公交调度、报站自动化控制系统

　　第1章 文档介绍

　　1.1 文档目的

　　该文档是对公交调度、报站项目的整体框架和各个功能子系统进行详细描述和初步设计说明，并作为整个系统的功能概要描述，作为将来转化为系统设计、开发、测试和验收的核心依据。

　　1.2 文档范围

　　本文档主要完成该系统的涉及的系统现状、概述、总体设计、硬件、软件、功能等各个模块进行详细描述，并作为该系统的目标。

　　1.3 读者对象

　　甲方相关部门责任人

　　相关技术负责人

　　乙方项目负责人

　　乙方项目设计人

　　乙方项目开发人

　　乙方项目测试人

　　乙方项目维护人

　　第2章 公交现状

　　2.1 背景介绍

　　随着国民经济的高速发展和城市化、机动化进程的加快，城市规模不断扩大，机动车拥有量及道路交通流量急剧增加，特别是大城市，公交车辆增加、线路延长、车次增多，交通运行不畅。尽管修建了大量的交通设施，但交通拥挤现象仍十分严重。国内外多年实践经验表明，解决城市交通问题的重要途径就是发展公共交通，建立先进的公共交通系统APTS(Advanced Public Traffic System)，提高道路通行能力和公交车辆运营管理水平。城市公共客运系统尚未(或正在)引入先进的高新技术，基本上还是采用"定点发车、两头卡点"的手工作业的调度方式，导致公交车辆的行车速度下降、行车间隔不均衡，时常出现"串车"、"大间隔"现象，严重影响了公交客运的服务质量。尤其是缺乏现代化通信手段，调度人员无法实时了解运营车辆情况，难以及时有效地采取调度措施。公交车辆调度处于"看不见、听不着"落后现状，具有较大的盲目性和滞后性。伴随着各项科学技术和应用技术的不断发展和进步，城市交通也已经开始逐渐走向了智能化、人性化的道路，从而产生了智能交通系统(Intelligent Traffic System，ITS)的概念，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等各种技术有效地综合运用于交通系统中，从而实现对交通系统更加准确，实时，高效地综合管理和控制，最大限度地实现人、车、路之间的和谐统一。其中智能交通发展的一个重要方向就是对于城市交通中车辆的准确定位和导航，已经成为了许多行业(如公交、消防、紧急救护、交通事故处理等)发展的一种必然的需求。

　　2.2 现有城市交通定位与导航系统分析

　　2.2.1 GPS 车辆定位与导航系统

　　GPS(Global Positioning System，全球定位系统)是目前发展已经较为成熟的一项定位和导航技术，并且已经得到了较为广泛的实际应用。它是利用美国的24颗(其中3颗备用)空间卫星来达到全球范围的覆盖，从而实现全球、全天候、全方位的定位与导航功能。GPS系统主要包括地面控制部分，空间卫星部分和地面用户装置(GPS接收机终端)三个组成部分。目前在城市车辆定位和导航中也已经得到了较为广泛和成功的应用，其定位精度一般为20m～300m。

　　2.2.2 A-GPS 定位与导航系统

　　A-GPS(Assisted GPS，网络辅助GPS)，它是对GPS 系统的一种改进，在GPS 的基础上增加了通信基站，从而利用基站的确切位置和接收到的GPS 卫星相关信息实现更加精确的定位和导航，其精度可以达到10m 左右。

　　2.2.3 北斗定位系统

　　北斗定位系统是我国自主研发的区域性卫星定位系统，它是专门针对我国国内定位与导航而建立的系统，它由两颗地球静止轨道卫星，一颗备用卫星、中心控制系统、标较系统和用户终端机等部分组成。但是由于系统的特殊工作原理，决定了系统定位的精度上不及GPS，同时对于地面网络的依赖程度也非常大，所以不太适合目前城市特殊区域的精确定位和导航应用，只能实现大范围内的粗略定位与简单导航。

　　以上各类现行交通车辆定位与导航系统，它们都有着各自的优势，但是针对城市交通定位功能来说它们却都有着以下几个共同的缺陷：

　　1、全部都属于开放式定位系统，即一旦网络或者卫星信号发生问题，定位功能则无法实现;

　　2、在城市某些特定地区，如楼宇分布较为密集的地区，地下停车场等场所和区域，上述系统则不能实现很好的定位，也就是存在定位的“死角”区域;

　　3、空间立体定位的精度太低，虽然GPS 和A-GPS 可以实现10m 以内的定位精度，但是对于空间上而言，这么大的误差范围根本区分不出同一地点上下两层车道的位置差异;

　　4、GPS 卫星体系全部都隶属于美国，一旦发生特殊事件(如美国因为战争需要，既有可能限制民用GPS 的精度，覆盖范围等)，这样就可能严重影响到我国城市民用系统的定位;即使我们国家的北斗系统，也完全依赖于通信网络，同样不是非常可靠。

　　由此可以看出，目前的大多数定位系统虽然能够满足城市交通车辆定位的基本需求，但是在很多特殊的区域(如楼宇密集区，大型地下停车场，同一立交桥的上下层之间的定位等)方面不能够很好地得到满足和实现。正因为此，本文档提出了一种基于RFID 技术的城市交通定位和导航系统。

　　2.3 现有公交系统现状及存在的问题

　　2.3.1 公交系统现状

　　在目前的管理环境下，经过几年的发展和建设，一些公交集团基本完成了公司内部的网络建设，形成了以IC卡管理中心为网络中心，辐射到各个办公和生产场所，为公司的信息化建设提供了必备的硬件条件。目前，公司在企业信息化建设上，做过一些尝试，也实施过一些独立简单的信息管理系统，但该系统选型相对孤立，是一种完全的MIS系统结构和框架，并没有真正起到信息流通和共享的目的，基本上是实现的部分环节上的打印和统计功能，不能反映出整个公司在信息共享等方面详细情况，也不能跟踪分析整个管理过程。通过对一些公司的详细调研，一些公司内部基本上还是靠手工信息传递方式，特别是上报信息内容非常大，而且是多个环节常常做同样的工作，造成对人力劳动是极大的浪费。同时由于公司在信息化建设方面基本上还是一片空白，造成很多部门把企业信息化工作理解为一种简单的打印和电子化的过程，认为现在的信息化工作就是实现现在很多手头工作的计算机电子化功能，为此在信息化建设和实施上还有很多培训工作和沟通工作要做。

　　2.3.2 存在的问题

　　通过调研分析，发现某些集团化公司在信息化方面存在一些比较典型的问题，下面分别阐述。

　　信息孤岛

　　所谓信息孤岛，就是说在各个职能部门之间，各个岗位之间大家的信息资源不能共享，大家都是独自享用自己的信息，无法方便和及时的提供给相关的协作部门，哪怕这条信息对其他环节非常的重要。比如：总站和公司之间不能及时掌握相互的信息。

　　重复劳动大

　　所谓重复劳动大：就是一个环节的工作完成后，到另一个职能部门还需要再次处理和整理，特别明显的就是很多职能部门的日报等相关报表，经过多次重复输入处理，工作量非常大，这些工作实际上在信息化系统中就可以很容易避免，因为在信息化系统中，整个信息是共享的，只要你有合法的权限你就可以享用相关的信息，而不是自己到各个职能部门去收集和整理，或者各个职能部门上报再整理。

　　当前急需解决的问题

　　公交公司立足现状，在充分利用现有资源的基础上，重点、优先要解决的主要问题是车辆运行的准确监测以及与之配套的现场调度管理系统的建设。

　　第3章 系统概述

　　3.1 本系统实现的目标

　　建立该系统的主要目标是提高XXX公交公司的调度、报站智能化管理。根据设备采集数据及时反馈车辆运行趟数和公里数，以及对车辆运行效益进行分析，为领导决策提供依据。具体有以下几个目标：

　　1. 记录和统计车辆运行趟数和公里数：利用数据采集设备精确记录车辆从起点站出发和到达终点站的时间，系统统计出车辆每日运行的趟数和公里数，并可根据考勤数据将驾驶员和其运行的公里数相对应，这样可以避免人为出错和修改，提供客观真实的数据供相关部门使用。

　　2. 车辆及驾驶人员的考勤管理：根据采集数据来统计和分析车辆及人员的出勤情况。

　　3. 车辆运行状态监控：主要对经过监测点的车辆进行监控。可以监控车辆通过的监测点的时间、运行趟次等数据供公司各部门使用。

　　4. 车辆自动报站：依据监测点信息采集设备、车载标识卡、现有报站系统，自动播报车辆即将到达之站点，并分析预测车辆到达某一车站的时间供乘客参考;

　　5. 车场管理：能够统计安有监测点的停车场车辆停放数量，停放时间，方便统计或查询停放或未停放车辆的相关信息。

　　6. 维修及油耗管理。在维修及加油加气站设立监测点，由系统提供软件接口，将维修及油耗数据汇报总于调度中心数据库，供车辆效益分析，有效堵住人为耗费漏洞。

　　7. 车辆运行效益分析。通过对车辆实际运行公里数、油耗、修理费用等数据进行分析，可以计算出车辆运行效益，并可将效益较低的车辆提示出来供相关部门分析。也可对总站和线路进行效益分析。

　　8. 现场调度信息管理。驾售人员的出勤、违章等信息管理，车辆事故、车况、保险等信息管理，并可将以上信息自动传回中心，供相关部门调用。

　　9. 数据安装及权限管理。方便灵活的权限管理方式，授权哪些用户可以使用哪些功能。一个部门只能看到与其部门工作相关的数据，严格保证数据的安全性。

　　10. 查询、统计分析。对各类数据进行方便灵活的查询，以供使用。对所有运营车辆出勤、运行效益进行统计，形成日，月，年报表，可按线路、总站、个人等对车辆运行的趟次、公里数进行统计，形成日、月、年报表。

　　3.2 系统建设原则

　　系统建设包括软、硬件两方面。在软、硬件的开发、采购、集成时，上海仁微电子科技有限公司遵循了以下原则：

　　1) 先进性

　　公交调度、报站自动化管理系统主要构建思想是利用无线感应技术、嵌入式移动计算技术和软件技术，构造一个覆盖大范围区域的自适应无线控制系统，具备产品先进、成熟、性价比高等特点优势。

　　2) 经济性

　　在保证满足技术要求的前提下，系统设计尽量采用性能价格比最佳的产品。系统的建设最大限度发挥原有部分设备的作用，如计算机网络，设备、软件等，最大限度上为用户节省投资，保护已有的用户投资。

　　3) 实用性

　　系统的建设完全符合本项目的应用需求和实际情况，突出实用性强，界面友好，操作简单。

　　4) 扩展性

　　在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点对系统容量及网络发展设想进行方案设计，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。

　　3.3 系统设计特点

　　1) 高度自动化。系统能自动检测受控目标经过受控区域的时间、地点信息，并自动实现对受控目标的考勤作业、统计及安全管理。

　　2) 成熟可靠的网络通信系统。安装在布控区域的无线识别基站，实时将采集到的信息通过485工业通讯网络或者TCP/IP、GPRS、WIFI等传送到中心集控系统，整个过程无需人为干预。

　　3) 完备的数据统计与信息查询软件。系统软件具备专用数据库管理系统，包括受控目标的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并打印各种统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

　　4) 系统的安全、稳定、可靠性设计。系统产品完全采用室外环境下全天候连续可靠工作设计。

　　第4章 系统总体设计

　　4.1 系统硬件组成

　　系统主要组成部分如下：

　　信息采集单元：远距离读写设备;

　　车载单元：远距离电子标签;

　　信息传输单元：GPRS+GPRS天线;

　　站点中继单元(场站单元);

　　公交调度中心平台;

　　4.2 系统网络结构图

　　4.2.1 智能公交建设总体拓扑图

　　公交系统智能化建设是一项长期工作，要完成整个环节的信息化建设是一个相当规模的工程。包括从硬件建设和软件系统建设上的投入。考虑到资金和易推广性等方面的因素，信息化建设应遵循“全面规划、分步实施、效益驱动、重点突破”的原则来进行，这也是我国十几年来，在企业信息化建设中摸索出来的经验。

　　所谓全面规划，就是说在整个系统建设和架构上，要充分地从整个公司的全面信息化建设出发，不能局限在现有的一个局部目标，我们要以全公司整个信息化的大目标为基础来搭建该系统，使得该系统在将来也具有良好的可扩充性和可整合性。

　　所谓分布实施，就是说任何一套信息系统它都不是一个简单的系统工程，涉及到企业的方方面面，不是一个局部点的问题，我们在上一个系统时，要分步骤进行，不能全面开花，只有这样，才能够把系统的各个环节慢慢实施下去和落到实处。特别是该次公交智能系统中，我们就可以先抓住公司信息化要求最迫切的环节停车场和无人调度来重点进行和先期进行，为企业信息共享直接带来可见的好处，从而带动其他部分的系统实施。

　　所谓效益驱动、重点突破，就是说我们要抓住公司的核心环节，并重点突破，让系统的优势充分发挥出来，一旦大家看到系统带来的优势和效益，系统的实施就容易的多了，同时也为系统的全面理顺打下了良好的基础。特别是公司的停车场和无人调度，如果这两个环节实施的好，立马就可以理顺公司的车辆监控情况，和防止一些人为因素情况，公司就可以充分的分析整个过程，发现问题并解决问题，从而提供合理的科学化管理等。

　　4.2.2 公交调度、报站系统图

　　系统流程图

　　公交调度、报站系统在管理流程上有两部分组成：第一、公交车站门禁控制系统(场内管理);第二、公交站牌自动识别系统(场外管理);

　　一、公交车站门禁控制系统( 场内管理 )

　　Ⅰ、系统的拓扑结构图

　　包括远距离读写系统、后台处理系统、LED显示系统。

　　Ⅱ、系统的工作流程和特点

　　公交车辆入车场时被远距离读写器读取安置在本车上的电子标签号码，读写器自动将读取到的全球唯一的号码或车辆的相关信息传输至后台电脑处理，后台电脑对于此信息记录并处理，记录该车辆的入场时间与车辆相关信息，后台并判断该车辆应该停放在场内的哪个停车位，并将此信息传输至LED显示屏，驾驶员通过LED显示屏可以知道应该停放在哪个车位和一些附加信息，如下次出车时间(此时间是经过后台电脑自动运算的结果)等。当公交车辆出场时，被远距离读写器读取车辆信息，后台系统记录出场时间和其它信息，并记录写入后台数据库。全过程的管理免除了人为干预，最大限度地降低了系统的运营成本和减少因人工操作带来的不可避免的损失。

　　公交车站管理系统中实现的功能和特性有以下几个方面：不停车远距离自动识别、实时定点采集公交车辆进出站的时间、确定公交车辆所处停车场位置、调度中心和停车场LED 显示牌引导公交车进站后应停的车位，本系统避免了公交车停泊其他社会停车场等夜晚不归的情况，同时对车辆的调度、流量统计、车辆考勤、任务考核、以及维修保养期提示、车辆维修记录、审验记录等方面的自动化管理。

　　第二、公交站牌自动识别系统(场外管理);

　　Ⅰ、系统的拓扑结构图

　　包括远距离读写器、远距离电子标签、后台处理系统、GPRS系统、广播系统。

　　Ⅱ、系统的工作流程和特点

　　公交车驶出公交车站，被安装在公交车站出入口的读写器识别，当出入口外读写器识别到附着在公交车上的远距离电子标签时，读写器会发出特殊指令将标签另一特殊ID激活，ID被激活后会输出一个信号给广播系统，此时广播系统即可准时播报站点信息，如：“下一站公主坟站，请乘客做好下车准备，准备下车”;当公交车辆距离公交站点公主坟站100-200米的位置时，站点端读写器会远距离识别到车辆上的电子标签，同时安装在站点的远距离读写器发出特殊指令将附着在公交上电子标签的另一特殊ID激活，ID被激活后会输出一个信号给广播系统，此时广播系统即可准确播报站点信息，如“前方到站公主坟站，请乘客做好下车准备，准备下车”;与此同时，GPRS会将站点设备IP地址、标签ID传输到公交车站调度分中心，调度中心根据站点读写器IP地址、标签ID与事先预存信息做对比，这样就能很清楚知道某辆公交的具体位置、司机、站点停留时间等等信息。

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　　第5章 系统硬件介绍

　　RW-R 902 通用型读写器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 80米

　　识别速度 ： 200 公里 / 小时

　　识别能力 ： 同时识别 200张以上的标签

　　识别角度 ： 定向(垂直25° 水平25°)

　　极化方式 ： 垂直极化

　　增 益 ： 17dBi 接收32级可调、发射4级可调

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.483 GHz

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　封装特性 ： 正面ABS工程塑料，背部铝合金腔体

　　可 靠 性 ： 防雷防水防冲击，满足工业环境要求

　　接口标准 ： RS232 RS485 Wiegand26 或 RJ45、WiFi等、各种开发用软件接口

　　扩展I/O ： 信号输入与输出各2路

　　电源标准 ： DC 9～12V 500～800mA

　　外形尺寸 ： 268×268×80mm

　　重 量 ： 2.4kg

　　安装方式 ： U型专用金属安装套件

　　详细说明

　　工作模式

　　读写器的工作模式为“被动式”，正常工作时读写器处于接收状态，实时接收“主动式”有源电子标签发出的信号，并将接收到的数据转送到后台管理系统中。

　　识别距离

　　读写器与公司的“主动式” 有源电子标签配合，在良好的可视环境下，最大识别距离可达到150米。在具体应用中与无源标签相比较，超强的信号和超长的识别距离具有非常大的优势。

　　当用户对识别距离有不同要求或应用环境较复杂时，可选择不同信号强度的有源电子标签和读写器，并可通过软件调节读写器的增益来达到所需的识别距离。

　　识别速度 & 能力

　　在读写器的有效识别范围内有源电子标签以最高200Km/h的速度运行时，可以保证稳定识别。这一特性特别适合行驶中的车辆及车乘人员的身份识别。

　　读写器能够同时读取200张以上的有源电子标签，识别准确率99.999%;在极短的时间内可以确保全部识别不漏读。这一特性特别适合学校、特大型企业的人员管理以及大量资产监控、仓储管理应用。

　　通讯安全

　　读写器和配套的有源电子标签进行通讯时，使用特殊通讯协议，对设备的合法性进行校验，为防数据破解而研发了缜密的加密算法，确保通讯过程数据安全。

　　可靠工作

　　产品充分考虑了防雷、防水、防冲击等工业环境应用要求;生产过程严格依照ISO9001质量标准进行多环节质量检测，确保用户拿到的产品充分满足性能要求。

　　接口标准

　　读写器提供RS485 weigand26二种标准的硬件接口。如需要RS232 RJ45或WiFi等接口时，请在订货时说明。公司提供符合Windos系列操作系统环境的标准软件接口，以DLL或直接以通讯协议的形式提供。

　　RW-T 901 读写型电子标签

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 100米可调

　　写入距离 ： 0 ～ 30米可调

　　识别速度 ： 200 公里 / 小时

　　识别能力 ： 具备200张/秒的防冲突性能

　　识别方式 ： 全向识别

　　存储空间 ： 96B、8KB、16KB共三种可选

　　固定增益 ： 0～3级可按需选定

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.483GHz

　　功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级

　　使用寿命 ： 单电池6-8年，到期可更换电池

　　电压检测 ： 电压低于预设值时无线或LED提示

　　通讯速率 ： 250K、1M、2M b/s三种可选

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　封装特性 ： ABS工程塑料，抗高强度跌落与振动

　　环境特性 ： 工作温度-40℃ ～85℃

　　工作湿度<95%

　　防 拆 性 ： 按要求可提供防拆(报警)功能

　　可 靠 性 ： 防水防冲击防腐蚀，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 65×34×6.6 mm

　　外 形 ： 圆型/椭圆型/方卡型等，可按要求定做

　　安装方式 ： 双面胶粘贴或挂扣

　　详细说明

　　工作模式

　　标签采用“主动方式“进行工作，主动发射信号给读写器。发射频次可调。标签内部采用高能扣式锂电池，电池到期可按提示自由更换。标准环境下，单电池提供的能量可以保证标签连续工作3年左右。

　　识别距离

　　公司的读写器与该 “主动式” 有源电子标签配合，有源标签在具体应用中与无源标签相比较，超强的信号和超长的识别距离具有非常大的优势。在良好的可视环境下，最大识别距离可以达到100米，写入距离可达到30米。

　　当用户对识别距离的长短有不同要求，或应用环境比较复杂时，可以选择使用不同信号强度的有源电子标签和读写器，并可通过系统软件改变读写器的增益值来达到所需的识别距离。

　　识别速度 & 能力

　　在读写器的有效识别范围内有源电子标签以最高200Km/h的速度运行时，可以保证稳定识别。这一特性特别适合行使中的车辆及车载人员的身份识别。

　　通讯安全

　　有源电子标签与配套的读写器进行通讯时，使用特殊通讯协议，对设备的合法性进行校验，为防数据破解而研发了缜密的加密算法，确保通讯过程数据安全。

　　可靠工作

　　产品充分考虑了防雷、防水、防冲击等工业环境应用要求;生产过程严格依照ISO9001质量标准进行多环节质量检测，确保用户拿到的产品充分满足性能要求。

　　接口标准

　　符合ISO18000-4标准规范

　　RW-R 800型发卡器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 50cm

　　识别速度 ： 300 毫秒

　　识别能力 ： 同时识别单张或多张标签

　　识别角度 ： 集中于读卡区域正上方

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.483 GHz

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　封装特性 ： 正面ABS工程塑料，背部铝合金腔体

　　可 靠 性 ： 防雷防水防冲击，满足工业环境要求

　　接口标准 ： RS232、各种开发用软件接口

　　电源标准 ： DC 9～12V 500～800mA

　　外形尺寸 ： 148×175×34mm

　　重 量 ： 480g

　　详细说明

　　工作模式

　　发卡器的工作模式为“被动或主动式”。正常工作时发卡器处于接收状态，实时接收“主动式”有源电子标签发出的信号;或向电子标签无线写入相关信息。

　　发卡器读到标签的ID时，可以LED闪烁或蜂鸣器鸣响的方式提示出来。

　　识别距离

　　该发卡器的识别距离为0～50cm左右，范围集中于发卡器正上方区域。

　　识别速度 & 能力

　　识别速度主要取决于电子标签的发射时间间隔，发卡器收到电子标签的信息后无延时向电脑端发送该标签的数据。

　　如果配合使用的是读写型的电子标签，那么本发卡器还可以向此电子标签写入相关信息。容量取决于电子标签本身。

　　通讯安全

　　读写器和配套的有源电子标签进行通讯时，使用特殊通讯协议，对设备的合法性进行校验，为防数据破解而研发了缜密的加密算法，确保通讯过程数据安全。

　　可靠工作

　　产品充分考虑了防雷、防水、防冲击等工业环境应用要求;生产过程严格依照ISO9001质量标准进行多环节质量检测，确保用户拿到的产品充分满足性能要求。

　　接口标准

　　读写器提供RS232标准的硬件接口。如需要RS485、RJ45或WiFi等接口时，请在订货时说明。公司提供符合Windos系列操作系统环境的标准软件接口，以DLL或直接以通讯协议的形式提供。