共服务等信息能够及时、准确地到在电子站牌正常显示，满足公众公交出行的信息需求[5]。

图3 电子站牌管理系统示意图Fig. 3 Schematic diagram of electronic station card management system

2.3.2 信息发布管理与服务系统

(1) 系统架构。信息发布管理与服务应用系统开发分为3个子系统：信息发布服务管理子系统、移动终端信息服务子系统、网站信息服务子系统。其中，信息发布服务管理子系统依托数据处理分析模块控制工程涵盖的所有电子站牌的显示内容；移动终端信息服务子系统包括二维码平台、智能终端等[6]；公交服务网站依托数据处理分析模块，提供信息发布查询、网站系统管理等。

(2) 软件设计。如图4所示，本系统采用B/S架构，利用车载GPS定位技术、现代信息通讯技术结合电子地图等处理技术，有效地实现车辆到站信息发布管理与服务系统。

图4 软件总体架构Fig. 4 Software architecture

手机终端软件可在多个平台运行，如Android系统、IOS系统和Windows Phone系统。能根据用户提供的出发、目的地点，计算出最优的乘车线路，可能包含步行、驾车、轨道交通等，根据不同的参考维度可分为线路最短、用时最少、换乘次数最少等情况，用户可选择最适合的出行方案。

2.4 电子站牌终端子系统设计方案

2.4.1 硬件结构设计

如图5所示，电子站牌硬件设备包括：

图5 电子站牌效果图Fig. 5 Electronic station card effect diagram

(1) 电子站牌外壳。密封设计，确保电子站牌具有防尘、防雨、防潮、防蚊虫、通风和散热等功能，保证电子站牌整体的美观牢固的要求，并预留未来安装多媒体显示屏以及RFID终端的位置空间[7]。

(2) LED显示屏。固定于电子站牌外壳上，显示线路、站数、距离、时间等预报站信息和其他根据需要设定的信息，并根据设定的频率定时刷屏。

(3) 高清摄像头和3G视频主机。采集站台实时视频数据，并将视频信息实时发送到交通开投集团数据中心。

(4) 控制卡。驱动LED显示，屏幕显示时肉眼不能感觉到明显的闪烁。控制卡带晶震，控制LED刷新频率，并能够接受平台的校时。

(5) 无线接收器。接收交通开投集团数据中心的发布信息。

(6) 电源插座。为电子站牌上的其他设备供电。

(7) Wifi热点。作为无线数字传输单元的重要方式之一，提供3G视频数据和其他数据传输服务。

(8) 托架。托架为电子站牌LED屏的安装提供空间支撑。

(9) 二维码。为手机等二维码识读设备提供快捷、便利的信息采集方式。

2.4.2 功能设计

(1) 信息显示功能。电子站牌LED屏幕可显示系统发布的实时信息，显示内容可保证视力0.8的人可以在5 m距离能够看清楚电子站牌的内容，在进行信息显示、翻屏和刷新操作时，肉眼不会感觉到明显的闪烁。

(2) 数据通信功能。无线数字传输单元(DTU)，按照给定协议与后台进行通讯，接收后台系统发送的指令和数据，并根据指定流程在LED显示屏上显示[8]。

(3) 数据存储功能。控制卡具备存储功能，保障掉电重启后参数不会丢失，3G视频主机具备视频数据存储功能，视频数据可以在电子站牌视频主机中存储7 d以上，视频监控管理系统可以根据需要查看特定条件的视频数据。

(4) 异常处理功能。具备异常处理和应急措施，控制卡识别到和平台通讯异常时，应具备简单的黑屏、断电重启等自处理措施，并自动显示欢迎界面；同时向后台处理中心发送异常报告，相关工作人员对异常情况进行分析，并确定维修方案，组织维修。

2.4.3 性能设计

电子站牌信息发布、公众出行信息服务系统应达到正常运行时间95%以上；信息误报率控制在5%以内；电子站牌和移动电子站牌信息延误在10 s以内；电子站牌设施具备防止地震破坏，抵御飓风、洪水和恐怖袭击等突发事件的能力[9]。

3 智能公交电子站牌系统的实现与应用

3.1 系统的实现

3.1.1 车辆信息显示功能的实现

(1) 到站距离显示功能的实现。本课题采用到站距离预测的方式，电子站牌分别计算各条线路上公交车的到站距离并做出比较，并显示每条线路上距离本站最近的一辆公交车的距离，乘客可根据车辆的距离情况判断等车时间[10]。

(2) 站数显示功能的实现。本课题中电子站牌将计算出途经该站点的所有线路车辆的到站距离与该站点离上一站的距离并进行比对，若站间距较大，则电子站牌LED屏幕上显示的站数为1。

3.1.2 通信功能的实现

本文采用Socket编程实现网络通信，Socket套接字是建立在传输层(主要是TCP协议和UDP协议)上的一种套接字规范，是不同主机之间进程进行双向通信的端点。一个通信链接成功的套接字包含本机的IP地址和端口、对方主机的IP地址、端口及双方所采用的通信协议等信息。

3.2 系统的应用

3.2.1 电子站牌样式及安装方式

电子站牌外壳主要材质为不锈钢加隔热玻璃，与现有站台材料一致，安装位置在原有站牌中间空挡处或外侧延长位置，保持“一字形”式的简明风格，如图6所示。

3.2.2 公交电子站牌系统实施情况

借鉴国内其他省市先进成熟的建设经验，目前我市安装的实体电子站牌内容以表格形式显示线路编号、距离本站站数、距离(m为单位)，可同时显示4路公交车到站信息，多条线路翻屏显示。站牌壳体尺寸为2 048mm×1 020mm×200mm，屏体尺寸608mm×920mm，单字大小72mm×72mm，和成都、广州等地相比，屏体及单字尺寸更大，现场显示效果较好，如图7所示。

图6 电子站牌安装样式Fig. 6 Electronic station card installation style

图7“一字形”公交电子站牌
Fig.7“Onetype”buselectronicstationcard

3.3 电子站牌系统测试与界面展示

选择重庆市渝通宾馆站进行测试，GPS数据采用途经本站的842路、149路、111路和125路4条线路，如图8所示。屏幕上的公交车线路每6 s切换一次，电子站牌将各条线路的线路号纵向显示在最左侧，每一行分别显示每条线路的具体参数。系统工作时，把途经该站点各线路最近一班公交车的到站距离、距离本站的站数、车牌号等实时动态信息展示在电子站牌屏幕上。方框中第3列数字为最近的一辆公交车到本站的距离，单位为m。

图8 渝通宾馆站电子站牌Fig. 8 Yutong Hotel station electronic bus stop

4 小 结

本文对智能公交电子站牌系统设计和应用进行全面的分析阐述，希望通过智能公交电子站牌系统的建成，提高行业管理部门对公交行业的监管水平，提高公交运营企业的运营管理、决策水平和公共交通服务水平，为交通出行者提供更好的公交服务，减少出行时间成本。