专利名称：公交车无线报站系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及公交车及公交车站台自动化管理系统，尤其是公交车无线报站系统。
背景技术：
城市公共交通系统是城市文明形象的重要标志，随着科技的发展，城市公交系统也即将进入新的时代。以前传统公交报站系统是公交车手动按钮报站和人工语音报站，由于其费时费力、误报错报率高，更是存在交通安全隐患，它们将渐渐退出历史舞台，而新时代背景下对公交系统提出了新的要求，公交系统自动化、智能化、多用化、经济化、管理高效化、管理可视化是其发展的必然趋势。近年来出现了一些自动报站系统，他们大致分为基于ZigBee技术的公交报站系统；基于GSM通信平台的公交报站系统；基于GPRS通信平台的公交报站系统；基于红外遥控技术的报站公交系统；基于GPS定位技术的公交报站系统。以上系统除了大多都还处在试验阶段，究其原因就是技术不尽如人意，在实际环境中使用问题较多。例如目前投入使用的基于GPS定位系统的公交自动报站系统也有很多问题。从GPS自身问题来说，第一，GPS本是美国军方开发的一套系统，易受美国控制，且使用权限有限；第二，GPS缺乏加密机制容易被干扰，加上环境和天气的影响使其稳定性不高；第三，GPS精度低，普通商用GPS精度在0. IKm ；第四，GPS后期使用费增加了成本投入。 除了以上自身局限外，GPS定位系统应用于公交车报站系统在原理上也有其局限性。基于 GPS的公交自动报站系统的工作原理必须预先将公交车要经过站台位置的经纬度数据存储于公交车接收装置中，在公交车运行过程中，接收装置不断接收GPS经纬度数据，实时与已经存储的站点数据比较，相符后调用存储在车内的语音播放。经过以上原理分析，基于GPS定位的公交报站系统其存在以下问题GPS定位精度限制，在实际使用过程中，如果GPS受到桥梁、高层建筑的影响，很容易出现无法接收数据， 那么将导致公交车漏报；公交车上行、下行线路的站台距离相距很短，当在GPS的精度IOOm 内，系统将无法不能正确区分上行线和下行线，特别在车辆快速进站的时候，车辆每秒移动的距离加上误差距离，此问题更突出。公交车存储固定了站点经纬度数据，这使系统灵活性严重受限，如果遇见道路改建，公交车线路变更，公交车存储的站点经纬度数据将得重新更改，加大了公交公司物力和财力投入；系统播放的报站语音是按顺序存放在车内的，如果在某一站点出现漏报，累积效应将导致整条线路无法正确报站；此类公交系统可移植性不好， 不能应用如旅游车，城市观光车等其他用户，存在资源浪费；GPS只具有定位测速等功能， 它不能完成数据通信，如果要监管车辆信息，必须增加其他如GSM或GPRS等数据传输模块， 无意间这在硬件设计上就增加了系统成本，限制了其使用范围。信息化时代的今天，希望公交车管理能可视化，当遇见险情和突发事故时管理部门能快速准确的了解现场的情况，而在以上介绍的公交自动报站系统中，实用性较强且在成本上存在优势的只有基于ZigBee的公交报站系统。但是它应用于公交系统自身也存在一定局限性，原因在于ZigBee是短距离、低速率的无线网络技术，它在小区域的数据传输中占有优势，但是在如城市公交车系统的大区域内就无法满足技术要求。特别当一个站台有多辆车经过的情况下，系统需要传输的数据量大增，就会使的系统的节点数据传输出现问题，致使系统稳定性和可靠性大幅下降，这让系统在实际环境中处理能力上受到限制。同样该系统也存在灵活性、可移植性差的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种公交车无线报站系统，该系统通过无线通信技术组建成自动化的公交管理网络，使公交车通过语音和/或显示方式自动预报站名，并且在公交站台上通过语音和/或显示方式提示即将到来的车辆信息和/或线路上各车辆的位置信息，从而方便乘客候车，也提高了整个公交系统的工作效率，并且存储在公交站台上的数据还可由私家车等其它车辆共享；为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种公交车无线报站系统，其特别之处在于，包括一个管理终端、至少一个公交站台终端、和至少一个用户终端，其中管理终端和所有公交站台终端之间通过有线或无线方式连接从而双向通信，而公交站台终端和用户终端之间通过无线方式连接从而双向通信。其中管理终端和公交站台终端之间通过大于Ikm的长距无线方式通信，公交站台终端和用户终端之间通过小于Ikm的短距无线方式通信。其中公交站台终端包括中央处理模块，该中央处理模块分别与短距无线模块、长距无线模块、和数据存储模块连接，该中央处理模块还与显示输出模块或语音输出模块连接。其中用户终端包括中央处理模块，该中央处理模块分别与短距无线模块和数据存储模块连接，该中央处理模块还与显示输出模块或带有语音解码功能的语音输出模块连接。进一步的，其中公交站台终端和用户终端的中央处理模块是单片机、ARM微处理器、DSP微处理器、或带有全双工通信串口的MCU。进一步的，其中公交站台终端和用户终端之间通过跳频方式实现无线通信。其中管理终端由带有管理终端软件的计算机和与该计算机连接的长距离无线通信单元组成。本报站系统能完成公交车预报将到站站名的语音和汉子显示的提示，这个过程无需任何人为操作，同时公交车站台完成提示即将到站车辆的信息，以及线路上各车辆所在位置的信息，为乘客提供便利，方便乘客候车，特别是为盲人朋友提供了很好的候车环境， 因为站台上语音提示功能可以告诉候车乘客即将到达本站的是几路车，以及路过本站车辆现在处在何位置和下一班次车辆什么时候到达。公交车站台上还能显示各类实时信息，从而改善了乘客的候车环境。本实用新型还提出了一种新的报站方法，与以往依靠固定线路报站的方法比较具有很大的灵活性。本系统只要公交车开到什么站台就会报出站名，即使公交车变更了线路，也不需要改变系统任何设置，就能让公交车准确无误的报站。通过管理终端，能够实现对公交车实时定位和公交车信息数据的采集，管理终端可以查询、显示车辆任何信息，保障公交车高效快速运行，实时性的掌握线路上运行公交车的状态，让公共交通系统管理实现可视化、信息化、高效化。
4[0017] 公交站台不仅能使公交车用户享受站台信息，而且其他用户终端也可以使用站台存储的数据信息，所有存储的数据信息都可以在管理终端的管理下更改。其他用户终端例如城市观光车、旅游车、私家车等使用相应设备就可以像公交车一样从公交站台获取相关信息，当然其无需向公交站台报站。
[0018]附图1为本系统的拓扑图；[0019]附图2为本系统中公交站台部分的原理框图；[0020]附图3为本系统中公交车部分的原理框图；[0021]附图4为本系统中站台部分无线单元原理框图；[0022]附图5为本系统中公交车用户部分通信流程图；[0023]附图6为本系统中站台部分与公交车通信流程图[0024]附图7为本系统中公交车系统流程图；[0025]附图8为本系统中站台系统流程图；[0026]附图9为本系统中管理终端流程图；[0027]附图10为本系统其他用户流程具体实施方式
图1为本新型公交车报站系统功能简介示意图，如图1所示，本新型公交车报站系统实施例一包含有公交车用户终端，其他用户终端，公交车站台A，公交车站台B，公交车站台C，公交车站台N-1，公交车站台N，公交城域网，管理终端。公交车用户即将驶入站台A， 当到达短距无线模块作用距离时，公交车发送请求信号，此时站台A接收请求信号后与发送请求的公交车建立通信，同时站台记录下公交车用户数据和位置信息，把存储在站台内的报站语音编码数据流和汉字显示代码传输给公交车，公交车接收完毕后，播放出报站名语音，LED显示出即将到站站名，公交车用户终端就与公交车站台A通行完毕。此时，站台将记录来的公交车用户数据传传输给管理终端，并且还将公交用户的位置信息传输至邻近几个站台。邻近几个站台，站台B，站台C将接收到公交车用户的位置信息用LED/IXD显示出来，提醒候车车乘客注意候车。管理终端接收到站台传输的公交车用户数据保存，并将数据解析后显示出公交车位置信息和状态信息。其他用户终端既将到达公交车站台N，其他用户终端和公交车用户一样，到达无线作用距离后发送请求信号，此时站台A接收请求信号后与发送请求的终端建立通信，把存储在站台内的周边环境的语音编码数据流传输给请求终端，其他用户终端接收完毕后，播放出语音，让乘客了解周边环境，感受城市文化。以上技术方案所描述的站台终端如图2所示，站台终端包括有中央处理模块，无线单元、数据存储单元、功能子模块单元、LED/LCD显示输出语音输出模块。无线单元有多个无线模块组成，其中有用于用户通信的短距无线模块，用于站台通信的长距大功率无线模块。短距无线模块使用户终端在到达一定距离后才能工作，作用距离可以在500-800米左右，由于不同站台过往用户数量不同，过往用户较多，站台无线作用距离可以延长，保证乘客有足够的准备时间下车。长距大功率无线模块作用距离较远，使邻近几个站台能互相通信，完成站台信息的上传和管理数据的下载。数据存储单元是公交车报站的数据库，里面存有公交用户数据，周边环境语音数据和公交线路数据。公交用户数据包括提醒乘客即将到站的站名、欢迎乘客乘坐本车的问候语和商业广告，这些数据都是经过编码压缩后的语音数据流，接收端收到此类信息后通过语音解码芯片就可以播放出以上语音，同时还存储有对应语音LED显示的汉字代码数据。周边环境语音是本站台周边环境的介绍，内容包括金融场所、游乐场、文化、旅游景点、宾馆、商业场所和饭店等，存储的语音数据是简介经过编码压缩后的语音数据流，他们可以用在旅游车和城市观光车等上面。这不仅使乘客准确地了解城市文化，而且还提升了城市形象。公交线路数据包括经过本站公交车的线路编号、 线路包以及各线路站台编号，这些数据能通过管理终端进行更新。功能子模块是站台多功能设计的一个扩展部分，比如站台温度、时间等日常生活信息的扩展，使系统更贴切生活， 让乘客候车更方便。站台输出部分有显示输出和语音输出，显示输出可以是LED，也可以是 LCD，将车辆的信息动态显示出来，系统还可以显示实时要闻、商业广告、电影预告片等。系统把即将到站车辆的信息和路过本站车辆的位置信息都通过语音解码芯片解码后的语音输出，用语音提示乘客，盲人朋友就可以根据语音提示选择自己要乘坐的车辆。站台终端中央处理模块是整个报站系统的核心，它既要对无线单元的信道检测、跳变，还要分析各类终端的请求，也要传输上行、下行的数据。根据站台的位置交通情况，可以使用单片机、ARM、 DSP等作为CPU，不同的控制芯片使站台系统有最大的性价比。系统为了很好的结合无线单元进行数据的收发，中央处理器串口通信使用全双工通信方式，并且处理器具有多个串口， 或者采用多子机组合的方式，或者使用串口扩展芯片。上述无线单元如图4所示，它具有公共频段，公交车用户频段，其他用户频段，管理终端频段，频段可以通过频率设定单元来改变，每个频段内的不同频率也可以通过单元来改变，这样可以使系统在需要的频段任意跳变，保障系统实时通信的流畅。信道闲置状态检测单元，是用于检测频段内个频率是否有数据传输，将没有数据传输的频率生成一段为随机码，通过控制口传输至中央处理器，同时根据这段伪随机码跳变频段内通信信道的频率。全双工的UART接口与中央处理器通信口连接，它用于将数据通过数据接收/发送单元接收下来或者发送出去。以上技术方案所描述的用户终端如图3所示，其有无线收发单元、串口接收单元、 中央处理器，数据暂存单元，LED输出单元，语音解码单元和语音输出单元。公交车用户终端无线收发单元具有公共频段和公交车用户频段，其他用户终端无线收发单元具有公共频段和其他用户频段。系统处理器采用单片机控制器，全双工的通信方式实时收发数据，完成公交车的预报站名提示。公交车用户终端使用公交车用户通信协议，公交车系统不断检测是否到达无线收发单元的作用距离，如果到达了作用距离，公交车将发送请求信号，等到被请求端回复，站台接收到请求信号后使用站台与公交车通信协议，将空闲信道的伪随机码发送给请求车辆，同时设定自己的频率。此时公交车根据接收到的伪随机码调整自己通信频率，调整完毕后，公交车发送本车的状态信息，然后准备接收站台语音数据，在站台接收完毕公交车状态信息，站台系统调用公交用户数据发送，发送完毕就将站台的通信频率跳变为公共频段。公交车接收到站台发送的公交用户数据后，把数据存储到数据暂存单元，待接收完毕公交车将暂存的数据送至语音解码单元和LED输出单元，播放和显示出来。上述公交车用户通信协议遵循以下步骤第一步公交车无线模块检测是否到达下一站请求信号范围。[0034]第二步公交车对下一站发送请求信号，等待被请求站台回复。如果一段时间内没有接受到被请求站台回复，将启动重发请求信号，多次重发后还是没有回复，系统判定被请求站台出现故障，将不对被该站台做预报，系统根据上一站台发送的站台编号，检测是否到达下下一站台的请求信号范围。第三步根据接收的伪随机码设定本车信道频率。公交车用户拥有公共频段和公交车用户频段的全部频率。第四步公交车发送上一站站台编号和公交车编号。本新型公交报站系统对城市每个站台设有对应的站台编号，每条公交车线路拥有唯一的线路编号，每辆公交车拥有唯一的公交车编号，对这些唯一的公交车编号和站台编号解析即可得出对应的位置信息。第五步公交车发送本车状态数据。车辆状态信息包括车辆编号，车辆行驶的线路编号，车辆经过上一站的站台编号，车辆温度，载人情况等数据。第六步公交车接收被请求站台发送的公交车用户数据。公交车将接收到的数据先缓存在数据暂存单元，等到数据接收完毕后系统再调给输出部分。第七步接收站台发送的后面连续三个站台的编号。公交车始终存储有三个站台的站台编号，根据实际情况或者存储更多，这三个站台是动态连续的。以便防止在某几个站台出错的情况下，不影响公交车对其他站台正常报站。如一条公交线路有A、B、C、D、E五个站台，公交车甲从A开往E，甲车在A站出发时存储有B、C、D三个站台的站台编号，当他走过B站将到达C站以前，甲车存储从C、D、E三个站台的站台编号。第八步公交车将信道恢复为公共频段。上述站台与公交车通信协议步骤第一步接收到公交车请求信号，站台在接收到请求信号后首先分析是公交车请求信号还是其他用户请求信号，或者是错误信号。第二步检测公交用户频段信道状态，生成闲置信道的伪随机码，向请求车辆发送此伪随机码。第三步站台系统根据此伪随机码将到通信信道调整至该频率。第四步接收公交车发送数据。每个站台存储了经过本站所有线路的线路包和线路编号，每条公交线路的线路包都由该线路经过站台的站台编号组成。站台接收到公交车数据后取出公交车编号、车辆行驶的线路编号和上一站台编号，系统先通过公交车编号和线路编号在数据库中查找该车的线路包，然后用上一站编号对线路包中站台编号进行比较，查找出该车辆将要经过的下面三个站台的站台编号。同时站台把温度和载人数据打包， 加上车辆编号和本站台编号的标识缓存与数据存储单元。第五步发送本站台公交车用户数据，站台系统在接收完公交车发送数据后，根据请求信号的分析，调用公交车用户数据发送出去。第六步发送请求公交车将到站连续三个站站台编号，语音数据发送完毕后，站台将查找出的三个站台编号传送给公交车。第七步站台系统将无线信道恢复至公共频段。第八步发送站台请求信号，站台在完成一次请求信息处理后就发送站台请求信号，让管理终端和邻近几个站台准备接收站台数据。第九步检测管理用户频段状态，生成闲置频段伪随机码发送，调整本站管理频段至该频率。第十步发送即将到站公交车数据包，将数据单元暂存的数据包发送出去，让管理终端和邻近站台根据管理协议接收数据包。第十一步站台系统将无线信道恢复至公共频段。上述管理协议步骤第一步接收到站台请求信号，管理终端和邻近站台接收站台的请求信号，表示站台有新数据要传送，管理终端和邻近站台准备接收。第二步接收站台伪随机码；第三步调整通信频率到管理用户频段；第四步接收站台数据包；管理终端和邻近站台接收数据包，管理终端将数据包备份解析，实时显示输出。此处邻近站台可以是3个，也可以根据实际情况增加邻近站台接收数量，邻近站台只接收数据包标识，站台将数据包标识解析出来，通过站台输出端输出 “某车在某一站台”的语音和汉字，提醒乘客注意候车，；第五步将信道恢复到公共频段；以上技术方案描述的其他用户车辆即将到达站台，车辆不断检测无线作用距离， 当到达作用距离后，车辆用其他用户通信协议向站台发送请求信号，站台接收到请求信号后分析出该请求信号不是公交车用户，站台使用站台与其他用户通信协议，启动其他用户频段，生成闲置频率的伪随机码，调整自身频率建立通信信道，把存储在站台中的周边环境语音数据发送出去，其他用户接收完周边环境数据后，用解码芯片解码播放。上述其他用户通信协议遵循以下步骤第一步其他用户无线模块检测是否到达站台请求信号范围；第二步发送请求信号，等待被请求站台回复，由于城市地区的繁华程度不同，各个站台周边情况也有很大差异，在一些偏僻站台没有存储周边环境数据，当用户对站台发送请求信号时，该站台不会给予回复，用户超过最大请求次数还没有回复则判断该站台没有这一功能，用户则停止对该站台的请求。第三步根据接收的伪随机码设定本车信道频率；第四步发送本车状态数据；第五步接收被请求站台发送的周边环境语音数据，其他用户接收数据时先将数据缓存于数据暂存单元，当接收完毕后用户将暂存的数据解码播放；第六步信道恢复为公共频段。上述站台与其他用户通信协议遵循以下步骤第一步接收到其他用户请求信号，如果本站台没有存储周边环境语音数据则对该请求信号不予回复；第二步检测其他用户频段信道状态，生成闲置信道的伪随机码，向请求用户发送此伪随机码；第三步站台系统根据此伪随机码将到通信信道调整至该频率；第四步接收其他用户发送数据；第五步发送本站台周边环境语音数据；第六步站台系统将无线信道恢复至公共频段；[0074]图1所述技术方案中管理终端是系统的综合显示、调度、控制中心，线路上运行的所有公交车信息在管理终端都能显示，每辆车的状态数据可以通过管理终端查询。同时站台通过管理通信协议能对站台存储和显示的数据进行更新和替换，其中管理终端下行传输的数据有两种传递方式，双向接力棒传递和单向接力棒传递的方式。如甲乙丙是按一定规律组建起来连续站台中的三个站台，乙离管理终端最近，双向接力棒传递方式就是乙在接收到管理数据包后，再分别传递给甲和丙，然后甲和丙各自依次传递下去，这种依次传递是在一定规律组建的连续站台中传递。如中甲乙丙是按一定规律组建起来连续站台中的三个站台，甲是这种规律的起始或者结尾的站台，单向接力棒传递方式就是甲接收到管理终端数据包后向乙传递，乙接收完毕后，再传递给丙，依次递推。单向或者双向的传递是基于站台编号一定规律变化的一种方式，这种规律就是为管理便利设计的，这种变化方式可以是递增、递减简单函数关系，也可以是一条线路编号的关系。管理终端可以对城市某一区域的线路进行数据更新和变换，方便城市广告等数据的发布。如果城市区域很大，终端管理可以级联的方式，对一定区域内的站台设定一个管理基站，城市管理终端就管理这些管理基站。由站台与管理终端通信协议，站台接收管理数据包后更新数据，完成本次管理信息的更新。站台与管理终端通信协议遵循以下步骤第一步接收管理终端请求信号；第二步将系统信道调整至管理用户频段；第三步接收更新数据包版本编号，站台接收数据包的版本编号，如果已经更新过了，将抛弃此数据包，如果没有更新过，则将接收本次版本的数据包。第四步接收本版本的数据包；第五步站台系统将无线通信恢复至公共频段。
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权利要求1.一种公交车无线报站系统，其特征在于包括一个管理终端、至少一个公交站台终端、和至少一个用户终端，其中管理终端和所有公交站台终端之间通过有线或无线方式连接从而双向通信，而公交站台终端和用户终端之间通过无线方式连接从而双向通信。
2.如权利要求1所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中管理终端和公交站台终端之间通过大于Ikm的长距无线方式通信，公交站台终端和用户终端之间通过小于Ikm 的短距无线方式通信。
3.如权利要求2所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中公交站台终端包括中央处理模块，该中央处理模块分别与短距无线模块、长距无线模块、和数据存储模块连接， 该中央处理模块还与显示输出模块或语音输出模块连接。
4.如权利要求2所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中用户终端包括中央处理模块，该中央处理模块分别与短距无线模块和数据存储模块连接，该中央处理模块还与显示输出模块或带有语音解码功能的语音输出模块连接。
5.如权利要求3或4所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中公交站台终端和用户终端的中央处理模块是单片机、ARM微处理器、DSP微处理器、或带有全双工通信串口的 MCU。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中公交站台终端和用户终端之间通过跳频方式实现无线通信。
7.如权利要求1所述的公交车无线报站系统，其特征在于其中管理终端由带有管理终端软件的计算机和与该计算机连接的长距离无线通信单元组成。
专利摘要本实用新型涉及公交车及公交车站台自动化管理系统，尤其是公交车无线报站系统，其中公交车无线报站系统包括一个管理终端、至少一个公交站台终端、和至少一个用户终端，其中管理终端和所有公交站台终端之间通过有线或无线网络连接从而双向传送信息，而公交站台终端和用户终端之间通过无线方式连接从而双向传送信息。本报站系统能完成公交车预报将到站站名的语音和汉子显示的提示，整个过程无需人为操作，同时公交车站台完成提示即将到站车辆的信息，以及线路上各车辆所在位置的信息，为乘客提供便利。
文档编号G08G1/123GK202008743SQ20112007592
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者毛建鑫 申请人:毛建鑫