基于单片机的公交客流检测对可变式公交的优化利用

(整期优先)网络出版时间:2023-04-19
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基于单片机的公交客流检测对可变式公交的优化利用

刘锟,陈元元,王楠,柴⽂平,曾俊宏

(宿州学院 资源与土木工程学院 安徽 宿州 234000)

摘要:本文针对城市的不同区域居民公交出行特征各不相同,没有形成高度集中的出行走廊,这就导致了公交资源的浪费。我们通过公交站台的客流,利用可变式公交可以减轻公交车出现的超负荷运行或空车现象;同时,利用单片机技术检测公交站台的客流,并配合5G网络将客流数据传输到终端,终端计算机经过处理分析站台的客流数据信息,再传输到各条线路的公交车,对线路进行实时调整。当站台客流超过一定阈值,且通过该站台的公交已无法满足乘客对公交的需求,终端将对该站台设置的可变式公交发出指令,在原有路线允许的松弛时间内,可到达该站台进行客流消耗。利用可变线式公交,缓解当前的交通压力,提高公交车运行的效率。以此期望能提升城市高峰时期的公交服务水平,同时响应国家号召“低碳生活,绿色出行。”

关键词:可变式公交;单片机;ROST CM 6;5G网络;

引言:当前社会,城市化进程不断加快,汽车保有量不断增加,交通压力持续加重。为满足社会经济和资源的可持续发展,营造绿色、和谐、美好的生活环境,发展公共交通逐渐成为当前社会的主流。然而传统的公共交通运行效率低下,无法满足居民对公交灵活性的需求。目前,传统的公交缺少灵活性,在高峰时间段部分线路超负荷运行时,由于公交的固定运行,同一时间段有部分较少客流的公交线路与负荷运行公交有着相同的公交站点,但由于线路不同而导致其无法对该线路进行减负,这不仅增加了运营成本,对环境造成了污染,还会使乘客的出行体验大大折扣。

在这种背景下,对当前公交车系统进行优化调整,提高乘客的出行质量和效率,以及改善人们对公共交通的印象就显得尤为重要。这时,就凸显了灵活性公交所特有的优势。所谓灵活性公交,其最主要的特征就是相对于传统公交的灵活、可变。虽然国内外目前有着大量关于可变公交的研究与措施,但在城市人口密集地区依然只能依靠传统公交形式。国内所研究的可变式公交大部分都是用于低密度城区,新兴城区以及城乡交界区。但并未在城市公交系统中实行该项研究。基于此,本项目提出一种基于单片机的公交站客流检测利用可变式公交对城市高压力客流地区进行减负的方案。

1、案例分析:(以宿州学院东校区站点为例)

1.1宿州学院东校区交通环境分析

宿州学院东区站位于学府大道上,附近有皖北卫校、六合新村、宿州学院等人口聚集地。拥有较为庞大的客流量。由于该站台位于大学城周边,客流主体为学生,所以每到节假日,站台人数增长。对此我们通过客流调查和ROST CM 6软件进行调查研究。

1.2客流目的调研

1.2.1研究方法

我们通过对出行乘客的问卷调查,得到数据后利用ROST CM 6进行分析。该软件是武汉大学沈阳教授所研发的编码程序,是我国目前唯一以辅助人文社会科学研究的大型免费社会计算平台。该程序可以对(.txt)文本进行分词、词频统计、出行分析等。我们利用该程序的词频统计分析功能对我们的调查结果进行了统计分析。

1.2.2研究步骤

我们选取几个客流量较大,用车需求多的公交站台进行调查分析。统计了乘客出行的目的地,然后将所有统计好的数据汇总到一个(.txt)文本里面。最终将整个文本带入ROST CM 6软件进行目的地词频统计分析。

2 方案原理及思路

2.1方案原理

根据软件直观分析出该站台到国购和高铁站两个目的地频率最高,但实际情况该站台公交线路较少,所面临的交通需求远远大于交通供给。从宿州市公交路线图中分析29路和1路线路可到达词频最高的国购附近,且据调查两线路的交通供给经常大于交通需求。我们提出了以公交站台客流为中心,并利用以上可变式公交满足城市高密度人口区域高峰时段乘客的需求,同时使公交资源利用更加合理化。站台设置的可变式公交,当作为可变式公交时需满足自己线路上某站台与设置站台临近,可在乘客运行的松弛时间内完成与设置站台的交互并回到原本线路上继续行驶。其二自己线路上客流的需求不足以满足该公交的供给。

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图1.  29路车线路图和需求站点、目的地图

3.  1路车线路图和需求站点、目的地

2.2项目的设计思路为:

1.在公交站台两侧架设单片机检测装置,以此来检测公交运行时间内公交站台的实时人数。并将数据传输到指挥中心。

2.当公交站台客流人数超过一定阈值时,数据便会传达到指挥中心,指挥中心再检测该站台设置的公交的线路上的客流是否能够满足供给,当供给大于需求,此时指挥中心便传达命令给可变式公交去往该站台,进行公交资源的整合。其次,当某条线路所有站台客流总和大于或低于一定阈值时,将这条线路的客流数据传输给指挥中心,指挥中心将根据各线路的客流情况对线路的发车时间进行宏观调控。综上所述,两种方法间相互协调、相互配合。能够更加有效地解决单个站台或整条线路超负荷运行的问题,使公交资源得到更有效、更充分地利用。

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图2.  系统工作流程

3、系统硬件工作原理

单片机通过判断公交站台进站口光电传感器信号产生的变化,以此来判断站台的光电传感器,当有乘客进入站台或者离开站台时,站口光电传感器装置所输出的信号存在着一定的先后顺序。根据对光电信号的检测分析,就能够得到公交站台的人数。且采用对射式光电传感器,由一个投光器和一个感光器组成。将投光器与感光器分开,使检测距离增大,其检测距离可达数米远,足以覆盖公交站台的长度。在公交运行时段,将投光器和感光器分别装在站台进站口两侧,乘客通过时截断光路,感光器就会输出高电压。

4、系统硬件设计

本设计采用两对光电传感器设置为一组检测装置,将感应柱设于进站口两侧。其中还包括顶部的太阳能板,为其整个站台装置提供电源。据调查,能够独立自主乘坐公交车的人群身高大部分高于1.2m,因此光电传感器安装距离地面1.2m处,且两对光电传感器水平间距小于8cm,这样不仅能不过多占用站台空间,同时也能提高灵敏度。感光器可以从顶部拉出沿着顶棚安置在感应柱对侧,装置还可以手动升降来适应不同站台有不同的高度,杆中上部的数据收集器可将收集到的数据传输出去,最顶部的可拆卸雨棚是针对于某些只有路线牌等设施不完善的公交站台,当对角放置两个这种检测装置两个  三角形遮雨棚就可形成一个完整矩形的遮雨棚 。                             

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图3.可升降式光电感应检测装置

3软件工作流程

本研究整个系统分为三个组成部分:数据采集部分、数据处理部分和公交调配指挥中心#。数据采集传感器采用单片机人数检测器为基本单元,将检测器安置在各个公交站台,就能实时采集到客流的情况。各个检测器间通过特定编码进行区分,通过与5G网络的配合,传感器与数据处理中心之间进行数据的交换,数据处理中心再将站台检测器采集的数据,按照所设定的算法编程进行数据的处理,区分出各线路客流情况,然后通过无线收发设备传给公交调配中心,若某线路或某站台的客流超过设定的阈值,再通过控制中心进行数据处理并实时反馈信息给公交司机。 公交司机将会根据调配方案前往目的线路。

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图6.软件运行流程

表1前往国购乘客完成乘坐所需时间对比图

站台客流量

新型模式完成所需时间

传统模式完成所需时间

30

7min-12min

25min-30min

50

19min-37min

50min-60min

90

51min-74min

90min-120min

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4传统模式下公交接客仿真图                  5 新型模式下公交接客仿真图

    由表1可知,当客流量为30时,新型模式比传统节省18分钟;当客流量为50时,新型模式比传统节省最多至31分钟;当客流量为90时,则同样可以最多节可省39分钟。图5是按照传统固定时间发车,图中上下两辆为第一班次和第二班次车;图6是红色公交为固定线路第一班次车,黑色公交是调度过来的可变式公交,明显可以看出新型模式下完成站台接客的时间远比传统模式下所用的时间短。本次模拟的公交发车时间均为25分钟每辆,且固定认为每次消耗20名乘客。

    依据表1和模拟结果可知,在相同客流压力情况下,传统模式下的公交随着客流量的增长与新型模式相比对站台客流的消耗越来越乏力,且等待的时间随着客流量的提高与新型模式相比差距越来越长。随着等待时间越久,乘客的心情就会越来越差,逐渐变得不耐烦,出行体验极差,大大降低了乘客对公共交通的信赖

4、创新特色

本研究的创新特色主要包含以下几点:

1、在一定程度上缓解了高峰时间段城市的交通压力。提高了乘客的舒适度,从而增加了乘客对城市公交的信任度。

2、对传统公交运行模式和可变式线路在传统公交基础上只能适用于低密度人口的区域,此方案使得可变式公交也能服务于城市高密度人口区域,且更具灵活性、便利性。可以随各条线路站点的人数情况进行动态变化,缩减居民候车时间。

3、可变式线路能够在不影响居民出行目的的情况下,减少车辆空载的情况。使公交资源的利用更加合理、高效。

4、所用单片机设备体积小,成本低、易操作、原理简单、安装便利。同时配合5G网络,提高了运行效率。

5、应用前景

当前,城市的交通压力不断增加,国内研究的可变线路公交都是建立在原本的传统的公交运行模式基础上在人口低密度地区活动,但在城市圈内的公交运行模式中线路固定,不能随客流的变化进行动态调整。而本方案使得可变式公交能够在高密度人口的城区得以适用,可以根据客流进行动态的调整,有效地减轻当前城市的交通压力。在一定程度上避免了公共交通资源的浪费。而当公交成为人们出行的首要选择时,会有效地减少私家车的出行,不管是对交通压力还是我们的生活环境而言,都可以得到有效地缓解保护。随着科技的发展,5G网络逐渐成为当前社会发展的主流。公交运行和5G网络的搭配必将取代传统的固定化运行公交,成为未来新型公交发展的主流。且使用单片机设备检测人数就技术而言已经相当成熟,成本也是比较低廉,所以完全可以普及使用。因此用单片机检测公交站台人数利用上可变式公交可以对城市公交环境得到一个较好的改善。

项目号:(2022年宿州学院大学生创新创业训练计划项目:KYLXYBXM22-068

宿州学院科研平台开放课题项目:2022ykf20)