CN102214397A - 一种全自主型公交电子站牌系统 - Google Patents

Abstract

全自主型公交电子站牌系统是基于微波及无线网络的、针对传统公交事业提出的智能化解决方案。它包括：车载信息处理系统、电子站牌系统、无线通信系统和智慧城市公交信息管理系统。系统使用成熟的人机界面与系统设计，将GPS全球定位技术与微波通信、无线通信技术相结合，采用自搭建的全无线式通信网络，不依靠第三方网络数据传输服务(如GPRS等)，为公交运营公司节约了每年巨额的通信费用。同时系统不需要铺设地下数据传输线路，避免了二次施工，更易普及。在此基础上，系统增加了广告投放功能，使得“一个远端管理全城广告投放”的有效作业方式成为可能，大大节约了以往纸质广告所需成本和人力，具有以往公交电子站牌不可比拟的优点。

Description

一种全自主型公交电子站牌系统

所属技术领域

本发明属于无线通信、嵌入式系统等技术领域。具体涉及一种基于自主型微波及无线网络的智慧城市公交电子站牌系统。

背景技术

国外部分：

在日本，公交系统电子化、信息化的趋势早在2000年就被提出，现在存在的公交系统从2000年左右开始投入使用。但是，由于国内目前没有类似资料和数字，此处先以日本的公交定位系统为例进行说明。

2004年8月开始，大约有80个公交运营事业者导入了公交定位系统。在这样的状况里，据JICE的调查，日本全国27个实验性应用的公交定位系统中，8个已经停止了服务。在日本，公交定位系统的应用率是公交运营业者的16％的原因是，在公交定位系统导入时，需要诸多的初期费用和后期费用。

其次，另外的一个终止信息提供的原因是，公交定位系统的运营费用非常高。因为这些系统在使用GPS车载定位器的时候，采用了packet communication的方式，利用NTT docomo提供的packet通信网络，也即GPS+GSM模块，将车辆收到的来自3～12颗定位卫星的定位信息通过docomo的网络发送给接收站，再通过数据的采集和传输，将数据发送到中心服务器进行分析、处理。就这种方式来说，因为NTT作为国家的通信网络，覆盖范围全国，因此不可否认，在公交道路定位系统和电子站牌系统的覆盖上来说，占有着天时地利的优势。可是，由于使用了第三方的NTT docomo无线包通信网络，使得公交系统运营事业者不得不在初期设备和使用费用投入之后，还需要向第三方的NTT缴纳每年产生的巨额通信网络使用费用和通信费用。举例来说，在某一个地区的路线公交的事例中，会产生约750万日元/年的运行费用(信息提供路线11条路线，车载器台数70台)。这个费用，是按照一次的乘车费用160日元(该公交线路的最低乘车费用)，相当一年约43,000人的乘客数的情况来计算的费用。要确保支付这种每年都会产生的通信费用，对公交运营者、政府财政来说都是不小的负担。

国内部分：

目前，以杭州为首，投入使用的公交电子系统也陆续出现，虽然也显示了信息化带来的电子化站牌的初貌，但是，确实极不成熟的产品。

公交电子站牌的第一次的革新：

电子化的公交车站牌的出现为代表。这种的公交系统的电子站牌部分采用了LED单色点式显示的屏幕，对公交的到站信息和天气等情况进行了预报。但是，却被LED屏幕本身的特性所限制。众所周知，LED屏幕只能通过闪烁和滚动两种方式来显示信息，于是，一块被安装在公交站牌顶部的LED屏幕只能一次显示1、2行的公交信息，而且因为一次显示不完、还要滚动地显示。这对城市中一个站点就有大约十个线路的公交车通过的情况来说根本不能够满足，乘客在等车受到心理压力的同时，还要对滚动的屏幕保持期待，这不仅没有方便乘客，反而增加了乘客的等待心理负担。其次，个别的电子系统将车辆信息精确到米、秒，不仅自己的计算模型做不到这样的精确计算和预测，而且因为这样的失误，给乘客带来了不必要的麻烦。因此，这样的做法不仅毫无意义，而且模糊了公交电子站牌的焦点所在。

第二次革新：

以全彩色的液晶LCD屏幕出现为代表。系统在露天的电子站牌上破天荒的大胆采用了大屏幕液晶，在显示一些乘客并不关心的天气等信息之外，更有甚者提供了触摸屏幕的控制显示功能。先不说单单一个电子站牌的造价动辄上万元、和暴露户外时这些系统的容易损坏的“特性”，原本显示车辆到站信息和位置信息的电子站牌的特性却完全“退化”了。

正是因为这些系统在设计时华而不实的特性，使得目前没有一个实用的系统被广泛的应用和普及。可见采用全彩液晶屏幕的必要性和使用设备的投资预算等都是非常重要的因素。其次，在户外，在电子站牌系统中对系统的健壮性有较高的要求的情况，采用这种本身就非常脆弱的液晶和可触控的屏幕是非常不科学的设计。另外，目前国内的系统中主要数据通信的部分采用了两种方式，一种是采用手机无线网络覆盖的无线通信，另外一种就是采用地下铺设光缆的有线通信方式。如前所述，采用手机GSM或GPRS网络通信方式的话，公交系统运营商需要每年给中国移动等数据通信业务提供商缴纳巨额通信费用。而如果采用有线的方式的话，由于地下光缆和有线接触的易损特性，经常的故障和系统配置时需要的大范围的二次施工、巨额光缆购置费用等，都是造成这些系统失败、不能被广泛普及的直接原因。

对于上述的公交电子站牌系统来说，主要分为两种实现方式：一种是利用有线的方式进行数据传输。这种电子站牌的使用因为是依靠有线的数据传输模式，通常需要二次施工，在地下铺设光纤，这不仅对公交公司来说是一个巨大的投资，同时，光纤常常会因为接触以及设备故障等问题出现故障，导致大面积大范围的电子车站牌瘫痪。第二种方式，是通过中国移动或其他GSM、GPRS网络进行通信，传输公交车位置信息和站牌信息。虽然具有中国移动最广泛的网络覆盖的优势，却由于使用无线移动网络产生的巨额通信使用费用，导致很难、或者根本不会被推广普及应用。同时，以上的这些公交电子站牌系统在站牌设计方面，采用了电子化LED屏幕或全彩色的LCD液晶屏幕，但是却将公交使用信息全部文字化，违背了最基本的以人为本的人机界面设计常识，造成了乘客在理解和候车之余再次的心里期待的压力。不但没有方便乘客，相反给乘客的候车行为造成了负担，华而不实，忽视了站牌的本来作用。

发明内容

智慧城市(公共交通)信息管理系统是针对传统公交事业提出的智能化信息化的解决方案。它将最新的GPS全球定位技术与无线通信技术相结合，使用成熟的人机界面与系统设计，以应用服务解决方案的角色提供给传统公交系统一次彻底的革新。系统主要由四大部分组成：车载信息处理系统、电子站牌系统、无线通信系统和智慧城市公交信息管理系统。

1.车载信息处理系统

车载信息处理系统的前端是由GPS卫星定位模块、嵌入式控制模块和无线传输模块组成的。这三个模块被同时封装在安装在公交车辆上面的公交定位器内。GPS卫星模块可以接收多颗卫星在空中的定位信号，控制模块使得这些经度、纬度、时间和车辆信息等通过无线的方式发送到接收设备，使远端的处理器能够得到实时的公交车运行和位置信息，从而进行计算和预测、控制。

2.公交车站电子站牌系统

电子站牌系统是是对每个现在的公交站牌的重新设计、制造和革新。传统的公交系统站牌只能显示起点开始到终点结束的文字化信息。但是，公交的乘客却不能对这些文字站名的所在地理位置有一个最直观的把握和了解。因此，我们提倡一种新的，包含地理信息的站名显示方法，将类似地图的公交车运行线路地理信息也直观地显示在公交站牌上，方便乘客。

电子站牌系统除了将更人性化的显示站名信息外，主要是将采用自行设计的站牌设计外观和控制系统。这种站牌使得公交车的站牌可以显示公交车辆的位置信息和经过计算的到站时刻等方便乘客的信息。同时，公车站牌中应用无线通信技术，可以实时与主站进行数据通信和控制，使乘客得到最新的实时公交车运行状况和地理位置信息的同时，也在控制中心生成对所有车辆、以及交通运行状况的整体控制信息。更加方便公交运营事业者。

同时，在能源供应方面，我们将视地区和环境特点采用太阳能发电的供电解决方案，使得电子站牌系统在实施的过程中不需要二次施工，即插即用。

另外，考虑到现有公交系统对于广告投放的需求，我们在系统中结合了方便公交公司进行广告投放的广告传输及远程控制模块，实现了远端便于控制的广告投放功能，大大节约了以往需要定期更换纸质广告媒介的费用和大量的人力。

3.无线通信系统

传统的GPS应用在公交通信系统时，都会采用GSM或GPRS网络通信模块，但是因为网络使用费用问题，我们决定采用完全自主的无线数传网络和微波通信系统，二网合一，大幅缩减了公共交通事业者的投入资金，实现了一次性投资，永久使用的方案设计目标。

4.智慧城市公交信息管理系统

在智能信息管理系统中，需要对实时获得的公交车地理位置和车况信息进行分析和控制、管理。在公交车进入站点附近区域、脱离站点的时刻，对相应的电子站牌控制系统发出控制以及显示的指示。同时，对公交车的运行时间、到站时间等运用先进的数学模型进行时间预测。

本系统将公交车辆上搭载的GPS车载终端中的车辆位置信息收集，通过公交电子站牌的方式，向公交乘客提供公车到站时间以及当前的位置信息。同时，也向道路管理事业者提供道路堵车信息等相关有用数据。通过这些服务，可以有效的提高公交的乘客的出行便利性，推进公交运行管理的效率化，道路有关信息的调查的效率化。

附图说明

图1是本发明的系统设计方案模型

图2是本发明的工作流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图4，车载信息处理系统(A)包括嵌入式处理模块，车载GPS模块，远距离无线数传模块。GPS模块将经度、纬度、速度等信息发送到嵌入式处理模块，同时嵌入式处理模块在数据包中加入其他车辆信息、车辆ID，通过无线数传网络(i)发送到公交车站电子站牌系统(B)。

公交车站电子站牌系统通过无线数传模块接收到GPS及车辆信息后，将此信息和站牌运行状况、站牌ID、广告投放情况等信息进行打包封装，然后通过微波通信网(ii)发送到覆盖城市的微波基站及传输控制系统(C)。

微波传输控制系统(C)通过Internet网络连接(有线或无线)将接收到的上述数据发送给智慧城市公交信息管理系统(D)。

在智慧城市公交信息管理系统(D)中，通过与日常路线运行情况的均值对比、使用预测模型对车辆到站时间和交通堵塞状况、公交车辆运行状况作出预测，将预测的信息和车辆位置状态信息通过Internet网络传回到微波基站及传输控制系统(C)。微波基站及传输控制系统(C)将站牌的显示和控制信息、车辆中的显示和控制信息通过微波通信网络(ii)发送到公交车站的电子站牌嵌入式系统(B)。依据对接收到的数据包的识别，公交电子站牌(B)通过电磁、光电等显示手段，对到站车辆及车辆运行状况作出显示。与此同时，公交电子站牌(B)将车辆的显示和控制信息发送回车载信息处理系统(A)。

智慧城市信息管理系统(D)通过internet网络(iii)将广告视频、图像等媒体信息以数据包的形式传输到微波基站的控制系统(C)中，同时向微波基站所覆盖的范围内的所有公交电子站牌(B1、B2、B3、…、Bn)进行广播式的传输。在传输完成后，电子站牌系统(B)通过远距离无线数传网络(i)，可以再将广告数据传输到车载嵌入式模块(A1、A2、…、An)中，从而完成“1个远端控制全城广告投放”的系统功能。

Claims (6)

1.一种全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：系统基于自行搭建的微波通信(ii)和无线数传网络(i)，主要包括车载信息处理系统(A)、电子站牌系统(B)、无线通信系统(i、ii、C)和智慧城市公交信息管理系统(D)，实现了公交车辆运行信息的显示和广告投放的功能。

2.根据权利要求1所述的全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：全自主型公交电子站牌系统基于自行搭建的微波通信(ii)和无线数传网络(i)，系统中车辆与站牌、站牌与站牌之间的通信采用的是无线数传网络(i)，站牌与微波基站间通信采用微波通信方式(ii)，微波基站及传输控制系统(C)与智慧城市公交信息管理系统(D)间采用Internet网络连接(iii)的方式进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：全自主型公交电子站牌系统主要包括车载信息处理系统(A)、电子站牌系统(B)、无线通信系统(i、ii、C)和智慧城市公交信息管理系统(D)，全自主型公交电子站牌系统的车载信息处理系统由GPS卫星定位接收芯片、GPS数据处理模块、嵌入式处理模块、无线数据传输模块组成，车载信息处理系统的GPS数据处理模块将GPS协议的定位信息和车辆ID信息通过超远距离无线数传模块发送到电子站牌系统。

4.根据权利要求1所述的全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：全自主型公交电子站牌系统主要包括车载信息处理系统(A)、电子站牌系统(B)、无线通信系统(i、ii、C)和智慧城市公交信息管理系统(D)，全自主型公交电子站牌系统的电子站牌基于嵌入式系统，包括无线数传模块、微波通信模块、车辆信息显示控制模块、灯箱照明控制模块、广告视频解码模块、视频驱动模块、广告显示模块、电压控制及转换模块、语音模块，它将接收到的公车GPS信息封装，加上带有站牌ID及站牌状态信息的包头，将新数据包发送到微波基站，同时，识别接收到微波基站传来的控制信息和指令、广告数据包和控制指令，基于这些数据包的识别，通过嵌入式系统完成站牌上车辆位置信息的显示和广告数据的存储、视频文件的播放及传输功能。

5.根据权利要求1所述的全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：全自主型公交电子站牌系统主要包括车载信息处理系统(A)、电子站牌系统(B)、无线通信系统(i、ii、C)和智慧城市公交信息管理系统(D)，全自主型公交电子站牌系统的无线通信系统(i、ii、C)由微波通信网络(ii)无线数传网络(i)构成，微波基站(C)与公交电子站牌(B)间通信基于双向的星型网络结构，公交电子站牌(B)与公交车载信息处理系统(A)间通信也符合双向的星型网络结构。

6.根据权利要求1所述的全自主型公交电子站牌系统，其特征在于：全自主型公交电子站牌系统主要包括车载信息处理系统(A)、电子站牌系统(B)、无线通信系统(i、ii、C)和智慧城市公交信息管理系统(D)，全自主型公交电子站牌系统的智慧城市公交信息管理系统(D)作为计算和车辆到站情况预测总控中心，在收到车辆位置信息的数据包后，对其中数据进行识别，并根据预测模型和数据库中存储的以往经验数据进行对比，预测车辆到站时刻和到站所需时间等信息，同时在系统中通过可视化界面显示车辆位置、运行状况、站牌状态、广告播放状态等信息，并提供给用户广告视频上传和播放控制等功能的可视化操作界面。

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