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【摘 要】本文介绍了一种基于GPS定位、红外线人数统计以及Zigbee无线通信的智能公交车载终端的设计，可实现公交车的实时定位、运行状态监控、到站时间预测、车厢拥挤程度播报以及道路拥堵情况反馈等功能。
【关键字】智能公交、GPS、Zigbee、红外传感技术
一、引言
随着我国的城市发展速度越来越快，城市人口密度和道路车辆的密度逐年上升，导致城市交通压力变大，交通拥堵成为同时困扰政府和市民的问题。在解决这个问题的诸多手段中，智能公交系统无疑成为了一种环保、便捷的解决方案。
智能公交系统指的是运用先进的检测、通信技术，以智能公交终端和中央管理系统，为了实现基础的公交实时信息的采集分析和统一管理而设计的公交系统从功能上，智能公交系统可以为市政交通管理部门提供一个准确的公交定位图，方便公交的管理和调度，还可以综合实时的公交定位信息和拥挤状况，为乘客进行智能路线规划。本文提供了一种由GPS定位模块，基于红外传感器的拥挤测量模块和Zigbee无线通信模块组成的智能终端设计方案。
二、结构设计
若要实现智能公交系统对于该终端的要求，模块之间的关系应当紧密可靠，分工明确。本文所述终端主要分为三个模块：GPS定位模块负责采集车辆的位置、速度等信息，作为中央管理系统更新公交位置数据库，分析路况的原始数据；拥挤测量模块负责采集上下车的人流情况，作为中央管理系统分析车上拥挤情况的数据；无线通信模块负责将数据发送给中央管理系统。三个系统之间采用UART互相连接，可以保证数据传送的可靠和实时。三个模块的关系如图。
三、定位模块
（一）定位方案。公交车的实时定位可以由车载GPS实现。由车载GPS获得的车辆运行状态数据具有数据量大、覆盖的道路面积广，以及可以反映实际道路交通状况等特点，这些特点使得公交车车载GPS模块成为了实现实时定位、采集车辆和路况等数据以便进一步分析利用的理想选择。
（二）车载GPS技术。应用公交车车载GPS设备采集道路交通数据的优点在于：1无须新增道路设施，不会对环境产生负面影响；2监控数据能实时动态地体现道路上交通流的运动；3定位精度较高，定位数据中包含行驶公交车在定位时刻的瞬时速度，可体现该道路车流的变化特征。我国交通拥堵问题十分严重，交通监控设施不完善在很大程度上制约了交通管理水平的提高。
（三）模块设计
1. 通信设计。针对公交车车载GPS定位这一解决方案所需的原材料和元器件有：GPS接收模块 （C3-370C， 采用SiRFstar III代芯片，喘口输出NMEA协议数据）通信方面，GPS模块通过串口与MCU通信。
2.供电设计。供电方面，采用锂电池（自带过充过放保护电路）供电，由于GPS内置了LDO（低压差线性稳压器），所以直接与电池相连接。
四、拥挤测量模块
（一）模块设计。该模块采用红外光电传感器采集原始数据，由于不能直接从原始数据得出车内的乘客情况，因此需要对原始数据进行处理，在本文所述终端中，数据可以直接在整合用的单片机中进行简单处理，也可以由无线通信模块传送给中央管理系统进行处理。
1.数据采集。数据采集部分主要负责红外原始数据的采集，这一子模块的核心是红外光电传感器。根据实际需要，系统可以同时采用多个红外光电传感器同时采集数据。目前，红外光电检测技术是较为成熟的技术。通过红外遮挡进行计数的方法使用较为广泛。红外采集技术可以分为主动式、被动式两种。主动式红外计数技术又分为对射式、反射式两种。主动红外线对射式由发射头和接收头正对安装组成。本文所设计的人流测试模块需要在公交车每个车门处安装一组对射式红外光电传感器，实时统计每个车门处的乘客上下情况，将数据送给数据处理子模块。
2.分析处理。红外传感器收集到的数据一般为开关信号，需要经过一定的分析和处理才可以转化为公交车上人数情况。数据的分析处理有多种办法，本文采用比较简单的单片机电路接收开关信号，整理出车上人流数量，可以直接显示该数据，也可以通过通信系统传输给任意的中央处理系统以便得出更加准确的数字。这样的系统结构使得硬件部分比较简单，成本较低，且扩展性好，可以数据在中央管理系统的计算机上实现任意的以红外光电传感器数据为基础的人流统计算法，如人工神经网络算法等。
五、通信模块
（一）通信方案。通信模块是本文所述的终端中必不可少的一环，它的作用是把GPS定位模块和拥挤测量模块采集到的信息传输给智能公交系统的信息处理中心，以帮助信息处理中心确定各公交车的位置，道路拥堵情况和公交车上乘客的拥挤情况。
（二）Zigbee技术。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。该技术的核心协议由 2000 年 12月成立的IEEE 802.15.4工作组制定，高层应用、互联互通测试和市场推广由2002年8月组建的Zigbee联盟负责。该技术具有功耗低、成本低、时延短、网络容量大、安全性好等优点。
（三）模块设计。与Zigbee模块配合的智能公交通信系统应在站台、公交线路上以500m-600m作为间隔部署Zigbee节点，公交车终端上的Zigbee模块在经过其他Zigbee节点时与之进行通信，把信息通过Zigbee网络传递给Sink节点，再由Sink节点传输到信息中心。
Zigbee模块与其他模块的互联可以采用UART，以保证其他模块的信息的准确实时的传递到Zigbee模块。
参考文献：
[1]高辉.ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究[D].长安大学，2008.
[2]王权平，王莉.ZigBee技术及其应用[J].现代电信科技，2004，01：33-37.
[3]邱灵枝.ZigBee技术在智能公交通信网络中的应用[D].湖南大学，2009.
[4]孙棣华， 董均宇， 廖孝勇.基于 GPS 探测车的道路交通状态估计技术[A].重庆大学，2007.
【关键字】智能公交、GPS、Zigbee、红外传感技术
一、引言
随着我国的城市发展速度越来越快，城市人口密度和道路车辆的密度逐年上升，导致城市交通压力变大，交通拥堵成为同时困扰政府和市民的问题。在解决这个问题的诸多手段中，智能公交系统无疑成为了一种环保、便捷的解决方案。
智能公交系统指的是运用先进的检测、通信技术，以智能公交终端和中央管理系统，为了实现基础的公交实时信息的采集分析和统一管理而设计的公交系统从功能上，智能公交系统可以为市政交通管理部门提供一个准确的公交定位图，方便公交的管理和调度，还可以综合实时的公交定位信息和拥挤状况，为乘客进行智能路线规划。本文提供了一种由GPS定位模块，基于红外传感器的拥挤测量模块和Zigbee无线通信模块组成的智能终端设计方案。
二、结构设计
若要实现智能公交系统对于该终端的要求，模块之间的关系应当紧密可靠，分工明确。本文所述终端主要分为三个模块：GPS定位模块负责采集车辆的位置、速度等信息，作为中央管理系统更新公交位置数据库，分析路况的原始数据；拥挤测量模块负责采集上下车的人流情况，作为中央管理系统分析车上拥挤情况的数据；无线通信模块负责将数据发送给中央管理系统。三个系统之间采用UART互相连接，可以保证数据传送的可靠和实时。三个模块的关系如图。
三、定位模块
（一）定位方案。公交车的实时定位可以由车载GPS实现。由车载GPS获得的车辆运行状态数据具有数据量大、覆盖的道路面积广，以及可以反映实际道路交通状况等特点，这些特点使得公交车车载GPS模块成为了实现实时定位、采集车辆和路况等数据以便进一步分析利用的理想选择。
（二）车载GPS技术。应用公交车车载GPS设备采集道路交通数据的优点在于：1无须新增道路设施，不会对环境产生负面影响；2监控数据能实时动态地体现道路上交通流的运动；3定位精度较高，定位数据中包含行驶公交车在定位时刻的瞬时速度，可体现该道路车流的变化特征。我国交通拥堵问题十分严重，交通监控设施不完善在很大程度上制约了交通管理水平的提高。
（三）模块设计
1. 通信设计。针对公交车车载GPS定位这一解决方案所需的原材料和元器件有：GPS接收模块 （C3-370C， 采用SiRFstar III代芯片，喘口输出NMEA协议数据）通信方面，GPS模块通过串口与MCU通信。
2.供电设计。供电方面，采用锂电池（自带过充过放保护电路）供电，由于GPS内置了LDO（低压差线性稳压器），所以直接与电池相连接。
四、拥挤测量模块
（一）模块设计。该模块采用红外光电传感器采集原始数据，由于不能直接从原始数据得出车内的乘客情况，因此需要对原始数据进行处理，在本文所述终端中，数据可以直接在整合用的单片机中进行简单处理，也可以由无线通信模块传送给中央管理系统进行处理。
1.数据采集。数据采集部分主要负责红外原始数据的采集，这一子模块的核心是红外光电传感器。根据实际需要，系统可以同时采用多个红外光电传感器同时采集数据。目前，红外光电检测技术是较为成熟的技术。通过红外遮挡进行计数的方法使用较为广泛。红外采集技术可以分为主动式、被动式两种。主动式红外计数技术又分为对射式、反射式两种。主动红外线对射式由发射头和接收头正对安装组成。本文所设计的人流测试模块需要在公交车每个车门处安装一组对射式红外光电传感器，实时统计每个车门处的乘客上下情况，将数据送给数据处理子模块。
2.分析处理。红外传感器收集到的数据一般为开关信号，需要经过一定的分析和处理才可以转化为公交车上人数情况。数据的分析处理有多种办法，本文采用比较简单的单片机电路接收开关信号，整理出车上人流数量，可以直接显示该数据，也可以通过通信系统传输给任意的中央处理系统以便得出更加准确的数字。这样的系统结构使得硬件部分比较简单，成本较低，且扩展性好，可以数据在中央管理系统的计算机上实现任意的以红外光电传感器数据为基础的人流统计算法，如人工神经网络算法等。
五、通信模块
（一）通信方案。通信模块是本文所述的终端中必不可少的一环，它的作用是把GPS定位模块和拥挤测量模块采集到的信息传输给智能公交系统的信息处理中心，以帮助信息处理中心确定各公交车的位置，道路拥堵情况和公交车上乘客的拥挤情况。
（二）Zigbee技术。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。该技术的核心协议由 2000 年 12月成立的IEEE 802.15.4工作组制定，高层应用、互联互通测试和市场推广由2002年8月组建的Zigbee联盟负责。该技术具有功耗低、成本低、时延短、网络容量大、安全性好等优点。
（三）模块设计。与Zigbee模块配合的智能公交通信系统应在站台、公交线路上以500m-600m作为间隔部署Zigbee节点，公交车终端上的Zigbee模块在经过其他Zigbee节点时与之进行通信，把信息通过Zigbee网络传递给Sink节点，再由Sink节点传输到信息中心。
Zigbee模块与其他模块的互联可以采用UART，以保证其他模块的信息的准确实时的传递到Zigbee模块。
参考文献：
[1]高辉.ZigBee技术在智能公交调度系统上的应用研究[D].长安大学，2008.
[2]王权平，王莉.ZigBee技术及其应用[J].现代电信科技，2004，01：33-37.
[3]邱灵枝.ZigBee技术在智能公交通信网络中的应用[D].湖南大学，2009.
[4]孙棣华， 董均宇， 廖孝勇.基于 GPS 探测车的道路交通状态估计技术[A].重庆大学，2007.