智慧公交系统整体解决方案.docx
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智慧公交系统整体解决方案
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第1章某某简介
某某技术股份有限公司（以下简称“某某公司”）于1997年1月在某某注册成立，2007年10月经某某市工商局批准整体改制为股份制有限责任公司，是专业从事M2M（MachinetoMachine，MantoMachine）、物联网（TheInternetOfThings）产品与解决方案研究、开发、销售和工程技术服务的国家高新技术企业、某某市重点软件企业，某某市成长型中小工业企业500强。
目前某某公司已经完成创业板上市辅导并进入审核期，力争在2015年年内在某某证券交易所挂牌上市。
作为国内最早从事移动数据通信研究与开发的专业公司，某某是国内M2M行业的开拓者和领跑者，早在2002年5月某某公司就在国内第一个发布了基于移动通信网络的M2M系列产品与解决方案，在电力、油田、煤矿、邮政、金融、环保、水利、交通、铁路、热力、路灯监控、税务、安防等行业得到了广泛的应用，产品出口至东南亚、欧美等七十多个国家，获得了国际客户高度的评价。
历经十五年的发展，某某公司已经成为国内移动数据通信行业应用（M2M）领域龙头企业，也是国际上知名的移动数据通信产品和解决方案提供商。
2011年某某成为法国电信Orange认证供应商、荣获中国安防最具影响力十大品牌，物联网产业推进奖等奖项。
2009年8月以来，物联网技术与产业发展迅速，某某公司又率先成功针对水利/气象/信息发布、移动/高清视频监控、智能电网/智能交通等重点行业推出了整体物联网应用解决方案和成套设备与软件系统。
公司目前主要产品包括3G/4GLTE智能网络传输设备、移动车载GPS/北斗及视频监控车辆管理系统，3G/4G无线硬盘录像机、无线山洪灾害预警终端、与水利遥感设备、物联网M2M设备管理云平台等。
目前公司注册资金5000.8万元，总人数576人，从事研发与技术人员266人，超过80%的员工为80后员工，90%以上的员工拥有正规本科及以上学历，95%以上员工毕业于通信类、计算机类专业，拥有扎实的专业理论基础和研究开发实践经验。
历经十多年发展，某某公司建立了清晰稳定的组织架构体系，制定有科学完善的企业规章制度，通过了ISO9001:
2008质量管理体系，CMMI三级认证，计算机系统集成资质，安防系统设计等各项企业资质，引入IPD集成研发流程和先进的研发人力资源体系咨询，建立了国际标准的公司管理体系，在武汉、北京、西安、杭州、济南、广州、沈阳、成都、上海、石家庄等13个省市城市建立了分公司和办事机构，建立了覆盖全国的市场营销网络。
某某公司非常重视核心技术的研发和自主知识产权保护，某某与中国科学院某某先进学院、南京邮电大学等高等科研院所开展产学研合作，成立博士后联合工作站与环境安全研究实验室，形成了良好的技术合作生态环境。
某某公司在物联网无线通信、网络协议、传感中间技术、嵌入式开发、高端软件开发上积累了丰富的经验，截止目前某某公司已经申请57件专利技术，其中发明专利申请数为32件。
目前授权专利总数36件，其中发明专利授权8件，实用新型专利授权18件，获得计算机软件著作权35件，承担国家、市多项物联网技术专项研究项目取得了核心自主知识产权科研成果。
第2章项目概述
2.1项目背景
国务院在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中明确：
“实施公共交通优先发展战略，大力发展城市公共交通系统”，并提出将“城市建成公共交通全覆盖”纳入国家基本公共服务体系，首次将公交优先发展战略上升为国家战略。
在该战略中提到了科学设置公交优先通行信号系统的发展思路。
要求通过科学设置公交优先通行信号系统，调整公共交通车辆与其他社会车辆的路权使用分配关系和加强公交优先通行信号系统管理，通过研制公交专用道的信号优先控制技术和运营调度技术，研究集成公交专用道路段和交叉口的车辆运行监测系统、优先放行信号系统、车载设备的选择、车载设备与信号机的信息交换等技术，有效提高公共交通车辆运营速度和道路资源利用率。
近年来，在某某政府的高度重视与大力支持下，某某公交客运公共交通信息化管理得到了较大的发展。
当前，公交企业经营管理运营管理与调度的好与坏，直接影响到实际的社会效益与经济效益。
因此企业必须利用先进的科学技术手段，建立起能应用于公交日常运营管理的信息系统，从而提高公交企业的运营调度管理水平，使公交实施调度优化成为可能。
但是由于城市客运行业的信息化建设起步较晚、基础薄弱，没有统一的行业规划和标准，加之长期形成的企业隶属不同的上级主管部门，条块分割严重，信息化建设思路不清，使用很多城市公交行业信息化应用自成体系，相互独立封闭，各子系统仅仅是简单地通过连接堆叠在一起，没有实现系统集成及数据整合及分享的功能，在软件运行和操作使用过程中存在着无法忽视的瓶颈，导致其管理手段滞后、分析决策能力薄弱，越来越难以满足当前和今后城市客运交通快速发展的需求。
2.2项目智能化需求
1．提升企业形象需求。
随着市场经济的持续发展，社会的文明程度越来越高，百姓的出行要求也越来越高，政府也更加关注城市基础设施的提供，因此公交企业必须内外兼修，对外在运营管理上，改变目前公交粗放的人工调度方式，利用GPS定位系统、智能报站、智能调度系统等提升运营效率，解决等车难、换乘难的问题；对内在企业管理中也可以充分利用信息技术手段对安全规范、服务行为等进行全方位的监控及管理，提升服务管理水平和一线员工的服务意识。
运用科学技术手段突破传统管理上曾经存在或一直无法解决的盲点、难点问题，最终提升企业自身管理形象及品牌形象，得到市民及政府部门的认可与肯定。
2．优化资源配置、控本降耗。
全国各大城市的公交行业都普遍存在一个问题，即资金问题，公交企业关系民生，是属于社会公益型事业，为全面贯彻公交优先理念，打造城市形象，切实满足“行有所乘”的出行需求，企业需要每年投入大量资金用于更新或增加公交车数量以及进行相应的劳动力配置。
虽然，近年来政府抚持力度不断加强，以及不同程度地提供了相应的补贴及优惠政策，但是对于企业来说，必须充分运用科学技术手段辅助进行相关专业化决策和分析,改变传统运营调度模式，科学依据城市交通路网规划、各条线路配置需求及不同时间段面的客流分析等数据信息，合理规划各条线路运营调度模式，调配企业内部的运力及人力资源配备，最终确保城市公交线网优化布置，劳动力储备、资源配置的最大和最合理，最大程度节约企业资金投入，最终回到一种良性循环发展的经营状态中，为企业资金解困，为政府减负。
3．强化数据分析功能，为决策提供依据。
（1）公交行业每日运营及内部管理过程中会形成很多基础数据信息，如营运数据信息（如车辆信息、人员信息、站点信息、里程、收入、工作车时、车次及车次执行率、加油情况、安全信息、服务信息等）、车辆维修信息（报修时间、故障类型、实修情况、材料费使用、修理工派工情况、保养类型、发动机管理信息、轮胎信息、总成修理数据）等基础信息数据。
（2）企业需要将这些数据有效的收集、分类、整理、汇总，最终形成相应的明细及汇总性分析结果（如营运生产报表、收入及成本分析报表、车辆维修明细及材料费使用情况报表、单车材料费成本报表、车辆重返修率报表、车辆保养情况统计表、修理工时报表等）。
通过各专业管理部门对信息进行归集、分析所产生的各类分析报表，才能透视企业内部管理动态，不断改进并完善管理，最终提高企业管理效率及水平。
（3）由于公交行业普遍还处于人工化的管理模式，而企业在运作过程中不断产生的大量基础数据需要通过大量的人力去进行分类和计算，因而存在工作效率低下、数据分析准确性不高等状况。
甚至存在一些基础信息数据因人工耗时太长或数据过于零散而无法收集和提取，导致信息缺失、不准确，直接影响到最终形成的报表的参考价值。
（4）基于某某目前的现状，迫切需要建立一个综合立体的智能化体系，并在最大程度上确保系统稳定性和数据的安全性。
通过集成全面解决了传统系统集成带来的杂乱、繁琐和难以管理的问题，最终获得真正资源共享，解决多项数据重复，通过统一接入、统一管理、统一提供功能性优化升级服务，并在保持各子系统相对独立性的同时，实现多系统集中管理，协同工作的集成目标。
2.3功能目标
通过建设数据中心和企业生产管理体系、出行服务体系和政府指挥决策体系，为企业提供计划排班管理、多种调度模式的生产调度系统，为市民提供信息出行服务，为政府提供“数据说话”方式的政府行业监管及决策支持系统，形成常态化、动态化、高效率的信息化闭环管理业务模式，主要体现如下：
1、实现公交基础数据的统一集中管理与处理；
2、实现企业安全生产运营管理有序；
3、实现市民出行方便、快捷，常态化、动态化、智能化的公共交通服务体系；
4、实现政府对公交行业的管理有度、指挥处理应急突发事件得力；
项目建设共分3个阶段：
1、建立数据中心，为GPS子系统、4G视频监控子系统及IC卡等子系统建立统一的基础数据来源，同时通过数据接口将这些子系统的数据传入数据中心。
2、建设企业生产管理系统，包括企业运营管理系统（公交ERP）及企业智能排班调度系统。
先建立两条示范线，待系统稳定运行后再逐步推广至其余各条线路。
3、完成公众出行服务体系的建设，并进行公交行业监管、应急指挥调度、客流分析分析及公交线网优化等政府指挥决策体系的建设。
2.4基于中国移动4G（TD-LTE）系统设计的优势
2.4.1TD-LTE的基本概念
1、TD-LTE的概念
LTE是LongTermEvolution的缩写，即长期演进。
TD-LTE是中国主导的并具有“国际化”特征的标准，俗称4G。
TD-LTE的技术优势体现在速率、时延和频谱利用率等多个领域，使得运营商能够在有限的频谱带宽资源上具备更强大的业务提供能力，而这也正是全球移动通信产业孜孜以求的目标所在。
2、什么是4G？
4G是第四代移动通信技术的简称，其网络速度可达3G网络速度的十几倍到几十倍。
4G是高带宽、高质量的新一代无线宽带通信标准之一，具有高速度、低时延、国际化的特点，4G的网络技术标准有TDD-LTE和FDD-LTE两种。
3、4G最大的特点是什么？
4G最大优势是速度快！
上网峰值下行速度将达到每秒80兆。
以下载电影为例，一部700M的高清电影，用4G网络下载，最快1分多钟就可以完成。
4、什么是TD-LTE？
LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。
其中LTE-TDD，国内亦称TD-LTE，即TimeDivisionLongTermEvolution（分时长期演进），由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定，是我国主导的国际主流4G标准。
5、TD-LTE与FDD-LTE的区别？
TDD与FDD属于LTE的两大分支，其中FDD发展较早较成熟、而TDD为中国所主导。
其实这两种技术的本质是一样的，在实际应用中各有优劣。
具体说来，FDDLTE更适合广度覆盖、而TDD适合室内覆盖、室外扩容。
6、12.4.5TDD—LTE与FDD－LTE制式的比较
TDD-LTE和FDD-LTE90%技术是相同的，具备了同步发展条件；主要差别是无线空口物理层。
其中TDD-LTE：
时分双工（TDD），上行频带和下行频带相同，不需对称带宽，频谱利用率高。
FDD-LTE：
频分双工（FDD），上行频带和下行频带分离，对称带宽频频谱利用率稍低。
TDD-LTE相对于FDD-LTE，具有上下行同一频率，频率易获取，上下行比例按需设置，满足数据业务不对称特点，效率更高等优势。
网络制式
下行峰值速率
下行平均容量
上行峰值速率
上行平均容量
总峰值速率
（上下行）
总平均容量
（上下行）
TDD-LTE
90Mbps
27Mbps
10Mbps
6Mbps
100Mbps
33Mbps
FDD-LTE
150Mbps
36Mbps
50Mbps
24Mbps
200Mbps
60Mbps
2.4.24G（TD-LTE）的技术特征
（1）、通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
（2）、提高了频谱效率，下行链路5（bit/s）/Hz，3--4倍于R6版本的HSDPA）；上行链路2.5（bit/s）/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。
（3）、以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。
（4）、QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量。
（5）、系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配，保证了将来在系统部署上的灵活性。
（6）、降低无线网络时延：
子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。
（7）、增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。
如MBMS（多媒体广播和组播业务）在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。
（8）、强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
2.4.3基于4G（TD-LTE）系统设计的优势
随着4G网络和业务的不断成熟，无线监控技术已经逐步从早期的基于控制命令和传输图片的小数据量的应用，向可以基于实时的海量数据的实时监控应用发展。
为了适应城市公交的不断发展和社会治安的改善,因此建立一套统一、高效、通畅、覆盖范围广、能够对其进行实时监控、调度、统一管理的系统就显得尤为重要。
而这一切都依赖于无线网络的传输，中国移动基于4G（TD-LTE）系统设计具有以下优势：
1、无缝覆盖
移动已实现4G网络乡乡通，4G基站无缝覆盖城市的各个角落，4G网络及业务快人一步，正处于规模化发展的良好势头。
2、高速互联
TD-LTE传输下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
实测速率为峰值的60%-80%，针对本项目的高清视频、音频、文字、图片等多媒体数据传输，高速互联，毫无压力，传输效率极高。
3、始终领先
4G（TD-LTE）作为国家发展战略，相关产业链获得国家的支持，政府采购也积极引导利用4G（TD-LTE）技术进行项目建设，潮流不可逆。
目前正是3G快速退出4G极速发展的几年，使用基于4G（TD-LTE）的系统设计将使本项目随着4G的发展而始终领先，相关系统功能扩展升级，不受3G产业链消退的制约，4G产品完美递补，源源不断地为本项目提供更多时代前沿的应用。
第3章系统总体设计
3.1系统采用的关键技术
3.1.1B/S架构
所谓B/S结构，即Browser/Server（浏览器/服务器）结构，是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。
在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3-tier结构。
B/S结构利用不断成熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。
Internet的出现，为不同地域范围内的联系提供了最理想的网络平台，基于Internet的网络应用软件也开始扮演更重要的角色。
每个单位都希望能和异地的分支机构、上下级部门等保持实时的联系，希望自己身处异地仍能了解和处理单位事务。
B/S架构从根本上满足了这一需求。
本项目的业务子系统中，除了营运调度程序，其他部分全部采用B/S架构设计。
3.1.2嵌入式实时操作系统技术
鉴于大量实时数据采集的需要，系统采用实时操作系统（Vxworks），该系统能够在限定的时间内执行完规定的功能，并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。
该实时性系统在过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的环境中得到大量应用。
该系统区分与分时系统，其性能远远高于分时系统。
该系统具有可靠性、实时性和可裁减性等诸多的特点。
适用于多任务、抢占调度、任务间通讯与同步和任务与终端之间的通信的环境，能够很好的满足本项目的需求。
3.1.3GPRS通讯技术
根据要求，采用了GPRS通讯技术。
GPRS（GeneraPacketRadioService，通用无线分组业务）将逐步应用于智能公共交通系统。
GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPhase2+（1997年）规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。
GPRS是一种新的GSM数据业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25服务。
GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享。
GPRS技术160Kbps的极速传送几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现“随身”携带“互联网”。
使用GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按流量、时间计费，大幅度降低了服务成本。
通过大量的工程实践及国内相关系统的建设分析，GPRS实现数据通讯能够适应本系统的需求。
3.1.44G通讯技术
4G是第四代移动通信技术的简称，其网络速度可达3G网络速度的十几倍到几十倍。
4G是高带宽、高质量的新一代无线宽带通信标准之一，具有高速度、低时延、国际化的特点。
上网峰值下行速度将达到每秒80兆。
以下载电影为例，一部700M的高清电影，用4G网络下载，最快1分多钟就可以完成。
TD-LTE传输下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
实测速率为峰值的60%-80%，针对本项目的高清视频、音频、文字、图片等多媒体数据传输，高速互联，毫无压力，传输效率极高。
3.1.5J2EE
J2EE是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，主要可简化且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值。
J2EE平台支持简化的、基于组件的开发模型，由于J2EE基于Java编程语言和J2SE平台，它提供了编写一次，随处运行的可移植性，遵循J2EE标准的所有服务器都支持该模型。
J2EE的应用程序不依赖任何特定操作系统、中间件或硬件，因此，设计合理的基于J2EE的程序只需开发一次就可以部署到各种平台。
基于组件的设计简化了应用程序的维护。
由于组件可以被独立地更新和替代，通过更新应用程序中特定的组件，新的功能可以被很容易地增加。
基于J2EE平台的应用程序可被部署到各种操作系统上，例如，可被部署到高端UNIX或其他的大型机系统上。
J2EE领域的供应商提供了更为广泛的负载平衡策略，能消除系统中的瓶颈，允许多台服务器集成部署，实现可高度伸缩的系统，满足未来应用的需要。
3.1.6智能移动终端技术
移动终端是指可以在移动中使用的计算机设备，广义的讲包括手机、笔记本、平板电脑甚至包括车载电脑。
但是大部分情况下是指手机或者具有多种应用功能的智能手机以及平板电脑。
随着网络和技术朝着越来越宽带化的方向的发展，移动通信产业将走向真正的移动信息时代。
另一方面，随着集成电路技术的飞速发展，移动终端的处理能力已经拥有了强大的处理能力，移动终端正在从简单的通话工具变为一个综合信息处理平台。
3.1.7Android技术
Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。
由于Android的开源特性，得到了众多的厂商的支持，大部分手机厂商都支持Android系统，Android的界面非常丰富，可选择性很强。
Android是除了iOS之外最受好评的系统，而且Android对于系统的要求并不苛刻，所以很多机型可以流畅运行。
3.1.8IOS技术
苹果iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统，iOS与苹果的MacOSX操作系统一样，它也是以Darwin为基础的，因此同样属于类Unix的商业操作系统。
iOS具有简单易用的界面、令人惊叹的功能，以及超强的稳定性，已经成为iPhone、iPad和iPodtouch的强大基础。
3.2系统设计原则
（1）统一管理、统一标准、统一制度：
本系统是对公交企业营运车辆统一监控和管理的应用系统，应采用统一的标准进行数据通讯和功能实现，并制定一套统一的可操作性强的规章制度保障系统正常运行。
（2）网络安全、信息保密、稳定可靠、高效运行：
把网络安全、信息保密放在首位，确保网络和系统具有稳定性、可靠性、高效性和信息的安全保密性。
（3）整体性、实用性、先进性、经济性：
从应用的整体出发，选择先进并且成熟的技术，确保系统的实用性，并适应未来的技术发展，充分挖掘和利用现有资源，避免重复建设和浪费。
3.3设计遵循的细则
3.3.1准确、完整、实时地采集数据，是重中之重
数据是一个信息系统的灵魂，如果仅仅是使用了大量的设备以及各种软件系统，如果数据不能准确、完整、实时地采集，会直接影响系统使用效果，因此准确、完整、实时地采集数据尤为重要。
3.3.2安全、可靠、稳定的原则，是系统设计的第一准则
建设公交信息系统可以提高公交企业管理水平，如果系统的稳定性和可靠性不好，经常出现宕机等现象，对正常管理工作的冲击是十分巨大的；信息系统中运转的是整个企业的业务，系统内存储了大量的数据信息与业务信息，这些信息都是十分宝贵的，安全性设计原则十分重要。
通过多级安全机制，利用管理、硬件和软件相结合的各种手段，保证网络办公的安全，通过严格的授权管理，保证数据的安全，确保没有权限的操作人员不能看到有关的数据。
操作人员在操作过程中出现错误是在所难免的，管理信息系统应具有很好的容错性，不会因错误资料等原因而导致系统崩溃。
3.3.3实用性、可操作性原则，是系统顺利实施的关键准则
为满足公交运营管理使用需求，需要进行一体化设计，将公交车载机数据采集与公交业务流程融合，提高系统的实用性。
将公交车载机的数据采集、传输、处理自动化程度提高，避免人员误操作或作弊，提高系统的实用性、可靠性。
设置了站场机进行数据自动采集并为司乘人员提供信息查询、考勤签点，提高了司乘人员的使用积极性，促进系统更加有效的运转，提高系统的实用性。
提供简洁、友好的业务软件界面，提高系统的实用性。
为满足行业监管、公交管理等不同组织、不同区域、不同用户的管理需要，系统提供多组织的业务框架，提高系统的实用性。
3.3.4针对公交业务特点进行设计的原则
满足公交调度集中指挥、调度指令顺畅传输的要求，保障公交调度的顺利执行。
满足公交站场发车信息展示的需要，为驾驶员的发车提供便捷的信息服务。
满足驾驶员行车过程中方便查看调度信息的要求，提供了大屏幕、公交业务专用按键的LCD显示操作屏。
提供支持集群、单边调度的业务软件系统，满足公交调度的需要。
提供支持基于B/S公交信息查询，通过权限和访问口令管理，方便公交各层管理人员进行信息查询。
提供了站场机查询系统，方便驾乘人员及时准确地了解行车计划和配车，并可以查询个人的工作记录。
提供了模拟车辆运行图，简洁明了地展示了公交车辆的运行状况。
提供了多用户并发通讯方案，满足了不同客户对同一线路数据监控需要。
3.3.5系统可扩展性设计
公交车载机提供RS232/485接口、USB接口、I/O接口，为公交车载机接入相关外设提供支持。
数据通讯协议具有动态扩展的能力，可以在原有系统基础上直接进行升级。
3.3.6充分利用已有投资设计原则，是保护投资的有效补充
充分利用公司内现有计算机和信息资源，使现有资源得以保
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