合肥市BRT公交车准确停靠及乘客上车自动引导系统

[摘 要]目前，合肥正在发展快速公交（brt，Bus Rapid Transit），而快速公交系统是一种快速运输的简易形式，它是集先进的公交车制造技术、公交运营新观念和管理技术于一体的系统，这个系统可以提供先进的运输服务，相当于快速轻轨运输系统，被称为“地面上的地铁”。但是，合肥的BRT系统还有不尽如人意的地方，比如站台管理混乱；站牌还是传统的形式，导致乘客信息不明等。本文所提的准确停靠也是从乘客的角度来说的，让站台的乘客提前知道即将到来的是几路车，具体停靠在哪。

本文提出一种基于频射识别（RFID）技术的车辆自动识别系统，它同时可以实现BRT站台的站牌电子化，智能化。射频识别技术是一项新兴的非接触的自动识别技术，与其它自动识别技术相比，该技术具有识别距离远、速度快以及抗干扰能力强等优点。本文所设计的车辆自动识别系统就是利用该技术来实现对车辆身份的自动识别与信息采集。该方法弥补了传统车辆信息采集中的许多缺陷，方便了对车辆的管理，适应了智能交通系统发展的需要。从乘客的角度来，我们利用无线射频通信，让公交车停在指定位置的停靠点；利用语音播报及LED显示，使站台上的乘客提前知道即将到来的是几路车，具体停靠的站点；我们还利用传感器技术，限制司机所停靠的位置必须是离站点30厘米以内，方便乘客上车。

[关键词]快速公交；射频识别；电子站牌；准确停靠

中图分类号：TU98.4 191 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0292-01

1.研究背景

随着我国城市社会经济高速发展，城市交通堵塞、群众出行不方便问题日益突出，尤其大中城市的交通问题已经逐渐影响到社会正常运营。为改善交通拥挤状况各城市都在大兴土木，道路越修越宽，交通设施占用的城市土地资源越来越多，终有一天会超过城市所允许的最大容量。为避免城市交通陷入拥挤―修路―再拥挤―再修路的恶性循环，2005年10月总理、曾培炎副总理先后作出重要批示，要求各地优先发展城市公交。一时间，“城市公交优先”成为了社会各界关注的焦点。但是，随着城市居民生活水平逐年提高，人们对出行的质量要求也越来越高，经济、安全、舒适、快捷的出行已经成为现代城市居民追求的目标。但从目前的状况来看，我国大部分的常规交通并不能满足人们对出行的要求，公交服务水平普遍偏低。主要表现在运力不足，运行速度不高，准点率低，公交车型陈旧，公交线路不合理，公交吸引力低等。所以，在这种大背景的推动以及世界诸多城市建设快速公交系统的大力影响下，我国各大城市开始把快速公交系统推到了缓解城市交通压力的前台，北京、杭州、天津等地已相继建成，合肥的快速公交已经投入使用，而且在不断的完善中。

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别距离从几厘米到几十米远，而且依据读写的方式不同，可以输入说千字节的数字信息，具有极高的保密性。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。此外，由于射频识别技术受外界的干扰较小，其识别准确率也比传统的基于视频图像处理技术要高。因此，FRID技术已在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲为首的发达国家对FRID技术的应用研究已达到相当高的水平，而基于射频识别技术的车辆自动识别系统在我国的研究和应用尚处在起步阶段。

2.设计原理

2.1 设计思路

系统结构：本系统主要由录放系统，LED显示以及射频信号的发射与处理组成。（图1）

首先将准备放音的内容预先录存储到语音芯片中，当站台接收到从公交车发送来的数据后，单片机1根据收到的有效公交车名数据，然后向语音芯片发送对应的语音播放地址，启动语音芯片送出音频信号，语音芯片将音频数据滤波后经功率放大器驱动扬声器播放语音，完成语音播放。同时与单片机2通信，驱动数码管显示相关车辆及停靠信息，从而实现车辆自动识别与乘客引导。

2.2 RF无线通信

典型的RFID系统可分成两个部分。一部分是安装在公交车的发射端，另外一部分就是安装在BRT站台的接受端。有源标识卡不断主动向外发出无线电信号（1秒钟发送3次），并且能够传输较远距离，该无线信号是有编码的，每个标识卡的编码是唯一的。标识卡发出的无线信号如果是在读卡器的有效测量距离内，则该无线信号通过读卡器上的天线被读卡器接收并解码，然后可以通过 TTL232接口将信息发送给单片机进行处理。

2.3 语音录放模块

语音自动播报电路如图，由于需要预录取相关的公交车信息及提醒语句，电路中必须加入语音功放电路。语音功放电路包括：语音芯片、音频功率放大器、扬声器等。本论文选用ISD4002语音芯片和自带功率放大的音响，语音电路接口设计原理图如图2所示。

2.4 LED屏显示电路

单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式可分静态显示和动态显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间，本设计采用动态扫描的方式驱动三个级联数码管。对各部分电路进行焊接调试，系统能够很好的识别无线射频的信息，并且LED和语音模块都能正常工作，达到的预期的目标。

3.创新特色

智能公交系统目前正处于迅猛发展时期，市场前景广阔。智能公交系统包含众多子系统，也涉及到很多交叉技术，是一个复杂的大系统。而在所有子系统及其所需功能中，公交车定位和报站系统又是整个公交系统的基础。本设计通过对无线射频技术特点和应用现状的研究，结合我国目前城市快速公交现状以及公交系统智能化的要求，提出一种新型智能化公交自动识别方案。在应用领域，如果一个设计的移植性差就意味着失败，这些可扩展性都是由数字电路系统的特点来决定的，特别是射频接口发射功率、发射频率和MCU 控制程序可以修改，对应不同的系统可以设置不同的程序和参数；系统硬件模块也可以针对不同的系统做相应的修改。

4.应用前景

在世界诸多城市BRT建设的影响下，特别是国务院出台81号文后，国内许多城市开始把发展大容量快速公交系统推到了缓解城市交通拥堵的前台，纷纷开始规划和建设BRT线路和系统。北京市编制了中心城公共汽（电）车线网规划，并首次把BRT作为公共汽（电）车线网的一个功能层次，融入公交线网整体结构中，与常规公共汽车线网以及城市轨道交通线路有很好的衔接换乘关系。杭州开通了首条全长28公里贯穿城市东西走向的BRT线路，并计划2～3年构筑起2至3条快速公交（BRT）线路以形成体系规模。此外，上海、广州、西安、南京、成都、重庆、济南也都在积极筹备建设BRT，有些城市目前已处于可行性研究阶段。

总的来说，国内BRT的建设还处于起步阶段，本设计所提出的BRT公交车准确停靠及乘客上车自动引导系统能够有效解决BRT公交的准确停靠及引导乘客有序让车等问题，大大提高了市民乘车效率，减小了交通隐患。市场前景广阔。

基金项目：2013年国家级大学生创新创业训练计划项目（201310364012）

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