专利名称：智能公交系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通系统，尤其是涉及通讯领域和计算机软件技术领域的智能化公交系统。
背景技术：
目前应用于智能公交系统的无线通讯技术在市面上主要分为三大类，一是公众网(GSM)的短信数据传输系统或GPRS数据传输系统，其缺点是数据传输的网络延迟不确定，在网络拥挤时时延会很长、可达数小时之多；该系统是针对于公众应用而设计的、不能胜任公交用户这种特殊的应用、若在某个城市所有公交车辆安装该系统后会出现网络堵塞、难以大面积应用；该系统无法实现一对多的调度通话功能，因为该系统是为个人私秘通话而设计的；用户需要承担一定的使用费、用户的后期运营负担较重，也同样具有网络延迟不确定的缺点。
二是集群系统，该系统最初的设计是针对话音调度而定的，其特点是调度功能很强，其缺点为网络接续时间长，不适合进行公交应用这种大量用户频繁发送短数据的数据传输；建设费用高，集群系统的设备多为国外产品，价格昂贵，不适合中国的国情；单频点用户容量小、一般为100用户左右。
三是公众网(GSM)的短信数据传输系统和寻呼系统的结合，该系统在车载终端上传数据时利用公众网(GSM)的短信数据传输系统，控制中心下传数据时利用寻呼系统(主要是为了节省公众网的使用费)，这种方案不仅具备第一种方案的缺点，还加大了用户的建设费用、增加了车载终端设备的复杂度和成本，更增加了整个系统的不可靠性。
车载终端一般只具有调度短信接收和反馈、车辆位置自动上报和话音通信功能，报站由司机来手动操作，给司机增加了劳动量，同时也容易使司机分散精力，车辆具体的运行状态、客流等问题不能上报，网络决定指令响应时间长，公网一般指令响应时间要延时，不延时也至少大于3秒。
计算机软件管理系统目前国内外没有结合无线通讯技术并将公交车场各个职能部门进行综合管理的集成管理软件系统，只有开发单一的管理系统，如运营管理、生产管理、调度管理等。
另外电子站牌一般是由控制中心接收车辆的GPS信息和GSM短信后，根据算法确定位置，将信息以POCSAG和FLEX寻呼信号或短信形式发送至电子站牌，电子站牌的信息必须来自控制中心，增加了系统数据流量。
发明内容
本发明的目的是解决现有不足问题，提供一种智能公交系统，结合现代通讯技术、电子技术、光电技术、自动控制技术等实现车辆动态信息实时采集，短消息接收和反馈，提供全自动语音报站功能，还可以语音通话，达到实时调度的功能，计算机软件管理系统自动排班，时实动态监控，功能齐全。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是智能公交系统，主要包括无线通讯专网和计算机软件管理系统，无线通讯专网由专用频段、基站设备、链路传输设备和车载终端组成，计算机软件管理系统包括电子排班和动态监控两个子系统。
无线通讯专网的专用频段为150MHz、220MHz、400MHz或800MHz频段。
基站设备包括数据基站和话音基站，数据基站下行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元组成，负责接收来自下行链路的数据并转发给车载终端，还负责车载终端的时隙分配和管理工作，上行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元组成，负责接收来自车载终端的上传数据并转发给上行链路；话音基站由接收单元、控制单元和发射单元组成，完成控制中心与车载终端的语音通话功能；链路设备由基站链路设备和终端链路设备组成，下行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元组成，负责接收服务器的下传指令并转发给数据基站，上行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元组成，负责接收来自数据基站的上传数据并转发给服务器；车载终端主机上连接有GPS天线、收发机天线、上下车门检测装置、键盘盒，并且与前后门开关相连。
无线通讯专网中还设有远程监控设备，由基站端设备和控制端设备组成。
无线通讯专网中还设有无线电子站牌，由接收单元、控制器单元、显示单元和灯箱组成。
计算机软件管理系统还可以包括下述子系统中的一种或多种运营管理、计统管理、工资管理、人事管理、技术管理、燃油管理、业务管理、安全管理、查询管理、场长管理、系统管理子系统。
计算机软件管理系统可以增设上级管理系统，进行各下级计算机软件管理系统数据的汇总以及其他业务系统，上下级管理系统之间互动管理。
本发明的优点是采用专用频段建立无线通讯专网，拥有本地通讯网络的产权，系统运营费用极低，仅需缴纳极少的频点占用费既可；通过提高数据传输的空中速率和针对公交应用设计特殊的通讯协议，实现单频点用户容量大、目前已做到1020用户/频点，后期还有扩展的余地；通过制定特殊的通讯协议和应用迅捷的控制技术，调度信息响应速度快(可小于1秒)、数据传输网络延迟确定；基站联网能力强，实现类似公众蜂窝的基站联网模式，这样可以实现网络覆盖范围的无限扩展；具有很强的调度功能，可以实现单呼、组呼、群呼等多种呼叫方式，非常有利于公交企业的车辆调度；系统具有数据传输和话音通信双重功能；车载终端既可传输数据又可进行通话，提高了设备的集成度，利用GPS卫星定位信息自行推算运行轨迹，实现了全自动报站服务，减轻了司机的劳动强度，利用红外检测辅以智能化算法实现了上下车乘客流量的自动统计，并可以结合IC卡售票机数据以提高精度，采用近距离数据传输技术，实现车载数据的无线更新和下载；无线通讯专网中还设有远程监控设备，实现对整个无线网络运营状况的监控和故障分析，接收来自设备维护中心的指令以完成基站备份设备的切换工作；无线通讯专网中还设有无线电子站牌，接收来自上行链路的车载终端上传数据、控制中心发送的公益性信息和广告信息等数据，解析后进行车辆运行位置、载客人数、到站时间等数据的显示工作以及公益信息和广告信息等显示工作。
计算机软件管理系统采用计算机电子排班方式实现排班智能管理；利用计算机网络进行信息传输与反馈；利用数理统计的方法与应用软件相结合，实现运营计划制定智能化、行车计划制定智能化，从而控制企业运营调度成本；动态监控对于车辆运营数据的存储采用海量数据(每天约为35亿比特)和异常数据分别存放的方法。大大缩短程序对异常数据的查询时间，提高查询效率。对于海量数据进行隔月备份导出处理，以降低数据库的负载量，提高整个管理软件系统的时效性。对于实时接收的车辆运营数据采取服务器存储和动态监控系统电子地图界面显示同步进行的方法，完成动态监控系统对在线运营车辆的实时监控显示，并保证数据的完整性，对于实时接收的数据采用分时处理方法对比公交动营所需的各种考核指标(三正点、大车隔、速度、位置、载客量等)进行比较，以便及时存储异常数据、及时发出声音和信息告警，及时对在线车辆进行话音提示。为了满足不同用户的不同需求，实现软件销售的灵活性，系统中各子系统可以由任意组合，对自动采集的数据留有手动录入各种数据的接口，保证在无线通讯系统非正常运行的情况下，整个计算机软件管理系统可以正常运行。
本系统适用于公交企业实际应用，能为公交企业带来经济效益和社会效益，还可以扩展应用于物流、特殊车辆、航运、机场运输等领域。
四
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明系统数据流程图。
图3为本发明无线通讯专网结构示意图。
图4为本发明车载终端结构示意图。
图5为本发明计算机软件管理系统流程图。
图6本发明电子排班子系统程序框图。
图7为本发明动态监控子系统程序框图。
图8为本发明计统系统子系统流程图。
图9为本发明二级计算机软件管理系统框图。
五具体实施例方式智能公交系统，结构如图1所示，主要包括无线通讯专网和计算机软件管理系统，无线通讯专网由专用频段、基站设备、链路传输设备和车载终端组成，目前已经在大连市第一公共汽车公司香周路车场试运行，车场链路设备3和车场话音设备安装在车场控制中心；基站链路设备4、基站设备5和远程控制设备基站端设备17安装于大连市交通口岸管理局在捷山顶上的机房内。
如图3所示无线通讯专网，结合图2所示的数据流程进行详细说明专用频段采用400MHz建立专用频段。
基站设备5由无线数据基站设备15和话音基站设备14构成，并设有备份设备，以备系统出现故障时切换到备份设备，不影响系统的正常运行。
无线数据基站设备15分为下行和上行2部分。下行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元三个单元组成，负责接收来自下行链路的数据并转发给车载终端13，还负责车载终端的时隙分配和管理工作。其中接收合并单元接收来自多条下行链路的基带数据，经过特定算法合并为下行数据后发送到控制器单元；控制器单元接收来自接收合并单元的基带数据解析处理后调整和分配车载终端的时隙，并将需要下传的数据发送到发射单元；发射单元将来自控制器单元的基带信号经过编码、交织调制、加扰等一系列处理后得到GMSK(高斯最小频移键控)或4电平FSK(4进制频移键控)信号通过射频电路发射到空中。
上行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元三个单元组成，负责接收来自车载终端的上传数据并转发给上行链路。其中分集接收单元利用二重空间分集技术分别接收来自两路天线的无线信号，经过处理后发送到合并单元；合并单元将来自分集接收单元的信号经过合并处理后发送到控制器单元；控制器单元将来自合并单元的信号打包后传送到上行链路设备。
无线话音基站14主要由接收单元、控制单元和发射单元三个单元组成，完成控制中心与车载终端13的语音通话功能。其中接收单元接收来自车载终端的话音信号，经过处理后发送到控制单元；控制单元接收来自接收单元的信号鉴权后发送到发射单元启动发射；发射单元将来自控制单元的信号处理后经过射频部分辐射到空中。
无线链路设备包括基站链路设备4和车场链路设备3，分为上行和下行两部分。下行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元三个单元组成，负责接收服务器的下传指令并转发给无线数据基站15。其中分集接收单元利用二重空间分集和二重时间分集技术分别接收来自两路天线的无线信号，经过处理后发送到合并单元；合并单元将来自分集接收单元的信号经过合并处理后发送到控制器单元；控制器单元将来自合并单元的信号打包后传送到下行基站设备。
上行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元三个单元组成，负责接收来自无线数据基站15的上传数据并转发给服务器1和电子站牌8。其中接收合并单元接收来自上行基站的基带数据，经过处理为上行数据后发送到控制器单元；控制器单元接收来自接收合并单元的基带数据解析处理后将需要上传的数据发送到发射单元；发射单元将来自控制器单元的基带信号经过编码、交织调制、加扰等一系列处理后得到GMSK(高斯最小频移键控)或4电平FSK(4进制频移键控)信号通过射频电路发射到空中。
车载终端如图4所示，安装了24路的全部34台公交车6上，通过电源线12接通车载电源，主机21上连接有GPS天线18、收发机天线19、上下车门检测装置23、键盘盒22，并且与前后门开关20相连，键盘盒安置在驾驶员容易操作的驾驶台上，GPS天线、收发机天线安置在公交车体顶棚上，主机安置在一般人不容易接触的驾驶员座椅后面，上下车门检测装置为红外线检测探头，安装在公交车上下车门顶端。
车载终端GPS天线18从全球定位GPS卫星系统7接收和处理数据，并以NMEA标准格式输出至主机21控制器模块；键盘盒22中全自动报站模块根据GPS数据接收和处理模块得到的经纬度和速度结合开关门信号以及键盘信息完成到站报站、离站预报站和服务用语播放以及广告播放等信息服务，也可以手动报站，键盘模块将司机按键信息转换为上传短信格式后传送至控制器模块准备上传；收发机天线19接收空中来自基站设备5相应信道的无线电信号由射频模块处理成基带信号后传送至主机21数据调制解调，经过解扰、解调、解交织、解码等一系列处理后得到标准格式下传数据，并将该数据传送至控制器模块；控制器模块将下传数据解析，并根据解析后的指令执行相应动作(如将下传短信传送至喇叭部分播放、启动数据上传程序、控制切换话音通信等)；主机控制器模块负责上传数据的打包，数据调制解调模块在上行数据传输时(即启动发射程序)将来自控制器的数据经过编码、交织调制、加扰等一系列处理后得到GMSK(高斯最小频移键控)或4电平FSK(4进制频移键控)信号传送给射频模块；射频模块将来自数据调制解调模块的已调信号合成为相应信道的射频信号后发送给基站设备。
安装在上下车门的两个红外检测探头23检测乘客上下信号结合开关门信号，通过乘客流量统计模块再附以智能化算法实现上车和下车乘客流量的统计工作，并按照规定协议将该数据传送至主机控制器模块。主机21中有近距离数据传输模块，一方面负责控制器传来的数据下载，还可以接收数据上载设备发送的上载数据并将其传送到控制器模块，控制器模块负责对近距离数据传输模块的管理，以完成数据的上载和下载、更新车载显示模块数据。车载终端可以连接有显示器，接收主机控制器模块传来的信息并以滚动文字或图像方式进行发布。
车载终端可实现调度短信接收和反馈，车辆位置自动上报，车辆运行状态上报，每站乘客流量实时统计和上报，全自动报站服务，话音通信，指令响应时间小于1秒，单车数据上传更新周期小于1分钟，工作温度-30～+80℃，工作湿度10～90％相对湿度，无冷凝。也可以安装在其它车辆上实现全球卫星定位、监控、调度通讯等功能。
如图1所示，无线通讯专网中还可以增设无线电子站牌8由接收单元、控制器单元、显示单元和灯箱组成，接收来自上行链路的车载终端13上传数据、控制中心发送的公益性信息和广告信息等数据，解析后进行车辆运行位置、载客人数、到站时间等数据的显示工作以及公益信息和广告信息等显示工作。其中接收单元接收来自上行链路的数据处理为基带信号后发送到控制器单元；控制器单元从接收单元送来的基带信号中抽取本站电子站牌需要的数据后发送到显示单元进行显示；灯箱对电子站牌起到支撑和保护作用。
另外如图1所示，系统中增加远程监控设备负责对整个无线网络运营状况的监控和故障分析，接收来自设备维护中心的指令以完成基站备份设备的切换工作。远程监控设备由基站端设备17和控制端设备16组成，基站端设备17的接收单元接收来自控制端设备的信号，经过解扰、解调、解交织、解码等一系列处理后得到基带信号，控制单元分析得到的基带信号提取指令后按照指令切换需要的备份设备；控制端设备16由接收机、计算机和发射机组成，其中接收机循环接收每个链路设备和基站设备的数据发送到计算机中；计算机安装的分析软件按照预定的设备身份码将各种设备的信号情况做出统计曲线，如果有异常则向操作人员发出告警和切换设备提示由操作人员选择发送切换或者自动发送切换指令，切换指令通过串口发送到发射机；发射机收到切换指令后将该指令辐射到空中由基站端接收设备接收。
如图5所示，计算机软件管理系统包括电子排班和动态监控两个子系统，还包括运营管理、计统管理、工资历管理、人事管理、技术管理、燃油管理、业务管理、安全管理、查询管理、场长管理、系统管理子系统。
在香周路车场机房放置车场服务器1，负责整个系统的数据存储，备有UPS不间断电源，以保证服务器24小时正常运行，安装系统管理软件，负责系统的参数维护、用户权限分配等工作。在香周路车场监控中心调度室放置计算机两台，一台安装动态监控子系统，包括软件接口模块，如图7所示，对于车辆运营数据的存储采用海量数据(每天约为35亿比特)和异常数据分别存放的方法，大大缩短程序对异常数据的查询时间，提高查询效率。对于海量数据进行隔月备份导出处理，以降低数据库的负载量，提高整个管理软件系统的时效性。对于实时接收的车辆运营数据采取服务器存储和监控系统电子地图界面显示同步进行的方法，将接收的无线通讯系统传输的车辆运行数据信息实时显示在电子地图上，完成监控系统对在线运营车辆的实时监控显示，并保证数据的完整性。对于实时接收的数据采用分时处理方法对比各种考核指标(三正点、大车隔、速度、位置、载客量)进行比较，以便及时存储异常数据、及时发出声音和信息告警，及时对在线车辆进行话音提示。对异常信息进行声音报警，并同时存储海量数据和异常数据，可以完成与在线车辆的话音通讯，达到实时调度的效果。
香周路车场排班室设置一台计算机，安装电子排班系统，负责每日排班、打印电子路单，驾驶员报到考勤。如图6所示，电子排班子系统利用人工智能理论，根据行车作业计划生成标准的排班表。在电子排班系统中，利用最小二乘法对行车作业计划进行优化，使其逐渐趋于完善、科学。在电子排班系统中，驾驶员使用非接触式IC卡报到机报到，系统比较报到时间和实际时间，用条目变色的方法提醒排班调度，以便及时改派人员。在电子排班系统中，排班完成后，系统根据驾驶员安排情况，已公休情况，安排公休名单供排班调度筛选调整。在排班后，系统可以在驾驶员刷卡报到时自动打印路单，也可以调度通过条件选择打印路单内容，路单内容根据排班信息和行车作业计划对照得出，系统根据车辆保修计划和会议通知对象将内容打印在路单上。
为了满足不同用户的不同需求，实现软件销售的灵活性，系统中各子系统可以由用户自行拆装，各子系统留有手动录入各种数据的接口，保证在无线通讯系统非正常运行的情况下，整个智能公交管理软件系统的正常运行。
监控中心调度室另一台计算机安装安全管理、业务管理、技术管理子系统，负责香周路车场的安全和业务管理，及部分技术系统的管理工作。系统安全子系统由系统管理员统一分配权限，各子系统有独立的使用权限，使用者都在自己的权限范围内进行工作。在技术系统子系统中，自动读取车辆的行车公里记录，比较保修标准后计算车辆保修计划；根据保修记录计算车辆保修成本，提供给成本核算部门；可根据实际保修情况对比保修计划，计算新的保修计划标准供管理人员参考。
香周路车场值班调度室设置一台计算机，负责每日车辆出入库管理、临时调车管理、计算每日运营公里、核对每日客运数据等。
香周路车场查询室设置触摸屏计算机一台，供驾驶员查询相关信息使用，驾驶员正确刷卡后，即可以进入查询系统查阅自己的收入、公里、工资、考核、油耗等等信息。
香周路车场在香周路车场人事科设置一台计算机，安装人事管理和工资管理软件，负责该车场的人事管理和工资计算。在工资计算子系统中，系统将全部的工资条目计算公式都设置为可变可调方式，避免由于计算公式的变动而引起计算机程序变动。
在香周路车场的计财科设置一台计算机，安装计统管理和燃油管理软件，负责该车场的收入导入、计划制定、统计分析、燃油记录和燃油分析工作。在计统系统子系统中(如图8所示)，利用统计分析的方法建立数学公式，允许调整多项接口参数，以便得到合理的科学的运营计划(根据实际收入、公里数据进行运营计划的制定)。在燃油系统子系统中，自动读取车辆的行车公里记录，根据车辆实际耗油进行车辆油耗分析，根据实际油耗，计算新的油耗定额供管理人员参考。
在场长办公室设置一台计算机，安装场长查询软件，场长可以通过此软件查询全车场的运营、收入、消耗、考核等数据。
根据公司实际需要，可以增设上级计算机软件管理系统，如图9所示，在车场管理系统1上面增加总公司管理系统2增加公交管理系统10或者其他部门11，对于多条线路和公交公司较为实用，可以完成对各下级计算机软件管理系统数据的汇总，还可以开设一部分其他的软件子系统，如总经理管理、公共服务平台、机务管理、票务管理等，上下级管理系统之间互动管理。
本系统适用于公交企业实际应用，能为公交企业带来经济效益和社会效益，还可以将车载终端安装于其他车辆9上，扩展应用于物流、特殊车辆、航运、机场运输等领域。
权利要求
1.智能公交系统，主要包括无线通讯专网和计算机软件管理系统，其特征在于无线通讯专网由专用频段、基站设备(5)、链路传输设备和车载终端(13)组成，计算机软件管理系统主要包括电子排班和动态监控两个子系统，其中动态监控子系统接收无线通讯系统实时采集的车辆运行信息数据，电子排班子系统根据运行信息数据优化行车作业计划，并根据排班规则自动进行电子排班，作为动态监控子系统的对比标准的一部分进行车辆运行考核。
2.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网的专用频段为150MHz、220MHz、400MHz或800MHz频段。
3.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网的基站设备(5)包括无线数据基站(15)和话音基站(14)，数据基站下行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元组成，负责接收来自下行链路的数据并转发给车载终端，还负责车载终端的时隙分配和管理工作，上行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元组成，负责接收来自车载终端的上传数据并转发给上行链路；话音基站由接收单元、控制单元和发射单元组成，完成控制中心与车载终端的语音通话功能。
4.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网的链路设备由基站链路设备(4)和终端链路设备(3)组成，分为下行和上行两部分，下行部分由分集接收单元、合并单元和控制器单元组成，负责接收服务器(1)的下传指令并转发给数据基站(15)，上行部分由接收合并单元、控制器单元和发射单元组成，负责接收来自数据基站(15)的上传数据并转发给服务器(1)。
5.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网的车载终端(13)为主机(21)上连接有GPS天线(18)、收发机天线(19)、上下车门检测装置(23)、键盘盒(22)，并且与前后门开关(20)相连。
6.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于计算机软件管理系统还可以包括下述子系统中的一种或多种运营管理、计统管理、工资管理、人事管理、技术管理、燃油管理、业务管理、安全管理、查询管理、场长管理、系统管理子系统。
7.根据权利要求1所述的智能公交系统，其特征在于计算机软件管理系统可以增设上级管理系统，进行各下级计算机软件管理系统数据的汇总以及其他业务系统，上下级管理系统之间的可以互动管理。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网中还设有远程监控设备，由基站端设备(17)和控制端设备(16)组成。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的智能公交系统，其特征在于无线通讯专网中还设有无线电子站牌(8)，由接收单元、控制器单元、显示单元和灯箱组成。
全文摘要
智能公交系统，涉及通讯领域和计算机软件技术领域的智能化交通系统。包括无线通讯专网和计算机软件管理系统，无线通讯专网由专用频段、基站设备、链路传输设备和车载终端组成，计算机软件管理系统包括电子排班和动态监控两个子系统。系统运营费用极低，单频点用户容量大，调度信息响应速度快，基站联网能力强，可以单呼、组呼、群呼等多种呼叫方式对车辆实时调度；全自动报站服务，上下车客流自动统计，车载数据无线更新和下载；远程监控整个无线网络运营状况和故障分析，计算机软件管理系统具有功能齐全的子系统，可由用户按需自行拆装，为公交企业带来经济效益和社会效益，还可应用于物流、特殊车辆、航运、机场运输等领域。
文档编号H04W4/04GK1529527SQ20031010487
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月18日 优先权日2003年10月18日
发明者王晓平, 张世强 申请人:大连智达通讯有限公司