广州通达汽车电气股份有限公司

1、    背景

现如今中国普遍存在道路拥挤，交通供需不平衡，城市、人口、交通三者之间矛盾激增等问题，无不反映了智慧交通发展的必要性。《交通强国建设纲要》明确指出，大力发展智慧交通，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。针对如今疫情影响下交通行业的现状和国家政策的号召，提升公共交通运行的科学性、有效性和智能化，是响应智慧交通的第一步，是关键的一步也是刻不容缓的一步。本方案通过构建完整的公共交通运行体系，以车载部件为基础，建设统一的、集成融合的公共交通运输平台，持续推进智慧交通新境界的建设。

2、    系统总体架构

本方案围绕新时代智慧交通的公交运输行业，结合“智慧公交”的发展理念，集车载部件和智能平台于一体，融合智能交通管控理念、智能车辆管理制度以及交通监测安全指标等构建公交运输系统的方案。

整体方案以车载部件为基础，采用云计算、物联网、大数据和人工智能等先进技术，构建具有模式标准化、控制自主化、用户智能化的公交运输系统，具体系统架构如图1所示。

图1：公交运输系统架构图

3、    公交运输系统功能及性能指标

a. 乘客信息发布系统

公交车的现代化程度往往能够彰显一个城市的现代化水平，随着时代的发展，乘客也对公交车的舒适度和美观度有了一定的要求。但传统公交通常采用贴纸的方式显示车辆线路信息，当线路信息发生变更时，需要人工更换贴纸，不及时也不环保。因此，为了给乘客出行带来更大的舒适感，贯彻智能交通的发展理念，通达电气研发了乘客信息发布系统。

乘客信息发布系统由两个板块构成，分别是显示板块即LED显示屏和控制板块即控制器，系统结构如图2所示。LED显示屏细分为单基色LED显示屏、双基色LED显示屏和全彩LED显示屏；控制器分为三类，分别是报站器、中控器和车载主机。两个板块相辅相成，主要是通过控制器来控制或修改LED显示屏的显示内容，达到实时更新车辆线路信息的目的。

图2：乘客信息发布系统结构框图

b. 塞拉门

在公交运输发展的历程中，乘客门经历了由折叠门向内摆门和外摆门的完全转变，这种转变于本质而言，是时代变化的必然需求，也标志着公交车舒适度、美观度和安全性标准的提升。为进一步响应智能交通的时代号召，解决乘客防夹手上下车的出行需求，通达电气研发了一款新形式乘客门——塞拉门。

塞拉门采用了电控气动的设计，以标准双作用气缸作为动力源，气缸杆上固定磁铁，气缸杆上方布置一条磁性感应板，感应板长度方向均布24枚磁性传感器，故而可以通过磁性感应板精密判断磁铁目前所处于的位置，进而判断门的运动位置，如图3所示。选取高精度的独立专业控制芯片，预留485通信接口和CAN通信接口进行传输数据，具备专门的减速设计，通过在排气管路中加入专用的减速阀和对应的专用电磁阀，实现了车门开关门到位前的减速，减小了开关门的冲击，塞拉门开关速度如图4所示。

图3：塞拉门电气控制简图

图4：带减速缓冲装置的塞拉门开关门速度图

c. 边缘计算网关

目前，国内公交行业所采用的常规ITS系统仍然面临着一些挑战，不能很好地适应市场转型升级的根本需求，需要用新的技术实现更安全高效的管理。当前客车常规的ITS系统一半包括调度、视频监控、乘客统计、收费刷卡、线路显示、广告娱乐播放等系统，设备之间由车载CAN总线网络和ITS设备自身接口完成通讯和数据传输，其局限性在于每个设备都必须使用自带的天线、显示屏和人机操作界面，并且设备间信息互通不顺畅效率低，不同设备之间的数据没有发挥应有的作用。因此，为应对常规ITS系统在实际应用中存在一些问题，也是解决市场面临的痛点和难点，通达电气研发设计出了边缘计算网关。

整个系统分为云、边缘和设备三层，边缘计算位于云和设备之间，边缘层向下支持各种设备和传感器的接入，向上与云端数据平台对接。边缘层包括边缘节点和边缘管理器两个主要部分，边缘节点是硬件实体，承载边缘计算业务的核心，具体框架结构如图5所示。边缘计算节点根据业务的侧重点和硬件的特点不同，包括网络协议处理和转换，以支持实时闭环业务，是其他设备之间交互的核心枢纽。同时边缘计算网关还拥有倍数计算能力，可以对车载前端的数据等进行封装和结构化处理，并按模型驱动的业务编排方式组合调用功能模块，实现业务的一体化开发和敏捷部署。

图5：边缘计算网关架构图

边缘网关主要包含的基础资源有网络、计算和存储。边缘计算网关的网络需要满足公交业务带宽、时延等需求，同时需要考虑移动网络联接的信号问题，在此系统的设计中采用双模块热备的方式，由边缘计算的控制部分监测网络质量并根据情况做模块的切换。边缘计算网关的计算，主要体现在对多个公交信息设备异构数据的采集和处理上，充分发挥计算单元的优势，实现前端数据的过滤、分类融合和分析。数字世界需要实时跟踪物理世界的变化，安装时间序列把前端的数据记录存储，并把需要的数据上传平台，在离线情况需要支持断电续传和本地备份机制。

整个系统以边缘数据计算网关为核心，通过以太网、CAN总线和串口等把公交内的其他信息设备的信息汇聚处理，具体连接如图6所示。

图6：边缘计算网关系统联接示意图

d. 收银系统

在智能交通时代的引领下，公交车渐渐成为人们生活中不可或缺的一种出行工具。与此同时，公交车的收银系统成为大家关注的要点，传统的收银主要依靠人工和大型投币机，但是随着互联网的普及和智能交通的推广，移动支付被广泛使用，对投币机的存钞量需求也在下降。因此通过搭建城市公交智能投币收银管理系统，与智能收银一体机相辅相成，助力规范收银业务管理流程，在提高工作效率的基础上，提升乘客的幸福感。

整个收银系统由两个模块构成，分别是车载部件即智能收银一体机和平台系统即城市公交收银管理云平台。

智能收银一体机

小型化、集成电子支付、内嵌安装在仪表台上的投币机，能减少凌乱的安装布局和线束，整体美观，且增加了公交上车通道的空间，如图7所示。

此智能投币机集成纸币接收、硬币接收、刷卡支付、扫码支付等多种支付手段，具备硬币假币识别、应急投币等功能。采用多项自主专利技术，实现纸币自动叠钞功能，抗振并防卡钞，小机身大容量。箱体及钞箱具备多级防盗，安全可靠，使用抗震自主专利技术电动锁具。箱体开锁使用高安全性CPU卡密钥验证，钞箱开锁采用无线供电和红外通信密钥验证。通过卡扣装置快速安装拆卸于车辆仪表台上，维护便捷。

图7：智能收银一体机架构图

城市公交收银管理云平台

智能收银一体机上传的所有数据，通过云端，最终都汇集在城市公交收银管理云平台进行呈现，实现收银业务的数字化、流程化，从而提高公司的运营效率，节约人力、降低成本。

同时支持WEB端和APP端，主要分为六大模块，收银沙盘、系统管理、基础资料、投币机管理、票胆管理、收银统计分析。涵盖了公交收银结算的闭环业务流程，具有如下优点：定时定点授权开箱，保证票款安全；优化传统收银流程，为企业节省人力成本；智能投币机集货币识别、客流统计和票款管理于一体，准确关联站点信息，获得运营车辆客流情况；实时跟踪票胆流转、开箱记录，责任到人，精准定位问题。

e. 车联网安全预警云平台

随着城市公交的发展，安全问题日益凸显，安全事故也时有发生。在保障城市公交大力发展的同时，安全运行始终是永恒主题。

立足车辆运行安全，实现人、车、线的全方位监管，利用先进的终端采集计划，以及平台的大数据分析技术，对司机不良驾驶行为，如抽烟、打电话，对车辆故障、道路隐患点等安全因素进行感知及提炼分析，做到对可能发生的危险行为进行及时预警和处置，并对人、车、先进行安全画像分析，落实岗前预防、岗中监测与处置、岗后分析与优化的闭环管理理念，以最大限度降低交通事故发生率。不仅常规车辆安全运营上加强管理，还有面对公共安全事件时的处理，比如火灾、疫情防控等，进行了智能安全客舱升级，具有危险品检测与预警、空气监测与净化、火灾监测与防控、体温监测与防控、公安人脸抓拍等安全处理能力。真正提升企业的安全管理水平与管理效果

车联网安全运营云平台，整体架构如图8所示。

图8：车联网安全管理云平台架构图

f. 公交大脑

信息化建设是城市公交发展的基础，能够规范智能交通的发展，现有公交基础信息化平台已基本搭建完成。但由于各个系统关联性不强、业务数据标准未统一、数据枢纽不健全、资源分散难以管控、运维成本高等一系列问题阻碍了智能交通的发展。因此通达电气研究设计出一套完整全面的信息化系统，方便全局统筹工作，更加直观的看到各业务点的数据。

立足公交业务协同和联动需求，把握大数据时代特征，接入出租、客运、公交、场站等相关部门业务系统的数据资源至统一的数据枢纽云平台，初步建成数据的统一管理、统一分发，进行企业数据治理、数据规划，最终构建成“一张网、一张图”，直观展示全城实时动态的城市交通大脑，将企业资产、运营、安全、服务进行全方位监控，提供科学的决策建议，以及更优质的出行服务，用数据驱动运营，打造流量服务枢纽，基本功能架构如图9所示。

图9：公交大脑功能架构图

在新的公交行业生产力中，数据大脑整合数据，成为公交可持续发展的强劲“引擎”，而数据就是大脑的“燃料”。新的公交运营模式，不再以车辆运营为目的，而是为城市提供更优质的出行服务运营，数据驱动运营、成熟的场景和丰富的用户体验，带动可持续发展的全新业务模式。公交大脑将成为公共出行的“内核”，是流量和服务的“平台”，将人-车-出行生活连为一体，是连接各类消费及其生活场景的“枢纽”。

4、    总结与展望

本项目建设的智能交通公交运输系统通过软硬件一体化建设，大幅度提高公交车辆运营的安全指数、企业运营的高效性、以及乘客的舒适度。随着5G技术、北斗系统等基础设施越来越成熟，智能交通的迅猛发展指日可待，未来城市公交运输系统的发展将更进一步，改善城市交通环境，提升城市居民出行体验，建设更美好的城市。