張 敏， 肖廣兵， 張 涌

（南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院， 南京210037）

0 引 言

目前，公交市場(chǎng)基本采用常規(guī)的區(qū)間調(diào)度的落后方式［1］，而在公交車輛行駛過程中，自然環(huán)境的突發(fā)性，以及市場(chǎng)需求的擴(kuò)大［2］，傳統(tǒng)調(diào)度不能即時(shí)響應(yīng)車輛運(yùn)行的突發(fā)狀況并及時(shí)采取合理高效的調(diào)度方式［3］，無法保證有限公交車輛資源調(diào)度的最優(yōu)化。 目前，劉闖等［4］建立實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，為公交智能調(diào)度尋求最優(yōu)排班方案，但是仍然無法完全應(yīng)對(duì)車輛實(shí)際運(yùn)行中的突發(fā)狀況。

本文設(shè)計(jì)公交車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，憑借GPRS無線通信技術(shù)和GPS 定位技術(shù)［5］，實(shí)時(shí)接收車輛的定位信息，根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控以及司機(jī)發(fā)送的警報(bào)信息，選擇不同的調(diào)度方式保證車輛即時(shí)的調(diào)度管理。 相對(duì)于傳統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度方式，公交車輛監(jiān)控調(diào)度能夠適應(yīng)車輛特殊情況實(shí)時(shí)接收車輛運(yùn)行狀態(tài)信息并有效管理和合理分配有限車輛資源［6］，提高社會(huì)效益，改善交通擁擠，具有成本低、能耗少等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

公交監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)由MSP430 主處理器模塊、車載GPS 檢測(cè)模塊、調(diào)度中心客戶端、車載信息終端、GPRS 通信模塊等組成，實(shí)現(xiàn)車輛的監(jiān)控與調(diào)度，如圖1 所示。

車載信息終端通過接受GPS 衛(wèi)星發(fā)送的公交定位信息，并從車內(nèi)攝像頭獲取車內(nèi)乘客信息，采用GPRS 網(wǎng)絡(luò)，將信息進(jìn)行統(tǒng)一處理和存儲(chǔ)，發(fā)送到MSP430 主處理器上，主處理器將接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并發(fā)送到上位機(jī)，調(diào)度人員查看車輛信息并選擇調(diào)度方式及時(shí)處理車輛運(yùn)行中的突發(fā)狀況，將新的調(diào)度信息發(fā)送給公交司機(jī)，行車計(jì)劃公布在電子站牌，以便讓乘客及時(shí)了解新的信息，保證調(diào)度的智能化、快捷化［7］。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

公交監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的硬件主要包括：供電模塊、主處理器MSP430 模塊、GPS 模塊、GPRS 模塊等。硬件設(shè)備以主處理器MSP430 模塊為核心，其他模塊以供電模塊作為輔助，與處理器的串口連接，完成車輛的監(jiān)控與調(diào)度［8］。

2.1 供電模塊

MSP430 模塊一般選用1.5 ～5 V 的直流電壓，車載GPS 設(shè)備輸入電壓采用5 V 的直流電，GPRS模塊使用3.2 ～4.7 V 的直流電壓，需要將220 V 交流電通過變壓器和電容器不斷降壓并由定值三端集成穩(wěn)壓塊7805 通過電阻R101 轉(zhuǎn)化成5 V 直流，為控制模塊供電。 供電模塊電路圖如圖2 所示。

圖2 供電模塊Fig. 2 Power supply module

2.2 主處理器MSP430 模塊

MSP430 是一款帶HLASH 的單片機(jī)16 位的低電壓、高性能、管理統(tǒng)一、模塊豐富的總線，尋址范圍可達(dá)［9］，保證電干擾運(yùn)行影響程度最小，保證監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖3 是MSP430 的電路設(shè)計(jì)。 車載GPS 設(shè)備與主處理器通過串行JTAG 接口連接，完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換，MSP430 主處理器對(duì)信息處理后，憑借GPRS 無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給調(diào)度中心，客戶端對(duì)處理后的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，完成車輛的監(jiān)控與調(diào)度。

圖3 MSP430 電路Fig. 3 MSP430 circuit

2.3 GPS 模塊

GPS 模塊由核心CPU、芯片和外圍電路組成的集成電路，支持C／A 編碼，能夠快速定位，具有靈敏度高，成本小，耗能低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 GPS 模塊對(duì)主控制器配置以及外圍電路進(jìn)行初始化，接著與主控制器之間的串口通信，將從GPS 衛(wèi)星接收的定位信息，通過串口將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳給主處理機(jī)MSP430 模塊，在主處理器的接受、校驗(yàn)、控制下實(shí)現(xiàn)車輛的監(jiān)控［10］，具體電路圖如圖4 所示。

2.4 GPRS 模塊

GPRS 模塊是超大內(nèi)存的無限數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，有TCP／IP 協(xié)議［11］，傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)，不易受干擾，目前已廣泛應(yīng)用于智能交通管理等領(lǐng)域。

本文選用Mc35i 無線通信模塊［11］，其工作電壓為3.2～4.7 V，能耗低，傳輸延時(shí)極短，為監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的通信功能提供一個(gè)良好的環(huán)境。 將通信模塊初始化，初始化成功后，將模塊與主處理器MSP430通過串口連接，緊接與英特網(wǎng)連接，此時(shí)GPRS 模塊就可以利用TCP／IP 協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)的通信服務(wù)器通信，模塊電路如圖5 所示。

圖5 GPRS 模塊圖Fig. 5 GPRS module diagram

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用Visual Basic 6.0 軟件搭建公交監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的界面。

如圖6 所示，由公交監(jiān)控、智能調(diào)度、設(shè)備檢測(cè)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置組成的系統(tǒng)界面，實(shí)現(xiàn)的功能為車輛的定位跟蹤、車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度、車輛的設(shè)備檢測(cè)、車輛突發(fā)事件頻率趨勢(shì)圖以及軟件的界面調(diào)整。 左上角顯示當(dāng)前時(shí)間和日期，右上角是退出按鈕。

圖6 軟件主界面Fig. 6 Software main interface

如圖7 所示，軟件的核心在于車輛的監(jiān)控與調(diào)度，通過全球定位系統(tǒng)和無限通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度。 軟件設(shè)置對(duì)用戶權(quán)限，普通用戶只能查看數(shù)據(jù)，不能享有存儲(chǔ)上傳、發(fā)送警報(bào)信息以及界面設(shè)置的權(quán)利，管理員享有所有權(quán)限。

圖8 是車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過線路間接或直接的方式輸入車號(hào)，即可顯示地圖、車輛當(dāng)前位置、速度、發(fā)車時(shí)間、線路圖［12］等通過車載信息終端獲取的車輛信息。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖Fig. 7 System software flowchart

圖8 公交監(jiān)控界面Fig. 8 bus monitoring interface

點(diǎn)擊定位查詢即可查看車輛的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)信息，可播放車輛的運(yùn)行軌跡，并通過車內(nèi)攝像頭對(duì)車輛進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)控。 運(yùn)行狀態(tài)信息置有接收警報(bào)處理，當(dāng)車輛滯站時(shí)間過長(zhǎng)，車距過大，路況影響車輛按時(shí)運(yùn)行，駕駛員通過向調(diào)度中心發(fā)出警報(bào)，界面會(huì)收到警報(bào)信息并提醒調(diào)度員及時(shí)處理，同時(shí)管理員也可發(fā)出警報(bào)提醒司機(jī)。 如圖9 所示。

圖9 車輛跟蹤界面Fig. 9 Vehicle tracking interface

車輛的智能調(diào)度［13］正常情況下，調(diào)度中心客戶端按照正常的行車計(jì)劃排班表進(jìn)行發(fā)車調(diào)度，發(fā)車調(diào)度如圖10 所示，調(diào)度員輸入線路、司機(jī)、發(fā)車時(shí)間等信息，點(diǎn)擊確定即可將調(diào)度信息發(fā)送給車載信息系統(tǒng)，并發(fā)布到電子站牌上，從而完成信息的發(fā)送。

圖10 發(fā)車調(diào)度界面Fig. 10 Engine scheduling interface

特殊情況下，車輛遇到突發(fā)事故、交通擁擠等突發(fā)狀況，調(diào)度員在選擇的路段進(jìn)行區(qū)間調(diào)度，包車用于其他用途的包車調(diào)度，中間不停靠的始末站的放空調(diào)度。 其中放空調(diào)度如圖11 所示，調(diào)度員輸入詳細(xì)的調(diào)度司機(jī)、線路、空駛里程、始末站等信息，點(diǎn)擊確定即可完成放空調(diào)度。

圖11 放空調(diào)度界面Fig. 11 Air conditioning deployment interface

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借助GPRS 無線通信技術(shù)將車載GPS 定位信息通過主處理器傳輸給調(diào)度中心客戶端，實(shí)現(xiàn)車輛的監(jiān)控與調(diào)度，解決了傳統(tǒng)兩頭定點(diǎn)的調(diào)度方式的弊端，提高了車輛運(yùn)行效率。 該設(shè)計(jì)方案調(diào)度方式簡(jiǎn)單易操作，可針對(duì)車輛運(yùn)行的特殊情況采用不同的調(diào)度方式。 GPRS 無限通信技術(shù)使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的通信要求，可以在應(yīng)用中實(shí)踐。本文仍然以人工調(diào)度為主，采用的調(diào)度方式種類較少，無法實(shí)現(xiàn)完全的智能化，如何完全智能化調(diào)度是未來的研究方向。