一种公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法及其智能公交站台与流程

本发明涉及一种公交车进站停靠泊位分配方法及乘客引导系统，尤其是涉及一种公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法及其智能公交站台。

背景技术：

公共交通作为一种人均占有道路资源小的居民出行方式，被认为是缓解城市交通拥堵的重要措施。公交站台是公交网络中的重要节点之一，提高公交站台的服务质量将有利于提高公交线路的运行质量和服务水平。

为了提高公交站台的服务水平，有相关学者对其进行了研究。长安大学学报(自然科学版)2010,30(1):83-87公开了一种基于单片机的智能公交系统，采用无线跳频通信技术传输站台信息，实现了自动播报到达公交站台的公交线路号的功能，但该设计不能实现公交车在站台具体停靠位的提醒。陈耀如(公交站台多停靠位乘客组织与智能引导[d].济南:山东大学,2014.)通过对车辆到站前路段运行时间和车辆在站停站时间的预测，提出基于公交乘客总等待时间最短的泊位动态分配算法，但其指出预测受不确定因素的影响，可能出现泊位分配不合理，有可能存在需要二次分配停靠泊位的情况。周本钰(多泊位公交站实时排队诱导系统设计[d].成都:西南交通大学,2014.)利用公交调度中心对公交车队数据进行分析，确定公交车进站的停靠泊位，并为车辆提供路段行驶速度指令来实现车辆的定点停靠，但未给出具体的停靠站泊位分配方法。中国实用新型专利201621286520.4提供了一种城市brt智能引导系统，该系统利用站台的计算机控制装置给即将到站的车辆分配站台停靠位置，再通过后台控制中心传递给公交车泊位分配结果。但该文献没有介绍计算机控制装置给即将到站的公交车分配泊位的方法。中国发明专利201610724442.x提出一种多泊位公交站智能泊位分配与排队诱导系统。该系统包括车载终端，公交站台终端，控制处理中心。其过程是基于车辆的位置信息与检测区域的位置信息通过泊位分配方法对公交车进行泊位分配，将分配结果显示在站台和公交车的显示屏上。该文献中泊位分配方法是以站台泊位停靠车辆、已经过站台车辆及已进入感应区域的车辆为基础，通过计算方法确定到站公交车的停靠位置。该方法需让公交车一个一个排队进站，不适用于公交车超车进站的情况。前述两个专利文献要实现公交车的泊位分配功能，需要车辆、站台及公交控制中心的三方参与，系统较为复杂。中国发明专利201510442320.7涉及一种基于zigbee技术的公交进站引导方法。其通过在车站建立zigbee自组网络，并利用车站协调器捕捉车位前的红外感应模块所输出的电平信号，根据公交车载终端与车站的距离以及捕捉的低电平信号分配车位，并将车位分配信息显示出来。该文献未对红外感应器的设置方法进行深入研究。该文献中公交车利用zigbee自组网络向车站协调器发送数据，再通过rssi定位算法确定距离站台最近的公交车，然后根据泊位分配方法分配该车辆的停靠泊位；但该技术通过rssi定位算法确定公交车与站台的距离会存在误差，且当多辆公交车并行时，可能会错误的辨别出距离站台最近的公交车。在站台引导信息提前多少时间预报方面上述各文献均为未提及。通过上述分析可知：第一，现有的智能站台只是笼统的提出提前预报车辆到站信息，并未确定车辆到站信息的预报时间提前量；第二，现有的公交车泊位分配大多建立在预测模型和公交车定位的基础上，位置信息存在一定误差。

技术实现要素：

为了消除由于公交车进站停靠位不确定所导致的乘客在站台内追车现象，本发明利用红外遥控技术、红外避障传感技术、数码管显示及语音播报技术，设计出一种公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法；及一种由站前感应、车位检测、智能分配及实时引导四个模块组成的智能公交站台。

本发明所采用的技术方案：

一种公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，对即将到站的公交车进行限制和引导，使其驶入相应的分配泊位，并准确预报公交车进站的停靠位置，

1)利用标志标线对停靠站泊位进行划定，利用红外避障传感器检测停靠站内各泊位的空置情况，利用红外遥控设备获得公交车即将到站的信息；基于以上信息，运用泊位分配原则对停靠站的空置泊位进行动态分配；

2)综合考虑乘客在得知车辆停靠信息后，到达相应的等候位置所需的时间，确定车辆到站信息的预报时间提前量；根据动态分配结果，利用数码管及语音播报设备对公交车及乘客进行实时引导，使其提前到达即将到站公交车所要停靠泊位的相应等待区准备上车。

所述的公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，在公交站台前某一位置设置站前感应点，采用站前感应的方法，在公交车即将到达公交站台前站前感应点时，通过感应装置获得公交车即将到站及公交车路线的信息：

1)将公交车从站前感应点到达站内第一分配泊位停车线所需的时间t1(下文称公交车运行时间)大于等于站内乘客从获得提示信息开始步行到达相应等待区所需的准备时间t0(下文称为乘客准备时间)作为基础，计算当两个时间相等时公交车在此时间段内运行的距离，将此距离作为感应点位置设置的依据；

2)将红外遥控设备安装在公交车上，同时在感应点的机非分隔带上也安装红外遥控设备；当公交车到达感应点，红外遥控设备之间相互感应，实现公交车与感应点信息的相互传输，实现公交车到站前的特定感应，从而将公交车线路信息传输给公交站台。

本发明的有益效果：

1、本发明能够准确预报公交车进站的停靠位置，并提前组织乘客到达相应的公交车停靠位，可以减少站台混乱，提高公交车的服务水平。综合考虑了乘客在得知车辆停靠信息后，到达相应的等候位置所需的时间，从而确定车辆到站信息的预报时间提前量。

2、本发明确认公交车即将到站的方式与现有技术不同：本发明车辆即将到站的信息是通过设置感应点(通过该点位置的特定公交车才能被感应)，当公交车到达感应点时，触发感应器，再通过遥控设备实现车辆线路信息的传输，从而获取车辆即将到站。然后运用交通控制手段对即将到站的公交车进行限制和引导，使其驶入相应的分配泊位，规范进站公交车的停靠。

3、本发明运用单片机技术设置站台系统和车载系统，在站台前一定距离设置红外遥控设备，当公交车到达设置红外遥控设备的位置时，站台控制机利用泊位分配方法对该车辆进行泊位分配。与现有系统的中需要监控中心，站台，车辆三方参与存在不同，系统建设成本低、实施技术难度小。

4、本发明利用嵌入式技术设计出一种由站前感应、车位检测、智能分配及实时引导四个模块组成的智能公交站台，可以减少站台混乱，提高公交车的服务水平。实物模型演示表明，本设计成功实现了预报公交车进站的停靠位置和提前组织乘客的功能，达到了预期目的。通过对红外感应器的设置高度，水平位置以及感应范围都进行了研究，从而较大程度地避免了社会车辆和乘客对检测结果的干扰。

5、本发明基于乘客得知公交车进站信息后，到达乘车等候区所需的准备时间，确定检测公交车即将到站的感应点设置位置的计算方法；基于对公交车辆车体特征及其进站停靠位置的分析，提出运用红外感应技术检测公交站台各泊位是否有公交车辆停靠的方法；基于站台泊位空闲检测结果，采用空闲泊位由前到后，先到达感应点的公交车先分配的原则实现公交车停靠泊位的动态分配。

6、本发明运用交通控制理论，对站内乘客准备时间与公交车从站前感应点到达分配泊位的时间之间的关系进行分析，得出了以乘客准备时间为基础的站前感应点布置距离的计算方法；通过对公交车车体尺寸和停靠特性进行分析，确定检测公交站台内泊位空置情况的红外传感器的安装高度、前后位置以及感应距离。

附图说明

图1是本发明公交站台泊位和乘客等待区设置图；

图2是本发明设计思路示意图；

图3是本发明方框原理图；

图4是本发明站前感应点计算示意图；

图5是本发明站前感应控制电路图；

图6是本发明车位检测控制电路图；

图7是本发明控制机电路图；

图8是数码管显示电路图；

图9是公交站台总体电路图；

图10是本发明实物模型模拟结果。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1、图2、图3，本发明公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，通过对即将到站的公交车进行限制和引导，使其驶入相应的分配泊位，并准确预报公交车进站的停靠位置，其与现有技术不同的是：

1)利用标志标线对停靠站泊位进行划定，利用红外避障传感器检测停靠站内各泊位的空置情况，利用红外遥控设备获得公交车即将到站的信息；基于以上信息，运用泊位分配原则对停靠站的空置泊位进行动态分配；

2)综合考虑乘客在得知车辆停靠信息后，到达相应的等候位置所需的时间，确定车辆到站信息的预报时间提前量；根据动态分配结果，利用数码管及语音播报设备对公交车及乘客进行实时引导，使其提前到达即将到站公交车所要停靠泊位的相应等待区准备上车。

实施例2

参见图1～图4，本实施例的公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，与实施例1的不同之处在于：在公交站台前某一位置设置站前感应点，站前感应点就是用于感应公交车到达和信息传输装置的安装位置。在公交车到达公交站台的站前感应点时，通过感应装置获得公交车即将到站及公交车路线的信息：

1)将公交车从站前感应点到达站内第一分配泊位停车线所需的时间t1(下文称公交车运行时间)大于等于站内乘客从获得提示信息开始步行到达相应等待区所需的准备时间t0(下文称为乘客准备时间)作为基础，计算当两个时间相等时公交车在此时间段内运行的距离，将此距离作为站前感应点位置设置的依据；

2)将红外遥控设备安装在公交车上，同时在感应点的机非分隔带上也安装红外遥控设备；当公交车到达感应点，红外遥控设备之间相互感应，实现公交车与感应点信息的相互传输，实现公交车到站前的特定感应，从而将公交车线路信息传输给公交站台。

使用红外遥控技术实现公交车与感应点信息的相互传输，实现公交车到站前的特定感应，从而将公交车线路信息传输给公交站台。

实现以上功能要将红外遥控设备安装在公交车上，同时在感应点的机非分隔带上也安装红外遥控设备。当公交车到达感应点，设备之间相互感应，公交站台能够获得即将到站公交车的线路信息。站前感应控制电路图如图5所示。

实施例3

参见图1～图4，本实施例的公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，与实施例2的不同之处在于，进一步限定了站前感应点设置位置的确定方法：

当公交车即将到达公交站台前某一位置(本文称之为站前感应点)时，通过感应装置获得公交车即将到站及公交车路线的信息。

1)将公交车从站前感应点到达站内第一分配泊位停车线所需的时间t1(下文称公交车运行时间)大于等于站内乘客从获得提示信息开始步行到达相应等待区所需的准备时间t0(下文称为乘客准备时间)作为基础，计算当两个时间相等时公交车在此时间段内运行的距离，将此距离作为感应点设置位置的依据。

根据以上分析，计算过程如下：

(1)确定乘客准备时间t0：t0按照乘客准备时间的最大值进行求解，即按照乘客从站台进站口处到达站台出站口的泊位等待区所需的时间进行计算。

式中：t0－乘客准备时间，s；l－公交站台的长度，m；v0－乘客步行速度，m/s。

(2)确定公交车运行时间t1：

t1＝t1-t2-t3-t4(2)

式中：t1－公交车从感应点开始以路段车速匀速行驶至公交站台渐变段首端所用的时间，s；t2－公交车以路段车速减速至站台内运行车速所用的时间，s；t3－公交车以站内运行车速匀速行驶至开始减速停车的某断面时所用的时间，s；t4－公交车从站内速度减速至零时所用的时间，s；

(3)根据乘客准备时间t0与公交车运行时间t1相等来计算感应点的设置距离：根据公交车运行时各个阶段的不同状态，将设置距离分成四个部分进行计算。

s＝s1+s2+s3+s4(3)

式中：s－感应点的设置距离，m；s1－公交车从感应点开始以路段车速匀速行驶至公交站台渐变段首端的距离，m；s2－公交车以路段车速减速至站台内运行车速所行驶的距离，m；s3－公交车以站内运行车速匀速行驶至开始减速停车的某断面所行驶的距离，m；s4－公交车以站内速度减速至为零时所行驶的距离，m。

根据上述计算思路，首先计算s4，再计算出其它距离，然后由式(3)求出感应点的设置距离。站前感应点计算示意图如图4所示：

①计算s4

式中：a2－公交车以站内速度减速至为零时的加速度，m/s²。

②计算s3及t3

s3＝l-s4(5)

由式(5)计算出公交车以站内车速匀速行驶至开始减速的某断面所用的时间t3。

式中：v2－公交车路段行驶速度，m/s。

③计算s2及t2

式中：a1－公交车以路段车速减速至站台内运行车速时的加速度，m/s²,v1－公交车路段行驶速度，m/s。

④计算s1

根据式(2)(6)(8)计算出t1

t1＝t1-t2-t3-t4(9)

由下式计算出s1

s1＝t1×v1(10)

由以上计算步骤得出s1、s2、s3、s4，再由式(3)求出感应点的设置距离

实施例4

本实施例的公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，与前述各实施例不同的是：采用车位检测模块用于检测公交站台中是否有空置泊位及泊位位置。运用红外传感器检测站台内各个泊位的车辆停靠情况，检测公交站台中是否有空置泊位及泊位位置，将红外传感器连接在公交站台控制机上，当传感器前方有物体遮挡时，红外传感器就会反馈信息；对站台内每个泊位都设置一个红外传感器，利用红外避障传感技术，实时监测公交站台内各个泊位的空置情况。

红外传感器安装位置：公交车的车身高度相比于社会车辆较高，利用公交车具有高大车体的特征，对红外传感器的安装高度进行控制。参考《车库建筑设计规范》(jgj100-2015)中给出的车辆外廓尺寸，公交车车身的长、宽、高分别为12m、2.5m、3.5m，小汽车车身的长、宽、高分别为4.8m、1.8m、2m。因此，将设备安装高度确定为垂直路面上方3m处，同时，将红外传感器的灵敏度进行调试，控制其感应距离在公交泊位的范围内，有效避免社会车辆以及乘客的干扰。为了避免公交车停靠在泊位中的位置过于靠前或靠后，影响红外传感器的检测，红外感应器安装的前后位置亦加以限定，宜安装在各划定泊位停车线后2.5m-10m的范围内。

车位检测控制电路图如图6所示。

实施例5

本实施例的公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，与前述各实施例不同的是：根据站台空置泊位信息利用泊位分配原则对即将到站的公交车进行泊位分配。

该模块是本系统的控制核心，采用stc89c51单片机作为控制芯片，通过对其内嵌预设程序来实施站台空置泊位的有效分配。当控制芯片接收到公交车即将到站信息时，该控制芯片给公交车分配空置泊位。

1)泊位划定：使用标志标线在停靠站划定公交车泊位，并用数字标明泊位号，1号泊位为距离出站口最近的泊位，从1号开始按照阿拉伯数字从小到大的顺序依次往后对泊位进行标记。

2)分配原则：遵守两个基本分配原则：①有空位时按照泊位号由小到大依次分配；②先到达站前感应点的公交车辆先进行泊位分配。

此处以设置3个泊位的港湾式公交站台为例对此原则进行说明：3个泊位的港湾式公交站台的车辆停靠可能出现三种情况，针对每种情况在遵循分配原则的基础上的分配情况如下：

(1)泊位全部空置，将空置的3个泊位按照泊位号由小到大的顺序依次分配给各相继到达的公交车。

(2)泊位部分空置，可以分为以下四种情况：

①第1泊位有车辆停靠，则将2号、3号空置泊位按照泊位号由小到大的顺序依次分配给各相继到达的公交车。

②第1泊位及第3泊位都有车辆停靠，则将2号空置泊位分配给即将到达的公交车。

③第2泊位有车辆停靠，则将1号、3号空置泊位按照泊位号由小到大的顺序依次分配给各相继到达的公交车。

④第3泊位有车辆停靠，则将1号、2号空置泊位按照泊位号由小到大的顺序依次分配给各相继到达的公交车。

(3)公交站台泊位全部有车辆停靠。此时，后续公交车需在站台外的候驶区进行排队等待，等待车位。

泊位智能分配的控制机电路如图7所示。

本发明公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法，通过在站台各泊位设置数码管，显示即将停靠在该泊位的公交线路信息并对该信息进行语音播报，提醒乘客提前到达该线路公交车即将停靠泊位的等待区，做好上车准备。另外，将泊位分配信息通过红外遥控设备传输到公交车的数码管上进行显示，告知公交车驾驶员进站应停靠的泊位号，从而引导公交车定点停靠。

1)乘客引导：通过数码管实时显示和语音设备实时播报来实现。将数码管悬挂在各泊位上方对应的公交站台顶棚下，悬挂高度2m以上，将语音播报设备安装在站台上。当即将到站的公交车被分配到某一泊位时，该泊位的数码管就显示出即将在该泊位停靠的公交车线路信息，并通过语言播报提示乘客提前达到其所乘公交车即将停靠位置的等候区。

2)公交车引导：通过红外遥控设备将停靠位分配情况反馈给公交车车载的红外接收装置，单片机通过车载数码管显示出分配的泊位信息，将信息传递给驾驶员，从而引导公交车进入相应的站台泊位。

3)数码管显示电路图及公交站台总体电路图分别如图8、图9所示。

实施例6

参见图3、图5～图9，本实施例公开了实现前述公交车进站停靠泊位分配及乘客引导方法的智能公交站台，由站前感应控制、车位检测、智能分配及实时引导四个模块组成，其中：站前感应控制模块包括站前红外发送和接收模块以及车载红外发送和接收模块，实现公交车与感应点信息的相互传输，从而将公交车线路信息传输给公交站台；

车位检测模块运用红外传感器检测站台内各个泊位的车辆停靠情况；站台内每个泊位都设置一个红外传感器，所述红外传感器连接在公交站台控制机上，利用红外避障传感技术实时监测公交站台内各个泊位的空置情况；

智能分配模块采用stc89c51单片机作为控制芯片，根据站台空置泊位信息利用泊位分配原则对即将到站的公交车进行泊位分配；

实时引导模块通过在站台各泊位设置数码管，显示即将停靠在该泊位的公交线路信息并对该信息进行语音播报，提醒乘客提前到达该线路公交车即将停靠泊位的等待区，做好上车准备；同时，将泊位分配信息通过红外遥控设备传输到公交车的数码管上进行显示，告知公交车驾驶员进站应停靠的泊位号，从而引导公交车定点停靠。

本发明采用嵌入式技术实现了公交车到站感应、站台内车位空置信息实时检测、对即将到站公交车的车位分配及对乘客与车辆的引导，从而设计出由站前感应、车位检测、智能分配、实时引导四个模块组成的智能公交站台。

通过制作实物模型进行技术验证，结果表明：本设计方案可行，能够实现公交站台准确预报公交车进站的停靠位置和提前组织乘客到达相应公交停靠位置准备上车的功能，达到了预期效果。模拟制作结果如图10所示。