基于Linux平台的智能公交系统设计与实现
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作者: 王国海 冯刚 朱学斌
摘 要：系统利用GPS定位技术、移动通信技术、流数据封装及OLTP等技术，构造了一个多层次的智能公交系统。通过无线网络可实时监控指定范围的车辆及线路等信息，使目标始终保持在屏幕，实现了多窗口、多车辆、多屏幕同时追踪。该系统满足了安全、快捷、准确的需求，提高了服务能力、人员利用率，在降低人员成本的同时提高了科学化管理水平。
关键词：智能公交； 物联网；全球定位系统；地理信息系统
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）003012103
0 引言
公交是解决城市交通及群众出行的主要途径之一。目前，国内多个城市已经明确城市公交的公益性地位，并相继出台了加大对公共交通的投入，扶持公交优先发展等多方面的政策。同时，民众对公交的服务要求也在不断地提升。因此，解决公交企业与乘客之间的信息互通和提高企业管理的信息化水平是我们目前面临的重要问题。为此，从运营管理、出行服务两大方面研发该系统，开发了公交企业内部管理模块，从而实现运输企业的单车核算，从根本上解决企业管理信息化、乘客出行个性化的问题。
1 总体设计方案
1.1 智能公交系统的技术原理
首先通过提取卫星定位终端信息并经无线网络传输基础数据，运用OLTP（实时联机事务处理）中间件、动态负载均衡、业务配置、流数据封装的理念和技术，构建共用数据接入的智能调度平台，然后将车辆的各种业务状态通过语言转换和公共数据网络，传输至后台服务器，经业务处理后，加上调度管理人员的业务指令，再依同样的数据方式返回各车辆，各车辆按指示完成相应的动作。
所有车载终端设备接收到卫星信号经处理后生成车辆位置、速度等状态信息，经由无线网络接入中心。中心应用系统按照OLTP系统架构，将收到的数据包进行协议解包处理，解析成应用能识别的信息，然后将车辆在地图机上按照公交业务规则显示出来，调度员根据车辆状态、线路、站点、客流等信息综合进行调度管理。
1.2 智能公交系统的平台构成
系统的软件架构是采用大型银行电信行业使用的集中式交易处理模式，这种系统运行稳定、处理性能高，日常维护管理非常简单方便，只要在后台做好日常流程化的工作，则系统就能运行完好，提供24h不间断对外服务，即使在做日终批量结算处理也是一样。平台系统采用LINUX系统，以保证稳定性和安全性，并采用IBM INFORMIX大型数据库系统作为支撑，构建交易中间件层，以满足联机交易的实时性要求。
在基础平台上构建各应用模块，可方便扩展或收缩，应用模块用于制定需要的业务规则，例如行车计划、配车计划、线路规划、时间安排、站点安排等；线路管理和站点管理用于车辆异动过程的定轨及定站点管理；定位监控用于车辆、站牌等的定位和物理状态、业务状态管理；调度管理用于自动、手动对车辆、人员等进行调度控制；视频监控用于实时远程视频监控管理；视频管理用于中心对本地和远程视频资料的管理；批量日结用于日终结算，出具营运报表用于对车辆营运、监控调度的过程和结果进行各种统计分析。
2 智能公交系统模块构成
本系统主要由智能电子站牌子系统、车载设备、数据管理子系统、调度中心、地图机等构成。
2.1 电子站牌子系统
电子站牌子系统是智能公交系统的子系统，能为站台乘客提供公交车辆的到站信息，如某路公交当前的位置、下辆车到本站的时间、乘客数量等。站牌将来自车载设备发来的信息进行处理，并为乘客显示车辆的到站信息。
电子站牌上的控制器由嵌入式微处理器和无线收发芯片组成。选用ATMEL公司生产的89C52芯片，89C52芯片是美国ATMEL公司生产的低电压、低功耗、高性能CMOS技术制造的单片机，片内含只读程序存储器和随机存取数据存储器，因此在使用时不需要扩展外围存储器，简化了硬件电路。无线收发系统采用的是MICREL公司生产的MICRF005芯片作为无线收发设备。MICRF005具有很高的可靠性和极低的功耗，数据范围达800～1 000MHz，数据传输速率达到115kbps，无需扩展外围电路即可完成良好的无线数据传输。
2.2 车载设备
车载设备主要完成3个功能：①对车上的信息进行采集，并将采集到的信息通过无线收发设备发送出去，例如是否有人上车，是否有人刷公交IC卡，公交当前的位置、车内人数等信息，车载设备采集到这些信息后将其以一定的格式通过无线收发设备发送出去；②接收调度中心发来的调度信息，按照调度信息的要求给公交司机提供调度信息或向公交车发出调度指命；③处理显示和语音提示功能，显示该车到达各个站台的信息及大约何时可以到达下一站，同时提供语音播报，提示乘客到站信息。
在硬件设计方而，GPRS模块和GPS模块采用了二合一模块SIMCom的SIM548C-GPS/GPRS，这样可以减少硬件的开发成本，增强GPRS和GPS功能的稳定性。
车载终端设备是核心，采用多功能调度视频一体化终端，双核CPU，处理器最高工作频率1Ghz，内存128M，可支持2张32G的SD卡，可同时支持硬盘存储，运行嵌入式linux系统。 支持2个标准RS232串口，2个USB接口，1个485口，1个CAN口。
2.3 调度中心
调度中心的主要任务就是对行驶的公交车辆进行调度，如控制公交车何时发车、加减速行驶等。调度中心对公交发出调度指令之前必须先获得各路公交的行驶信息，通过电子站牌的接力实现信息传输，并最终把信息传递到调度中心，调度中心综合分析收到的信息后再对公交发出相应的操作指令，指令又通过电子站牌一级级传递到公交车载设备，车载设备分析处理指令后反馈给司机或直接控制公交，最终实现对公交的调度。
对于公交监控中心服务器与公交车站的PC机软件开发问题，应全面考虑各方而的因素。对于软件开发而言，一个良好的开发环境关系着开发的效率和软件运行的稳定性，因此选择了Microsoft Visual C++6.0进行开发。而监控中心窗口的地图机与公交车站的电子站牌的电子地图由GIS软件MapInfo来完成。然后通过OLE技术将Maplnfo地图与VC++进行集成。 3 系统运行环境
系统后台环境为Redhat AS，数据库采用大型数据库Informix，采用ESQL/C进行开发。调度中心前台使用C#、VB.NET等，不同的手持终端环境为Kjava、Android、Iphone平台，以供国内不同手机用户使用。
系统首次将大型OLTP交易处理技术、中间件技术、动态负载均衡技术应用到智能调度行业，使得原来只能低端小规模应用的卫星定位监控技术适合大规模公共交通实时调度应用，能广泛适用于公交等高密度大并发数据请求（例如3s一个数据包），以及多并发功能作业的应用行业。
系统还开发了调度数据封装技术和批量平台处理技术，能将多种调度终端设备统一接入一个公共平台，使得定位调度终端设备与后台应用从技术上彻底分离，终端厂家与应用厂家将专注于各自擅长领域。
4 系统参照对比
目前国内智能调度系统大部分是参照国外三四年前的架构，基本是基于GPS体制，各厂家定位系统和设备都不能相互兼容，在实际调度行业应用中，智能调度系统中各行业子系统成为一个独立的结构，处于信息孤岛阶段；由于目前国内智能调度市场处于推广期，因而各厂家和用户基本上没有考虑整合通用、统一接入应用；国内从事智能调度系统研究开发的厂家基本上是原来从事GPS终端设备研制的厂家，其后台应用系统一般处于辅助地位，均采用桌面级的Windows作为辅助管理。在实际调度应用过程中，虽然采取多台Windows服务器集群使用，但由于智能调度应用所需的高强度计算和实时性要求，系统性能难以满足用户需求；从目前国内的情况来看，公共交通行业从关注智能调度系统阶段，陆续转为投资建设阶段，其中具有代表性的分别是青岛海信科技公司和珠海易达科技公司。
5 结语
本文设计的系统可以实时定位、监控公交运行状况并进行调度，及时向站点提供公交车的运行信息，极大提高了公交服务的质量和乘客的满意度。该系统目前已在江门、惠州、珠海等地的公交企业投入使用。特别是，本项目成果已申请了知识产权（著作权号：135337）。
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（责任编辑：杜能钢）
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