公交車(chē)輛信息實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)

辛欣，宋金寶，萬(wàn)丁瑋，許寧

(1.北京牡丹視源電子有限責(zé)任公司，北京 100191;2.中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 100024)

公交車(chē)輛信息實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)

辛欣1，宋金寶2，萬(wàn)丁瑋1，許寧1

(1.北京牡丹視源電子有限責(zé)任公司，北京 100191;2.中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 100024)

本文針對(duì)北京等城市公交系統(tǒng)的特點(diǎn)，探討了在公交汽車(chē)上廣泛安裝GPS的情況下，如何利用移動(dòng)交通檢測(cè)技術(shù)解決預(yù)報(bào)公交車(chē)到站時(shí)刻問(wèn)題，并提出了一個(gè)基于浮動(dòng)車(chē)技術(shù)預(yù)報(bào)到站時(shí)間的解決方案。這種新的候車(chē)預(yù)報(bào)方法有著報(bào)時(shí)相對(duì)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、建設(shè)成本低、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù);智能公交;候車(chē)時(shí)間預(yù)報(bào);浮動(dòng)車(chē)技術(shù)

1 引言

乘客在等公交車(chē)時(shí)最關(guān)心的莫過(guò)于公交車(chē)輛的到站時(shí)間，同時(shí)對(duì)研究城市交通管理也有很大的幫助，因此對(duì)公交車(chē)輛到站時(shí)間的準(zhǔn)確估算有著十分重要的意義［1］。

現(xiàn)有的公交查詢(xún)系統(tǒng)大多只采集和報(bào)告公交車(chē)的當(dāng)前位置，也有個(gè)別的能提供到站時(shí)間，有的是根據(jù)計(jì)劃時(shí)間、有的是根據(jù)公交車(chē)當(dāng)前速度和到站距離計(jì)算出來(lái)。但這樣往往與實(shí)際情況有較大偏差，準(zhǔn)確性也會(huì)超出乘客能夠接受的范圍，尤其是北京等這種堵車(chē)嚴(yán)重的城市，路面交通情況的復(fù)雜性給準(zhǔn)確估算車(chē)輛到站時(shí)間帶來(lái)了很大困難。

本文針對(duì)北京等城市公交系統(tǒng)的特點(diǎn)提出了一個(gè)利用移動(dòng)交通檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“公交車(chē)輛信息實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)”的解決方案，利用安裝了衛(wèi)星定位和移動(dòng)通信設(shè)備的探測(cè)車(chē)(又稱(chēng)浮動(dòng)車(chē))在行駛過(guò)程中的實(shí)時(shí)車(chē)輛信息，將其應(yīng)用到交通信息服務(wù)、交通管理和交通誘導(dǎo)等方面，最重要的是本解決方案可通過(guò)電子站牌、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等方式提供各公交車(chē)的預(yù)計(jì)到站時(shí)間等信息。

2 解決方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

公交車(chē)輛信息實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)解決方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，本系統(tǒng)由如下幾大部分組成:

圖1 解決方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)通過(guò)車(chē)載GPS終端對(duì)運(yùn)營(yíng)中的公交車(chē)進(jìn)行GPS定位，該部分能夠?qū)⒍ㄎ缓蟮淖鴺?biāo)存儲(chǔ)在車(chē)載終端內(nèi)，然后使用終端內(nèi)搭配了移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的SIM卡通信模塊，將定位的坐標(biāo)信息數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到公交車(chē)輛監(jiān)控中心。

原始定位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及類(lèi)型說(shuō)明如表1所示。

表1 原始定位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及類(lèi)型說(shuō)明

上述 Longitude、Latitude為車(chē)輛的地理坐標(biāo);Speed為車(chē)輛的瞬時(shí)車(chē)速;Direction為方向可以用于判定車(chē)輛的行駛方向。

2)在全市建立一個(gè)智能公交數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)電信專(zhuān)線(xiàn)實(shí)時(shí)接收來(lái)自公交車(chē)輛監(jiān)控中心的公交車(chē)輛定位數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，智能公交數(shù)據(jù)處理中心定時(shí)把處理結(jié)果——任意公交車(chē)到任意車(chē)站的預(yù)計(jì)到站時(shí)間發(fā)送給移動(dòng)電視臺(tái)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)站、固定互聯(lián)網(wǎng)站等前端。

3)在電視圖像信號(hào)或廣播信道中加入數(shù)據(jù)廣播信號(hào)，所有車(chē)隊(duì)只要利用相應(yīng)的解調(diào)器都能收到數(shù)據(jù)廣播信號(hào)，每一車(chē)隊(duì)只從廣播數(shù)據(jù)中提取本車(chē)隊(duì)的信息即可。實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)兩用，不用一個(gè)車(chē)隊(duì)建一套系統(tǒng)，這樣做建設(shè)運(yùn)維成本低、信息共享性好。

4)所有電子站牌通過(guò)相應(yīng)的解調(diào)器都能收到數(shù)據(jù)廣播信號(hào)，每一站牌只從廣播數(shù)據(jù)中提取本站牌所需信息即本路車(chē)到達(dá)本站的預(yù)估時(shí)間加以顯示。

5)乘客可通過(guò)接入相關(guān)網(wǎng)站或通過(guò)手機(jī)接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)乘車(chē)相關(guān)信息。

2.2 智能公交數(shù)據(jù)處理中心工作原理

本解決方案的基本思路是，利用不同路公交車(chē)在線(xiàn)路上的交錯(cuò)重合性和它們?cè)谡久弦?guī)范統(tǒng)一性，把行進(jìn)中的某路公交車(chē)輛前方各站最當(dāng)前通過(guò)的本路或其他路車(chē)的站間行駛時(shí)間的逐站累加作為本輛車(chē)到達(dá)前方各站的預(yù)估時(shí)間。

本解決方案的核心部分是智能公交數(shù)據(jù)處理中心，處理中心的基本工作原理如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理中心結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)處理中心結(jié)構(gòu)的說(shuō)明以及數(shù)據(jù)處理的過(guò)程如下。

2.2.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

靜態(tài)數(shù)據(jù)是指那些不隨時(shí)間變化、隨時(shí)間變化不大或者更新周期長(zhǎng)的信息，與路網(wǎng)和車(chē)輛相關(guān)的信息均屬靜態(tài)數(shù)據(jù)，如表2至表6所示。

表2 公交車(chē)站信息表

表2為所有公交車(chē)站的信息表，每一個(gè)公交站點(diǎn)占用一行。

表3 公交車(chē)站GPS信息表

表3為所有公交車(chē)站的GPS表，每一站點(diǎn)占用一行，用站點(diǎn)代號(hào)索引一行。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義說(shuō)明:

建立此表的目的是，由于浮動(dòng)車(chē)數(shù)量大、匹配速度要求高，采用傳統(tǒng)算法難以滿(mǎn)足浮動(dòng)車(chē)位置匹配要求。為此，本文根據(jù)北京等城市各路公交車(chē)在站名上規(guī)范統(tǒng)一的特點(diǎn)，在車(chē)站間建立公交車(chē)的GPS匹配點(diǎn)集合，只處理GPS坐標(biāo)落入匹配點(diǎn)集合的汽車(chē)位置信息，并且由于站名規(guī)范統(tǒng)一，所以站點(diǎn)的GPS坐標(biāo)的建立與維護(hù)與各路公交車(chē)沒(méi)有關(guān)系，全市只要建立和維護(hù)一張表就可以了。兩站之間可以根據(jù)實(shí)際需要和經(jīng)濟(jì)性設(shè)有任意多個(gè)坐標(biāo)匹配點(diǎn)，坐標(biāo)匹配點(diǎn)越多越易于到站時(shí)間的測(cè)量，但成本也越高。

假定一站之內(nèi)基本是勻速行駛，可利用這一站已行駛時(shí)間和上述“C”和“D”項(xiàng)計(jì)算出這一站總行駛時(shí)間。

上述“D”項(xiàng)為0時(shí)表示此位置就是站點(diǎn)位置，建議在站點(diǎn)位置上要發(fā)送GPS坐標(biāo)信息，北京市“9”字頭車(chē)GPS已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)站位置并報(bào)告站名，所以把這一位置信息發(fā)送出去完全可行。

表4 公交線(xiàn)路信息表

表4為一座城市所有路公交車(chē)的信息表，每一路車(chē)占用一行，用公交車(chē)路號(hào)的代號(hào)索引一行。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義說(shuō)明:支線(xiàn)和區(qū)間車(chē)也算作一路公交車(chē)。

表5 公交線(xiàn)路上行方向車(chē)站信息表

表5為一座城市所有路公交車(chē)的信息表，每一上行站占用一行，用公交車(chē)路號(hào)的代號(hào)索引一行。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義說(shuō)明:站點(diǎn)序號(hào)為0xff，表示這路車(chē)經(jīng)過(guò)此站點(diǎn)但不停車(chē)，即快車(chē)等。

表6 公交線(xiàn)路下行方向車(chē)站信息表

表6為一座城市所有路公交車(chē)的信息表，每一下行站占用一行，用公交車(chē)路號(hào)的代號(hào)索引一行。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義說(shuō)明:站點(diǎn)序號(hào)為0xff，表示這路車(chē)經(jīng)過(guò)此站點(diǎn)但不停車(chē)，即快車(chē)等。

還有其它一些靜態(tài)表，此處不一一列出。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指隨時(shí)間具有明顯變化的信息，比如車(chē)輛的行駛定位數(shù)據(jù)，如表7、表8和表9所示。系統(tǒng)依據(jù)相關(guān)公交車(chē)的靜態(tài)信息和車(chē)輛的動(dòng)態(tài)信息，通過(guò)一定算法確定相關(guān)車(chē)站的預(yù)計(jì)到站時(shí)間。

表7 車(chē)輛狀態(tài)信息表

表8 相鄰站點(diǎn)最當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行時(shí)間

表9 公交車(chē)輛與公交線(xiàn)路的下送信息

還有其它一些動(dòng)態(tài)表，此處不一一列出。

2.2.2 行駛定位數(shù)據(jù)接收與預(yù)處理過(guò)程

由于數(shù)據(jù)處理中心接收汽車(chē)上發(fā)信息是隨時(shí)的和隨機(jī)的，并且這些信息中也有可能會(huì)包含錯(cuò)誤的信息，而數(shù)據(jù)處理中心的處理過(guò)程是周期的和定時(shí)地，因此，我們需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)接收與預(yù)處理的服務(wù)器，其功能是將公交車(chē)實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、篩選、計(jì)算并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，該過(guò)程主要完成以下幾項(xiàng)功能:

1)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除一些異常數(shù)據(jù)和噪聲，如經(jīng)度/緯度錯(cuò)誤，速度錯(cuò)誤(小于0或大于60)等;

2)根據(jù)GPS提供的坐標(biāo)值與表3進(jìn)行匹配，保留車(chē)輛的定位點(diǎn)處于目標(biāo)道路匹配點(diǎn)集合中的車(chē)輛定位數(shù)據(jù);

3)將有效的車(chē)輛定位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或處理，并依據(jù)處理結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表7的D、E、F項(xiàng)(當(dāng)表3的“D”項(xiàng)為0時(shí))或G、H(當(dāng)表3的“D”項(xiàng)不為0時(shí))項(xiàng)進(jìn)行更新。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理過(guò)程

數(shù)據(jù)處理過(guò)程周期地將經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的信息通過(guò)計(jì)算和轉(zhuǎn)換得到乘客和車(chē)隊(duì)所需的各汽車(chē)站預(yù)計(jì)到站時(shí)間，基本過(guò)程如下:

數(shù)據(jù)處理中心遍歷表7，通過(guò)表5找到表7的站點(diǎn)序號(hào)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)代號(hào)，依據(jù)站點(diǎn)代號(hào)查詢(xún)表8“B”項(xiàng)與它相同的記錄。

查到后，若表7“E”項(xiàng)的值比表8“C”項(xiàng)的值晚，用表7“E”項(xiàng)的值更換表8“C”項(xiàng)的值。在此情況下，若上述兩個(gè)時(shí)刻之差大于設(shè)定閾值，用表7“E”項(xiàng)的值減去表7的“F”項(xiàng)的值，并將此結(jié)果去更換表8的兩站之間實(shí)際運(yùn)行時(shí)間;否則，表8“D”項(xiàng)的值與表7“E”項(xiàng)的值減去表7“F”項(xiàng)的值的結(jié)果進(jìn)行累加并取平均值，以剔除紅綠燈誤差。

若表7“G”項(xiàng)的值比表8“E”項(xiàng)的值晚，用表7“H”項(xiàng)的值更換表8“F”項(xiàng)的值。

數(shù)據(jù)處理中心再對(duì)每一路車(chē)的上行/下行的表9部分進(jìn)行如下處理:

設(shè)立臨時(shí)變量并將其清零，從本路車(chē)的第一站開(kāi)始處理。

通過(guò)表5找到表9的站點(diǎn)序號(hào)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)代號(hào)，依據(jù)站點(diǎn)代號(hào)查詢(xún)表8的相關(guān)位置，比較表8的“C”項(xiàng)和“E”項(xiàng)，若前者比后者的時(shí)刻晚，取兩站之間實(shí)際運(yùn)行時(shí)間累加到臨時(shí)變量中，若前者比后者的時(shí)刻早但它們之差小于設(shè)定閾值，取兩站之間實(shí)際運(yùn)行時(shí)間累加到臨時(shí)變量中，否則把兩站之間估算的行駛時(shí)間累加到臨時(shí)變量中。若前者或后者更晚的一方比當(dāng)前實(shí)際時(shí)間早且其差值大于設(shè)定閾值，即在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有公交車(chē)經(jīng)過(guò)，可根據(jù)公交車(chē)路號(hào)的代號(hào)得到此路車(chē)在表4的站間規(guī)定行車(chē)時(shí)間，把它累加到臨時(shí)變量中。把臨時(shí)變量中的內(nèi)容置到表9的這一站的“下一趟車(chē)預(yù)計(jì)到站所用時(shí)間”處。

若表9的這一站的“本站至下一站之間車(chē)輛總數(shù)”不為零，將臨時(shí)變量清零。

重復(fù)上述過(guò)程直到這路車(chē)的這一方向的最后一站。

把數(shù)據(jù)處理完畢后新生成的表9保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2.4 數(shù)據(jù)下發(fā)過(guò)程

數(shù)據(jù)處理中心定時(shí)地將表9從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)打包后通過(guò)電信專(zhuān)線(xiàn)傳至電視臺(tái)/廣播電臺(tái)前端和網(wǎng)站，電子站牌和公交車(chē)隊(duì)的相關(guān)電視廣播接收器接收這些嵌入在電視廣播節(jié)目中的數(shù)據(jù)。乘客可通過(guò)電子站牌、固定或移動(dòng)上網(wǎng)查詢(xún)得到車(chē)輛的位置和預(yù)計(jì)到站時(shí)間等信息，公交車(chē)隊(duì)也可接收這些信息進(jìn)行公交車(chē)調(diào)度和管理。

3 方案可行性

1)對(duì)于移動(dòng)交通檢測(cè)系統(tǒng)，一個(gè)最基本的問(wèn)題是探測(cè)車(chē)的數(shù)量。以往的移動(dòng)交通檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐證明如果探測(cè)車(chē)數(shù)量太少，則交通信息的精度較低;如果探測(cè)車(chē)數(shù)量太多，交通信息的精度不會(huì)明顯提高，反而使系統(tǒng)成本顯著增加。一般情況下，在城市道路上覆蓋率為5%即可達(dá)到滿(mǎn)意效果。北京市交研中心搭建的“浮動(dòng)車(chē)交通信息采集系統(tǒng)”，參與的出租車(chē)在8000輛左右，每輛車(chē)大約每分鐘上傳一個(gè)GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)，每天接收到的數(shù)據(jù)量約900萬(wàn)條。浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)對(duì)于五環(huán)內(nèi)(含五環(huán))次干路以上路網(wǎng)的覆蓋率達(dá)到90%以上。

北京市交通委就是利用浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)計(jì)算出的路面交通情況，并以圖片的方式顯示出來(lái)，綠色表示路面暢通，紅色表示路面擁堵，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可在北京交通網(wǎng)上查詢(xún)。

2)以北京為例，由于公交線(xiàn)路重合性，即一路公交車(chē)線(xiàn)路上各站之間幾乎都與其他公交線(xiàn)路有重合，因此每一路公交車(chē)前后兩輛車(chē)之間出現(xiàn)其他路車(chē)的概率很高，因此站間有探測(cè)車(chē)的時(shí)候非常多;再者各路車(chē)在高峰期間發(fā)車(chē)間隔都在5、6分鐘以?xún)?nèi)。

可以看出像北京這樣公交路網(wǎng)密度大、公交車(chē)數(shù)量多(大約600個(gè)以上的公交線(xiàn)路)的城市非常有利于使各路公交車(chē)互為其他路公交車(chē)提供到站時(shí)間的參照值。

3)路面交通狀況有慣性，道路擁堵情況的變化是比較平緩的，所以若干站之內(nèi)后面車(chē)輛的行進(jìn)時(shí)間完全可以用前方最當(dāng)前經(jīng)過(guò)車(chē)輛的行車(chē)時(shí)間來(lái)預(yù)估，而且本解決方案也能把路面交通狀況的突然變化及時(shí)反映出來(lái)。

4)關(guān)于本方案的核心部分——智能公交數(shù)據(jù)處理中心的海量計(jì)算問(wèn)題。我們以北京市公交線(xiàn)路作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在普通PC機(jī)上設(shè)計(jì)了一個(gè)智能公交數(shù)據(jù)處理中心的模型，模擬處理對(duì)象為608路車(chē)、5439*2(2代表上下行)個(gè)站點(diǎn)，它的處理周期為30秒，即在30秒鐘之內(nèi)就能夠把5439*2個(gè)站點(diǎn)遍歷一遍，遍歷過(guò)程中根據(jù)這期間全市的公交車(chē)車(chē)載GPS上傳的新數(shù)據(jù)，把響應(yīng)站的到站時(shí)間進(jìn)行更新。

5)系統(tǒng)盡量采用通用的、規(guī)范的、標(biāo)準(zhǔn)的、商用的技術(shù)、設(shè)備或設(shè)施，不但考慮了建設(shè)的可行性，還考慮了日后運(yùn)維的可行性。這樣實(shí)現(xiàn)的可行性高，建設(shè)起來(lái)容易而且成本低廉，今后運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、維修也簡(jiǎn)單容易，成本也低，否則這一系統(tǒng)難于投入建設(shè)、難于長(zhǎng)期運(yùn)行。

6)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在智能公交技術(shù)方面會(huì)涌現(xiàn)出新的技術(shù)或算法，由于本系統(tǒng)核心部分完全采用軟件實(shí)現(xiàn)，所以利用更先進(jìn)的技術(shù)或算法進(jìn)行替換就可以很容易的對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行改造或優(yōu)化。

4 結(jié)論

本文探討了在公交汽車(chē)上廣泛安裝GPS的情況下，如何利用移動(dòng)交通檢測(cè)技術(shù)解決預(yù)報(bào)汽車(chē)到站時(shí)刻問(wèn)題，并提出了一個(gè)基于浮動(dòng)車(chē)信息系統(tǒng)的解決方案，重點(diǎn)描述了浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)采集、地圖匹配和到站時(shí)刻估算方法。這種新的候車(chē)報(bào)時(shí)方法有著建設(shè)成本低、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、報(bào)時(shí)相對(duì)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，它的實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用將會(huì)對(duì)交通管理和服務(wù)提供良好的支持，縮短廣大乘客的候車(chē)時(shí)間和乘車(chē)時(shí)間，有利于公交乘客方便出行。

由于本方案的核心部分——智能公交數(shù)據(jù)處理中心完全由軟件實(shí)現(xiàn)，所以很容易與其它測(cè)速系統(tǒng)對(duì)接，比如與路口測(cè)速裝置相對(duì)接，并視情況改進(jìn)算法，就能提高報(bào)時(shí)的準(zhǔn)確性。

［1］周鑫欣，武小光，徐輝，辛欣.一種公交信息查詢(xún)方法和系統(tǒng)［P］.中國(guó):201020502833.5.

［2］徐寧，王文元，徐輝，辛欣.一種公交信息采集和查詢(xún)系統(tǒng)［P］.中國(guó):201020502834.X.

［3］張曉春，呂北岳，杜清運(yùn).基于車(chē)載GPS技術(shù)的交通浮動(dòng)車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］，ITS通信，6(3)，2004:82-83.

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Real-time Query System of Transit Vehicle Information

XIN Xin1，SONG Jin-bao2，DING Wei-wan1，XU Ning1

(1.Beijing Peony Digital Video Electronics Co.，Ltd，Beijing 100191;2.Communication University of China，Beijing 100024)

This article discussed how to forecast public transportations’arrival time using motion transportation examination technology under the condition that GPS are installed on most of the buses，and proposed a solution of forecasting arrival time based on floating cars technology.The new forecasting method has some advantages such as forecasting arrival time relative exactly，high real-time，low construction cost，wide usage and so on.

computer application technology;APTS;forecasting waiting time;floating cars technology

U495

A

1673-4793(2011)04-0066-06

2011-05-20

辛欣(1958- )，男(漢族)，山東泰安人，北京市工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心高級(jí)工程師，Email:biicxinx@126.com

(責(zé)任編輯

:龍學(xué)鋒)