摘要 系統(tǒng)結(jié)合新一代信息技術(shù)的重要組成部分——物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)技術(shù)理念，利用各類傳感器收集信息，并將信息通過GPRS網(wǎng)路發(fā)送給綜合信息處理平臺，平臺對各班次公交車的各類信息進(jìn)行存儲和分析，并實時更新。用戶通過手機(jī)登錄綜合信息處理平臺Web界面即可獲取想要秉坐的公交車具體信息，從而給用戶的出行帶來便捷。
關(guān)鍵詞 智能公交；物聯(lián)網(wǎng)；無線通信

1 研究背景
    隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展及公交系統(tǒng)的不斷完善，公交車已成為城市居民出行的主要交通工具。但由于城市公交線路四通八達(dá)，且隨著城市擴(kuò)建而快速發(fā)展，新的公交線路在不斷延伸和開辟，再加上單行道、禁左等道路交通約束，出現(xiàn)了交通擁堵問題。而且近年來嚴(yán)重的交通擁堵問題不僅局限于大城市，在二線甚至三線城市也開始蔓延。根據(jù)中國汽車協(xié)會2010年發(fā)布的數(shù)據(jù)，2009年中國汽車銷售量達(dá)1 364．48萬輛，超過美國成為全球第一，其中乘用車數(shù)量為1033.13萬輛，同比增長53％。而去年全國公路增長里程共計9.8萬公里，同比下降33％。二者之間的不均衡發(fā)展導(dǎo)致了交通安全事故頻發(fā)、城市居民乘車出行不便、上下班時間增加等問題。
    隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，公交查詢系統(tǒng)因運而生。因此也出現(xiàn)了基于各種技術(shù)的公交查詢系統(tǒng)，如基于ASP．NET+XML的公交查詢系統(tǒng)、基于J2ME的公交查詢系統(tǒng)、基于GIS、GPS、RS的公交查詢系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)能提供電子地圖、二維數(shù)字城市中的地圖和三維城市模型的信息、高精度的GPS定位服務(wù)，但是他們無法及時反應(yīng)出某一時刻某一站點的來車詳細(xì)信息。
    目前大多數(shù)的公交查詢系統(tǒng)，基本具備以下功能：采用車站站點查詢、車次查詢、模糊查詢、站至站查詢4種查詢形式，不僅能夠查詢到各條線路的起停站點，同時還能夠分析出換乘車輛情況。但是由于各個地區(qū)公交車數(shù)據(jù)龐大，無法迅速、準(zhǔn)確地查到所需要的目的地以及各個車次所經(jīng)過站點的信息，導(dǎo)致查詢不便且結(jié)果復(fù)雜缺少人性化。另外，物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。但其應(yīng)用方面多是對于一些大型行業(yè)，還沒有擴(kuò)展到民用基礎(chǔ)設(shè)施上。
    而本系統(tǒng)可以給用戶帶來意想不到的便捷，通過登陸網(wǎng)站即可查到用戶要乘坐的公交車的具體情況，包括距用戶還有多少站以及車上乘客數(shù)量，這樣即使正在趕往公交站臺的路上，也不用擔(dān)心會誤了最快到達(dá)的公交車。同時用戶也可以作出等待還是換乘別的路線的公交車的選擇，這樣不僅節(jié)省了時間而且使公交資源最大化利用。

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)技術(shù)理念，利用特定裝置如紅外掃描等對公交車的乘客數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，將RFID標(biāo)簽嵌入到公交站牌上，公交車路過站牌時自動提取站點信息，同時實現(xiàn)彎道提醒、線路提醒等功能。車載信息存儲模塊將乘客數(shù)量信息、站點信息和車輛上下行信息匯總和儲存，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至綜合信息處理平臺，平臺對各班次公交車的信息進(jìn)行排序整理，作出為每一站點的兩個方向生成各自數(shù)據(jù)模塊等處理，同時上傳互聯(lián)網(wǎng)，并實時更新。
    從技術(shù)架構(gòu)上看，基于物聯(lián)網(wǎng)的公交信息查詢系統(tǒng)可分為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。(1)感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括紅外傳感器、RFID等感知終端。感知層主要功能是識別物體和采集信息。(2)網(wǎng)絡(luò)層由無線通信、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。系統(tǒng)擬建立公交信息綜合處理平臺，基于互聯(lián)網(wǎng)編程實現(xiàn)公交信息數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)，并對接受信息進(jìn)行排序、添加、刪除及實時更新，包括整個平臺的維護(hù)等。(3)應(yīng)用層是公交信息查詢系統(tǒng)和用戶的接口，它實現(xiàn)公交信息查詢系統(tǒng)的智能應(yīng)用。本系統(tǒng)擬采用用戶手機(jī)查詢?yōu)g覽公交信息查詢系統(tǒng)網(wǎng)頁的方式實現(xiàn)公交信息查詢系統(tǒng)的用戶應(yīng)用。
    系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 基于GPRS的信息傳輸方案設(shè)計
    系統(tǒng)采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)車載終端與監(jiān)控中心的通信，并以華為公司GTM900-C無線通信模塊為例，具體介紹車輛監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄒ约瓣P(guān)鍵技術(shù)。
    GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺的流程為：(1)檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。(2)用戶發(fā)出GPRS登錄請求，請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；(3)根據(jù)請求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺連接的GGSN，并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN；(4)GGSN將用戶認(rèn)證信息(包括手機(jī)號碼、用戶賬號、密碼等)通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證；(5)Paddius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請求，向DHCP服務(wù)器請求分配用戶地址；(6)Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；(7)用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺進(jìn)行訪問。(8)訪問后關(guān)閉鏈路。
    下面基于上述流程，并結(jié)合實際實驗操作，詳解可能用到的AT指令。
3．1 建立GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制指令
    系統(tǒng)設(shè)計的主要思路是單片機(jī)通過發(fā)送AT指令控制GPRS模塊建立無線信道、完成數(shù)據(jù)傳輸。GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)主要有兩種方式：通過域名解析進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)傳輸。AT指令實現(xiàn)通過IP地址進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制指令如下：
    (1)AT+CSQ查詢網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。實驗中在串口調(diào)試助手上返回“+CSQ 31，99”，說明網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好。通常，CSQ為24以上就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量良好。
    (2)AT+CPIN?查詢SLM是否準(zhǔn)備好。實驗中返回“+CPIN READY”說明SIM準(zhǔn)備就緒。
    (3)AT+CGREG?查詢是否注冊成功。實驗中返回“+CGREG：0，5”說明注冊成功。
    以上3步主要是確認(rèn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)和模塊的狀態(tài)。
    (4)AT+CGDCQNT=1，“IP”，“CMNET”設(shè)置APN無線接入點。實驗中返回：“OK”，說明接入點設(shè)置成功。APN(Access Point Name)，即“接入點名稱”，是在通過手機(jī)上網(wǎng)時必須配置的一個參數(shù)，它決定了手機(jī)通過哪種接入方式來訪問網(wǎng)絡(luò)，用來標(biāo)識GPRS的業(yè)務(wù)種類，目前分為兩大類：CMWAP／UNIWAP／3GWAP和CMNET／UNINET／3GNET。中國聯(lián)通2G業(yè)務(wù)WAP瀏覽器中使用的APN為“UNIWAP”，3G業(yè)務(wù)WAP瀏覽器使用的APN為"3GWAP"；中國聯(lián)通的2G上公網(wǎng)使用的APN為“UNINET”，3G業(yè)務(wù)上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“3GNET”。中國移動上內(nèi)網(wǎng)的APN為“CMWAP”，上網(wǎng)卡及上公網(wǎng)使用的APN為“CMNET”。實驗中使用移動動感地帶，APN設(shè)置為“CMWAP”。
    (5)AT％ETCPIP=“”，“”進(jìn)行PPP撥號。實驗中返回：“OK”，說明撥號成功。
    (6)AT％ETCPIP?查詢獲得本地IP地址，以用DNS服務(wù)器地址。實驗返回：+ETCPIP：1，“10．73．11．1”，“211．138．24．71”，“211．138．30．66”。其中“10．73．11．1”是本地IP，“211．138．24．71”，“211．138．30．66”是獲得的DNS服務(wù)器地址。
    (7)AT％IPOPEN=“ICP”，“192．168．1．101”，1234(實驗時改成自己的IP和端口號)。
    (8)AT％IPSEND=“616263313233”。發(fā)送abc123。此處由于使用華為公司GTM900-C無線通信模塊，數(shù)據(jù)以16進(jìn)制發(fā)送，所以發(fā)送的是abc123的16進(jìn)制表示。

    (9)AT％IPOPEN?查詢鏈路狀態(tài)。試驗中返回：“TCP”，”211．252．207．107”，1234，1026。AT％IPOPEN之后，要等待直到出現(xiàn)CONNECT或者CONNECTERROR之類的提示信息才能做下一步的操作。
    (10)AT％IPCLOSE和AT％IPCLOSE=5關(guān)閉連接。實際中必須等待連接成功后才能關(guān)閉。
3．2 數(shù)傳終端的硬件設(shè)計
    系統(tǒng)中單片機(jī)串口利用MAX232完成TTL／CMOS電平轉(zhuǎn)換后與GPRS模塊相連接，實現(xiàn)模塊初始化和數(shù)據(jù)收發(fā)。同時擴(kuò)展串口可與GPS接收機(jī)或其他嵌入式系統(tǒng)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交換。MCU選用Atmel公司的AT89S51；GPRS模塊選用華為公司GTM900-C無線通信模塊。
3．3 數(shù)傳終端的軟件實現(xiàn)
    系統(tǒng)軟件設(shè)計的核心部分是單片機(jī)與GPRS模塊的通信，兩者間需定義通信協(xié)議、規(guī)定幀格式，通過AT指令實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的附著、PDP激活、Internet的接入及數(shù)傳。系統(tǒng)程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，主要分為系統(tǒng)初始化模塊、建立連接模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、斷開連接模塊4部分。
3．3．1 初始化及通信協(xié)議
    通信協(xié)議功能：實現(xiàn)GPS模塊、藍(lán)牙模塊、GPRS模塊與單片機(jī)間的通信。此處信息由GPS、藍(lán)牙采集，經(jīng)過單片機(jī)處理后經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

    幀格式說明：1，幀頭。0xff，一幀的起始位置。2，幀類型。0x01，代表命令幀；0x02，代表數(shù)據(jù)幀。3，區(qū)別碼。0x11：模塊發(fā)送信息給單片機(jī)；0x12：單片機(jī)發(fā)送信息給模塊。4，設(shè)備號。0x20：單片機(jī)；0x21：GPS模塊；0x22：藍(lán)牙模塊；0x23：GPRS模塊。5，內(nèi)容長度。
0x(xx)，xx為適當(dāng)?shù)闹怠?，命令類型。0x31：讀取目標(biāo)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)；0x32：讀取目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)。7，內(nèi)容。在不使用它的命令格式中，它的值無意義，為通信方便，在不使用它的命令格式中，規(guī)定其值為0x00。8，校驗碼。從第一個字節(jié)開始到Xor的前一字節(jié)，共N-1 Byte，作異或運算。
3．3．2 建立連接
    為方便程序設(shè)計，將建立連接所需的AT命令以字符串形式存放于AT命令緩存區(qū)，所需多條AT指令長度不一且發(fā)送順序不可改變，為有效控制每條AT指令、提高CPU利用率需將AT指令緩存區(qū)設(shè)置為指針數(shù)組形式，在建立連接時通過循環(huán)調(diào)用字符串發(fā)送函數(shù)將AT命令發(fā)送，相鄰AT命令間需要2～3 s的延時，每發(fā)送完一條AT命令調(diào)用一個3 s的延時子程序，然后通過串口中斷接收函數(shù)接收AT命令返回值來判斷連接是否成功。注意，AT命令均以回車符作為結(jié)束標(biāo)志，并以字符串形式傳送，因此在定義AT命令緩存區(qū)時應(yīng)注意轉(zhuǎn)義字符的使用。
3．3．3 數(shù)據(jù)傳輸
    在與上位機(jī)連接成功后，通過字符串發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩存區(qū)仍需設(shè)置為指針數(shù)組形式，發(fā)送數(shù)據(jù)的原理與建立連接時的基本相同，但數(shù)據(jù)的接收是通過串口中斷接收函數(shù)完成的，同時將接收到的數(shù)據(jù)必須先放入接收緩存區(qū)以便作顯示處理。需要指出的是，串口中斷程序既要接收指令返回值又要接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，這兩種接收信息的處理方式不同，所以在中斷函數(shù)中應(yīng)通過設(shè)置兩個不同的標(biāo)志來解決這一問題。
3．3．4 斷開連接
    數(shù)據(jù)鏈路的釋放可通過發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志“+++”實現(xiàn)，但必須延時一定時間后再發(fā)送斷開連接指令：AT#CONNECTIONST；AT+OGATT=0。

4 綜合信息處理平臺的設(shè)計
    綜合信息處理平臺，包括網(wǎng)絡(luò)通信模塊，歷史記錄分析模塊、Web登錄管理界面模塊，該Web登錄管理界面模塊，用于登錄管理公交車查詢系統(tǒng)的綜合信息處理平臺，該網(wǎng)絡(luò)通信模塊用于接收移動通信終端傳輸?shù)膶崟r公交車信息，并將其數(shù)據(jù)傳輸至歷史記錄分析模塊進(jìn)行存儲和分析，待用戶登錄查看。綜合信息處理平臺結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

    系統(tǒng)中，綜合信息處理平臺當(dāng)接收到網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)來的公交車數(shù)據(jù)時，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，統(tǒng)計和儲存，當(dāng)有用戶通過Web界面連接到平臺之后，新建立一個子線程為其服務(wù)，之后接收到用戶傳輸過來的查詢數(shù)據(jù)，按照協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、統(tǒng)計和分析，并將結(jié)果反饋給用戶。

5 結(jié)束語
    系統(tǒng)完成了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的公交車信息查詢系統(tǒng)，很好地利用了物聯(lián)網(wǎng)的采集處理發(fā)送信息等相關(guān)理念，是一款使用簡單、操作方便、查詢速度快、目標(biāo)車輛明確的信息查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)是信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的新興研究方向，既是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的探索和應(yīng)用，又是對實際問題的解決。