智能公交系统电子站牌的研究与设计

摘　要　电子站牌用于动态显示公交车辆的相关信息，介绍了电子站牌的基本工作原理，设计了电子站牌内部的主要硬件部份，研究并优化了电子站牌报站的算法，同时提供了数据丢失时的补偿方案．

关键词　电子站牌；显示；预报；经验速度

中图分类号　TP3914 文献标识码　A 文章编号　10002537（2012）05004205

智能公交系统是在公交终端通过GPS（Global　Positioning　System）定位，公交终端定时向调度中心发送定位信息，调度中心接收到相关信息再分发给电子站牌，电子站牌收到信息之后及时更新显示，显示经过本站台各路车辆离站的距离，及时进行预报等服务，因此电子站牌的服务是面向外出市民候车的一个重要环节．

现在电子站牌并没有普及到每个城市，即使有的城市已经运行，试行的结果并不很理想［1］，电子站牌的服务没有全面考虑到市民乘车的各项需求，存在设计不合理，显示内容不正常，错误显示或者干脆不显示等问题，由于通信中断、数据丢失或电源切断等原因导致电子站牌无法正确更新［2］．

本文设计除采纳正常的硬件设施外，还采用了低成本且有效的手段来保障电子站牌的正常工作，如增加蓝牙模块等硬件补偿；研究并优化了电子站牌报站的算法；当信息包丢失时会致使电子站牌显示异常，提供了有效的补偿方案，从而达到电子站牌较为完善的服务．

1　电子站牌概述

公交监控调度中心或线路调度中心（以下总称为调度中心）收到公交车载的定位等信息，然后进行有效的采集、处理，处理后的数据包括公共信息（广告，交通顺畅拥塞状态等），调度信息，控制信息，线路信息（车辆定位信息）等，以无线通信方式发送到电子站牌，电子站牌进行简单的处理和动态车辆离站到站情况．

电子站牌收到信息向调度中心返回确认信息，并向调度中心汇报自己的工作状态和自检文件，用于调度中心及时进行设备监控．

文雄军等：智能公交系统电子站牌的研究与设计根据日常需要，电子站牌分总站电子站牌和中途站电子站牌2类，中途站电子站牌也即平时公交途经的各站，最主要的功能是动态显示信息，同一路线车有很多车，在所有路线中预报离本站最近的公交车的车距，即预报距离和时间，例如“902路车离本站800米，预计4分钟到达”，在总站电子站牌主要显示收发车信息，它需要语音提示［3］．

2　电子站牌的设计构成

常见的电子站牌主要由通信模块、显示模块、主单元处理器MCU、设备控制（供电、语音播放接口、传感器、散热）组成［4］，由单片微处理器MCU统一协调各部分工作，其结构组成如图1所示．

通信模块由GPRS、单片机系统和外部接口组成，负责无线通信．通信方式设置为CDMA　1X/GSM（支持GPRS）；通信天线接口设置SMA/SMB；通信天线阻抗设置50　Ω；外部扩展接口设置为EIA　RS232/485［3］，通信模块可以采用SIMCOM公司的SIM100．

当电子站牌与调度中心通信中断时，原有的自动预报功能失效，在设计通信部份添加蓝牙模块，电子站牌可以通过蓝牙功能与附近公交车辆传送信息包，还有相邻的电子站牌也可以进行相互的信息发送，只需要各电子站牌及公交终端开放蓝牙功能，成本低故可采纳．

2.2　主单元MCU

主单元MCU（Main　Control　Unit）采用高档耐用快速的单片机微处理器，接收通信模块发过来的数据，根据事先设置好的站牌ID号判断有效信息，保留本站相关信息，然后进行处理，将显示数据发送到相应的显示器，对站牌的工作进行统一控制．

MCU要支持LCD模块，LED模块和控制台的连接［1］，故电路板上需要5～6个以上串口，应采用带双串口的支持MCS51指令集的80C52封装系列单片机．主要完成配置信息的输入和储存、LCD/LED模块的显示控制、系统控制和可选的语音报站功能，负责协调站牌各功能模块正常工作．在此建议采用华邦的W77IE58P控制芯片，电路图及参数略．

2.3　显示部分

电子站牌最主要也是乘客直观感觉到的任务是显示，常见的“闪烁”模式用来突出显示车辆正在本站中，公交车线路在某站时表示灯闪烁［5］，经过的站表示灰色，前向的站显示其他色如原来的黑色．

2.4　电源及其设备

内部供电模块包含一块开关电源模块，将正常用电转换为站牌各部分需要的不同电压．

现有电子照牌存在有显示字体及明度不合理，导致市民看不清楚．因此这里设计了传感器，一方面用来采集站内的照度，根据照明度分不同情况调节显示的照明度，如白天晚上不同，另一方面采集温度，MCU根据采集到的温度用以调节散热风扇的转速及开关［6］．

站牌内应该安装防雷模块，有效防止雷电对电子站牌的影响．为了防止意外断电，站牌结构内部要设置备用电源．

2.5　语音播放接口

一般情况可只在总站电子站牌设语音播放，它可用于在发车前提醒乘客上车和驾驶员按时到位；采用的ISD4004芯片是录音回放型．

以上实现了电子站牌主要硬件部份的设计，考虑了常见硬件的便利性、扩展性，还有出现故障情况采用全方位的设计，如电源要备用，通信部份增加蓝牙模块，增加传感器，以更好的服务市民出发提出了最优的设计，电子站牌外部屏体的设计在此不作说明．

3　电子站牌预报站的优化设计

电子站牌的服务直接面向广大市民，其正确性和准确性直接影响到城市服务水平，为市民出行方便也是极为重要的，因此它的预报服务尤为重要．中途站电子站牌上方滚动字幕显示最近一班车到本站的距离，下面显示其他车辆到站的距离及预计到站的时间，也即后面所说的时间预报和距离预报．电子站牌距离预报获取距离流程图传统的算法沿线路的轨迹根据车辆和车站的经纬度的差，计算出车辆距离站牌的距离［7］，计算结果少于预报距离开始进行预报，其中的报站功能与以往研究过的车辆自动报站器有些类似，在此不再重复设计．如果电子站牌的报站与车辆终端的报站名不同，也可以通过蓝牙模块与车载终端联系予以纠正．

在此种传统距离预报中，电子站牌收到车辆信息不停的与现有的站台位置计算距离，不停的反复计算造成其他工作的滞后，也是没有必要的，为避免系统在每次收到车载终端的数据后均要做同样重复的计算，系统预先对线路沿线双方向进行密集采样，如例如近距离每隔30米取1点，距离站牌愈远愈可以拉大采样距离，离站较远的预报允许存在的误差可比离站台近的车误差大，预先计算好距离存储，储存数据包括计算该点至线路起点的距离、前方最近车站ID、以及到前方最近车站的距离．每次收到车载终端的数据，只要判断车辆当前位置与哪个采样点最接近，然后直接利用该采样点的距离数据即可．采样点与站台的距离已经存储，所以无须重复计算，减少了电子站牌的负担．

实际也证明了，用采样点的方法大大加快了电子站牌的工作效率，也是合理有效的一种算法.车辆是否处在营运状态，是上行还是下行方向、普车还是快车等对计算结果均取决定性作用，因为快车要增加采样点，慢车可以相对小一些，图2为处理的流程图．

4　数据丢失时的预报补偿设计

参考文献：

［1］　康行远，高惠群.市区城乡公交将安装车载监控［N］.嘉兴日报，　2011105（2）.

［2］　文雄军.基于GPS定位的智能公交服务系统研究与设计［D］.长沙：中南大学，　2007：1318，6469.

［3］　杨　光.基于GPRS／GPS／GIS／Zigbee的智能公交系统设计［J］.　微型机与应用，　2011（18）：228229.

［4］　张志伟.基于嵌入式的车载监控终端的设计与实现［D］.成都：西南交通大学，　2011：2930.

［5］　HSIAO　H　T，　CHANG　H　T.　Algorithm　design　for　longterm　GPS　satellite　orbit　prediction［C］//Proceedings　of　the　2011　Chinese　Control　and　Decision　Conference（CCDC）.Shanghai：　Shanghai　Jiaotong　University，　2011：5860.

［6］　刘冶.大城市基于轨道交通的停车换乘系统研究［D］.长沙：长沙理工大学，　2009：18.

［7］　陈国俊.基于AVL的公共汽车到站信息服务系统设计［J］.城市交通，　2012（2）：38.

［8］　周　理.基于S3C2416　的公交电子站牌系统设计［J］.世界科技研究与发展，　2012，34（1）：18.

［9］　文雄军.公交车自动报站系统的研究［J］.湖南经济干部管理学院学报，　2007，3（2）：160162.

［10］　徐龙芳.基于GPS和GPRS技术的多功能车载终端的硬件实现和关键技术研究［D］.济南：山东大学，　2011：58.

［11］　陈远鸿.GPS接收机天线增益特性研究［C］//广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会论文集.深圳：深圳市勘察研究院，　2010：2930.