公交車是人們日常生活中重要的交通工具，在方便人們出行的同時，卻也帶來了很多煩惱：車內乘客密度不均，人流擁擠在車門處，造成上下車困難；早晚高峰，司機、售票員應接不暇，逃票、漏票情況難以避免；車門突然關閉，造成的傷人、夾人事件時有發生……
在前不久舉辦的北京市中小學生創客秀上，來自大興八中高二（1）班的兩名男生王鑫宇、王子敬展示了他們為解決上述問題特別設計的智慧新型公交車，引起了大家的關注。目前，這個創新作品已在青少年科技創新大賽和金鵬論壇上分別獲得了大興區一等獎，兩名高中生正在為參加市級比賽做準備。
讓有限的空間承載更多的人
根據對現有情況的調查和分析，王鑫宇和王子敬總結出現行的公交車有3個有待改進的地方：第一，解決公交車車門夾人的問題，“我們需要設計一套智慧防夾人的系統”；第二，解決車體內空間利用的問題，“讓有限的空間能夠承載更多的人，並提高乘車人的舒適感”；第三，設計一套可以自動統計人數的系統，既可以統計上下車的人數，防止逃票、漏票的現象，還可以記錄車內總人數，減少超載的幾率，提高行車的安全性。
那麼，他們設計的智慧公交車是如何實現“防夾人”功能的呢？王鑫宇解釋，在智慧公交車的車門處，安裝有一個光電感測器，用來感應上下車的乘客，再由單片機作為主控，“在感應到乘客時，會自動控制車門的開閉”。此外，感測器連接著位於車頭處的發光二極體，當感應到車門處有人的情況，車頭的警示燈會自動點亮，提醒司機注意車門位置的情況。
為解決車體內空間利用的問題，兩個男生也是頗費了一番心思。怎樣才能讓擁擠在車門處的人群均勻地分佈在車內各處呢？他們決定將車門由兩個變為4個，這樣乘客上下車更加便捷，運輸效率得到了提高，人流的壓力也就得到了緩解。“最開始，為了實現分流，我們根據車門的位置，把公交車內部的空間分成了4個封閉的區域，但考慮到這樣的劃分太過死板，我們還是放棄了這個想法。”不能封閉各個區域之間的連接，男生們又想到利用座椅位置的排布來實現分流，“車內座位的佈局變成橫向，每個車門對應兩排座椅”，根據調查，現有公交車（單機車）內座位最多有30個，而這樣設計車內的座位是35個，比一般公交車多了約15%的座位，乘客的站立面積也對應提高了大約1平方米左右，提升了車內空間的利用率。
統計車內上下人數和防止逃票的功能則是由兩塊單片機、一個觸控感測器、一個光電反射感測器和一個對射感測器共同作用完成的。“一個感測器感應上車乘客，一個感測器感應下車乘客，一個感測器感應刷卡和投幣的情況，當上下車人數統計和投幣人數不一致時，警報就會自動響起，提醒乘客自覺刷卡，從而避免了乘客逃票的情況發生。”這種設計同時也節約了人力，不再需要每個車門都配有一個售票員。另外，單片機則記錄上下車人數的統計結果，提醒司機控制車載乘客的總量，防止超載情況的發生，提高行車安全。
克服感測器抗干擾差的難題
從高一開學，到高二前的暑假，這個智慧公交車的製作經歷了大半年時間。其間，兩名男生克服了不少困難。王鑫宇介紹，在感測器的選擇上，他們就頗費了一番心思。由於智慧公交車的防夾人系統檢測部分要實現判斷車門處有沒有乘客，他們根據所學的知識率先想到的就是利用紅外感測器來實現這個功能，分別把發射部分和接收部分安裝到車門處的兩端。“起初，我們選用普通的紅外感測器製作模型，但演示和測試的效果並不好。”測試中，他們發現這種感測器抗干擾能力很差，會受到太陽光和熱光源的影響，變得不敏感，甚至做出錯誤的判斷。此外，在製作模型的過程中，他們也發現紅外對射感測器的一端很難固定在車體上，而且位置不準確，檢測效果不好。後來在指導老師劉維維的啟發下，經過多次測試，他們決定改用光電反射感測器，“這樣才徹底解決了抗干擾的問題，而且只需要使用一個感測器安裝在車門位置即可，只要有人或者物體遮擋，感測器就可以檢測到信號，檢驗效果很好。”
而在實現人數統計的功能時，男生們也遇到了困難，“怎樣利用感測器辨別出上下車的乘客，這是個問題。”他們最初設計使用一個光電感測器來實現人數統計的功能，但在試驗中發現，單一的感測器並不能分辨出車門處感應到的乘客是上車還是下車，這對後續的人數統計帶來了很大的困難。經過反覆思考，男生們想到可以通過兩個光電感測器同時判斷來解決這個問題。“在車門內外依次安裝兩個感測器，當一個乘客經過感測器的順序是先內後外時，説明他是一位下車的乘客；當經過順序為先外後內時，則是一位上車的乘客。”這樣，上下車乘客的判別問題就迎刃而解了，“上車加一，下車減一，這樣系統就可以記錄每個車門處上下車的人數，實現人數統計了。”
小科技迷還曾發明智慧盲杖
大興八中是科技特色示範校，從初中起就在這兒上學的王鑫宇一直都是個小科技迷。在他上科技創新校本課的實驗教室裏，王鑫宇給記者展示了他自初中以來參與製作的各種創新發明作品。智慧停車場可實現停車數量、剩餘車位的統計和提示，“在無空位的情況下，停車場亮起紅色的提示燈，且‘只進不出’。有車位時，可以通過感測器和指示燈連接自動引導車輛開往空車位。”智慧盲杖則通過高低位置不同的感測器的分佈，與位於手柄處舵機的連接，可以提示使用者注意避開高低不同的障礙物，“盲杖上的警示燈在光線昏暗時也會自動亮起，提示行人注意主動避讓”……
針對這一次發明、製作的智慧公交車，王鑫宇認為還有不少亟待改進之處，畢竟目前的試驗都是在考慮理想條件的情況下進行的。如果考慮到老年人及兒童等不需要購票的群體，防逃票的系統則需要重新設計和排布；如果同時有四五名上下車乘客經過感測器前，感測器能不能敏感地完成反應、統計的過程……這些都是他們仍在探索和試圖解決的問題。
“首先我們打算在公交車的外部安裝一個LED的光屏，提示等車的行人車內的人數情況。同時，通過光屏顏色的變化起到警示的作用：當車內滿員時，光屏顯示紅色；車內人數較多時，則顯示黃色；如果環境較為寬鬆，顯示綠色。這樣可以提醒等車乘客，根據自己的出行情況和車內人數的情況選擇是否上車。”這項改良功能，他們打算在即將到來的寒假實現。
