物聯(lián)網(wǎng)在公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IOT)代表了未來計(jì)算與通信技術(shù)發(fā)展的方向，被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)Jnter-net之后，信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的第三次發(fā)展浪潮最初,IoT是指基于Internet利用射頻標(biāo)簽(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù)、電子產(chǎn)品編碼(E-lectronic Product Code,EPC)標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的一種網(wǎng)絡(luò)化物品實(shí)時(shí)信息共享系統(tǒng)3,后來，IoT逐漸演化成為一種融合了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、AdHoc無線網(wǎng)絡(luò)、普適計(jì)算等的ICT(Information and Communications Technology)技術(shù)，并正在形成一種新的信息產(chǎn)業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)可將信息與通訊技術(shù)充分應(yīng)用到各行各業(yè)，如將傳感器嵌入到汽車、家電、電網(wǎng)、橋梁、建筑等物體中，就可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能物體的互聯(lián)與信息釆集，再通過云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效處理，以有效共享設(shè)備、信息、服務(wù)等資源。未來的物聯(lián)網(wǎng)將最終實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的融合,從而大幅提高人們生產(chǎn)、生活的智能化水平。

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及信息化工作的推進(jìn)，人們對(duì)交通運(yùn)輸能力要求越來越高。針對(duì)當(dāng)前交通行業(yè)信息化應(yīng)用水平低，行業(yè)應(yīng)用解決方案有待進(jìn)一步推廣應(yīng)用的現(xiàn)狀,本文給出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)將優(yōu)化公交調(diào)度系統(tǒng),提高公交服務(wù)水平，并對(duì)緩解城市交通壓力有一定幫助。

1  物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系結(jié)構(gòu)

1.1  物聯(lián)網(wǎng)的概念

實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”既電。這里面有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間的信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任

何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)「門。物聯(lián)網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系如圖1所示。

圖1  物聯(lián)網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系圖

IBM公司提出的“智慧地球”的理念，是把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、，橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，以形成所謂“物聯(lián)網(wǎng)”。并通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，以使人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)方式管理生產(chǎn)和生活，從而達(dá)到“智慧”狀態(tài)。

2009年8月7日，溫家寶總理在視察中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時(shí)，中心負(fù)責(zé)人向總理提出了發(fā)展傳感網(wǎng)的建議，溫家寶提出，至少三件事情可以盡快去做:一是把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術(shù)結(jié)合起來；二是在國(guó)家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展;三是盡快建立中國(guó)的傳感信息中心,或者叫“感知中國(guó)"中心皿。感知中國(guó)概念由此提出。

M2M是應(yīng)用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人之間數(shù)據(jù)通信和交流的一系列技術(shù)及其組合的總稱,也是所有增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力的技術(shù)總稱。M2M作為實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器之間的無線通信手段,為制造業(yè)的信息管理提供了一種新的解決思路。M2M業(yè)務(wù)是目前物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中發(fā)展最快的部分，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)普遍的應(yīng)用形式。

1.2  物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是由感知層、通信層和應(yīng)用層構(gòu)成的三層網(wǎng)絡(luò)體系。其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

感知層主要通過智能卡、傳感器、工業(yè)自動(dòng)化以及音頻、視頻等電子工具，對(duì)物體進(jìn)行標(biāo)識(shí)并采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，使物體智能化，讓物體“活”起來。

通信層一般由物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層和網(wǎng)絡(luò)層組成。網(wǎng)絡(luò)層主要進(jìn)行信息的傳送。網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。接入網(wǎng)可為物聯(lián)網(wǎng)終端提供網(wǎng)絡(luò)接入功能、移動(dòng)性管理等，接入網(wǎng)包括各種有線接入和無線接入。核心網(wǎng)是基于IP的統(tǒng)一、高性能、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，可支持異構(gòu)接入以及終端的移動(dòng)性。核心網(wǎng)將會(huì)在很大程度上基于已有的電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)信息的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有各種通信網(wǎng)針對(duì)各自的客戶目標(biāo)而設(shè)計(jì)，因而形成了目前多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并存的局面。物聯(lián)網(wǎng)中有多種設(shè)備需要接入，因此，物聯(lián)網(wǎng)必須是異構(gòu)泛在的。由于物體可能是移動(dòng)的，因此物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層必須支持移動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)無縫透明的接入。

圖2  物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用層主要將采集的信息存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，開發(fā)各種應(yīng)用軟件，以便為不同的需求提供智能服務(wù)。

2  物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1  RFID技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)(Radi。FrequencyIdentification,RFID)俗稱電子標(biāo)簽。射頻識(shí)別技術(shù)是一種利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))來實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。由于它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，因此，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

2.2  傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是傳感器、大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其智能處理技術(shù)的結(jié)合「罰。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。在傳感網(wǎng)中，傳感器具有兩方面的功能：其一是數(shù)據(jù)的采集和處理;其二是數(shù)據(jù)的融合和路由，對(duì)本節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)和其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合,然后轉(zhuǎn)發(fā)路由到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)傳感網(wǎng)中能通過多種方式與外界通信。

2.3  M2M技術(shù)

M2M通過人與人(mantoman)、人與機(jī)器(mantomachine),機(jī)器與機(jī)器(machinetomachine)的通信，可以讓機(jī)器、設(shè)備、應(yīng)用處理過程與后臺(tái)信息系統(tǒng)共享信息,并與操作者共享信息「幻。它可以使設(shè)備實(shí)時(shí)地在系統(tǒng)之間、遠(yuǎn)程設(shè)備之間或者機(jī)器和個(gè)人之間建立無線連接，以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

M2M技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了各行各業(yè)，通過“讓機(jī)器開口說話”，使得機(jī)器設(shè)備不再是信息孤島，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和資產(chǎn)有效地監(jiān)控與管理,并可通過優(yōu)化成本配置、改善服務(wù)來推動(dòng)社會(huì)向更加高效、安全、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。

3  公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)模型

3.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用一個(gè)數(shù)據(jù)中心和多個(gè)調(diào)度客戶端的架構(gòu)模式，并采用二級(jí)調(diào)度(集中調(diào)度模式)或三級(jí)調(diào)度(線路調(diào)度模式)模式進(jìn)行智能化調(diào)度。整個(gè)系統(tǒng)由公交車載GPS終端，電子站牌,公交車IC打卡器,公交車前、后、腰牌系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，公交車智能監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)等組成。圖3所示是該公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3  公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）公交車車載GPS終端

車載GPS終端安裝于被監(jiān)控的車輛上，具有數(shù)據(jù)采集、信息交互、信息顯示、連接并控制其它設(shè)備的功能。

（2）電子站牌

公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)可根據(jù)車載GPS終端上報(bào)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)更新電子站牌上的公交車輛到站距離信息。

（3）公交車IC打卡器

公交車IC打卡器與車載GPS終端可通過標(biāo)準(zhǔn)接口(RS232/485、Can2.0.USB2.0)進(jìn)行連接，打卡信息則可通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳。

（4）公交車前、后、腰牌系統(tǒng)

公交車前、后、腰牌系統(tǒng)與車載GPS終端主要通過標(biāo)準(zhǔn)接口(RS232/485、Can2.0、USB2.0)進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)更新或切換公交車路線信息的功能。

（5）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)與車載終端之間采用移動(dòng)公司2G、2.5G或3G移動(dòng)通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

（6）公交車智能監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)

平臺(tái)可對(duì)車載終端上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并連接GIS地理信息系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)管理、車輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度、自動(dòng)排班管理、電子站牌信息更新等功能。并可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地訪問公交車智能監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)。

3.2  系統(tǒng)功能

（1）公交車輛排班

系統(tǒng)通過對(duì)公交車輛忙/閑時(shí)段的統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合公交人員管理信息,來自動(dòng)生成運(yùn)行計(jì)劃和排班計(jì)劃。

（2）公交車輛的監(jiān)控和調(diào)度

通過公交智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)度，調(diào)度中心可同時(shí)對(duì)多條公交線路實(shí)施調(diào)度,并可實(shí)現(xiàn)營(yíng)運(yùn)車輛跨線路營(yíng)運(yùn)、線路間資源調(diào)配(人員調(diào)配、車輛調(diào)配)；也可以通過電子路單和自動(dòng)報(bào)站等系統(tǒng),對(duì)車輛運(yùn)行實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控。

（3）IC卡無線傳輸

IC卡刷卡機(jī)可通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與車載GPS終端連接，以實(shí)時(shí)傳輸IC卡刷卡機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新IC卡刷卡機(jī)的黑名單，同步IC卡刷卡機(jī)的時(shí)間等。

（4）公交線路自動(dòng)切換

公交車前、后、腰牌系統(tǒng)也可以通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與車載GPS終端連接，這樣，當(dāng)公交車線路需要更換時(shí),監(jiān)控調(diào)度中心就可以通過遠(yuǎn)程操作來實(shí)現(xiàn)公交車前、后、腰牌，智能語(yǔ)音報(bào)站，電子工單考核的自動(dòng)變更。

4  結(jié)語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,其智能化與聯(lián)網(wǎng)化程度將越來越高，并將在社會(huì)生活更多的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，使我們的生活更舒適環(huán)保，人與自然更加和諧。本文提出的公交車智能監(jiān)控系統(tǒng)可使公交系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史階段,而物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將成為這個(gè)階段的重要標(biāo)志。另外，通過后期的研究，還可將該系統(tǒng)推廣到其它運(yùn)輸領(lǐng)域。

20210828_612a2fb982893__物聯(lián)網(wǎng)在公交車智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究