基于物联网技术的城市公共交通实施感知与信息服务系统研究

◎李晓李凌尹霞

本文结合城市智能公共交通的应用需求，重点解决城市公共交通车辆内部、车辆到场站、场站到各应用系统之间的信息感知、传输与应用问题，研究城市公共交通系统的物联网应用的关键技术，研究城市公共交通实时感知和信息服务。通过系统的研究应用推广，为减少城市公共交通的拥堵状况、提高公交车辆的正点率和城市公共交通的管理水平提供技术支撑。

一、研究背景

随着经济社会的快速发展及人们生活水平的不断提高，人们对交通的需求日益增大，特别是城市普通居民拥有私人汽车数量的快速增长，我国大中城市交通拥堵给城市管理者带来的交通管理压力特别巨大。以北京为例，目前有常住人口2153万人、机动车637万辆，庞大的居民数量和机动车拥有量使得北京成为中国最为拥堵的城市之一。为缓解城市交通的拥堵压力，北京市政府采取了多项综合措施，如实行单双号限制、提高城市中心区域的停车费用等，但总的来看收效不甚理想。

治理城市交通拥堵需要采取综合措施，特别需要通过技术手段解决好城市公共交通问题。城市公共交通是人民群众日常出行的主要工具，是重要城市基础设施；优先发展城市公共交通，提高城市交通资源利用率，已经是我国多个大中城市重要的发展战略。为此许多城市采取了扩建道路、增加车辆、开辟公交专用车道等多种措施。但是公共交通仍然普遍存在着堵车严重、车辆速度低、运行不准点、乘客候车时间长等现象。根据国内外发展经验，在大中城市建设以物联网技术为基础的城市智能化公共交通系统既能提高公交调度人员的工作效率和管理服务水平，又能最大化满足出行者的交通需求，是一项十分迫切又具有非常重要意义工作。

二、研究目标

基于物联网技术的城市公共交通实时感知与信息服务系统是实现智能城市公共交通的基础，该系统是建立在定位技术、5G通信技术、地理信息技术、无线传感器网络技术、计算机技术、自动控制技术、软件技术等多方面综合运用基础上的，为公共交通企业的营运生产调度信息化、自动化、智能化、科学化提供数据信息支持，也能为城市公共交通的公共安全、及时发现和处置突发事件提供数据信息支持，实现面向广大乘客的综合信息出行服务。

三、研究内容

根据城市公共交通的实际应用需求，梳理业务流程和应用场景，开发业务与应用子系统、系统管理、数据处理/存储、数据采集、第三方接口等软件系统模块，构建基于物联网技术的城市公共交通实时感知与信息服务系统；通过技术选型与优化，实现城市公共交通实时感知与信息服务系统的自组织、低成本、可运营、可管理、可扩展能力。

1.平台架构。基于物联网技术的城市公共交通实时感知与信息服务平台架构主要由以下几个平台组成：公交集团信息中心数据平台、场站数据平台、站台数据平台、车载数据平台、第三方数据平台。场站数据平台、站台数据平台、车载数据平台与公交集团信息中心数据平台之间通过5G/4G网络上传或下载数据。公交集团信息中心数据平台采用开放式接口模块与第三方数据平台（交管局等政府部门、银行等相关企业以及互联网）互通数据。

2.系统功能。系统主要由四大部分模块组成：公交集团业务模块、场站业务模块、站台业务模块、车载业务模块。如下图所示：

车载业务模块主要面向车内信息数据，其中包括车辆定位、实时计费、视频监控、运行状态检测与诊断、身份识别与车内信息发布等，上述子功能主要涉及公交车内部功能模块至公交网关、公交网关到智能交通信息服务台之间的相互通信。公交车辆利用GPS装置，结合基于车辆eSIM卡的基站定位，实现不同运行区间内的车辆定位功能。在车内安装多类功能性物联网传感器节点，实时监测车辆运行中各主要部件工作状态，并利用车内通信网关将关键状态参数传输并智能公交信息服务平台，在进行参数分析与故障诊断之后，智能公交信息服务平台可将相关处理预案反馈至公交车辆或相关的场站管理中心。车内视频监控主要利用车内视频采集设备，对车内情况进行监控，通过公交车辆网关将视频数据流传输至智能公交信息服务平台，实现公交运行中的实时监测与管理，以便用最快速度准备反应预案，从而最大限度消除安全威胁并降低突发事件危害。

站台业务模块主要包含站点视频监控与站点信息发布功能等，主要涉及站点与智能公交信息服务平台之间的相互通信。每个站点会发布途经该站点的相关线路公交站牌信息，以方便乘客进行公交线路查询与出行选择。站台与公交车之间通过RFID技术和GPS定位技术获取公交车辆的位置信息，并依此对获得该站点的大致等候时间，及时进行信息发布。站点信息发布功能主要面向于在公交车站点候车的乘客，信息发布主要是指实时发布该站点相关线路的公交客运信息，譬如主要线路路段拥堵情况、当前车内载客情况等。

场站业务模块功能主要面向泊车始发站或终点站。其主要功能包括场站管理、运营调度和视频监控等，涉及到场站与智能公交信息服务平台之间的相互通信。通过场站管辖内公交车辆综合优化调度，依据客流量状态，实时地增加或减少车次，有效避免乘客大量滞留或载客量严重不足等现象发生。

公交集团业务模块主要功能是利用由车辆、站点和智能公交信息服务中心平台所构成的多维度一体化信息系统，实时地获得路况信息、公交站台（场站）客流信息及当前车辆位置分布数据。进一步对公交客运系统进行理论建模分析并预测未来时段公交客运系统的运营状态（譬如客流量的变化、线路拥堵状况等），基于公交客运系统的分析结论，实现公交车辆综合优化调度，通过信息服务平台下发调度指令，最大程度地保证客流需求和车辆运行之间的平衡，并将信息通过车内和站点进行实时发布，便于乘客作出及时出行调整。

四、结论

城市公共交通实时感知和信息服务系统能够为城市公交的各种应用提供数据、信息支持，其推广应用能有效提升城市公共交通调度管理水平，提高乘客乘车舒适度和安全性，进一步提升公共交通吸引力，是缓解城市拥堵的根本途径。