2 智能公交电子站牌系统的设计

西安交通大学网络教育学院专业学习与实践总结STYLEREF"标题1"智能公交电子站牌系统的设计智能公交电子站牌系统的设计目录TOC\o"2-3"\h\z\t"标题1,1"25195目录 概述学习目的及意义进入21世纪，电子化进程普及率越来越高，在城市交通方面表现尤为突出。其中，智能公交电子站牌的发展对公众最有帮助。与此同时，在不断扩大中小城市规模的过程中，公交网络也变得越来越复杂。智能交通系统投入使用前，一些守旧的管理对城市的发展不仅没有起到积极主动作用，反而抑制了现代化进程。近些年来如何制作出方便快捷，优质直接的智能公交站牌已经成为人们实现城市现代化的主要研究方向之一。从乘客的角度来看，使用智能公交电子站牌，可以及时获公交巴士的具体信息，并为自己的出行及时做出计划，选择自己的出行方式，也可以了解自己在此站点有几条公交线路通行，相应的每一条线路中此站点与重点的距离，是否绕行，道路是否畅通叶成龙人们必须了解的信息智能公交站牌上不仅显示时间，也应该显示时事新闻，为乘客在等车过程中打发无聊时间。在智能公交站牌的远程控制中心进行调控，如果前面的车已经上满人，可适当降低测速，由后面的空车实现超车，这样可以充分利用公共资源。总的来说，一个优秀的智能公交电子站牌应该具备保障一个城市路面畅通，人们出行安全的能力，为实现社会主义现代化做出相应的贡献。学习与实践内容随着城市智能化进程的飞速发展，智能公交系统不仅使得城市化进程得到充分体现，而且从根本上改变了人们出行的方式，从根本上保证了城市的交通的发展。主要分析了目前智能公交车电子站牌系统提出的总体设计方案，结合硬件和软件对智能公交站牌做出相关调控，最终做出一个可以对公共交通有帮助的智能公交站牌。实践主要从电子公交车站的重要方面着手，即为智能公交车，为中小城市的公共交通系统提供方便，现代化的服务。其次，根据现有情况，做出可以实现具体功能的智能公交站牌。智能公交电子站牌系统的设计公交智能站牌的系统方案城市智能公交电子站牌的三大主流系统分别为：（1）多媒体信息发布系统系统（2）后台集成了GPS监控调度系统（3）公交到站发布系统，人们在等公交车的时候，可以通过电子站牌的LED公告屏获悉最近的一列公交车的现有状态，以及预计时间，最后进行抉择。电子站牌同时具有视频监控功能，不仅可以可以保障公众的安全出行，而且为调度中心提供实时数据。电子站牌也应该具有很强的稳定性。智能公交系统技术特点1.交通管理部门以及国家、行业制定的各项相关标准与规范应具有这三个标准：技术选型、数据交换协议、和系统构架。2.集成产品应该采用较为成熟的模块，其中最主要的考虑因素应为可持续发展性。3.保密及安全是系统必须具备的要素，在电子站牌上显示的公众信息需进行加密，可以有效防止系统入侵。4.由模块化结构组成的系统具有优质的可扩展性，所以在未来向更多应用的延伸性也大大增加。智能公交电子站牌系统构成图2.1电子站牌系统框图由图2.1所示，公交车上的信息传递最根本的模块为车载移动终端，在不同行驶路线中，将公交车在不同站点停靠的实时信息进行采集，最终实时定位得到了实现。实践总结中的车载移动终端采用RFID有源电子标签，它不仅成本较低，还具有稳定性强和使用时间较长的主要特点。电子标签中需要增加的不仅有格式，还包括了数据的长度，为后期的信息更新和系统升级做准备。本此报告的核心为电子站牌模块，主要为乘客享受智能化服务和公交公司信息化窗口的有效措施。它的主要作用为承上启下:在接收车载移动终端数据的同时也转发数据预测到站数据，并实时显示在电子站牌上。控制中心不仅可以接收公交到站的实时信息，也对信息进行加工分析，最后传给电子站牌。公交智能化和电子站牌稳定运行依赖于控制调度中心系统。该系统应由四个功能加以实现：(1)数据存储功能在数据在进行传输的过程中，需在数据库中进行存储，并做好分析以备需要的时候可以随时调配。以下的三个功能主要依赖于数据的稳定性和安全性。(2)实时监控功能LED灯的点亮路线就代表着调度中心的模拟公交线路图。其中一个灯就表示一个站点，信息实时传输到中心，此时相应的LED点光源点亮。LED分别由红色和绿色表示，红灯表示上行线路，绿灯表示下行线路。公交车在线路出现故障时可以根据情况做出对策。(3)车辆到站距离预测功能车辆的站点间隔数据尤为重要，整个智能处理的核心也是本功能。实践总结中的单位间距是以车辆与站点的实际为依据的。所以乘客需要的准确预测、稳定性和及时性都是控制调度中心需要考虑的内容。(4)统计查询功能公交车到站数据和上传时间都需要对应实时储存，如此一来乘客可以随时了解特定时间的所有信息。研究这些信息不仅可以为公交公司提升自身服务做出贡献，也可以为控制调度中心开发和研究新的管理平台时提供可靠保障。系统实现相关软件及环境简介站台操作系统当一个公交车行驶在线路中，要实现中心服务器与两个相邻站点的实时数据交换，最后显示在电子显示屏上。此时的控制主机不仅需要完成网络通信接口的任务，而且经济的合适与否也是衡量标准之一。每次去公交站点的时候拿着个人电脑的可能性也不，因此不可能使用Windows或Linux桌面操作系统作为站点控制主机的操作系统。网络通信软件实践的目的是采用一种新的通信方式来实现停车标志与停车标志，停车标志与中心之间的信息传递，即采用以太网技术。以太网技术是基带LAN规范，是现有LAN使用的最常见的通信协议标准。所谓通信协议是指通信各方为完成通信或服务而必须遵守的规则和惯例。该协议数据单元使用的格式进行了定义，信息单元中包含了以下几个方面；（1）信息和含义（2）连接方法（3）信息发送（4）接收的时间，最后将数据传输到目的地。数据存储在数据存储中，它包含站点数据存储和中央数据存储。由于每个站点存储少量数据并包含复杂类型的数据，因此系统打算使用SQLite数据库来存储数据。模拟软件该设计在Window环境中开发了一个总线系统模型。该模型使用多个线程模拟多个工作站，并使用异步套接字完成数据通信。不同的是，在实际应用中，公交车站有独立的IP地址和监听端口，但是这种设计只能通过端口区分不同的站点。该模型的开发环境选用Win7系统，开发工具为VisualStudio2008，以C++为开发语言，并使用ActiveXControl模拟平台和控制中心。可靠性及安全性考虑站点与中心、相邻站点的数据传输在整个系统中显得尤为重要，在此之间数据的安全处传输成了主要问题，如何处理这些数据变得尤为重要。在模拟总线系统中，采用动态链接库技术实现的不仅有通信的接口，还有日志信息的接口。与此同时，在多级相邻站的信息分别在站点和数据中心的存储过程中，提升可靠性可以使得在某些站点故障时，这个该系统不受影响。系统各模块的功能设计和特点车载移动终端车载移动终端记录不同线路上的公交车的具体信息，并在不同车站停靠，还可以实现实时定位功能。实践总结中的车载移动终端采用RFID有源电子标签，它不仅成本较低，还具有稳定性强和使用时间较长的主要特点，完全具备中、小型都市智能公交信息征询的要求。电子标签中不仅数据的长度可以扩展，而且格式也可以相应扩展，也为后期开发提供了可靠保障。电子站牌综合模块显示功能。停车标志实时呈示最新的车辆抵达预报信息（例如，某个道路车辆上有几个车站到达车站）供乘客选择。由于一些车站有更多的公交线路，所以停车标志主要采取圆形页面的形式。这样，当乘客等待汽车时，他们可以及时看到他们想要在线上行驶多远，并且他们有望旅行。当车辆到达间距较远的车站时，旅客可充分利用时间购买早餐，购买报纸等。信息发送和接收作为整个变速器的中心环节，车站的电子站牌和RFID阅读器，GPRS设备和单片机共同承当数据发送和接收功能。作为总线电子台卡的识别模块，读写器不停地将射频信号发送到特定范围内的范畴。一旦公交车跻身该区域，汽车的电子标签将被实时读取。连接到阅读器的嵌入式设备将通过串口将数据发送到GPRS设备，并将其无线传输到数据中心。处理过的预报数据依据GPRS无线网络传输，然后发送到嵌入式设备，最后电子站牌呈示数据。控制调度中心系统数据存储功能。当实时数据到达调度中心时，此时应该及时在数据库中加以存储。数据和稳定性的安全性将决定控制中心以下功能能否成功执行。实时监控功能。调度中心有一个模拟公交路线图，它是由LED点光源组成的线性示意图。每个LED灯都表示一个站点，当车辆的信息到达车站的中心时，相应的灯亮起。线路的上行和下行分别由红灯和绿灯进行表示，管理人员在远程控制端就可以了解实时情况，并对问题作出处理。统计查询功能。当公交车到达数据应与上传时间相匹配。此时，公交车的车站号，车站，抵达时间均可随时查询。根据以往的信息，可以及时分析车辆的分布特征、车辆密度分布，对于上市公司利用大数据提升服务水平具有重要参考价值。通信模型的设计与实现嵌套C/S架构嵌套的C/S是使用TCP通信，在前面描述的几个函数的帮助下。他们需要完成信息传递：从公交系统中心到平台，从平台到另一个平台，从平台到数据中心，平台与平台，平台与平台之间的数据传输公共汽车系统中心，公共汽车和平台。公交车和公交系统中心之间的连接。简化的总线系统模型如图3.1所示。图3.1智能公交系统模拟图根据数据服务种类的要求，可以通信协议的种类也存在差异。安全性要求较低的数据通常使用UDP协议，它的主要特点是非连接，数据处理速度更快，它还有效地消耗了沟通双方的资源。对于完整性要求不高，但不太安全的数据，可以使用TCP。他的特点是连接的，尽管通过三次握手建立连接需要时间和资源，但可靠性很高。图3.2标签设计流程中央服务器输入每个车站的坐标值和相应的公交线路信息，并自动产生全球唯一的车站标识符，并将该公交车站添加到数据中心服务器的平台数据库。根据输入的站点数据可以匹配公交系统中心服务器与站点数据的关系，并将其转变成公交线路信息。总线系统中心服务器分析平台数据库和线路数据库，并确定总线数量是否逾越设定值。如果总线数量未超过设定值，则将每条线路设置为独立的全局通信组，并且起始站作为领导者。并发控制并发最初意味着多个程序在运行开始和运行结束之间的相同时间段内处于相同的操作系统中，处理器资源的很大一部分资源都是用来执行这些操作。广义上的并发意味着同时多个作业同时请求相同的资源。此外，计算机系统中的进程总数通常远大于CPU总数与每个CPU内核数量的乘积。这意味着与此同时，将始终存在无法安排的流程，并且必须根据策略进行安排。队列，等待处理器资源和队列通常受处理器能力和存储容量的限制。并发控制主要是为了提高服务器的可用性。当平台过于庞大时，如果它们都与数据中心通信，此时就需要大量的连接，这会消耗大量的系统资源并且具有高水平的服务器资源要求。因此，当我们有太多的平台时，我们必须采用一种方法来实现负载分担，使并发服务器数量减少，并提高服务器的可靠性。在站的个数较小时，每个站保持本地控制主机与起始站之间的连接，并完成数据交换，到中心服务器的请求数据只需要一次传输即可完成。在这个设计中，一个全球通讯组被用来将整个总线系统的通讯分成几个组。每个小组都是全球性的沟通小组。每个全球通信组选择1到2个站作为该通信组的组长。为了确保一个平台不能继续提供服务，另一个平台将取代前领导者并完成其工作。同时，在站和站之间、领导者和中心服务器之间保持TCP连接。但是，当大量数据传输或数据传输需要低安全性时，使用UDP通信。表3.1TCP和UDP联系和区别冗余设计具体而言，冗余是指重新配置系统的某些重要组件。如果系统出现问题，可以将备用设备代替问题设备，尽可能把影响降到最小。当主服务发生问题而无法正常运行时，备用服务将作为主要服务，使主服务持续运行。实践总结中嵌套C/S模型是由诸多C/S结构构成。如果没有冗余设计，一旦由于网络问题导致C/S结构断开连接，就会包含C/S结构。线上的数据传输业务会在不同程度上发生改变。冗余主要由以下几个方面：1.中央服务器。随着时代的不断进步，关键服务的连续性也日益扩大，所以关键服务器就显得尤为重要。一般情况下，关键业务采用双重甚至三重冗余。如果一个发生故障，其他的一个或者两个备份设备可以立即撤换故障设备，并保证服务器平稳工作。全球的传播组对两个不同网站做了参考并且将其做为标准，备份是非常重要的一部分。如果重要的工作发生故障，备份将继续提供服务。3.C/S模式的工作端口。我们的所有站点都存储上游和下游的一些基本参考信息，从而保证相邻站点服务失败后，数据可以通过服务故障站点，从而提供业务可靠性。系统数据存储的设计SQLite数据库SQLite中储存平台数据，SQLite不仅是最小的嵌入式数据库，而且也是最可靠的。SQLite是一个流程库，它具有以下特点：（1）独立性（2）无服务器（3）零配置。我们所用的是彻底开源的，在任何情况可以随意使用。我们所说的这个软件是一个具有嵌入式特点的数据库发动机。和与次以外的数据库相比不相同，我们所用软件没有独立的运行状态。上述软件是通过读写方式直接写入磁盘文件。一个全面具体的SQLite数据库：表，接触器，索引，视图，这些大量的数据被有序的排列在其中。上述数据库的特点具有跨平台性质，不仅仅可用做32位、64位系统，同时在大、小端架构中都可以自由复制。这些功能使SQLite成为一种流行的应用程序文件格式尽管SQLite不是Oracle的替代品，但它可以替代文件系统。SQLite在每个发行版之前都经过彻底测试，这使SQLite以其高可靠性而闻名。大部分SQLite源代码是基用于测试的，同时也是基于验证的。SQLite的源测试覆盖率达到100％是因为涉及数百万个单独的SQL语句测试，SQLite可以首先处理内存分配错误，然后处理磁盘I/O错误，最后进行事务处理。图3.3数据阅读器模块图3.4阅读器主模块流程图3.5阅读器从模块流程中心服务器数据库设计重要装置信息被公交系统中心服务器储存于数据表配置，以上的目的是为了更好地管理。数据表配置包括了当下的车站平台信息以及公交路线信息。然而配置如下：表3.2公交系统中心服务器配置数据表由表3.2可知，extra中的2表示2个冗余；precnt表示存储预报预报站的个数，2表示三个站预报车辆到达信息。Totalst存储当前总线系统中总站数，0就表示前总线系统为储存；Totalptl存储当前总线系统中总线数，0即表示当前系统总线数未存储；gpcnt字段是将前系统中全局通信组的数量进行储存；Tm表示实时运行时间；maxgp用于存储总线系统中心服务器支持的最大并发服务数。这意味着如果车站总数超过这个数值，公交线路将被划分成几个全球通信组并由领导代理完成。与总线系统中心服务器进行数据通信，以减少总线系统中心服务器中的并发连接数量，以提高系统可靠性。公交车站信息分为两个存储stinfo，st。表stinfo将每个站点的基本情况进行储存，站号代表着主键值的信息。表st存储站与线之间的对应关系，站号与线形成联合主键。数据表stinfo定义如表3.3所示:表3.3站台信息表stinfo定义软件和硬件安装完毕之后，公交站不仅把配置数据送至中心服务器地址，也对主要端口进行监听，最后将站点坐标值进行配置。包括全球唯一标识符，该站所属的总线，最后一个站和下一个站的IP地址和监听端口信息。系统采用的冗余规格是相邻站信息的主要区分手段。一旦多余成倍增加，我们能做的就是在上面的两个站台和下面的两个站台得到一些基本的信息来达到站台与站台件的数据通信。确认站台不能正常完成信息传递，基本的数据信息通常会发送到下两个公交站点。站点数据库设计在这种设计中，每个站是一个独立的通信站，站控主机控制站。信息在嵌套C/S模型的交通系统中交付。除了始发站和目标站外，每个站都是C/S模式中的服务器，也是客户端。表3.4公交站台所存储信息表结构只有关于本站的信息存储在数据表myinfo中。id表示该台的全球唯一编号，并从中央服务器更新;afi表示地址族信息；tcpport和udpport是本地监控开始后操作系统分配的接收端口，其中0就代表监听尚未启动;表中addr代表着DHCP服务器获取的IP地址，站点的备用名称储存在alias中。公交车辆数据库设计公交车站可以通过平台运营商提供的Wi-Fi热点访问公交系统的VPN。同样，随着城市的无线网络变得越来越流行，越来越多的公共汽车安装了Wi-Fi热点。公共汽车可以通过Wi-Fi热点完全访问整个智能交通网络系统。由于公交线路相对单一，在大多数情况下，总线的上行和下行路线一模一样。在时刻，在公交车线路的公交站台上所有的数据都必须保存在公交车辆上；对待这些不同的上游和下游总线保存两条不同线路的两条线路的总线站信息，并在上游或下游端子处切换线路信息。LED功能实现LED实时滚动显示公交车的到达信息，如“X-distanceNstation”。DTU单片机其中一个串口进行联系，以便接收预测结果并做出改变，然后处理数据，最后从将数据进行处理发送到LED屏幕，加以显示。从中可以发现两个个主要参数为巴士的线路号以及到达距离的预测。控制系统中心需要把总线号码和预计的数据进行对比，然后将得到的信息传送给各个站台。从上我们可以直观到，站点数量可以达到几十个是一条公交线路所能承受的最大限度，即站点之间的距离可达小数点后两位数；在一些二线三线城市公交线路也就有100多条，然而有三位小数足以表达。控制中心在传送信息的时候需要对两个数据进行核对配对。在此设计中，行号和预测站间距形成一个五位十进制数。数据的前三位是行号的最后两位数字、间距。微控制器收到两个数据后，它会处理数据。分配分配的五个十进制数据以除100，并将余数分成两个已经规定好的变量。通过在方法上的改进，场地间距的预测和行数都可以通过单片机得到，然后通过编辑并将其发送到LED屏幕显示来显示字幕。该过程如图3.6所示。图3.6处理预测数据并显示过程在此设计中，低功耗等特点，LED屏采用P10型户外显示屏，为汉字显示提供多种字体，具有高亮度，并已广泛应用于广告，交通等公共场所。之后将SCM和LED显示屏进行连接，以便接收预测数据，最后将数据进行实时显示。硬件连接由于运营商移动WI-FI网络现已基本上覆盖现有智能公交站台，所以也可以考虑将VPN应用加在移动WI-FI网络之中，如此公交系统可属于同一个VPN，最大程度节约成本。此外，接入方式也有以下几种:(1)光纤接入光纤接入花费较高，若为单线，则需光/电转换设备实现;此外，铺设光纤较为繁琐，并且无法撤回。(2)2G/GPRS网络接入两种方式与稳定的网络工作环境相违背，抗干扰能力较弱，故不可采取。(3)3G/4G网络接入任何一个站点必须有一个3G/4G网卡才能实现3G/4G网络的接入，花费较高，并且IPv4地址较为狭小，而IPv6地址广却无法避免花费高和升级繁琐等特点。(4)可屏蔽双绞线接入此次方式是适用于100米以内的设备，显然不符合实际。(5)ADSL拨号接入频分复用方式是ADSL最具特色之一，抗干扰能力较强。在正常通讯不受影响时最高可以完成3.5SMbps的上行速度，也可以最高24Mbps的下行速度。在传输高频信号的作用下，调制解调器显得尤为重要，而ADSL需要接入设备和用户终端最大距离需小于5千米。在日常生活中，并无法给每一个公交站牌都安置电话，否则运行成本将大大增加。图3.7硬件设计电路图软件设计本此软件设计的公交系统模型主要是在Window环境下开发的，本次模型中的站台主要是由多线程来模拟，其中的数据通信主要是由异步套接字进行实现。该模型的开发环境和开发工具分别为选用Win7系统和VisualStudio2008，开发语言为C++，模拟站台和控制中心将采用ActiveXControl。VisualStudio2008的运作控制系统为Vista,Windows。ActiveX不仅是作为一个对外开放的集成平台，并且能在Internet和Intranet创建程序集成和内容的方法。在国际上通常使用的Windows平台的软件技术被称为ActiveX插件技术，在整个网络环境中只有网络实名插件未被涉及。ActiveX插件不仅可以插入到WEB网页，在插入在其它应用程序中。VisualStudio2008完美支持ActiveX控件开发。在完整的控制系统中，有至