公交电子站牌系统分析_陈胜

公交电子站牌系统分析
陈　胜,董德存
(同济大学交通学院,上海201804)
摘　要:结合传统公交电子站牌系统模式,建立一种新型的公交电子站牌系统。

它利用短程通信技术———Zigbee ,实现车辆与站牌之间的连结,使传统开路的通信方式封闭起来,同时也使公交站牌成为一个路边信标,车辆定位更加准确;其次,它使用一种新型的电子站牌类型———立方电子站牌,使电子站牌占用土地资源更少,显示的信息量更大,合理的布局使其实用性更高;同时,它拥有一套合适的运行方案,此方案使系统的可靠性、容错性、实用性得到增强。

关键词:电子站牌;交通通信;站牌设计;Zigbee
中图分类号:U491.2 文献标识码:A 文章编号:100825696(2009)0420001203
The Study of the Electronic Bus 2Stop Boards System
CH EN Sheng ,DON G De 2cun
(The School of Transportation Engineering in Tongji University ,Shanghai 201804,China )
Abstract :The paper based on t he t raditional system establish a new kind of bus 2stop system.By using short rang communication technology it realizes t he link between t he vehicles and t he boards.Simultane 2ously ,t he board can be used as t he roadside beacons ,so t hat t he position of t he vehicles can be confirmed more accurately.Second ,it use a new kind of board 2cube board.This board occupy less land resource ,but can reveal more information and it s right layout make it more usef ul.Finally ,it has a set of appropriate plan.The system can be acted more reliability ,more fault 2tolerance.
K ey w ords :elect ronic bus 2stop board ;t ransportation communication ;bus 2stop board design ;Zigbee
收稿日期:2008211211
基金项目:国家863重点项目(2004AA505560)作者简介:陈　胜(1986～),男,硕士研究生,研究方向:交通信息与
控制.
随着社会的发展,汽车的数量不断增加,交通问题日益
突出。

不断有学者与专家提出不同的解决办法,其中可以将其分为3类:一类是减少交通需求;一类是增加交通设施;还有一类就是改变交通方式。

社会的发展,汽车拥有量的增加是社会发展的结果,虽可控制,但大趋势不可改变;在城市中(特别是大城市中)交通线路已基本固定,大量增加道路已不太可能;这样人们不得不把眼光投向最后一种解决方式。

现实中,这种方式也是可行的,如提高公交的出行率就是一种很好的办法,这在西方、日本一些国家已得到证实。

我国的公交系统早已建立,技术并不低于国外,一些较先进的公交系统(如BR T )也早已建立,但国内的公交乘坐率较国外仍然很低。

通过对国内与国外公交车系统的比较,得出以下结论:长期以来,由于中国的公交车准时性较差、运营不科学、没有确定的乘坐时间与等待时间,使人们产生了一种将公交车视为一种低级交通方式的观念。

这种错误的观念使中国的交通方式畸形发展,产生了严重的交通问题。

要想解决以上的问题,改变人们的观念,就必须提高公交服务水平,使其科学运营、准时到站。

这其中电子站牌系统起着重要的作用。

基于以上的观点,本文结合现有的系
统,设计出一种新型的公交电子站牌系统。

1　问题分析
目前电子站牌种类繁多,但真正能发挥现实作用的却很少。

通过对上海市电子站牌的考察,结合自身的经验对目前电子站牌提出以下几点意见。

1)通信设计不合理。

电子站牌设计的通信原理如图1所示。

通过GPS 对车辆进行定位,然后利用移动通信网络
GPRS 与中心建立联系,中心对车辆上传的数据进行处理后
将其下传给车辆与路边电子站牌。

这种通信方式通过利用
GPS 和GPRS 建立了移动的车辆与中心的联系,并能通过中
心与电子站牌之间的联系将部分数据下传,服务于公交乘客,完成电子站牌的作用,但这种设计存在很大的缺陷:城市高楼林立、高架路更是随处可见,这使GPS 不能发挥预期作用,特别在特大的城市中GPS 的局限性更加凸显出来;通信开路且单一,开路通信的容错性不高,如果某一部分通信出现问题将使整个系统瘫痪。

2)站牌设计不合理。

由于布局电子站牌价值昂贵,许多城市将电子站牌的设立转交给了某些公司,并允许其利用电子站牌进行广告宣传。

3)不合理地单一使用数学模型。

现今的电子站牌存在着一种通病,就是对到达时间预测的不准确。

虽然有许多专家与公司人员对此问题进行了研究,并建立了多种模型(如
交通科技与经济 第11卷
图1　传统的电子站牌通信原理
利用遗传算法等)来达到与公交车到达时间的一致,但终究没有成功。

到达时间的计算不准确不仅使相应的公司失去了投资的热情,以至于关闭电子站牌使其成为名副其实的广
告牌,而且也使公众对其信任度下降。

由此可见,数学模型使用的好坏直接关系着电子站牌的使用与推广。

4)运行管理不科学。

2　电子站牌的设计
电子站牌的设计包括通信设计、控制中心设计、站牌设计及车辆设计4个方面,而且每个方面都紧密联系,任何一
项设计的失败都将使整个系统失效,所以在进行系统设计与建立时,应综合考虑各项的功能,才能使电子站牌发挥其信息化作用。

2.1　通信设计
通过对电子站牌的通信系统分析可知,通信设计中存在着覆盖不全面、实时性差、通信开路单一等问题。

为了使整个通信网络闭环,下面介绍一种非常实用的短程通信方式———Zigbee 。

Zigbee 这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的
通信方式,蜜蜂通过跳Zigzag 形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。

它是一种短距离的双向无线通信技术,技术特点可以概括为4低:低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。

主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。

这种通信方式是在传统的通信方式上,利用短程通信方式Zigbee 实现车辆与电子站牌的通信,从而使整个通信网络封闭,成为一个闭路的通信方式。

其运行原理的基本框架如图2所示。

首先,当车辆到达电子站牌时,通过短程通信使车辆与电子站牌建立联系,及时地更新电子站牌上的信息。

通过电子站牌与控制中心的连接,将电子站牌信息传输到控制中心,从而对控制中心的数据进行更新并存储。

同时,控制中心也可以利用GPS 辅助车辆定位,并借助GPRS 实现车辆与控制中心的不断通信,从而对电子站牌信息进行确认与修改,完成一个反馈。

这种通信方式不仅可以实现传统的中心控制,对数据进行统一管理与分析,而且它能及时的更新电子站牌的信息,克服过分依赖GPS 中存在的通信障碍。

更为可贵的是它将整个通信系统封闭起来,容错性更高,方便了控制与管理。

图2　运行原理的基本框架图
2.2　中心设计
作为一个控制中心,特别是一个大型公交系统的控制中心,它必须具备以下几个条件。

1)必须具有大型的储存、更新与传输数据的硬件与软件。

因为这些设备是建立一个控制中心必须具备的物质条件,它们对数据的传输、储存、更新提供了物质支持。

2)要建立一批相对大型的数据库。

例如,驾驶员的信息数据库、公交车辆时刻表数据库、各路段、各时段的交通状况数据库以及对环境与天气的监测数据库等。

这些数据库能够帮助控制中心处理各项信息,为作出各种决策提供数据支撑。

3)要有快速建立与更新数学模型的能力。

公共交通系统不同于其它的系统,路段、天气、环境等都会影响车辆的行驶状况,从而影响信息预测的准确性。

要想建立一个准确可靠的电子站牌系统,就必须拥有对不同路段、不同时段快速建模的能力,而不应采用传统的一个城市(一条线路)一个模型到底的模式。

4)必须具有对电子站牌进行实时监控、时时更新数据与模型的能力,还应具有报警能力。

拥有这些功能的控制中心,才能真正称为现代的公共交通控制中心,才能胜任其对电子站牌控制与更新的任务。

2.3　站牌设计
通过第一节的问题分析可知,现今的站牌大多存在着大、乱、不实用等不合理问题。

因此,本文通过对多种样式的站牌进行调查研究,发现了一种立方的电子站牌较为实用,并对其进行了一定的改善,设计出了以下这种站牌模式(如图3所示)。

这种电子站牌结构紧密,占地面积小,功能分布合理,而且由于4面都能显示,信息发布量大,是一种设计较为合理的电子站牌类型。

基本构成为:上方的方格网区是用来进行短程通信与语音报站;第1面与第3面用来显示车辆位置与到达时间、距离及车辆的载客量(如图4所示)等信息,方便用户查询;第2面是面向公路的一面,用大字号显示站台名称,方便乘客下站与对车辆位置的确定;第4面是面向人行道的一面,可以向候车乘客提供时间、天气、路段拥挤情况等信息,方便乘客乘车。

信息板下面的一块是留给赞助商做广告用,这样可以减少投资成本。

将电子站牌进行这种设计,不但能节省城市的土地资源,而且也能使电子站牌的实用性增强,发挥站牌作用。

・2・
　第4期陈　胜,等:
公交电子站牌系统分析2.4　车辆的设计
此系统对于车辆的要求不高,只要在常规的公交车上安装GPS 和Zigbee 相应设备即可。

另外,车辆最好组织前门上、后门下,这种上下车方式不仅使上下车安全,而且此时可以采用红外线技术方便对乘客量进行计数。

当IC 卡普及率较高时,也可采用刷卡计数。

3　电子站牌的运行设计
一个好的系统,如果没有好的运行方案,那么它的优点也就无法体现出来,它的设计也就是无用的设计。

下面就以一辆公交车的行驶过程来介绍本人所设计的一套相应运行方案。

首先,一名驾驶员按控制中心编排的时间表上车刷卡,此时它的信息通过GRSM 系统或通过电子站牌传到控制中心,控制中心从驾驶员数据库中调出此名驾驶员的信息,再结合天气、交通状况、时段等信息快速创建或选取各段间的合适数学模型,算出不同路段的时间和距离并发送给各个电子站牌。

此时预备工作完成且各电子站牌开始计数。

当车辆行驶后,站牌离线计数。

当车辆到达某一个站台后,车辆通过Zigbee 系统与站牌交换信息,对站牌信息进行修正,并通过电子站牌将信息传送到控制中心,以便对路线上的所有站牌数据与模型进行修正。

当车辆在站牌A 和B 之间遇到交通阻塞,且GPS 通信中断时,B 站的倒计时间用完而车辆还未到达。

此时,B 站自动给出一个事先确定好的缓冲倒计时间再次运行,并且这一站牌上的公交指示灯全部变为黄色。

直到公交车到来时与站牌建立联系,再将站牌数据更新,电子站牌恢复正常运行。

同时,向控制中心上传数据,使中心自动将这一路公交车后面的各站牌数据进行调整。

若缓冲时间用完,车辆仍未到达,此时将B 站上这一路公交车指示灯全部变红,并且计数
器复位,停止计数,同时向控制中心报警,使B 站后所有的电
子站牌在此路段变红,表明此路公交车在AB 路段阻塞严重、发生事故或电子站牌损坏等事故,但计数不停。

当B 站的后一站C 站的缓冲时间也用完时,车辆仍然未在B 、C 任一站出现。

此时,C 站向中心报警,表明车辆在A 、
C 严重阻塞或发生事故。

要求及时处理,并使控制中心向C
站后所有的站牌发出命令,使这一路公交站牌停止计数,计数器复位变红,从而使候车乘客做好心理准备或改用其它交通方式。

电子站牌直到车辆到达交换数据后才恢复正常计数。

在此情况下,车辆在C 处出现,而未经过B 处,表明B 处仪器损坏或通信不畅,应及时维修,具体运行如图5所示。

图5　运行图
在这些过程中,若GPS 通信没有中断,那也可以利用此
通信使中心直接对各电子站牌的车辆显示位置、所剩时间、距离及各时段模型进行更新。

4　结　论
该系统结合传统电子站牌系统从数据通信、数据处理中心、公交站牌以及公交车辆4个方面进行了全新的设计,建立一种新型电子站牌系统。

它使用Zigbee 技术使各个站牌成为一个路边信标对车辆进行定位,是对GPS 定位的有效补充;通过有效的运行方案,使中心具有强有力的监检能力,从而使系统的鲁捧性得到增强;设计出了一种更为实用的电子站牌样式,不仅占用土地面积少,而且信息量较大,布局合
(下转第7页)
・
3・
　第4期王晓光,等:城市大型活动中的交通需求与疏散分析
要的停车位置和临时停靠站点;⑨采取监控系统,实时检测道路交通状况,通过无线电设备向疏散司机传达路况信息,合理分配疏散车流。

本文交通疏散中以单行道设置为例,对江汉一桥以及与其相连接的主要路段进行从汉口方向到汉阳方向的单向控制,由汉阳方向去往汉口方向需绕行江汉二桥、三桥等,以保证向汉阳区的疏散。

对长江大桥、长江二桥以及与其相连接的主要路段同样进行时段性的单向交通组织,由武昌到汉阳方向以及武昌到汉口方向去的车辆通过长江需绕行中环线或者外环线,以保证向武昌区的疏散。

4　采取措施后的交通情况
利用TransCAD将江汉一桥、长江大桥、长江二桥以及与桥梁连接的必经道路的Dir属性改为1[5],使其成为单向交通,对相关路段的其它属性进行设置,并重新进行交通分配得到受影响较严重路段的交通情况如表2所示。

表2　采取措施后部分道路交通情况
ID道路名称道路类型平均速度/(km/h)饱和度01长江二桥主干道 1.06 1.98 138长江大桥主干道—>2 142武珞路(中山路西段)主干道8.01 1.23 316大桥路主干道12.40 1.34 1289江汉一桥主干道 6.37 1.83 322鹦鹉大道主干道7.36 1.73
采取措施后,如果仍按原来的疏散路线将人群疏散到3个大区,到各个大区的时间分别为:
汉阳方向:20.70min;汉口方向:29.67min;
武昌方向:经过一桥102.36min,经过二桥123.32min。

而且由表2和表1对比可以看出,采取部分措施后路段上的交通情况有所改善。

向武昌、汉阳方向的疏散路线的情况也有所改善,同样的疏散路线,时间明显缩短。

但从整体来看交通网络的负荷仍然很大,疏散时间也很长,这就需要进一步采取有效措施,缓解交通压力,尽可能的缩短疏散时间,使其交通网络尽快恢复正常运行。

5　结束语
针对武汉市的特殊交通网络特点,对典型的城市活动疏散时的交通情况进行了研究,利用规划理论中的四阶段法为依据,将其运用在非常态事件下的交通需求预测中,并以仿真软件TransCAD为工具得到该情况下的武汉市交通需求。

在此基础之上,对活动结束后进行自由疏散时的交通情况进行分析,针对分析结果提出部分交通管制应急措施。

并通过和自由疏散情况的对比,看出采取一定措施后,对于缓解疏散中重要路段的交通负荷、缩短疏散时间、保证整个交通网络的正常运行具有一定的效果。

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[7]User’s Guide TransCAD,Transportation GIS Software.Caliper
Software.2004
[责任编辑:张德福]
(上接第3页)
理。

通过这样的设计,不但能够给市民出行带来方便,而且有利于公交的规范运营,提高公共交通的载客率,解决城市的交通压力。

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[责任编辑:王　欣]
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