一種基于物聯(lián)網(wǎng)的公交車(chē)信息查詢(xún)系統設計

摘要 系統結合新一代信息技術(shù)的重要組成部分——物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)技術(shù)理念，利用各類(lèi)傳感器收集信息，并將信息通過(guò)GPRS網(wǎng)路發(fā)送給綜合信息處理平臺，平臺對各班次公交車(chē)的各類(lèi)信息進(jìn)行存儲和分析，并實(shí)時(shí)更新。用戶(hù)通過(guò)手機登錄綜合信息處理平臺Web界面即可獲取想要秉坐的公交車(chē)具體信息，從而給用戶(hù)的出行帶來(lái)便捷。
關(guān)鍵詞 智能公交；物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線(xiàn)通信

1 研究背景
隨著(zhù)城市建設的飛速發(fā)展及公交系統的不斷完善，公交車(chē)已成為城市居民出行的主要交通工具。但由于城市公交線(xiàn)路四通八達，且隨著(zhù)城市擴建而快速發(fā)展，新的公交線(xiàn)路在不斷延伸和開(kāi)辟，再加上單行道、禁左等道路交通約束，出現了交通擁堵問(wèn)題。而且近年來(lái)嚴重的交通擁堵問(wèn)題不僅局限于大城市，在二線(xiàn)甚至三線(xiàn)城市也開(kāi)始蔓延。根據中國汽車(chē)協(xié)會(huì )2010年發(fā)布的數據，2009年中國汽車(chē)銷(xiāo)售量達1 364．48萬(wàn)輛，超過(guò)美國成為全球第一，其中乘用車(chē)數量為1033.13萬(wàn)輛，同比增長(cháng)53％。而去年全國公路增長(cháng)里程共計9.8萬(wàn)公里，同比下降33％。二者之間的不均衡發(fā)展導致了交通安全事故頻發(fā)、城市居民乘車(chē)出行不便、上下班時(shí)間增加等問(wèn)題。
隨著(zhù)現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，公交查詢(xún)系統因運而生。因此也出現了基于各種技術(shù)的公交查詢(xún)系統，如基于ASP．NET+XML的公交查詢(xún)系統、基于J2ME的公交查詢(xún)系統、基于GIS、GPS、RS的公交查詢(xún)系統等。這些系統能提供電子地圖、二維數字城市中的地圖和三維城市模型的信息、高精度的GPS定位服務(wù)，但是他們無(wú)法及時(shí)反應出某一時(shí)刻某一站點(diǎn)的來(lái)車(chē)詳細信息。
目前大多數的公交查詢(xún)系統，基本具備以下功能：采用車(chē)站站點(diǎn)查詢(xún)、車(chē)次查詢(xún)、模糊查詢(xún)、站至站查詢(xún)4種查詢(xún)形式，不僅能夠查詢(xún)到各條線(xiàn)路的起停站點(diǎn)，同時(shí)還能夠分析出換乘車(chē)輛情況。但是由于各個(gè)地區公交車(chē)數據龐大，無(wú)法迅速、準確地查到所需要的目的地以及各個(gè)車(chē)次所經(jīng)過(guò)站點(diǎn)的信息，導致查詢(xún)不便且結果復雜缺少人性化。另外，物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò )；第二，其用戶(hù)端延伸和擴展到了物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。但其應用方面多是對于一些大型行業(yè)，還沒(méi)有擴展到民用基礎設施上。
而本系統可以給用戶(hù)帶來(lái)意想不到的便捷，通過(guò)登陸網(wǎng)站即可查到用戶(hù)要乘坐的公交車(chē)的具體情況，包括距用戶(hù)還有多少站以及車(chē)上乘客數量，這樣即使正在趕往公交站臺的路上，也不用擔心會(huì )誤了最快到達的公交車(chē)。同時(shí)用戶(hù)也可以作出等待還是換乘別的路線(xiàn)的公交車(chē)的選擇，這樣不僅節省了時(shí)間而且使公交資源最大化利用。

2 系統的總體結構
系統結合物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)技術(shù)理念，利用特定裝置如紅外掃描等對公交車(chē)的乘客數量進(jìn)行統計，將RFID標簽嵌入到公交站牌上，公交車(chē)路過(guò)站牌時(shí)自動(dòng)提取站點(diǎn)信息，同時(shí)實(shí)現彎道提醒、線(xiàn)路提醒等功能。車(chē)載信息存儲模塊將乘客數量信息、站點(diǎn)信息和車(chē)輛上下行信息匯總和儲存，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至綜合信息處理平臺，平臺對各班次公交車(chē)的信息進(jìn)行排序整理，作出為每一站點(diǎn)的兩個(gè)方向生成各自數據模塊等處理，同時(shí)上傳互聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)時(shí)更新。
從技術(shù)架構上看，基于物聯(lián)網(wǎng)的公交信息查詢(xún)系統可分為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層。(1)感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構成，包括紅外傳感器、RFID等感知終端。感知層主要功能是識別物體和采集信息。(2)網(wǎng)絡(luò )層由無(wú)線(xiàn)通信、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò )管理系統等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。系統擬建立公交信息綜合處理平臺，基于互聯(lián)網(wǎng)編程實(shí)現公交信息數據庫的建立和維護，并對接受信息進(jìn)行排序、添加、刪除及實(shí)時(shí)更新，包括整個(gè)平臺的維護等。(3)應用層是公交信息查詢(xún)系統和用戶(hù)的接口，它實(shí)現公交信息查詢(xún)系統的智能應用。本系統擬采用用戶(hù)手機查詢(xún)?yōu)g覽公交信息查詢(xún)系統網(wǎng)頁(yè)的方式實(shí)現公交信息查詢(xún)系統的用戶(hù)應用。
系統總體結構如圖1所示。

3 基于GPRS的信息傳輸方案設計
系統采用GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式實(shí)現車(chē)載終端與監控中心的通信，并以華為公司GTM900-C無(wú)線(xiàn)通信模塊為例，具體介紹車(chē)輛監控系統中實(shí)現GPRS數據傳輸的方法以及關(guān)鍵技術(shù)。
GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：(1)檢查網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)。(2)用戶(hù)發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動(dòng)公司為GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統專(zhuān)門(mén)分配的專(zhuān)網(wǎng)APN；(3)根據請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢(xún)請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶(hù)請求通過(guò)GTP隧道封裝送給GGSN；(4)GGSN將用戶(hù)認證信息(包括手機號碼、用戶(hù)賬號、密碼等)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)送至Radius進(jìn)行認證；(5)Paddius認證服務(wù)器看到手機號等認證信息，確認是合法用戶(hù)發(fā)來(lái)的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶(hù)地址；(6)Radius認證通過(guò)后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶(hù)地址的確認信息；(7)用戶(hù)得到了IP地址，就可以攜帶數據包，對GPRS專(zhuān)網(wǎng)系統信息查詢(xún)和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。(8)訪(fǎng)問(wèn)后關(guān)閉鏈路。
下面基于上述流程，并結合實(shí)際實(shí)驗操作，詳解可能用到的AT指令。
3．1 建立GPRS數據傳輸的調制指令
系統設計的主要思路是單片機通過(guò)發(fā)送AT指令控制GPRS模塊建立無(wú)線(xiàn)信道、完成數據傳輸。GPRS數據傳輸的實(shí)現主要有兩種方式：通過(guò)域名解析進(jìn)行GPRS數據傳輸。AT指令實(shí)現通過(guò)IP地址進(jìn)行GPRS數據傳輸的調制指令如下：
(1)AT+CSQ查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量。實(shí)驗中在串口調試助手上返回“+CSQ 31，99”，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量好。通常，CSQ為24以上就認為網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量良好。
(2)AT+CPIN?查詢(xún)SLM是否準備好。實(shí)驗中返回“+CPIN READY”說(shuō)明SIM準備就緒。
(3)AT+CGREG?查詢(xún)是否注冊成功。實(shí)驗中返回“+CGREG：0，5”說(shuō)明注冊成功。
以上3步主要是確認當前網(wǎng)絡(luò )和模塊的狀態(tài)。
(4)AT+CGDCQNT=1，“IP”，“CMNET”設置APN無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。實(shí)驗中返回：“OK”，說(shuō)明接入點(diǎn)設置成功。APN(Access Point Name)，即“接入點(diǎn)名稱(chēng)”，是在通過(guò)手機上網(wǎng)時(shí)必須配置的一個(gè)參數，它決定了手機通過(guò)哪種接入方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，用來(lái)標識GPRS的業(yè)務(wù)種類(lèi)，目前分為兩大類(lèi)：CMWAP／UNIWAP／3GWAP和CMNET／UNINET／3GNET。中國聯(lián)通2G業(yè)務(wù)WAP瀏覽器中使用的APN為“UNIWAP”，3G業(yè)務(wù)WAP瀏覽器使用的APN為3GWAP；中國聯(lián)通的2G上公網(wǎng)使用的APN為“UNINET”，3G業(yè)務(wù)上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“3GNET”。中國移動(dòng)上內網(wǎng)的APN為“CMWAP”，上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“CMNET”。實(shí)驗中使用移動(dòng)動(dòng)感地帶，APN設置為“CMWAP”。
(5)AT％ETCPIP=“”，“”進(jìn)行PPP撥號。實(shí)驗中返回：“OK”，說(shuō)明撥號成功。
(6)AT％ETCPIP?查詢(xún)獲得本地IP地址，以用DNS服務(wù)器地址。實(shí)驗返回：+ETCPIP：1，“10．73．11．1”，“211．138．24．71”，“211．138．30．66”。其中“10．73．11．1”是本地IP，“211．138．24．71”，“211．138．30．66”是獲得的DNS服務(wù)器地址。
(7)AT％IPOPEN=“ICP”，“192．168．1．101”，1234(實(shí)驗時(shí)改成自己的IP和端口號)。
(8)AT％IPSEND=“616263313233”。發(fā)送abc123。此處由于使用華為公司GTM900-C無(wú)線(xiàn)通信模塊，數據以16進(jìn)制發(fā)送，所以發(fā)送的是abc123的16進(jìn)制表示。

(9)AT％IPOPEN?查詢(xún)鏈路狀態(tài)。試驗中返回：“TCP”，”211．252．207．107”，1234，1026。AT％IPOPEN之后，要等待直到出現CONNECT或者CONNECTERROR之類(lèi)的提示信息才能做下一步的操作。
(10)AT％IPCLOSE和AT％IPCLOSE=5關(guān)閉連接。實(shí)際中必須等待連接成功后才能關(guān)閉。