物联网在公交车智能监摔调度系统中的应用研究

摘要：介绍了物联网技术的概念、基本特征、发展现状以及物联网中的关键技术，提出了一种公交车智能监控调度模型，并分析了该系统架构中各个模块的功能，以便在一定程度上促进公交系统的发展，同时也促进物联网的建设与发展。
关键词：网联网；RFID技术；M2M技术；智能监控调度系统

0 引言
    物联网(Internet of Things，IOT)代表了未来计算与通信技术发展的方向，被认为是继计算机、Internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。最初，IoT是指基于Internet利用射频标签(Radio Frequency Identification，RFID)技术、电子产品编码(Electronic Product Code，EPC)标准在全球范同内实现的一种网络化物品实时信息共享系统。后来，IoT逐渐演化成为一种融合了传统网络、传感器、AdHoc无线网络、普适计算等的ICT(Information and Communications Technology)技术，并正在形成一种新的信息产业。
    物联网可将信息与通讯技术充分应用到各行各业，如将传感器嵌入到汽车、家电、电网、桥梁、建筑等物体中，就可通过网络实现智能物体的互联与信息采集，再通过云计算平台实现海量数据的高效处理，以有效共享设备、信息、服务等资源。未来的物联网将最终实现物理网络与社会网络的融合，从而大幅提高人们生产、生活的智能化水平。
    随着经济的高速发展以及信息化工作的推进，人们对交通运输能力要求越来越高。针对当前交通行业信息化应用水平低，行业应用解决方案有待进一步推广应用的现状，本文给出了一种基于物联网的公交车智能监控调度系统，该系统将优化公交调度系统，提高公交服务水平，并对缓解城市交通压力有一定帮助。

1 物联网的概念和体系结构
1．1 物联网的概念
    实际上，物联网就是“物物相连的互联网”。这里面有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接起来进行信息交换和通信，以
实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网与其它网络的关系如图1所示。

    IBM公司提出的“智慧地球”的理念，是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，以形成所谓“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来．实现人类社会与物理系统的整合，以使人类可以以更加精细和动态方式管理牛产和生活，从而达到“智慧”状态。
    2009年8月7日，温家宝总理在视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时，中心负责人向总理提出了发展传感网的建议，温家宝提出，至少三件事情可以尽快去做：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。感知中国概念由此提出。
    M2M是应用通信技术实现机器与机器、机器与人之间数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称，也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术总称。M2M作为实现机器与机器之间的无线通信手段，为制造业的信息管理提供了一种新的解决思路。M2M业务是目前物联网业务中发展最快的部分，是现阶段物联网普遍的应用形式。
1．2 物联网的体系结构
    物联网是由感知层、通信层和应用层构成的三层网络体系。其具体结构如图2所示。

    感知层主要通过智能卡、传感器、工业自动化以及音频、视频等电子工具，对物体进行标识并采集相应的数据信息，使物体智能化，让物体“活”起来。
    通信层一般由物联网平台层和网络层组成。网络层主要进行信息的传送。网络层包括接入网和核心网。接入网可为物联网终端提供网络接入功能、移动性管理等，接入网包括各种有线接入和无线接入。核心网是基于IP的统一、高性能、可扩展的网络，可支持异构接入以及终端的移动性。核心网将会在很大程度上基于已有的电信网和互联网。网络层是物联网信息的基础承载网络，现有各种通信网针对各自的客户目标而设计，因而形成了目前多种异构网络并存的局面。物联网中有多种设备需要接入，因此，物联网必须是异构泛在的。由于物体可能是移动的，因此物联网的网络层必须支持移动性，从而实现无缝透明的接入。
    应用层主要将采集的信息存储在统一的数据中心，并进行数据处理，开发各种应用软件，以便为不同的需求提供智能服务。

2 物联网关键技术
2．1 RFID技术
    射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)俗称电子标签。射频识别技术是一种利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)来实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。由于它是一种非接触式的自动识别技术，因此，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
2．2 传感网络技术
    传感网络技术是传感器、大规模无线传感网络技术及其智能处理技术的结合。
    传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。在传感网中，传感器具有两方面的功能：其一是数据的采集和处理；其二是数据的融合和路由，对本节点采集的数据和其他节点发送来的数据进行综合，然后转发路由到网关节点。网关节点在整个传感网中能通过多种
方式与外界通信。
2．3 M2M技术
    M2M通过人与人(man to man)、人与机器(man to machine)、机器与机器(machine to machine)的通信，可以让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。它可以使设备实时地在系统之间、远程设备之间或者机器和个人之间建立无线连接，以进行数据传输。
    M2M技术的应用几乎涵盖了各行各业，通过“让机器开口说话”，使得机器设备不再是信息孤岛，实现对设备和资产有效地监控与管理，并可通过优化成本配置、改善服务来推动社会向更加高效、安全、节能、环保的方向发展。

3 公交车智能监控调度系统中的物联网模型
3．1 系统结构
    本系统采用一个数据中心和多个调度客户端的架构模式，并采用二级调度(集中调度模式)或三级调度(线路调度模式)模式进行智能化调度。整个系统由公交车载GPS终端，电子站牌，公交车IC打卡器，公交车前、后、腰牌系统，数据传输网络，公交车智能监控调度平台等组成。图3所示是该公交车智能监控调度系统结构图。

    (1)公交车车载GPS终端
    车载GPS终端安装于被监控的车辆上，具有数据采集、信息交互、信息显示、连接并控制其它设备的功能。
    (2)电子站牌
    公交车智能监控调度系统可根据车载GPS终端上报的实时运行状态，及时更新电子站牌上的公交车辆到站距离信息。
    (3)公交车IC打卡器
    公交车IC打卡器与车载GPS终端可通过标准接口(RS232／485、Can2．0、USB2．0)进行连接，打卡信息则可通过无线网络上传。
    (4)公交车前、后、腰牌系统公交车前、后、腰牌系统与车载GPS终端主要通过标准接口(RS232／485、Can2．0、USB2．0)进行连接，以实现远程自动更新或切换公交车路线信息的功能。
    (5)数据传输网络
    公交车智能监控调度系统与车载终端之间采用移动公司2G、2．5G或3G移动通信网实现数据交互，可确保数据传输的稳定性和可靠性。
    (6)公交车智能监控调度平台
    平台可对车载终端上报的数据进行分析处理，并连接GIS地理信息系统，以实现车辆监控、数据信息统计管理、车辆运营调度、自动排班管理、电子站牌信息更新等功能。并可通过互联网随时随地访问公交车智能监控调度平台。
3．2 系统功能
    (1)公交车辆排班
    系统通过对公交车辆忙／闲时段的统计分析，并结合公交人员管理信息，来自动生成运行计划和排班计划。
    (2)公交车辆的监控和调度
    通过公交智能系统可实现区域调度，调度中心可同时对多条公交线路实施调度，并可实现营运车辆跨线路营运、线路间资源调配(人员调配、车辆调配)；也可以通过电子路单和自动报站等系统，对车辆运行实现过程监控。
    (3)IC卡无线传输
    IC卡刷卡机可通过标准数据传输协议与车载GPS终端连接，以实时传输IC卡刷卡机的数据，实时更新IC卡刷卡机的黑名单，同步IC卡刷卡机的时间等。
    (4)公交线路自动切换
    公交车前、后、腰牌系统也可以通过标准数据传输协议与车载GPS终端连接，这样，当公交车线路需要更换时，监控调度中心就可以通过远程操作来实现公交车前、后、腰牌，智能语音报站，电子工单考核的自动变更。

4 结语
    随着物联网的发展，其智能化与联网化稃度将越来越高，并将在社会生活更多的领域巾得到广泛应用，使我们的生活更舒适环保，人与自然更加和谐。本文提出的公交车智能监控系统可使公交系统发展进入一个新的历史阶段，而物联网的应用将成为这个阶段的重要标志。另外，通过后期的研究，还可将该系统推广到其它运输领域。