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基于物联网的智能公交解决方案研究
作者：RFID世界网 收编
来源：网络
日期：2010-12-08 08:55:57
摘要：本方案中，公交车通过3G网络将RFID所读取的数据及车内的监控录像、语音等数据传输到公交调度中心和110/120中心，实现安防监控、呼叫求助与实时调度等功能。
1．引言
我国经济的快速发展极大的提高了人们的生活水平，但是随之而来的一些问题也不容忽视。其中一个非常严重的问题就是交通拥堵问题，而且近几年严重的交通拥堵问题不仅仅局限于大城市，在二线甚至三线城市也开始蔓延。根据中国汽车协会2010年所发布的数据，2009年中国全年的汽车销售量达1364.48万辆，超过美国成为全球第一，其中乘用车数量为1033.13万辆，同比增长53%。而去年全国公路增长里程共计9.8万公里，同比下降33%。二者之间的这种不均衡的发展和增长速度导致了一系列的问题，比如交通安全事故频发、城市居民乘车出行不便、上下班时间增加等。众所周知，制造业是我国的支柱产业之一，我们需要汽车工业来大力发展我国的经济；而扩建公路虽然能在短时间内迅速拉动GDP的增长，并且能够缓解交通拥堵的问题，但是从长远来看这一举措并不是一种可持续的发展方式，而且这种解决交通拥堵问题的方式已经遇到了无法突破的瓶颈。因此这一系列的问题不能简单的靠抑制汽车消费或者盲目扩建公路来解决。
2．解决方案设计思路
基于对以上问题的考虑，为了充分发挥公交调度指挥中心的“智能”作用，解决重大或突发事件情况下，如举办国家级、省级的大型活动，采取交通管制的措施时，以及碰上恶劣天气，上下班时间的道路拥堵、公交车辆的久候不到站等问题，以方便市民出行，本文采用基于物联网及其相关技术来对智能公交系统进行设计。设计方案不仅能够支持传统的拍照、录像监控功能，而且能够支持新兴物联网的一系列相关技术和功能。通过对现有公交系统的改进设计，达到提高公交系统的自动化程度和公交线路规划水平和管理水平，提升运行效率和服务便捷性，从而提高顾客感知度，进而达到提高居民公交出行率，改善交通状况的目的。
3．解决方案分析与设计
3.1需求分析
本方案通过对现有公交管理系统及相关国家规定进行分析，得出其主要需求是对公共交通资源数据进行高效的管理和维护，在此基础上实现为公交客户提供车辆快速安全救援、安防监视、实时定位、实时调度、报警求助、呼叫中心、信息查询、路线优化计算、历史路径回放等通用功能，以及更多个性化需求的支持，最终实现公交管理智能化的目标。
3.2 解决方案的总体结构
本方案主要采用RFID技术和3G网络技术，结合GPS/GIS、视频摄像技术等传统技术，以新兴物联网为背景对前面所提到的相关问题提出总体解决方案。
（1） 信息载体
在本方案中，RFID标签是主要的信息载体，分别用于公交站牌、公交车运行线路和乘客手机上。由于公交车辆在进入某个站点时，通常与站牌之间有2-3m距离。因此，为了保证外部RFID标签和读写器的工作距离可用，标签应当有电源辅助，而主动式标签价格偏高，因此本方案采用BAP式标签。BAP式标签相比较于纯被动式标签和主动式标签有诸多好处，比如比被动式标签更好的敏感性、比主动式标签拥有更长的电池寿命（大约为5-10年，而主动式标签为2-4年）、可以利用辅助电源启动其主动功能等。另外由于BAP式标签可以携带存储更多的数据，因此通过本方案可以实现公交车在特定时间和地点显示特定广告的功能；同时BAP标签也支持主动数据记录功能，我们可以通过将传感器与标签相集成，比如将温度传感器与标签相集成，这样通过车载RFID读写器读取BAP标签的数据，乘客就可以及时了解户外温度。
利用RFID标签还可以实现其他功能，比如精确的实时定位功能，我们可以将RFID标签嵌入到公交线路周围的建筑或者设施中从而可以及时了解公交车的位置，并且实现弯道提醒、路线提醒等功能；而且由于带辅助电源的RFID标签能够实现数据的主动存储功能，因此历史路径回放功能也可以实现。同时，与GPS和GIS相结合在特定情况下，比如重大活动等，也为能提供路线优化。
公交车内部RFID应用主要是用于一卡通和乘客身份管理。通过将RFID标签与个人手机的集成以及个人手机实名制的实现，公交车就可以通过其内部的RFID读写器实现公交乘客一卡通消费，并且由于RFID标签中包含有个人相关信息，因此在乘客进行一卡通消费的同时，也可以实现乘客身份的确认和管理。目前，中国移动正在进行一个基于通信系统的物联网应用项目的研发工作，该项目将RFID标签与手机相集成，以手机钱包应用为基础，提供相应的基于移动通信网络的增值服务，其中该项目的一个重要服务内容就是支持公交刷卡。
另外如果有需要的话，可以将公交站牌的液晶显示屏与公交调度中心的平台通过网络连接起来。由于在公交车运行路线的特定位置装有RFID标签，因此，公交调度中心可以及时了解公交车现在行驶的位置，从而计算出公交车到某一站点的距离和时间，进而通过公交站点的液晶显示屏为乘客及时提供相关信息。
（2） 通信网络
在智能公交系统方案中，通信网络是一个非常重要的方面，尤其是公交车与公交调度中心之间的通信。由于二者之间不可能使用有线网络进行通信，而普通无线网络则由于费用或者工作距离及支持能力有线的原因存在诸多限制，无法真正用于公交管理。本方案采用3G网络作为公交车与公交调度中心之间的通信网络。3G网络相比较于其他无线通信网络有诸多优点，比如3G网络拥有足够的工作距离，网络稳定性好，数据传输速率高等。同时，由于公交车的运行范围通常不会超过3G网络的覆盖范围，而我国3G运营商的信号铁塔标准也正在逐步走向规范化和统一化，因此采用3G网络既能降低费用，又能让公交公司快速实现网络改造，同时也会给将来向4G网络的升级提供便利。
另外，由于使用的是3G网络，除车载识别模块外其余均使用3G网络供应商的服务器和设备，而车载识别模块也可以实现随时更换升级，而车载RFID读写器等更是如此。因此本方案从一定程度上来讲，实现了总体架构上的松耦合，这对日后智能公交系统的升级、改建以及网络服务提供商的重新选择等具有非常重要的意义。
3.3解决方案的技术架构
本方案中，公交车通过3G网络将RFID所读取的数据及车内的监控录像、语音等数据传输到公交调度中心和110/120中心，实现安防监控、呼叫求助与实时调度等功能。乘客通过移动通信网络或者Internet网络登录公交公司平台便可实现实时查询的功能。
4．不足与展望
本文主要利用RFID技术、3G通信网络及其他物联网相关技术的集成，提出基于物联网的智能公交解决方案。本文尚有很多未尽之处，比如：提出解决方案只是概念性和框架性的，也不够具体，很多技术还为涉及到，使用RFID管理乘客信息会产生隐私方面的问题等等。但是我们相信，智能交通物联网的发展与建立已是大势所趋，随着物联网一系列技术和协议的完善以及研究的深入，这些问题都会逐步得到较好的解决。
我国经济的快速发展极大的提高了人们的生活水平，但是随之而来的一些问题也不容忽视。其中一个非常严重的问题就是交通拥堵问题，而且近几年严重的交通拥堵问题不仅仅局限于大城市，在二线甚至三线城市也开始蔓延。根据中国汽车协会2010年所发布的数据，2009年中国全年的汽车销售量达1364.48万辆，超过美国成为全球第一，其中乘用车数量为1033.13万辆，同比增长53%。而去年全国公路增长里程共计9.8万公里，同比下降33%。二者之间的这种不均衡的发展和增长速度导致了一系列的问题，比如交通安全事故频发、城市居民乘车出行不便、上下班时间增加等。众所周知，制造业是我国的支柱产业之一，我们需要汽车工业来大力发展我国的经济；而扩建公路虽然能在短时间内迅速拉动GDP的增长，并且能够缓解交通拥堵的问题，但是从长远来看这一举措并不是一种可持续的发展方式，而且这种解决交通拥堵问题的方式已经遇到了无法突破的瓶颈。因此这一系列的问题不能简单的靠抑制汽车消费或者盲目扩建公路来解决。
2．解决方案设计思路
基于对以上问题的考虑，为了充分发挥公交调度指挥中心的“智能”作用，解决重大或突发事件情况下，如举办国家级、省级的大型活动，采取交通管制的措施时，以及碰上恶劣天气，上下班时间的道路拥堵、公交车辆的久候不到站等问题，以方便市民出行，本文采用基于物联网及其相关技术来对智能公交系统进行设计。设计方案不仅能够支持传统的拍照、录像监控功能，而且能够支持新兴物联网的一系列相关技术和功能。通过对现有公交系统的改进设计，达到提高公交系统的自动化程度和公交线路规划水平和管理水平，提升运行效率和服务便捷性，从而提高顾客感知度，进而达到提高居民公交出行率，改善交通状况的目的。
3．解决方案分析与设计
3.1需求分析
本方案通过对现有公交管理系统及相关国家规定进行分析，得出其主要需求是对公共交通资源数据进行高效的管理和维护，在此基础上实现为公交客户提供车辆快速安全救援、安防监视、实时定位、实时调度、报警求助、呼叫中心、信息查询、路线优化计算、历史路径回放等通用功能，以及更多个性化需求的支持，最终实现公交管理智能化的目标。
3.2 解决方案的总体结构
本方案主要采用RFID技术和3G网络技术，结合GPS/GIS、视频摄像技术等传统技术，以新兴物联网为背景对前面所提到的相关问题提出总体解决方案。
（1） 信息载体
在本方案中，RFID标签是主要的信息载体，分别用于公交站牌、公交车运行线路和乘客手机上。由于公交车辆在进入某个站点时，通常与站牌之间有2-3m距离。因此，为了保证外部RFID标签和读写器的工作距离可用，标签应当有电源辅助，而主动式标签价格偏高，因此本方案采用BAP式标签。BAP式标签相比较于纯被动式标签和主动式标签有诸多好处，比如比被动式标签更好的敏感性、比主动式标签拥有更长的电池寿命（大约为5-10年，而主动式标签为2-4年）、可以利用辅助电源启动其主动功能等。另外由于BAP式标签可以携带存储更多的数据，因此通过本方案可以实现公交车在特定时间和地点显示特定广告的功能；同时BAP标签也支持主动数据记录功能，我们可以通过将传感器与标签相集成，比如将温度传感器与标签相集成，这样通过车载RFID读写器读取BAP标签的数据，乘客就可以及时了解户外温度。
利用RFID标签还可以实现其他功能，比如精确的实时定位功能，我们可以将RFID标签嵌入到公交线路周围的建筑或者设施中从而可以及时了解公交车的位置，并且实现弯道提醒、路线提醒等功能；而且由于带辅助电源的RFID标签能够实现数据的主动存储功能，因此历史路径回放功能也可以实现。同时，与GPS和GIS相结合在特定情况下，比如重大活动等，也为能提供路线优化。
公交车内部RFID应用主要是用于一卡通和乘客身份管理。通过将RFID标签与个人手机的集成以及个人手机实名制的实现，公交车就可以通过其内部的RFID读写器实现公交乘客一卡通消费，并且由于RFID标签中包含有个人相关信息，因此在乘客进行一卡通消费的同时，也可以实现乘客身份的确认和管理。目前，中国移动正在进行一个基于通信系统的物联网应用项目的研发工作，该项目将RFID标签与手机相集成，以手机钱包应用为基础，提供相应的基于移动通信网络的增值服务，其中该项目的一个重要服务内容就是支持公交刷卡。
另外如果有需要的话，可以将公交站牌的液晶显示屏与公交调度中心的平台通过网络连接起来。由于在公交车运行路线的特定位置装有RFID标签，因此，公交调度中心可以及时了解公交车现在行驶的位置，从而计算出公交车到某一站点的距离和时间，进而通过公交站点的液晶显示屏为乘客及时提供相关信息。
（2） 通信网络
在智能公交系统方案中，通信网络是一个非常重要的方面，尤其是公交车与公交调度中心之间的通信。由于二者之间不可能使用有线网络进行通信，而普通无线网络则由于费用或者工作距离及支持能力有线的原因存在诸多限制，无法真正用于公交管理。本方案采用3G网络作为公交车与公交调度中心之间的通信网络。3G网络相比较于其他无线通信网络有诸多优点，比如3G网络拥有足够的工作距离，网络稳定性好，数据传输速率高等。同时，由于公交车的运行范围通常不会超过3G网络的覆盖范围，而我国3G运营商的信号铁塔标准也正在逐步走向规范化和统一化，因此采用3G网络既能降低费用，又能让公交公司快速实现网络改造，同时也会给将来向4G网络的升级提供便利。
另外，由于使用的是3G网络，除车载识别模块外其余均使用3G网络供应商的服务器和设备，而车载识别模块也可以实现随时更换升级，而车载RFID读写器等更是如此。因此本方案从一定程度上来讲，实现了总体架构上的松耦合，这对日后智能公交系统的升级、改建以及网络服务提供商的重新选择等具有非常重要的意义。
3.3解决方案的技术架构
本方案中，公交车通过3G网络将RFID所读取的数据及车内的监控录像、语音等数据传输到公交调度中心和110/120中心，实现安防监控、呼叫求助与实时调度等功能。乘客通过移动通信网络或者Internet网络登录公交公司平台便可实现实时查询的功能。
4．不足与展望
本文主要利用RFID技术、3G通信网络及其他物联网相关技术的集成，提出基于物联网的智能公交解决方案。本文尚有很多未尽之处，比如：提出解决方案只是概念性和框架性的，也不够具体，很多技术还为涉及到，使用RFID管理乘客信息会产生隐私方面的问题等等。但是我们相信，智能交通物联网的发展与建立已是大势所趋，随着物联网一系列技术和协议的完善以及研究的深入，这些问题都会逐步得到较好的解决。
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