城市公交智能电子站牌系统的设计与实现

姜 川，陈 晨，李乐童，赵智洋，景 强

（1. 正元地理信息集团股份有限公司山东分公司，山东 济南 250014）

近年来，一些大中型城市正逐步推广建设智能化公交系统[1-2]，新设的智能电子站牌不仅能实时播报公交车运行轨迹、即将到站信息、天气预报、通知公告等，还可以实时监控公交站点附近客流和治安状况，使乘客的出行更加便捷。

1 系统设计

本文以长汀（原中央苏区）智能运营中心智能电子站牌专项建设为例，提出软硬件建设的思路及总体框架。

1.1 设计理念

在新型智慧城市建设理念指导下，通过绘制一张图、建设一张网、进行一治理，打造三中心，搭建一平台、建立两个保障体系、推进N方面典型应用，形成长汀（原中央苏区）智能运营中心PPP项目的顶层设计。

智能公交电子站牌建设作为长汀（原中央苏区）智能运营中心PPP项目建设的重要组成，结合云计算中心、云数据中心、调度指挥中心现有的基础和智能电子站牌项目的具体要求，分配相应存储、计算、安全等各类资源，进行统一部署，与长汀县智慧城市顶层设计相结合，从建设资金、运维模式、数据共享等方面提供扎实的保障。

乘客可以通过手机、实体电子站牌准确获得公交路线信息、车辆实时位置，城市管理者可以通过云数据中心调取运营态势、公交运力等专题数据，为城市规划、应急指挥提供数据服务，构建出覆盖智能电子站牌设备、网页、微信、APP等多元渠道的智慧公交出行服务体系，优化乘客出行体验，提升出行满意度。

1.2 设计思路

智能电子站牌是一项复杂的系统性工程，结合长汀县传统仿古设计站牌、公交车运营的实际情况，提出包含嵌入式电子站牌硬件设计、公交站点采集定位、接电线路铺设、基础地基加固、通信协议对接、软件平台研发、软硬件安装调试等过程的技术方案，并跟踪电子站牌实施过程的喷漆、焊接、组装、调试每一个环节，最终将智能电子站牌分别投放于西外街、兆征路、营背街等路段。

智能电子站牌的报站提醒依托地理信息技术对站点和车辆实时位置比对[3-5]，因此，站点位置的采集是最基础的环节，也是公共交通设施规划调整的重要参考依据。本次研究过程采用中海达Qbox8 高精度北斗魔盒，接入千寻知寸位置服务，在固定解状态下，对各站点采集位置达到厘米级精准定位。

智能电子站牌报站的工作原理是在每一辆公交车上安装车载终端[6]，车载终端将车辆GPS 位置数据通过物联网实时推送到智能运营中心，在智能运营中心部署软件系统处理、分析、比对、分发数据。在公交车辆进入站点200 m 范围内感应即将到站的车辆。公交车辆GPS实时定位轨迹的稳定性、实时性，直接决定智能电子站牌报站的准确性。如果出现GPS数据丢失、消息堵塞等情况，则会导致报站的不准。因此，本文采用MQTT通信方式传输实时数据，redis作为消息队列提高数据处理的响应速度和稳定性。

电子站牌与系统平台之间采用TCP 方式建立连接，设备上电后发送登陆指令，平台收到指令后发送设备校时与设置站点名称指令，后续平台再立即推送线路站点信息指令，电子站牌按固定周期向平台发送心跳消息，对接电子站牌MQTT通信协议的解析如表1所示。

表1 设备校时与设置站点名称格式

1.3 系统架构

智能电子站牌系统并不局限于对公交车报站单一属性，而是集成多种硬件设施和软件系统为一体的综合性智能化系统[7-9]。整体架构由智能电子站牌、车载终端、应用系统（基础数据管理系统、电子站牌集中控制管理系统、视频监控管理云平台、智慧公交大数据可视化平台、智慧公交移动端）、基础设施服务、网络服务、数据资源组成，各组成部分互为支撑。

总体框架采用面向服务的架构（SOA）技术，在深入研究计算模型、技术框架及其标准体系的基础上，依托虚拟化节点主机、云存储、网络等硬件资源，将智能感知和业务专题数据统一组织存储、按需分配，支撑车载终端、智能电子站牌、应用系统的运行，满足城市管理、服务民生、行业监管的要求，如图1所示。

图1 总体架构图

1.4 硬件设计

智能电子站牌设备是为长汀县仿古公交站牌嵌入定制的产品，在结构与外形方面匹配适应古韵汀州的定位，主框架所有工艺加工采用激光切割和转塔数控冲床，外表采用8 mm 全钢化玻璃覆盖，显示区域采用的是55 寸LCD 显示屏，显示分辨率为1 920 px×1 080 px，默认显示4条公交线路，对线路较多的站点采用滚动的方式显示。

智能电子站牌以基于Android 核心板集中控制系统为核心，集成无线通信、显示屏状态管理、滚轴广告、照明、语音、温控、时控、故障回传、视频监控等功能，由通信设备实现与系统平台之间的数据交换，如图2、3所示。

图2 电子站牌硬件结构图

图3 电子站牌效果图

2 系统软件研发

从长汀（原中央苏区）智能运营中心PPP项目顶层设计的角度，采用虚拟化、服务化、资源化的设计思想，将整个城市公交智能电子站牌系统架构划分为感知层、网络层、数据层、平台层和应用层，可视化呈现城市公交运行态势，为城市交通管理提供坚实可靠的数据和信息支撑，如图4所示。

图4 软件架构图

2.1 基础数据管理系统

通过基础数据管理系统整合汇聚公交基础数据资源，确保数据的完整性、现势性，涵盖人员管理、线路管理、分组管理、电子站牌管理、公交车辆管理、车载终端管理、特殊区域管理等功能模块，实现对城市公交基础数据的集中存储、统一管理、共享服务。

在站点采集定位完成后，将北斗魔盒采集的坐标按要求格式录入到基础数据管理系统，通过系统维护各公交站点的空间和属性信息。同时，系统提供对线路、站点、车辆、司机等数据进行查询、添加、修改、删除等操作，实现对公交专题数据的综合应用和统计分析。

2.2 电子站牌集中控制管理系统

通过电子站牌集中控制管理系统与智能电子站牌设备的无缝对接，实时监控电子站牌的运行状态，提供对电子站牌的远程监控管理，可在远端控制主机开关机、音量控制、定时LCD开关机、报警温度、滚屏方式、首末班时间等，还可以向智能公交电子站牌设备终端推送线路站点、即将到站、广告、时间、天气等信息。

智能电子站牌作为电子站牌集中控制系统的消息接收端，响应系统下达的各项任务，控制电子站牌屏幕显示内容。同时，乘客在等车的过程中宣传客家首府、古韵汀州风貌，垃圾分类、绿色出行等公益广告。

2.3 视频监控管理云平台

视频监控管理云平台集成实时视频监控、本地与远程录像播放、视频巡检、图像抓拍、设备管理与维护、报警管理、报表统计、系统管理等功能模块，可以提供公交车内、公交站点周边区域的监控视频，为智能电子站牌设备的安全提供保障。

在智能电子站牌内置2T硬盘存储监控视频，可设置开始时间点、结束时间点及选择视频通道进行历史视频回看。通过视频监控管理云平台可以将智能电子站牌周边区域的监控图形传输到智能运营中心，支撑交通管理部门对公交站点的现场监控。

2.4 智慧公交大数据可视化平台

通过智慧公交大数据可视化平台集成整合车载终端、电子站牌等物联网数据，结合地理信息技术在电子底图上可视化呈现实时公交车辆位置、公交站牌分布情况，对海量数据进行分析汇总整合、专题化分析，还提供公交模拟线路图更直观表达公交站点的到站信息[10-12]。

智慧公交大数据可视化平台从车辆总数、月累计营运里程、月累计完成趟数、车辆平均速度多个维度统计公交运营态势，可以宏观汇总统计线路总数、站点总数、路线长度等公交基础设施情况，还可以直观展示上行车辆、下行车辆、营运里程、趟数、平均速度等每日运力数据，为公共交通管理决策和规划设计提供科学的数据支撑。

2.5 智慧公交移动端

智慧公交移动端包括微信小程序和手机APP，提供查询公交路线、公交站点、附近公交、公交换乘、常用线路、站点收藏、上下车提醒等功能，可通过手机查询每一辆公交车的实时位置，使手机一秒变身智能公交电子站牌。通过智慧公交移动端使乘客在出行前，即可通过手机快速定位到自己所在位置，查看附近公交站点位置以及公交站点的线路信息，还可获取公交车的实时动态信息，提前安排出发时间、换乘线路。

3 系统实现与测试

3.1 系统实现

整体系统采用B/S架构，实时数据使用WebSocket建立链接推送消息，前端业务功能使用RESTful 接口POST提交到后端，服务器接收到请求调用相关的Java包响应，Java包依据请求内容调用处理程序，从service层传递到mapper层进行数据库交互，实现业务处理逻辑，完成响应后将结果进行前端界面渲染与展示。

3.2 系统测试

选取三元阁公交站点，现场记录、比对公交车到站与智能电子站牌报站是否一致，验证预报站点、信息发布的准确性。同时，在微信小程序、APP中获取公交线路、车辆实时位置等信息，比对手机报站是否准确，比对附近公交、站点线路查询等结果是否与现场一致。

通过在现场2 h的记录以及1个月的随机抽查，验证了微信小程序、APP中获取公交线路、车辆实时位置等信息准确无误，智能电子站牌滚轴广告、视频、通知、天气、线路等均无故障发生，报站准确率达100%。

4 结 语

本文提出一种集成多种硬件设施和软件系统为一体的综合性智能化城市公交智能电子站牌系统，并对智能电子站牌系统的设计进行了全面的分析阐述。通过城市公交智能电子站牌在长汀县的实际应用，优化了公交出行的乘客体验，提高了城市公交智能化水平。