淺談智能公交的實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度

竇佳歡， 王 晶， 楊 赫， 劉兆梓， 李海玲

(北京北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司， 北京 100072)

近幾年，純電動(dòng)城市客車朝著通用化、智能化、人性化方向發(fā)展。更多的智能安全電子設(shè)備，如疲勞駕駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、道路偏移預(yù)警系統(tǒng)、車危儀、ECAS等應(yīng)用在城市客車上，這就需要采用CAN總線設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的信息互通，因?yàn)镃AN總線具有良好的通訊可靠性、實(shí)時(shí)性和較高的網(wǎng)絡(luò)安全性。本文應(yīng)用的CAN總線網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)單一的局域網(wǎng)，而是由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括車輛動(dòng)力數(shù)據(jù)、輔助安全駕駛數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、定位信息等。多路CAN線信息通過儀表網(wǎng)關(guān)將信息整合實(shí)現(xiàn)信息互通。

雖然我國(guó)純電動(dòng)城市客車發(fā)展迅速，但調(diào)度智能化程度低，調(diào)度質(zhì)量參差不齊，調(diào)度事故頻發(fā)，車輛安全事故面臨著倍增的局面。因此建設(shè)基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析的平臺(tái)就非常必要，通過車載終端一體機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送至“智慧公交數(shù)據(jù)大腦”，提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率、安全保障能力和服務(wù)水平，打造智慧型公交信息化系統(tǒng)，真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程調(diào)度[1]。

1 整車CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整車采用5路CAN總線設(shè)計(jì)，其中包括車輛外設(shè)CAN共3路，以及通過網(wǎng)關(guān)整合的2路CAN信息，并與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)發(fā)生信息交互，實(shí)現(xiàn)信息互通。整車CAN網(wǎng)絡(luò)通訊拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 整車CAN網(wǎng)絡(luò)通訊拓?fù)鋱D

CAN1包括電機(jī)、電池、整車控制器等動(dòng)力信息，通過儀表網(wǎng)關(guān)發(fā)送至終端一體機(jī)，進(jìn)而在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)上監(jiān)控車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)信息及故障報(bào)警信息。

CAN2包括疲勞駕駛監(jiān)測(cè)、胎壓監(jiān)測(cè)車危儀、道路偏移等行駛安全類信息，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的駕駛安全信息。

CAN3包括廣告屏、路牌、站節(jié)牌等多媒體信息，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)了解車輛運(yùn)營(yíng)信息。

CAN4、CAN5為儀表網(wǎng)關(guān)整合的遠(yuǎn)程監(jiān)控所需要的CAN 信息，并接收監(jiān)控平臺(tái)下發(fā)指令，通過網(wǎng)關(guān)下發(fā)給車輛相應(yīng)的設(shè)備控制器。

圖1中，根據(jù)通訊信息種類將整車CAN網(wǎng)絡(luò)分為了動(dòng)力信息CAN、安全輔助駕駛信息CAN、多媒體信息CAN，使得整車CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載有效降低，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，可靠性。?dāng)車輛上的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，采集該設(shè)備所在路的CAN信息即可分析出故障原因，更方便、直觀。

圖1中的儀表網(wǎng)關(guān)將車輛的3路CAN信息進(jìn)行整合與篩選，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路控制、差錯(cuò)控制和實(shí)時(shí)控制。將遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)需要數(shù)據(jù)發(fā)送至車載終端一體機(jī)，同時(shí)也將從監(jiān)控平臺(tái)傳給一體機(jī)的命令信息通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)回車輛CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、智能調(diào)度[2]。

2 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)以智能車載終端為核心，基于4G移動(dòng)通信技術(shù)、GPS定位功能、智能視頻分析技術(shù)以及CAN總線通訊技術(shù)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程故障診斷、駕駛員身份行為管控和乘客隱患排查，打造包含車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)和智慧車的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，構(gòu)建面向車輛、駕駛員和乘客的三道安全防線[3-6]。

2.1 車輛遠(yuǎn)程故障診斷

車輛遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)將車輛的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括電機(jī)、電池、整車控制器、胎壓監(jiān)測(cè)、道路偏移預(yù)警等報(bào)文通過網(wǎng)關(guān)整合后發(fā)送至終端一體機(jī)，終端接收到報(bào)文后，實(shí)時(shí)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。后臺(tái)監(jiān)測(cè)人員可以在平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊查詢到車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)車輛發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，監(jiān)控平臺(tái)也會(huì)第一時(shí)間提醒后臺(tái)監(jiān)測(cè)人員。以胎壓異常報(bào)警為例，每個(gè)輪胎的內(nèi)部氣壓、報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警等級(jí)都會(huì)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控平臺(tái)。當(dāng)胎內(nèi)氣壓大于等于12 bar時(shí)，車輛會(huì)發(fā)出胎壓過高報(bào)警。當(dāng)胎內(nèi)氣壓小于7 bar時(shí)，車輛會(huì)發(fā)出胎壓過低報(bào)警。當(dāng)車輛報(bào)警通過終端一體機(jī)發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)時(shí)，監(jiān)控平臺(tái)會(huì)彈出車輛報(bào)警對(duì)話框，提示后臺(tái)監(jiān)測(cè)人員。后臺(tái)監(jiān)測(cè)人員根據(jù)報(bào)警實(shí)際情況進(jìn)行分析，如果駕駛員未意識(shí)到胎壓異常問題，則通過平臺(tái)對(duì)駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音提醒，避免事故的發(fā)生。

當(dāng)車輛出現(xiàn)不可避免的安全事故時(shí)，車載終端一體機(jī)內(nèi)設(shè)SD卡會(huì)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)車輛工況、駕駛員操作、車輛視頻、位置等信息，確保重要數(shù)據(jù)完整、可靠，迅速定位事故責(zé)任人[7-8]。

2.2 駕駛員行為管控

車輛配備指紋錄入及人臉識(shí)別系統(tǒng)，行車之前，駕駛員需進(jìn)行指紋與面部識(shí)別。駕駛員的指紋與面部信息通過檢測(cè)設(shè)備發(fā)送至終端一體機(jī)，由終端上傳至監(jiān)控平臺(tái)，監(jiān)控平臺(tái)將收到的駕駛員信息與事先錄入的該班駕駛員信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)駕駛員是否合法駕駛。若核對(duì)之后確認(rèn)屬于非法駕駛或在未進(jìn)行識(shí)別的情況下駕駛車輛，監(jiān)控平臺(tái)會(huì)對(duì)車輛下發(fā)鎖車指令，當(dāng)終端接收鎖車任務(wù)后，通過網(wǎng)關(guān)將命令下發(fā)至整車控制器，進(jìn)而無(wú)法驅(qū)動(dòng)車輛，實(shí)現(xiàn)禁止非本班駕駛員駕駛車輛的功能。直至本班駕駛員錄入正確指紋或后臺(tái)監(jiān)測(cè)人員手動(dòng)解除鎖車指令方可驅(qū)動(dòng)車輛。

駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程提醒功能，主要通過車輛上安裝的疲勞駕駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員面部范圍的圖像監(jiān)測(cè)，當(dāng)駕駛員出現(xiàn)閉眼、打哈欠、吸煙、打電話、左顧右盼、脫崗、遮擋鏡頭 85%以上時(shí),疲勞駕駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅自身會(huì)發(fā)出報(bào)警提示，而且會(huì)將報(bào)警信息與監(jiān)控視頻發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)，監(jiān)測(cè)人員可以調(diào)出駕駛員的實(shí)時(shí)狀態(tài)視頻信息，確認(rèn)后可以對(duì)駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音提醒，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

監(jiān)控平臺(tái)會(huì)記錄駕駛員發(fā)生危險(xiǎn)駕駛的行為，并統(tǒng)計(jì)出危險(xiǎn)行為易發(fā)人員，方便運(yùn)營(yíng)單位對(duì)駕駛員進(jìn)行行為考核。

2.3 安全隱患排查

在乘客上車區(qū)安裝具有危險(xiǎn)氣體采集功能的車危儀，對(duì)乘客攜帶的易燃易爆氣體進(jìn)行非接觸式檢測(cè)分析，有效距離為1.5 m，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體濃度超過設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出蜂鳴報(bào)警，并鎖定攜帶危險(xiǎn)品的人員。同時(shí)也會(huì)將報(bào)警信息發(fā)送至終端一體機(jī)，監(jiān)控平臺(tái)收到報(bào)警信息，監(jiān)控人員可以調(diào)取車輛監(jiān)控畫面并語(yǔ)音提醒隨車安全員或駕駛員進(jìn)行檢查，杜絕外來不可控因素導(dǎo)致的隱患，避免重大安全事故造成惡劣的社會(huì)影響。

3 智能調(diào)度系統(tǒng)

智能調(diào)度系統(tǒng)主要通過終端一體機(jī)，將車輛運(yùn)營(yíng)情況、客流情況上傳至智能調(diào)度處理策略庫(kù)。調(diào)度處理策略庫(kù)作為智能調(diào)度系統(tǒng)的大腦，分析公交日常運(yùn)營(yíng)效果，不斷完善更新運(yùn)營(yíng)策略，使智能調(diào)度系統(tǒng)生成新的更加合理的調(diào)度指令，并自主下發(fā)給車輛，實(shí)現(xiàn)公交系統(tǒng)的高效運(yùn)營(yíng)[9]。

3.1 客流量分析

在車輛上下車區(qū)域安裝客流統(tǒng)計(jì)分析儀采集客流信息，同時(shí)與GPS和車廂內(nèi)監(jiān)控?cái)z像結(jié)合作為基礎(chǔ)，將客流信息與站點(diǎn)信息通過終端一體機(jī)發(fā)送至智能調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)、乘客下上車人數(shù)、車廂內(nèi)擁擠程度等信息分析客流流動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)行車計(jì)劃自動(dòng)生成及優(yōu)化，大大提升公交運(yùn)營(yíng)計(jì)劃編制效率，優(yōu)化資源配置，提高車輛利用率及服務(wù)水平。

3.2 智能調(diào)度

智能調(diào)度系統(tǒng)依靠在車輛上安裝的智能調(diào)度主機(jī)，與站節(jié)牌、路牌相關(guān)聯(lián)，同時(shí)構(gòu)建基于人工智能引擎的調(diào)度處理策略庫(kù)，策略庫(kù)可以根據(jù)調(diào)度方案執(zhí)行結(jié)果及實(shí)際客流量分析結(jié)果再次進(jìn)行自身優(yōu)化，不斷自動(dòng)完善處理算法。采用這種自學(xué)習(xí)的調(diào)度模式，對(duì)車輛進(jìn)行自主線路安排，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。調(diào)度系統(tǒng)生成調(diào)度指令后，會(huì)通過終端一體機(jī)發(fā)送至車載調(diào)度主機(jī)，調(diào)度主機(jī)收到指令將車輛路線名稱與站點(diǎn)信息進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的發(fā)車調(diào)度，大幅提高公交企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率[10]。智能調(diào)度策略如圖3所示。

圖3 智能調(diào)度策略圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文新能源城市客車基于CAN總線設(shè)計(jì)，采用網(wǎng)關(guān)有效支持?jǐn)?shù)據(jù)通訊，以車載終端一體機(jī)為核心，將車輛整車數(shù)據(jù)與定位信息實(shí)時(shí)發(fā)送至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)純電動(dòng)客車實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)車輛智能調(diào)度，使車輛運(yùn)營(yíng)更加安全、便捷。