一种可移动式语音播报公交站牌及其设计方法与流程

本发明涉及公共交通控制领域，尤其是涉及一种可移动式语音播报公交站牌的设计方法。

背景技术：

现在城市中公共交通占据居民出行方式的很大一部分比重，但是公共交通出行中还存在着一些影响其效率的问题，现阶段解决公共交通中的问题成为了重中之重。就公交站的问题而言，出现问题主要存在于城市居民上下班高峰期期间，如果公交站设置的较短，会存在高峰期一个站牌同时到达多个公交车辆，这时公交车辆只能进行排队等候，严重影响了公共交通的运行效率；如果公交站设置的较长，在非高峰期，公交车辆和乘客都较少的情况下，会造成一种空间资源的浪费。

目前，短距离公交站公交“列车化”现象以及在一些长距离的公交站，存在的两个问题，一是非高峰期乘客少，公交车辆密集度不够，产生长距离公交站空间资源浪费现象；二是长距离公交站，公交车停靠时，乘客无法确定车辆停靠长距离公交站的具体位置，产生“人追车”现象，影响乘客乘车。

技术实现要素：

本发明针对现有技术不足，提出一种辅站可移动，主、辅站相结合的公交站牌，并结合语音播报公交停靠位置，能有效减少公交站处空间资源的浪费，减少公交站处的交通延误，提高人们的出行效率，以及解决乘客乘车不便的问题。

本发明采用的技术方案：

一种主、辅站相结合的公交站牌设计方法，包括主站和辅站，1)采用主站固定，辅站相对于主站可移动的站牌结构，所述主站和辅站公交站牌各自连接一个语音播报公交信息显示器，通过语音播报公交停靠位置；2)平峰时段，辅站隐藏在主站后，由主站进行乘客的乘车引导；在高峰时段，由动力装置牵引或推动辅站移动到主站前港湾内，辅站脱离主站开始单独工作；在港湾内由辅站分担主站处乘客较多或较少的公交线路，减少主站压力。

一种借以实现前述方法的可移动式语音播报公交站牌，包括主站和辅站，辅站可相对于主站移动，在高峰时段，辅站脱离主站开始单独工作；主站采用固定式站牌，辅站采用移动式电子车站牌，所述移动式电子车站牌包括站牌本体(1)、运动轨道(15)以及控制系统，所述控制系统包括设置于移动式电子车站牌本体的语音播报及移动控制电路，以及设置于运动轨道的辅站移动执行电路，所述语音播报及移动控制电路和辅站移动执行电路均包括控制芯片(8)、蓝牙模块(9)以及电源变压模块(2)，所述蓝牙模块(9)和电源变压模块(2)通过导线与控制芯片(8)相连；所述语音播报及移动控制电路和辅站移动执行电路通过蓝牙模块通讯。

所述的可移动式语音播报公交站牌，移动式电子车站牌本体的语音播报及移动控制电路还包括时钟模块(7)、语音模块(5)以及led显示屏(6)，所述时钟模块(7)、语音模块(5)以及led显示屏(6)均与控制芯片及电源变压模块连接，另设有扬声器(3)与所述时钟模块(7)及电源变压模块(2)连接。

本发明采用辅站可移动，主、辅站相结合的公交站牌，通过实地调查，得到公交站处公交车辆的排队规律；通过查找资料，确定主、辅站之间移动后的距离，并通过语音播报公交停靠位置。通过仿真动画以及实物模型分析，并利用数学理论模型对比改进前后的公交站情况，结果表明，本设计方案切实可行，能有效减少公交站处空间资源的浪费，减少公交站处的交通延误，提高人们的出行效率。有效地改善了长距离公交站公交车停靠时，乘客无法确定车辆停靠长距离公交站的具体位置，产生“人追车”现象，以致影响乘客安全、及时乘车的问题。

发明有益效果：

1、本发明可移动式语音播报公交站牌及其设计方法，有效的解决了高峰时刻公交车辆出现的公交“列车化”问题。提出了可移动式的公交站牌，在非高峰期，辅站不会占用路边用地空间，解决了长公交站牌在非高峰期时段产生的空间资源浪费的问题。

2、本发明可移动式语音播报公交站牌及其设计方法，利用语音播报以及led显示的方式，解决了长公交站牌乘客不知道公交车具体停靠位置而造成的乘车问题。适用于(1)上下班高峰期，公交泊位数不足的短距离公交站牌处。(2)非高峰期时段，乘客和公交车较少，造成严重空间资源浪费的公交站牌处。(3)乘客无法获知公交车具体停靠位置的公交站。

3、本发明可移动式语音播报公交站牌，结构简单，设计科学合理，实用，安全方便。起到车站作用的显示部分和提供动力的运动轨道部分不为一体，解决了传统公交车站牌不能移动导致无法合理有效的调度乘客的问题，也解决了将动力部分放置在站牌内部重量过大而无法移动或者移动速度较慢不能在指定时间内完成移动的问题。移动式电子车站牌本体下部安装齿形轨道条和运动轨道上部安装电动机齿轮相契合。电动机齿轮为移动式电子车站牌提供动力。

4、本发明可移动式语音播报公交站牌，通过移动式电子车站牌本体下方位置设置的蓝牙模块和运动轨道下部的蓝牙模块通过特定的信号进行通讯。通过蓝牙传输信号的方式解决移动站牌无法准时定向移动的问题。通过led显示器的显示和扬声器的播报，可以解决等待公交车的人不能准确知道公交到达位置的问题。

附图说明

图1为现有双港湾式主辅站公交车站牌结构示意图；

图2为本发明改进后的主、辅站形式；

图3为本发明可移动式公交站牌工作原理；

图4为本发明可移动式公交站牌工作流程图；

图5为本发明可移动式公交站牌乘客获知信息流程；

图6为本发明可移动式公交站牌结构示意图；图中各标号代表含义：1-移动公交车站牌本体，2-电源变压模块，3-扬声器，4-齿形轨道条，5-语音模块，6-led显示屏，7-时钟模块，8-stc89c51控制芯片，9-蓝牙模块；

图7、8分别为运动轨道的主视图、侧视图；图中标号与图6相同的，代表意义相同，图中标号：10、运动轨道本体，11、电动机齿轮，12、直流电机；

图9为移动公交车站牌内部电路图；图中：stc89c51-stc89c51控制芯片，tr1-电源变压模块，y-语音模块，lcd1-led显示器，blue-蓝牙模块，ls1-扬声器,time-时钟模块；

图10为运动轨道的电路图；图中：stc89c51-stc89c51控制芯片，tr1-电源变压模块，blue-蓝牙模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本发明，不应当构成对本发明专利要求保护范围的限定。可以预见，本领域技术人员在结合现有技术的情况下，实施情况可能产生种种变化。

实施例1

参见图3-图5，本发明主、辅站相结合的公交站牌设计方法，包括主站和辅站，1)采用主站固定，辅站相对于主站可移动的站牌结构，所述主站和辅站公交站牌各自连接一个语音播报公交信息显示器，并通过语音播报公交停靠位置；2)平峰时段，辅站隐藏在主站后，由主站进行乘客的乘车引导；在高峰时段，由动力装置牵引或推动辅站移动到主站前港湾内，辅站脱离主站开始单独工作；在港湾内由辅站分担主站处乘客较多或较少的公交线路，减少主站压力。

实施例2

本实施例的主、辅站相结合的公交站牌设计方法，与实施例1不同的是，进一步的：根据调查不同公交线路的乘客量，分配某条线路停靠在主站或辅站，当高峰期，辅站脱离主站开始单独工作后，视候车情况移动位置，并语音播报、显示屏提醒乘客前往指定位置候车；某路公交将要到达该站点，要停靠主站还是辅站，已经提前分配好；在车辆距离公交车站某一距离远处，车辆上会给司机有一个语音播报，提醒司机，前方停靠主站或者是停靠辅站；根据不同的情况进行计算语音播报的开始位置，并通过显示屏显示语音播报的内容。

实施例3

本实施例以平顶山蓝湾新城小区公交站以及平顶山矿工路老丹尼斯公交站为例，具体说明本发明主、辅站相结合的公交站牌设计方法及其技术构思。

平顶山蓝湾新城小区公交站在5：30-6：30时间段会产生严重的排队现象，这不仅影响公交运行效率和乘客乘车时间，而且严重情况下还会影响到道路上社会车辆的通行；平顶山矿工路老丹尼斯公交站，由于站牌过长，站在站牌开始处的乘客，他想要乘坐的目标车辆如果停在站牌末尾处，他就需要走整个站牌大概45米的距离去追赶这辆车。

为了解决这些问题，我们提出了移动式语音播报公交站牌的研究方向。

设置主辅相结合的公交站牌，辅站小于主站，两者在非高峰期，一个连接一个语音播报公交信息显示器，相互结合在一起。为了实现辅站的可移动式，在地面设置轨道滚动，完全嵌入地面的方式来实现移动。

当高峰期，辅站脱离主站开始单独工作后，语音播报显示屏同时开始工作，例如1路公交将要到达蓝湾新城小区车站，这个公交到达这个站点，是要停靠主站还是辅站，已经提前分配好。车辆距离公交车站某一距离远处，车辆上会给司机有一个语音播报，提醒司机，前方停靠主(①号)站或者是停靠辅(②号)站，并且主辅站牌上也都会标有“主，辅”或者“①，②”标志。与此同时，站牌处的语音播报同时进行，提醒乘客，1路公交即将停靠主(辅)站牌，请乘客前往指定位置候车。

本发明可移动式的语音播报公交站牌，正是依照上述设计思路，为解决公交车停靠拥堵以及空间资源浪费问题，为减少乘客乘车延误时间以及增加公交车上下班高峰期运行效率而提出。

公交站台的设计

现有主、辅站其站台形式图1所示，由两个港湾组成，采用双港湾式主辅站形式。然而由于主、辅站是固定式的，无法更好地解决上述问题。因此我们在主辅站的基础上改进，站台形式采用如图2所示的一个港湾式，一个直线式组成，然后结合我们的可移动式公交站牌，为行人提供更多的空间。由图1和图2对比可知，这种站台形式更好的节约了社会资源。

主辅公交站牌泊位数的确定

公交站牌的尺寸设计一般整高为2.6-2.8m，顶棚宽约1.6-2m，长约5-8m。

公交站台的长度最短应按同时停靠两辆车布置，最长不应超过同时停靠4辆车的长度，否则应分开设置。

车长大于6m不大于8m，车宽大于1.8m不大于2.2m的话，车与车之间间距不小于0.7m等。

通过查阅一些论文，我们发现不同公交站的形式也有不同的有效泊位数，在杨大海、张卫华的论文中提到了不同形式的公交站的泊位数。如下表1：

表1直线式和非直线式公交停靠站泊位数利用率

本研究选择将主站设为直线式公交站，设置3个泊位数，辅站设为港湾式公交站，设置2个泊位数。根据杨大海等研究的“城市道路主辅停靠站设置方法与通行能力研究”确定主辅公交站牌的设置规范，主辅站之间的距离不宜超过50米。本研究中的主辅站距离以10米为准。

辅站离开主站单独工作时间的确定

通过调查公交站等待的乘客数，确定一个具体的高峰时段数据，调查的结果，上午的高峰时段主要集中在7:00-9:00之间，这段时间处于上班的高峰时期；下午的高峰时段为17:00-19:00之间，这个时段主要是下班的高峰期，由此我们可以将可移动的辅站设置在17:00-19:00之间处于单独工作，分担过多的乘客数量，减小主站的压力。

公交车语音播报开始距离的确定

为了保证公交车到达指定站牌时，公交站处语音播报完成，并且乘客及时赶到相应的停靠站位置等待车辆，本研究需要对公交车语音播报开始位置与公交站之间的距离d进行确定。

d＝d1+d2+d3(1)

式中：d1——反应时间行驶距离和减速停止距离的和，m；

d2——语音播报时间内公交车行驶距离，m；

d3——公交车在站牌处乘客听完语音播报到达指定乘车站牌所消耗这段时间行驶的距离，m。

(1)根据公式来计算一辆公交车正常情况下停车距离：

式中：d1——反应时间行驶距离和减速停止距离的和，m；

v——开始减速时的初始速度，km/h；

t1——司机反映时间，s；(一般取1.2s)

g——重力加速度，9.8m/s²；

φ——汽车轮胎与路面的纵向摩擦系数；

i——道路纵坡(上坡i取正，下坡i取负)。

根据我们的调查数据，以及平顶山公交运行的现状，并考虑到快到站时，公交车会放慢速度，最终取得速度v为15km/h。

考虑到道路摩擦系数的影响，这里φ取通常值0.35。坡度i取0。

(2)语音播报时间内公交车行驶距离：

d2＝vt2(3)

式中：t2——语音播报时长，s；

(3)公交车在站牌处乘客听完语音播报到达指定乘车站牌所消耗这段时间行驶的距离：

d3＝vt3(4)

式中：t3——在站牌处乘客听完语音播报到达指定乘车站牌所消耗时间,s；

综上计算并取整后d＝213m。那么本方案中可以取距离站台220m为语音播报的初始位置，方便乘客转移位置和司机获知停车站台。

最终设计成果

本方案的基于公交站存在短站牌公交站的公交“列车化”现象和长站牌公交站的乘客“追车”现象进行的研究。移动站牌工作原理如图3所示。

我们方案的主要机理是设计主辅站牌，平峰时段，辅站隐藏在主站后，由主站进行乘客的乘车引导；高峰时段，由动力装置牵引或推动辅站移动到主站前港湾内，港湾内由辅站分担主站处乘客较多或较少的公交线路，减少主站压力。

根据调查不同公交线路的乘客量，分配某条线路停靠在主站或辅站。而为了方便乘客及时获得公交到哪个位置的信息，在公交站牌处和公交车上均会安装语音播报系统，并在站牌处配备有led显示屏，而语音播报的开始位置，可以根据不同的情况进行计算，led显示屏则是将语音播报的内容显示在屏幕上。如图4，图5为具体的工作流程。

实施例4

本实施例的主、辅站相结合的公交站牌设计方法，与实施例3不同的是：采用基于排队论的公交中途停靠站模型进一步的优化分析。

基于排队论的公交中途停靠站模型(m/m/c/∞/∞/)

设多通道排队系统的服务机构有k个服务台，每个服务台为顾客进行服务是相互独立的，一次只能服务一个；顾客的到达规律服从参数为λ的泊松分布；服务时间为服从参数为μ的负指数分布；公交停靠站的服务率kμ(可由公交停靠站的实际通行能力转化得到)为公交停靠站的利用率；假设系统的容量和顾客源是无限的，排队规则为先到先服务，此模型可以写成(m/m/c/∞/∞/)

但是由于多泊位公交站点不允许超车进出，所以每个泊位的服务是不平行的，因此用有效泊位数ρ′代替泊位c，作为排队系统中服务台数。因此站点的服务机构的平均服务率为c′μ，利用率为

式中：ρ′——有效利用率

c′——有效泊位数

ρ′<1时，该系统处于稳定状态；当ρ′≥1时，该系统会出现无限长队列。则公交停靠站没有公交车辆的概率为p0，有n辆公交车辆的概率为pn：

系统中的平均队长为：

公交停靠站中公交车辆小于停靠泊位数得分概率为：

公交停靠站排队系统中公交车辆超过停靠站泊位数的概率为：

基于上述模型，我们对平顶山蓝湾新城小区公交站进行了相关调查，得到以下数据(如表2所示)

表2：公交站具体数据

当n＝2时：

公交站的服务强度为：

公交车站空闲概率：

公交车停靠站排队系统中的平均车辆数：

排队系统中的平均车辆数超过停靠泊位数的概率：

当n＝4时：

ρ＝0.56，ls＝1.2<4，p(n＞n)＝9.2％<42.24％。

因此可以看出，当泊位数从2个增加到4个的时候，可以有效的减少排队长度，减少因为排队而造成的时间损失，从而进一步提高服务效率。也可以说明我们方案的可行性。

实施例5

参见图3，图6-图8，图9-图10。本实施例为一种可移动式语音播报公交站牌，包括主站和辅站，辅站可相对于主站移动，在高峰时段，辅站脱离主站开始单独工作；主站采用固定式站牌，辅站采用移动式电子车站牌，所述移动式电子车站牌包括站牌本体1、运动轨道10以及控制系统，所述控制系统包括设置于移动式电子车站牌本体的语音播报及移动控制电路，以及设置于运动轨道的辅站移动执行电路，所述语音播报及移动控制电路和辅站移动执行电路均包括控制芯片8、蓝牙模块9以及电源变压模块2，所述蓝牙模块9和电源变压模块2通过导线与控制芯片8相连；所述语音播报及移动控制电路和辅站移动执行电路通过蓝牙模块通讯。

实施例6

本实施例的可移动式语音播报公交站牌，与实施例5不同的是，进一步的，移动式电子车站牌本体的语音播报及移动控制电路还包括时钟模块7、语音模块5以及led显示屏6，所述时钟模块7、语音模块5以及led显示屏6均与控制芯片及电源变压模块连接，另设有扬声器3与所述时钟模块7及电源变压模块2连接。

所述的可移动式语音播报公交站牌，在移动式电子车站牌本体1下端设有与运动轨道10上的驱动齿轮11相契合的齿形轨道条4，所述驱动齿轮11设置在运动轨道10的中部，直流电机12与所述驱动齿轮11连接。

辅站位移装置由滑轨、时钟模块、步进电机几部分组成。时钟模块确定在特定时间把信号传输给电机，通过电机的转动带动辅站的移动。选用相互契合的齿轮和齿形轨道条分别安装在移动站牌的下部分和运动轨道的上部分，并采用大转矩直流电机提供动力。

如图6所示，本发明可移动式语音播报公交站牌，移动式车站牌本体1的顶部控制部分包括stc89c51控制芯片和电源变压模块。所述stc89c51芯片位于控制部分的右侧，电源变压模块2位于控制部分的左侧。移动式电子车站牌本体1上位于控制部分的下方位置设置有语音模块5、扬声器3、led显示屏6、时钟模块7和蓝牙模块9，上述模块通过导线与stc989c51控制芯片和电源变压模块相连，所述蓝牙模块通过发送特定信号与运动轨道10上的蓝牙模块进行通讯。

所述控制芯片共设置两个，一个设置于移动车站牌内部，一个设置于运动轨道的内部，这两个控制芯片都选用stc89c51系列单片机，所述芯片具有运行稳定，结构简单，性价比高的优点。

所述蓝牙模块共设置两个，一个置于移动车站牌内部，一个设置于运动轨道的下部，这两个蓝牙模块都选用hc-06蓝牙模块，所述模块具有能耗低，指令集简便，功能丰富的特点。

所述电源变压模块共设置两个，一个置于移动车站牌内部，一个设置于运动轨道的下部，这两个电源变压模块都选用高能立方ap05n05-zero模块，所述模块具有体积小，高能量密度，内置emc电路，低纹波性能，高噪声抑制，稳定性强的优点。

时钟模块共设置一个，置于移动车站篇内部，所述时钟模块选用teleskds1302实时时钟模块或ds3231高精度时钟模块，所述模块具有计时精准，穿行接口简单，功耗小，运行稳定等特点。时钟模块根据设计方案，将辅站移动设置为定时式，实现辅站的精准定时移动。

电动机选用台邦gdm08sp-80直流电动机，置于运动轨道内部，为移动式电子车站牌提供动力。所述电动机具有低噪音，低温升，低能耗，大转矩，升降速快等优点。

本次采用的为步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。步进电动机驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。通过控制步进电机转子的转动带动与转子相连的齿轮以及皮带带动公交站牌的移动。通过控制步进电机的方向、速度和旋转角度控制拖动的距离和方向。

所述led显示屏置于移动电子车站牌内部，所述led显示屏选用明亮微电子mlw1602-iled显示屏，所述led显示屏具有亮度可调节，功耗低，分辨率高等优点。

语音模块由语音模块来完成，选用迈优my2480-16p语音模块，置于移动电子车站牌内部。所述语音模块my2480-16p是一款微集成语音模块。采用my2480-24tsmp3主控芯片。模块最大支持16mbyteflash；也可外接u盘或usb数据线连接电脑更换flash音频文件。具有24位dc输出，容量大，支持多种格式的文件系统，能满足大部分应用需求等优点。

在时间控制方面采用51单片机辅以计时器进行编程，利用纸盆式扬声器，将提前录制好的语音播报出来，整个系统均有固定的程序进行控制，可以保证在不同时间的情况下，精准的对语音进行播报。

所述移动式电子车站牌本体1通过蓝牙模块发送特定信号与运动轨道10上的蓝牙模块进行通讯。通过时钟模块7计时确定通车的高峰期，再通过控制芯片8控制辅站的移动及语音报站。语音模块5内部存储有语音文件，可根据stc89c51控制芯片的不同电位信号播放不同的语音文件。当需要电子公交车站牌移动的时候，可以通过控制电动机正向和反向旋转来控制电子公交车站牌的左移和右移，解决了电子公交车站牌不能移动，不能根据需求将公交车站牌移动到最佳位置，不便于行人查看的问题，使用更加方便。设置了led显示屏，语音模块和扬声器，可以通过更改stc89c51内部的程序更改led显示的内容和语音播报的片段。

本发明工作原理及实用流程：首先通过时钟模块确定在统计原理下得到的乘客量较大的时刻，当乘客量较大的时刻移动式电子车站牌计算具体时间，当达到公交车到达车站时移动站牌通过内部的蓝牙模块发出移动信号，而位与运动轨道部分的蓝牙模块收到信号之后，通过控制电动机的正向和反向转动来控制移动车站牌的方向。

本发明：(1)提出了可移动式的公交站牌，有效的解决了高峰时刻公交车辆出现的公交“列车化”问题。(2)移动式的公交站牌，在非高峰期，辅站不会占用路边用地空间，解决了长公交站牌在非高峰期时段产生的空间资源浪费的问题。(3)利用语音播报以及led显示的方式，解决了长公交站牌乘客不知道公交车具体停靠位置而造成的乘车问题。

本发明适用范围：(1)上下班高峰期，公交泊位数不足的短距离公交站牌处。(2)非高峰期时段，乘客和公交车较少，造成严重空间资源浪费的公交站牌处。(3)乘客无法获知公交车具体停靠位置的公交站。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。