张 涵 丁柏群 巴兴强 宋爱秋 张宇洁

(东北林业大学交通学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

1 现状分析

我国交通行业发展迅猛，人均汽车保有量不断飙升，在带动经济发展的同时也造成了很多问题，比如城市道路的拥挤问题。而解决城市拥堵问题的有效方法就是倡导人们公交出行。公交车作为一种公共交通运输方式，具有运输效率高，运输乘客数量大等优点，但是各种问题导致的公交车线路规划不合理对公共出行造成了一定影响，因此公交车线路优化是城市交通规划研究的重点问题之一。传统的线路优化数据采集方式主要是人工采集，效率低，数据量小，成本高。为解决这些问题，蔡晓利做出了公交车人数统计系统设计与实现[1]的研究，张雪飞等人进行了基于TCP的公交车客流量统计系统设计[2]，但是这些研究都未得到广泛应用，因此本文提出一种基于Arduino的公交车客流量大数据采集系统设计。

2 技术方案

2.1 设计目标

本系统在对公交车载客量进行检测的同时，还可以实时地向公交调度中心反馈客流量信息，便于调度中心进行公交车辆精准调度，可有效地提高公交运营效率，缓解城市道路交通拥挤。可见，探究、推广公交客流量统计系统，是一项既有显著经济效益又有良好社会效益利国利民的项目。

2.2 设计思路

本文设计一种基于Arduino的公交车客流量大数据采集系统，该系统由基于Arduino单片机、红外测距传感器、GPS模块和蓝牙模块的公交车载客量统计装置和数据采集处理终端两部分构成，其中公交车载客量统计装置通过检测一组红外测距传感器的测距值变化实现对上下车人数的实时监控，通过GPS模块获取公交车在行驶过程中的经纬度、时间以及速度信息，最后驱动蓝牙模块，将每一站的上下车人数信息实时发给公交调度中心的数据采集处理终端，从而实现一套完整的实时客流量检测系统。

2.3 硬件设计

在每台公交车的前、后车门分别安装有一对红外测距传感器，根据乘客上下公交车时，身体遮挡前后两个红外测距传感器的时间差自动统计上下车乘客的数量，进而计算出各时段车内乘客总数，并通过载客量采集器内的GPS模块获取公交车在行驶过程中的经纬度、时间及行驶速度信息。

基于红外测距传感器的公交车载客量统计装置，主要包括GP2Y0A02YKOF红外测距传感器的预处理、GPS数据包的解析以及蓝牙模块的驱动。GP2Y0A02YKOF红外测距传感器的预处理过程包括输出特性曲线拟合和传感器输出波形噪声扰动的滤除，将预处理后的传感器的测距值输入至客流量统计算法，实现对当前公交车内载客量的实时统计。

基于Labview开发信息采集处理终端，将每一站的上下车人数信息实时发给信息采集处理终端，对数据进行实时监测，实现公交控制中心的管理人员对公交客流量数据和公交车GPS信息进行实时掌控，从而实现了一套完整的实时客流量检测系统。

3 蓝牙无线通讯

由于公交车门位置的特殊性，系统的数据采集部分需要无线模块的支持，无线模块负责将单片机采集的数据通过无线的方式传输到上位机，要求无线模块满足体积小，造价低，传输速率高的要求。本系统采用蓝牙4.0进行无线传输。

蓝牙无线传输协议主要分为以下四个部分：

1)建立连接。

在无线网建立之前，所有设备都处于就绪状态。在该状态下，未连接的设备每隔1.28 s监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的32个跳频频率上监听信息。

2)差错控制。

基带控制器采用3种检错纠错方式：1/3前向纠错编码(FEC)；2/3前向纠错编码；自动请求重传(ARQ)。

3)认证与加密。

认证与加密服务由物理层提供。

4)软件结构。

蓝牙设备应具有互操作性，对于某些设备，从无线电兼容模块和空中接口，直到应用层协议和对象交换格式，都要实现互操作性。蓝牙传输协议如下：

建立连接→差错控制→认证与加密→软件结构。

蓝牙连接的方式主要有两种：

1)蓝牙和设备自带蓝牙相连。这种方式需要设备自带蓝牙，且匹配过程较为复杂。

2)蓝牙和设备之间通过蓝牙串口套件相连。

为防止某些设备没有自带蓝牙，或蓝牙版本过旧，连接困难的情况，本设计选用第二种方式连接蓝牙。为保证能正常使用蓝牙及其串口套件进行无线传输，首先要对蓝牙进行设定。这种方式需要使用2个蓝牙芯片，一个用于数据发送，另一个用于串口套件。为保证两个蓝牙芯片能正常完成通讯，首先需要设置名称，使两个芯片使用一个名称；其次要进行主从机的设定，用于数据传输的一对蓝牙芯片必须有一个主机，一个从机；最后设定蓝牙的波特率，这里的波特率要与单片机的保持一致。这些都设定好之后，两个蓝牙就可以传送数据了。蓝牙串口套件可以把接收到的数据用串口的方式输送到设备中，上位机通过读取串口的方式即可获得发送端蓝牙的数据，具体流程图如图1所示。

4 结语

实验表明，本文中的公交客流量统计装置可解决目前公交客流量统计装置均存在的安装困难、器件容易磨损、安装后影响乘客正常通行以及统计数据精度低等缺点，且该装置生产成本及维护成本较低，并将多种元件进行集成，外观小巧，可实现无损安装，便携性大大提高，具有蓝牙功能，可实现数据的无线传输，为公交客流量调查人员提供一种更为方便的客流量统计手段。通过该公交车客流量统计系统可以有效统计公交乘客流量，并将客流量数据实时发送到交通管理平台，实现对大数据的采集，为公交车线路优化提供了有效的数据。