基于GPRS 的公交监控调度系统设计

张 敏， 肖广兵， 张 涌

（南京林业大学 汽车与交通工程学院， 南京210037）

0 引 言

目前，公交市场基本采用常规的区间调度的落后方式［1］，而在公交车辆行驶过程中，自然环境的突发性，以及市场需求的扩大［2］，传统调度不能即时响应车辆运行的突发状况并及时采取合理高效的调度方式［3］，无法保证有限公交车辆资源调度的最优化。 目前，刘闯等［4］建立实时网络优化模型，为公交智能调度寻求最优排班方案，但是仍然无法完全应对车辆实际运行中的突发状况。

本文设计公交车辆监控调度系统，凭借GPRS无线通信技术和GPS 定位技术［5］，实时接收车辆的定位信息，根据系统监控以及司机发送的警报信息，选择不同的调度方式保证车辆即时的调度管理。 相对于传统的作业调度方式，公交车辆监控调度能够适应车辆特殊情况实时接收车辆运行状态信息并有效管理和合理分配有限车辆资源［6］，提高社会效益，改善交通拥挤，具有成本低、能耗少等优点。

1 系统设计

公交监控调度系统由MSP430 主处理器模块、车载GPS 检测模块、调度中心客户端、车载信息终端、GPRS 通信模块等组成，实现车辆的监控与调度，如图1 所示。

车载信息终端通过接受GPS 卫星发送的公交定位信息，并从车内摄像头获取车内乘客信息，采用GPRS 网络，将信息进行统一处理和存储，发送到MSP430 主处理器上，主处理器将接收的数据存储并发送到上位机，调度人员查看车辆信息并选择调度方式及时处理车辆运行中的突发状况，将新的调度信息发送给公交司机，行车计划公布在电子站牌，以便让乘客及时了解新的信息，保证调度的智能化、快捷化［7］。

2 硬件电路设计

公交监控调度系统的硬件主要包括：供电模块、主处理器MSP430 模块、GPS 模块、GPRS 模块等。硬件设备以主处理器MSP430 模块为核心，其他模块以供电模块作为辅助，与处理器的串口连接，完成车辆的监控与调度［8］。

2.1 供电模块

MSP430 模块一般选用1.5 ～5 V 的直流电压，车载GPS 设备输入电压采用5 V 的直流电，GPRS模块使用3.2 ～4.7 V 的直流电压，需要将220 V 交流电通过变压器和电容器不断降压并由定值三端集成稳压块7805 通过电阻R101 转化成5 V 直流，为控制模块供电。 供电模块电路图如图2 所示。

图2 供电模块Fig. 2 Power supply module

2.2 主处理器MSP430 模块

MSP430 是一款带HLASH 的单片机16 位的低电压、高性能、管理统一、模块丰富的总线，寻址范围可达［9］，保证电干扰运行影响程度最小，保证监控调度系统运行稳定。

图3 是MSP430 的电路设计。 车载GPS 设备与主处理器通过串行JTAG 接口连接，完成信号的转换，MSP430 主处理器对信息处理后，凭借GPRS 无线通信网络发送给调度中心，客户端对处理后的车辆运行数据进行分析并通过GPRS 网络发布，完成车辆的监控与调度。

图3 MSP430 电路Fig. 3 MSP430 circuit

2.3 GPS 模块

GPS 模块由核心CPU、芯片和外围电路组成的集成电路，支持C／A 编码，能够快速定位，具有灵敏度高，成本小，耗能低、结构简单等特点。 GPS 模块对主控制器配置以及外围电路进行初始化，接着与主控制器之间的串口通信，将从GPS 卫星接收的定位信息，通过串口将实时数据传给主处理机MSP430 模块，在主处理器的接受、校验、控制下实现车辆的监控［10］，具体电路图如图4 所示。

2.4 GPRS 模块

GPRS 模块是超大内存的无限数据传输系统，有TCP／IP 协议［11］，传输速率高，网络具有稳定性好、可靠性高的特点，不易受干扰，目前已广泛应用于智能交通管理等领域。

本文选用Mc35i 无线通信模块［11］，其工作电压为3.2～4.7 V，能耗低，传输延时极短，为监控调度系统的通信功能提供一个良好的环境。 将通信模块初始化，初始化成功后，将模块与主处理器MSP430通过串口连接，紧接与英特网连接，此时GPRS 模块就可以利用TCP／IP 协议与互联网的通信服务器通信，模块电路如图5 所示。

图5 GPRS 模块图Fig. 5 GPRS module diagram

3 系统软件设计

软件设计采用Visual Basic 6.0 软件搭建公交监控调度系统的界面。

如图6 所示，由公交监控、智能调度、设备检测、历史数据、设置组成的系统界面，实现的功能为车辆的定位跟踪、车辆的实时调度、车辆的设备检测、车辆突发事件频率趋势图以及软件的界面调整。 左上角显示当前时间和日期，右上角是退出按钮。

图6 软件主界面Fig. 6 Software main interface

如图7 所示，软件的核心在于车辆的监控与调度，通过全球定位系统和无限通信技术，实现车辆的实时调度。 软件设置对用户权限，普通用户只能查看数据，不能享有存储上传、发送警报信息以及界面设置的权利，管理员享有所有权限。

图8 是车辆的实时监控，通过线路间接或直接的方式输入车号，即可显示地图、车辆当前位置、速度、发车时间、线路图［12］等通过车载信息终端获取的车辆信息。

图7 系统软件流程图Fig. 7 System software flowchart

图8 公交监控界面Fig. 8 bus monitoring interface

点击定位查询即可查看车辆的详细运行状态信息，可播放车辆的运行轨迹，并通过车内摄像头对车辆进行内部监控。 运行状态信息置有接收警报处理，当车辆滞站时间过长，车距过大，路况影响车辆按时运行，驾驶员通过向调度中心发出警报，界面会收到警报信息并提醒调度员及时处理，同时管理员也可发出警报提醒司机。 如图9 所示。

图9 车辆跟踪界面Fig. 9 Vehicle tracking interface

车辆的智能调度［13］正常情况下，调度中心客户端按照正常的行车计划排班表进行发车调度，发车调度如图10 所示，调度员输入线路、司机、发车时间等信息，点击确定即可将调度信息发送给车载信息系统，并发布到电子站牌上，从而完成信息的发送。

图10 发车调度界面Fig. 10 Engine scheduling interface

特殊情况下，车辆遇到突发事故、交通拥挤等突发状况，调度员在选择的路段进行区间调度，包车用于其他用途的包车调度，中间不停靠的始末站的放空调度。 其中放空调度如图11 所示，调度员输入详细的调度司机、线路、空驶里程、始末站等信息，点击确定即可完成放空调度。

图11 放空调度界面Fig. 11 Air conditioning deployment interface

4 结束语

本文借助GPRS 无线通信技术将车载GPS 定位信息通过主处理器传输给调度中心客户端，实现车辆的监控与调度，解决了传统两头定点的调度方式的弊端，提高了车辆运行效率。 该设计方案调度方式简单易操作，可针对车辆运行的特殊情况采用不同的调度方式。 GPRS 无限通信技术使用方便，能够实现远程数据的通信要求，可以在应用中实践。本文仍然以人工调度为主，采用的调度方式种类较少，无法实现完全的智能化，如何完全智能化调度是未来的研究方向。