文/文海钟

1 研究背景

1.1 水资源短缺成常态，城市绿植浇灌技术不成熟

绿植是城市规划和生态系统建设中必不可少的基本组成部分，在城市整体环境保持中发挥着重要的作用。但我国大部分城市降雨量少，绿植浇灌成问题，现多采用低压漫灌或抽调水库水进行喷洒等形式，水资源利用率低下。且浇灌用水的来源越加狭窄，取湖泊水、使用中水、地下水等方式都存在着越加凸显的问题。[1]而降雨量较大的地区，大量雨水资源白白流失，城市发展中不透水面积增大引发一系列生态与环境问题。[2]据分析，目前我国在按时灌溉、中水灌溉、改进设备等方向都做了研究，但大部分研究方向单一化或应用条件局限，还会受到技术、用材及其他限制，如有些措施可能需要进行城市道路大规模改建或铺设线路。

1.2 公共交通覆盖率广，人性化服务功能不足

公共交通是城镇居民们日常出行最为主要的交通方式之一，以北京市为例，仅2019年8月乘坐公共交通出行人数为2.65 亿人次（数据源于国家统计局），国家提倡人们选择公共交通出行，以达到节能减排的目的，交通方式的舒适性及便利性很大程度上决定着人们选择倾向，而目前城市客运公共交通中，车下服务及车上服务给乘客提供的服务都没有达到最好的舒适度和便捷度。直列式公交停靠站是目前我国应用最为广泛的公交停靠站布局形式，布置在机非隔离带及人行道等位置，[3]如图1。但目前仍有部分公交站台老旧，功能单一，无休息椅，难以适应现代社会中市民的出行需求。提倡公共交通出行的政策导向没有达到最大化效果。

2 研究目的及意义

（1）基于3R 原则选材设计与雨水收集和处理装置相结合的人性化新型一体公交车站台，探寻能解决我国大部分城市道路绿植灌溉量不足，灌溉方式落后和强降雨易形成城市内涝等问题的方法，同时可缓解城市水资源短缺现象。

（2）提出多种（如车内拥挤程度预提醒功能）适用于公交站台的人性化服务方式，提高社会公众的公共交通出行体验，促使更多的人们倾向于选择公共交通方式出行，节能减排，构建绿色城市。

（3）从改善公共交通角度进行将现代智能科技应用在生活领域的一个探索，为交通领域的智能化探索提供一点思路。

3 研究方法

3.1 文献研究法

在中国知网，维普，万方等数据库以3R理念、公交站台、人性化服务等检索词进行检索，对搜索到的资料进行筛选和分析，总结目前与本研究相关的研究成果，发现较多对于雨水收集再利用和智能公交的理念的研究成果，通过分析其研究内容和细化方向，筛选出与本研究相关的文献13 篇，分析得出这些研究在功能和实用上的不足，雨水收集和处理装置较多，但相关科研成果缺乏充分的市场调研，有些科研成果成熟度低，尚未推广；有些科研成果生产成本较大，市场需求不旺盛；还有些科研成果偏重单一技术研发，对集成化，规模化缺乏研究。[4]参考相关资料对本研究的装置功能设计进行更进一步的完善和调整。

3.2 实证研究法

通过分析现阶段与本研究在研究方向或单一功能上有一定相似的研究内容，了解选择公共交通的乘客出行服务需求，结合在中学阶段学习的智能控制编程技术基础，通过进行一体化新型公交站台的功能及结构设计来进行研究，结合老师意见进行设计功能和结构调整，明确划分一体化新型公交车站台的两大部分功能。

图1

图2

图3

3.3 模拟法

图4

图5

设计与研究需要在实际检验中发现问题来进行调整，本研究根据一体化新型公交站台的功能和结构设计，基于“3R 原则”（所谓"3R 原则"即减少原料(reduce)、重新利用(reuse)和物品回收(recycle)。）[5]选取环保型材料进行设计实物搭建和制作，完成电路架设，对相应功能进行检验，检查修正一体化新型公交站台的雨水收集利用功能、公交车辆拥挤程度提醒及公交卡充值等功能的稳定运行。

4 研究过程

确定选题后，在老师的指导下进行研究方案设计。结合在中学阶段所学习的智能控制编程基础，进行一体化新型公交站台的人性化功能设计与优化，制定了系统的研究思路如图2。按照预定研究方案，有计划的安排时间完成整个研究项目的进行。

4.1 选题查新

结合老师建议调整选题方向后，确定以基于3R 理念的结合雨水收集利用装置和人性化新型公交站台为一体的道路基础设施设计为题进行研究，对这一选题进行查新，使用“公交站台AND(3R 原则OR 人性化设计OR 人工智能)”，“雨水收集AND(利用OR 灌溉)”为检索语句进行查新，通过对结果文献的分析，现有公交站台的设计是对公交站台的功能、环境进行分类设计。[6]一些智能化的研究成果在电子交互显示屏、语音提示等方面做出了创新设计，使用方法不够简便或未能直接的提高人们出行体验。[7]本研究所设计的以雨水收集自动浇灌和人性化服务新型公交站台的一体化设计在之前未有过相关设计，本研究选题较为新颖，具有较高的研究价值。

4.2 站台功能设计

根据本装置设计思路来源，本研究装置功能设计主要针对两方面问题。一是对非常规水资源——雨水的回收和利用。设计自动化的雨水收集和过滤结构，以及道路绿植的自动化浇灌。另一部分针对公交站台的智能化与人性化设计，现阶段公共交通发展的主题是智能化和节能化。[8]本研究结合目前技术基础，设计一体化新型公交站台具有太阳能转化供电、车辆到站时间及拥挤程度预提醒等相应功能，绘制整个一体化公交站台的功能框架图（图3），根据相应功能，基于环保理念进行所需材料选取和购置。

4.2.1 雨水收集及处理功能

公交站台顶部的遮阳挡板设计为可活动样式，挡板上铺设覆膜的太阳能板，实现雨水的顺利收集和太阳能的转化储存，安装雨滴传感器作为雨水收集功能的开关，在遮阳板下方设计两个舵机作为遮阳板起落的动力。正常状态下雨水收集板平放，为候车乘客提供遮阳服务并收集太阳能进行储备对整个站台供电。当开始下雨时，雨滴传感器检测到雨水下落，舵机驱动将雨水收集板外侧撑起20 度，将雨水汇流，通过两层过滤进入蓄水箱，作为道路绿植浇灌的储备水，减少道路雨水淤积。雨停后雨滴传感器表面变干，信号断开，舵机控制雨水收集板下落恢复正常状态。埋放在道路绿植土壤中的土壤湿度传感器在湿度不足时接通，控制中心启动浇灌程序，安装在蓄水箱中的水泵进行抽水灌溉。

4.2.2 人性化智能服务功能

目前公交车客流检测方法主要采用压力检测、红外检测和图像检测三种方式。[9]本研究采用物联网模块信息传输实现对公交车内实时人数的计算，并根据人数情况进行拥挤程度评估，分宽松、无座、爆满等状态显示在站台的LED 显示屏，为候车乘客提供信息，供乘客考虑是否继续等待还是选择其他交通工具。同时站台还设置休息椅、太阳能供电usb充电口、车辆到站信息提示及公交卡便捷充值等服务，为候车乘客提供较全面的出行服务，解决人们的切实所需。

4.3 站台模型制作及功能调试

4.3.1 模型制作

按照本研究装置功能设计，参照站台主体结构图（图4、图5），进行材料加工处理，使用亚克力板作为一体化公交站台的主体结构，储水箱作为地下结构，使用高密度泡沫作为地下结构的填充材料，连接储水箱的管道铺设在地下，连接道路绿植完成浇灌。遮阳板上铺设覆膜的太阳能板，作为公交站台的部分能源来源，同时承担着发生转向进行雨水收集的作用。使用雨滴传感器固定在覆膜太阳能板上，检测下雨后，遮阳板下的舵机将2 块遮阳板外侧顶起20 度，让雨水从内侧面通过两次过滤汇集在蓄水箱。雨停后遮阳板复原提供遮阳及其他服务。正常情况下，安置在路边绿植中的土壤湿度传感器检测湿度过低时，智能系统控制接通水泵进行浇灌。使用物联网模块进行车内人数信息的实时传输实现预提醒功能，LED显示屏进行信息显示；充电模块模拟实现充电功能。

4.3.2 功能测试

完成装置制作后，进行整个一体化新型公交站台的功能试运行，检测是否具备实际适用性，发现雨水收集板的偏转角度较大，重新输入参数进行调整；站台电路部分因线路问题，部分功能未能实现，进行电压调整来纠正。整个公交站台的能量供应可能会受到地域影响，不能完全由太阳能供应，在实际应用中需要根据设置地域选择结合部分电能供应。

5 研究结果

（1）雨水收集灌溉装置与城市交通系统中的公交站台相结合，使用智能控制编程技术为支撑，结合海绵城市及3R 理念，从设施改建的方便程度上来讲避免了大幅度的道路改建，同时公交站台进行设计改装后雨水接收面较大，蓄水作用较明显，在强降雨期对缓解城市内涝现象有一定作用，同时大幅度的增加了道路绿植的灌溉量，一定程度的替代传统绿植浇灌用水来源渠道，解决城市绿植浇灌量不足、缓解多雨城市易形成内涝等问题。

（2）多功能的人性化公交站台服务，通过常规的休息椅、便捷充电、公交车到站时间提醒以及独有的车内拥挤程度预提醒和nfc 公交卡充值功能，在公交车站台的综合性服务方面做出了较大突破，兼顾到乘客选择公共交通出行所需的部分需求及解决公共交通出行可能遇到的问题。这部分功能可提高城市居民选择公共交通作为日常出行方式的意愿，促进节能减排，绿色出行理念的推广，对自然环境的保持具有一定的积极作用。雨水收集装置和人性化智能公交站台的一体化设计是一种新型的多元结合处理模式，可为后续的相关研究提供较好的设计思路。

6 创新点

6.1 选题创新

把践行海绵城市的雨水收集处理及利用装置与智能化公交站台结合，探索最为适用的一体化设施。

6.2 方法创新

使用文献研究法、实证研究法、模拟法进行结合完成本研究，探索科学的适用的站台设施结构及功能；

6.3 功能创新

在将雨水收集和利用功能结合在公交站台的同时，设计车辆拥挤程度预提醒等新功能，促进人性化服务多样化发展；

6.4 结果创新

通过模拟法进行一体化新型公交站台的各方面功能测试与调整，研究结果为雨水资源的利用和现代新型公交站台的设计都提供了很好的思路来源。

7 下一步研究计划

7.1 多功能融合方式探索

本研究在雨水收集和处理装置与城市公路基础设施建设的融合上选择了与公交车站台进行融合，在后续学习和研究中尝试更多切实可行的融合方式，让雨水收集和利用功能在不耗费大量社会资源的情况下完成普及。

7.2 公交站台人性化服务功能研究

公共交通是人们日常生活中最为普遍的交通方式之一，将在以后的生活和学习中更多的将公交站台的人性化服务功能做进一步完善构想设计，给道路交通设施部门提供参考资料。

7.3 装置支撑技术的更新

限于本人目前所掌握的智能控制编程技术基础，我的研究设计在某些地方还不太成熟，功能的实现较为简单或易产生较大误差。我将继续学习智能控制编程技术，结合在相关领域发展趋势，不断完善我的做品设计，希望能为社会发展贡献力量。

7.4 智能化设计理念的融入

科学技术是推进变革的原动力，希望能将本研究所做的创意设想与前沿科技理念融合，如在站台添加人脸识别功能，将符合乘客年龄阶段的有益消息推送至乘客手机。或添加语音查询服务，将在后续的研究中参考相关资讯进行学习调整。

8 致谢

本研究时长近8 个月，在这段时间中，首先感谢的我父母，他们的支持和配合是我能有信心遵循自己的想法完成这一研究挑战的动力，期间也给了我很多建议。其次要特别感谢我的老师，老师在我的研究想法还未成熟的时候就一直悉心指导我，帮助我，教会我研究方法，给与很多关键性指导。通过这次研究，让我对科学有了新的认识，更进一步坚定了我的求学意识，不断钻研，探索利用科学改变生活的方法。再次感谢帮助过我的家人，老师们！