基于GPS和GPRS的长途客车超员检测系统的研究

熊秋茹，徐 欣

(东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

当前我国的交通运输出现时间和空间的不均衡性，尤其是在节假日前后的客运高峰期，受经济利益的驱使，长途客车超员现象屡见不鲜。据公安交通部门调查，客运车辆事故是特大交通事故的主体，而在客车交通事故原因分析中，超员造成的交通事故也十分多[1]。

客车超员容易导致车辆行驶时危险性加大，客车超员时，车辆惯性加大，制动距离加长，危险性增大。超员车辆易使轮胎负荷过重，容易造成客车爆胎、突然偏驶、制动失灵等事故，对于乘客尤其是无座乘客，在几乎没有任何安全设施的保护下，一旦发生紧急情况，危险不言而喻。

基于以上我国客车超员十分常见的现象以及客车超员的严重隐患，本文提出的长途客车超员检测系统具有很重要的研究意义和应用价值。

2 国内外研究现状

近年来智能交通系统发展向好，智能交通系统的运用显著提高了交通运输的效率。研究表明，交通拥挤程度降低了20%～80%，路网通过能力提高了2倍～3倍，交通事故死亡人数降低了30%左右。

随着GPS技术的发展，GPS在车辆监控调度系统方面的运用开始起步，2000年GSM车载监控系统出现，但其运用短信传输数据的形式局限性过强。而GPRS则能够弥补这种局限[2]。

目前常见的长途客车检测方法有以下几种：

1)压力传感器。此方法是在检测位置放置压力传感器，当有人经过时压力传感器显示重量读数。缺点是对于人数的统计局限在特定位置，无法保证客车上的所有人经过该区域。此方法精度较低。

2)红外检测。此方法是在车门处或者通道处设置红外传感器，计算人数。其对于短途客车较好，但是对于长途客车来说，乘客往往携带较多的行李，而仅依靠红外传感器无法区分乘客和行李，因此误报率较高。

3)大数据车票统计客流量。此方法是利用长途客车所售卖的车票数量来统计客车人数。但是目前该方法只能掌握客车流量初始数据，无法保证长时间的旅途过程中客车上的人数不超员。

4)监控检测。此方法是利用人工对客车上的监控进行实时观测来统计人数。缺点是监控视野有局限，无法观测到每个角落，检测精度不够，成本高[3]。

3 系统模块设计

本文提供了一种基于GPS和GPRS的长途客车超员检测系统，包括控制器、GPS模块、通信模块、人员检测模块；GPS模块、通信模块、人员检测模块分别与控制器电性连接；控制器用于将人员检测模块发送的信号及GPS模块信号发送给监控中心，如图1所示。

3.1 人员检测模块

人员检测模块包括计数装置和摄像头，分别负责车内计数和图像采集功能。人员计数传感器选用两组红外对管准确判断人员的进出情况，以STC89C52单片机为主控芯片，KEIL编程软件进行单片机程序开发，程序下载方式为串口下载[4]，能够实现人员数量统计的报警值设置，选用蜂鸣器进行响起警报。摄像头用于实时监测长途客车上的载客人数，选用现有的车载摄像头即可采集到图像信息发送给监控中心[5]。例如摄像头模块可选择网眼V2000摄像头，其主控芯片OV511可以完成图像采集并辅助完成人员检测功能[6]。

在使用时，客车内人员数量通过计数装置上的液晶显示器显示，车内司机和乘客都能掌握当前车内人数信息，当超员时，报警器响起，车内乘客也能起到劝阻超员现象发生的作用。同时，控制器将长途客车超员情况发送给监控中心，监控中心将信息发送给离超员长途客车最近的交警，随后交警们及时到超员的长途客车所在地点进行检测长途客车超员人数与排查长途客车的安全隐患。

3.2 GPS模块

GPS模块是通过卫星系统获取GPS长途客车定位信息，所述GPS定位信息包括日期时间、经纬度、海拔高度、湿度以及行驶路径信息。控制器将接收到的GPS长途客车定位信息发送给控制中心，以确定长途客车的具体位置[7]。GPS模块中，选用Quectel公司的MC20芯片和宏晶科技的8051单片机。宏晶科技的8051单片机具有大容量4 096字节片内RAM数据存储器，能够实现长途客车大量运行轨迹信息的存储，并且具备高速性能，1个时钟周期，速度比传统8051快得多。MC20是基于MT2503D芯片平台开发的GSM/GPRS/GPS/Beidou多功能模块，支持GPS+北斗多卫星定位系统，抗多路径干扰能力更强，大大提高了位置精度，尤其是在高楼大厦的城市环境。除具备无线通信功能外，MC20还支持先进的GNSS技术，它集成了EPOTM、秒定等技术，能够实现快速首次定位。另外，MC20内置LNA和低功耗算法，前者提升接收灵敏度，后者使其在低功耗模式下的耗流仅为正常工作模式的40%，低功耗模式下，MC20的GNSS有更好的定位运行轨迹，如图2所示。

当长途客车超员之后，卫星系统监控中心与长途客车的GPS模块建立通信，控制器通过通信模块将GPS长途客车定位信息发送给监控中心，监控中心将实时长途客车位置信息发送给与当前长途客车最近的交警，监控中心也能根据控制器所发送的长途客车载客人员以及GPS长途客车定位等有效信息进行分析，及时向交通监管中心反映长途客车的运行情况，并给出合理的建议，保证长途客车的行驶安全。同时通过监控中心还可以对长途客车发出警示和提醒等信息[8]。系统服务端测试图见图3。

3.3 通信模块

通信模块主要为GPRS模块。GPRS是在原有的GSM系统上开发出来的一种新的分组数据承载业务技术，与以往在顿道上采用电路交换的传输方式不同，GPRS是以数据包的方式来传输的，传输速率可提升至56 kb/s甚至114 kb/s，因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输[9]。这一特点正适合大多数移动互联的应用，也适合长途客车车载设备的移动网络连接。同样通过MC20的GPRS数据传输通讯，控制器接收到人员检测模块获取到的长途客车载客人数信息和GPS模块获取到的位置轨迹信息后，可以以语音、短信的形式发送给监控中心。在实际运用过程当中，监控中心也可以将长途客车实时信息反馈给交通监管中心，使长途客车违法超员行为能够得到及时处理。

相比现有技术，本系统的主要功能特点有：人员检测中采用红外传感器计数和摄像头采集图像信息。使用红外传感器能够方便设置人员数量报警值。在如今疫情常态化的趋势下，长途客车上的乘客人数控制也更加严格，不同地区由于疫情严重程度不一，对公共交通出行的管控也不同，因此“超员”的定义不再仅仅限制于超出车辆荷载数，相关部门可以根据实际情况来调整长途客车乘客的上限，同时借助摄像头对车内情况实时监控。另外，监控中心还可以通过GPS模块定位长途客车的位置，实时地获取长途客车所在的位置，一旦出现超员情况，通过GPRS功能最快地将预警信息传输到最近的交警处以预防事故发生。

4 结语

本文设计的长途客车超员检测系统运用五大模块实现了超员检测与信息传输，满足了长途汽车运输行业的需求，保障了旅客的安全和健康，通过摄像头、红外检测器与人工干预相结合的方式，保证了长途客车途中乘客数量保持在一个安全的稳定值，其成本较低，精度较高，实用性好，GPS信息可靠准确，很好地解决了长途客车超员难发现难管控的问题。