公交公司實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾曉娟

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公交公司實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾曉娟

摘要：公共交通領(lǐng)域正在不斷的發(fā)展，公交運(yùn)營(yíng)公司需要為他們的乘客提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他們必須為乘客提供安全、合理的信息服務(wù)，以提升和擴(kuò)展服務(wù)。這些改進(jìn)對(duì)公交公司是昂貴的，可能會(huì)影響公司的可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)了一種智能交通系統(tǒng)（ITS），它可以為客運(yùn)系統(tǒng)（RTPI）提供監(jiān)控和管理工具來(lái)提升管理的水平。SITREPA系統(tǒng)包括硬件和軟件，可以采集公交的信息并為公共交通大環(huán)境中不同的需求提供相應(yīng)的信息服務(wù)，具有低復(fù)雜性和較低的成本，足以滿足大多數(shù)中小型公交公司的需求。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)可以成為乘客的一個(gè)重要工具并可以提升公共交通的服務(wù)質(zhì)量。關(guān)鍵詞：公交公司；實(shí)時(shí)；信息管理系統(tǒng)；預(yù)測(cè)精度評(píng)價(jià)

0　引言

公共交通的技術(shù)環(huán)境正發(fā)生著巨大的變化。近年來(lái)由于城市的人口密度大大增加，市中心的環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了變化。城市的基礎(chǔ)設(shè)施必須根據(jù)人口的增長(zhǎng)做出相應(yīng)的增長(zhǎng)或通過(guò)實(shí)施新的方案來(lái)達(dá)到同樣的目的。發(fā)展公共交通可以避免花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元修建新的道路，避免在城市中心出現(xiàn)大的交通量和減少環(huán)境污染[1]。

為了減少車(chē)輛的通行和吸引新的乘客，公共交通需要提供一套切實(shí)可行的高質(zhì)量服務(wù)方案。智能交通系統(tǒng)（ITS）便是一種可以為乘客提供高質(zhì)量服務(wù)的新的方案。ITS系統(tǒng)是非常強(qiáng)大的公共交通系統(tǒng)，但在大多數(shù)的情況下，它們僅面向乘客提供信息，而且非常的昂貴。大多數(shù)小城市的公交公司沒(méi)有實(shí)施這套系統(tǒng)的原因在于成本太高且回報(bào)并不合理。

本文提出的SITREPA（Sistema de Informa??oem Tempo Real paraParagens de Autocarro）ITS系統(tǒng)不僅面向乘客提供信息還為公交管理者提供信息。該系統(tǒng)已作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在萊里亞市運(yùn)行。

1　系統(tǒng)概述

SITREPA是一套自動(dòng)定位系統(tǒng)，它在公共交通的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了優(yōu)化，如圖1所示：

圖1　SITREPA服務(wù)器架構(gòu)

通過(guò)Internet乘客可以在瀏覽器和手機(jī)的應(yīng)用中查詢到實(shí)時(shí)的公交站點(diǎn)信息，車(chē)輛運(yùn)行信息；實(shí)時(shí)的信息工具為管理員提供真實(shí)有效的信息；連續(xù)的監(jiān)控用于車(chē)輛的維護(hù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用于商業(yè)與服務(wù)決策的制定[2-3]。

SITREPA被細(xì)分為若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)嵌入式設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)處的服務(wù)者。這些數(shù)據(jù)將被處理并存儲(chǔ)用于更新幾個(gè)相關(guān)的監(jiān)控引用和服務(wù)。

如前面所提到的，SITREPA系統(tǒng)的一個(gè)主要目的是為乘客提供實(shí)時(shí)的信息。這些信息可以通過(guò)英特網(wǎng)和集成在手機(jī)中的應(yīng)用程序進(jìn)行分享，同時(shí)也可以在公交站的動(dòng)態(tài)顯示屏上顯示或通過(guò)嵌入式音頻設(shè)備進(jìn)行播報(bào)。這些顯示和音頻系統(tǒng)通過(guò)GPRS與SITREPA（General Packet Radio Service）系統(tǒng)進(jìn)行連接，并可以定期的刷新車(chē)輛的到達(dá)信息與時(shí)刻表信息。這些信息也可以通過(guò)嵌入式的顯示器和音頻系統(tǒng)在汽車(chē)內(nèi)獲得。

2　系統(tǒng)原型

SITREPA系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)由計(jì)算機(jī)和電子專(zhuān)家組成。這保證了在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中軟件與硬件間的相互適應(yīng)，下面將對(duì)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。

2.1硬件

（1）SITREPA車(chē)輛嵌入式設(shè)備（SVED）

SVED是只SITREPA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的嵌入式設(shè)備，為公交公司的管理者和乘客提供新的服務(wù)工具。該設(shè)備主要由3個(gè)不同的部分組成：數(shù)據(jù)采集功能，乘客和駕駛員的界面部分以及通信的功能。這些主要部分將被分開(kāi)來(lái)分析。

數(shù)據(jù)采集功能由車(chē)載傳感器提供，例如加速度計(jì)和GPS接收器。一旦GPS能以較低的價(jià)格提供出色的精度，它將在AVLs系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中扮演最重要的角色。三軸加速計(jì)可以精確的讀取車(chē)輛的位置和所受到的力。（例如司機(jī)輪廓的描述，事故檢測(cè)和事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等）

該設(shè)備的另一個(gè)特點(diǎn)是RFID(射頻識(shí)別)功能。SVED系統(tǒng)采用RFID控制器與RFID標(biāo)簽（如公交月票）進(jìn)行交互，并將信息提供給中央系統(tǒng)。該功能在公交車(chē)司機(jī)的身份認(rèn)證與SITREPA系統(tǒng)和票務(wù)管理系統(tǒng)的集成方面很有用。

為了實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）的數(shù)據(jù)采集功能，SVED系統(tǒng)在OBD II接口上實(shí)施了SAE的J1850標(biāo)準(zhǔn)，ISO14230標(biāo)準(zhǔn)，ISO9141標(biāo)準(zhǔn)和ISO15765標(biāo)準(zhǔn)（CAN）。

該SITREPA系統(tǒng)和汽車(chē)駕駛員之間的界面是通過(guò)管理控制臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示：

圖2　SITREPA系統(tǒng)嵌入式設(shè)備和管理控制臺(tái)

控制臺(tái)提供例如車(chē)載顯示，駕駛員，車(chē)輛和航線的鑒定等功能，以及服務(wù)運(yùn)營(yíng)商與司機(jī)之間基于文本的通信功能。

通信功能可以細(xì)分為兩類(lèi)：與SITREPA服務(wù)器的連接和車(chē)內(nèi)設(shè)備之間的連接。

為了建立與SITREPA服務(wù)器的連接，SVED運(yùn)用了GSM / GPRS模塊。 GPRS模塊與其它方案相比具有較低的成本，例如TETRA（陸地集群無(wú)線電，前身泛歐集群無(wú)線電）或LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）。在城市場(chǎng)景（很少出現(xiàn)信號(hào)覆蓋問(wèn)題）下GPRS具有可與SITREPA系統(tǒng)服務(wù)器長(zhǎng)久保持聯(lián)系的特點(diǎn)[4-5]。

對(duì)于車(chē)載設(shè)備之間的通信，SVED提供RS232，RS485和藍(lán)牙接口。在這個(gè)完整的例子中，SVED和OBD II接口之間的通信是通過(guò)藍(lán)牙連接的。它顯著減少了安裝設(shè)備所需花費(fèi)的勞動(dòng)。按制造商的要求，RFID閱讀器通過(guò)RS485連接到SVED；管理控制臺(tái)通過(guò)RS232連接。車(chē)內(nèi)信息顯示器直接連接到管理控制臺(tái)。它們的管理對(duì)SITREPA系統(tǒng)是透明的（可以在服務(wù)控制中心啟動(dòng)這些顯示器的自定義消息）。數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在一塊閃存中。當(dāng)存在一個(gè)GPRS通信時(shí)，數(shù)據(jù)將在存儲(chǔ)器被清空后發(fā)送給SITREPA服務(wù)器。

（2）乘客信息路標(biāo)

乘客信息的路標(biāo)是電子動(dòng)態(tài)面板，通常位于附近的巴士站，提供即將到達(dá)巴士站的車(chē)輛的信息。這些路標(biāo)是由一個(gè)LED（發(fā)光二極管）顯示屏，音響系統(tǒng)和中央控制電路板組成的。這塊電路板包含了許多電子器件，例如閃存用來(lái)存儲(chǔ)信息，顯示器，音頻控制器和一個(gè)連接到SITREPA集成系統(tǒng)的GPRS通訊模塊。

2.2服務(wù)器軟件原型

SITREPA系統(tǒng)的軟件組件基于客戶端-服務(wù)器架構(gòu)提供了一系列智能交通應(yīng)用程序。每個(gè)應(yīng)用針對(duì)不同的公共交通應(yīng)用領(lǐng)域提供不同的工具。這些應(yīng)用是基于.NET4.0框架開(kāi)發(fā)的。數(shù)據(jù)通過(guò)SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。正如前面所提到的，這個(gè)組件根據(jù)具體的特征被細(xì)分為不同的客戶端-服務(wù)器模塊，如圖3所示：

圖3　SITREPA軟件服務(wù)

SITREPA Server是用于接收和處理所有來(lái)自SVED信息的服務(wù)應(yīng)用程序。同時(shí)它還能更新所有的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用程序。

SITREPA管理系統(tǒng)提供了系統(tǒng)的所有管理工具和配置。

SITREPA車(chē)庫(kù)管理器是面向機(jī)械服務(wù)的管理應(yīng)用程序。

SITREPA路線監(jiān)視器是一個(gè)服務(wù)管理工具，它通過(guò)友好的界面為公共交通服務(wù)的管理提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

SITREPA業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析器是一種決策支持系統(tǒng)（DSS），它支持組織的決策的制定，提供跨數(shù)據(jù)的報(bào)告[6]。

SITREPA Server

SITREPA Server是系統(tǒng)的主要應(yīng)用程序。它可以與子系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有事務(wù)。該應(yīng)用程序在開(kāi)發(fā)過(guò)程中分為三層架構(gòu)：通信層，應(yīng)用層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層[7]，如圖4所示：

圖4　SITREPA服務(wù)器架構(gòu)

通信層采用TCP/IP套接字的方法實(shí)現(xiàn)，建立了服務(wù)器與那些需要實(shí)時(shí)信息的設(shè)備之間的聯(lián)系，例如SVED，公交車(chē)站動(dòng)態(tài)信息顯示器和監(jiān)控應(yīng)用。在這一層SOAP（簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議）Web服務(wù)允許第三方應(yīng)用程序（如車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)，市政網(wǎng)站，公共信息站等）進(jìn)行遠(yuǎn)程的非實(shí)時(shí)訪問(wèn)。這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使向消費(fèi)者提供的信息更安全、可靠，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性并降低了資源的密集度。在大多數(shù)情況下這些web服務(wù)直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。

應(yīng)用層用于處理公共交通的業(yè)務(wù)邏輯需求，例如數(shù)據(jù)的解析、驗(yàn)證和計(jì)算。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層提供了直接進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的方法。它用于返回或處理數(shù)據(jù)（選擇，插入，更新，刪除等）。

SITREPA車(chē)庫(kù)管理器可以滿足操作人員在機(jī)械方面的需求，幫助操作人員優(yōu)化所有的車(chē)輛維修服務(wù)。該應(yīng)用提供了一種跨數(shù)據(jù)（日期，時(shí)間，路線，車(chē)輛，駕駛員配置文件等）的報(bào)表功能。這使得操作人員可以根據(jù)真實(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)輛的配置做出評(píng)價(jià)。它允許對(duì)設(shè)計(jì)作出新的調(diào)整，通過(guò)降低能耗來(lái)提高車(chē)輛的性能。為了檢測(cè)一輛特定車(chē)輛（或某些其他目的）的可疑故障，應(yīng)用程序提供了車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控工具。

應(yīng)用程序中還考慮了乘客的安全和對(duì)重大故障的預(yù)防。它提供了一套預(yù)先定義的報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)某些參數(shù)值達(dá)到預(yù)先確定的閾值時(shí)，警報(bào)將被打開(kāi)，技術(shù)人員可以根據(jù)自己的情況，決定如何操作車(chē)輛。

SITREPA路線監(jiān)視器為優(yōu)化公共交通服務(wù)管理提供了監(jiān)控服務(wù)工具。這個(gè)應(yīng)用程序的主要目的是監(jiān)視SITREPA系統(tǒng)的所有功能，包括公共交通服務(wù)和SITREPA系統(tǒng)管理。公共交通服務(wù)具有許多我們所熟悉的工具，例如用GIS-T表示路線和車(chē)輛的位置，交通路線的傳統(tǒng)代表，實(shí)時(shí)的車(chē)輛數(shù)據(jù)監(jiān)控。在應(yīng)用中可以與車(chē)輛駕駛員進(jìn)行通信。它允許操作員編寫(xiě)和發(fā)送短信給車(chē)輛控制臺(tái)面板[8]。

為了檢測(cè)服務(wù)中的問(wèn)題，并保證系統(tǒng)的可用性，SITREPA系統(tǒng)必須被監(jiān)控。該應(yīng)用的一個(gè)特點(diǎn)是允許監(jiān)視系統(tǒng)中不同組件間所有的通訊。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析儀以決策支持系統(tǒng)（DSS）為基礎(chǔ)，軟件可以根據(jù)業(yè)務(wù)指標(biāo)提供管理決策。該軟件允許用戶根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義的查詢并生成自定義的報(bào)告，以支持業(yè)務(wù)和組織決策活動(dòng)。

系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)核心的管理應(yīng)用。服務(wù)與管理功能可以在應(yīng)用中執(zhí)行，例如管理（插入、編輯、刪除等）車(chē)輛、SVEDS、司機(jī)、靜態(tài)線路表、線路信息、巴士站、動(dòng)態(tài)信息顯示信息。它還能管理系統(tǒng)的其它任務(wù)，如訪問(wèn)管理第三方應(yīng)用程序和管理系統(tǒng)用戶和角色。

3　預(yù)測(cè)精度評(píng)價(jià)

預(yù)測(cè)誤差是預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際的觀測(cè)值之間的偏差，反映了預(yù)測(cè)的精度，常用的預(yù)測(cè)指標(biāo)有如下幾種[9]：

（1）絕對(duì)誤差：

（3）預(yù)測(cè)誤差的方差與標(biāo)準(zhǔn)差：

（4）泰爾不等系數(shù)：

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果我們可以得到兩種預(yù)測(cè)方法的相對(duì)誤差如圖5所示：

圖5　相對(duì)誤差曲線

它們的方差與泰爾不等系數(shù)，如表1所示：

表1　預(yù)測(cè)精度表

通過(guò)以上圖象與數(shù)據(jù)的分析我們可以發(fā)現(xiàn)季節(jié)指數(shù)法的精度較高，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度略低，但是總體上兩種算法的精度均比較高。季節(jié)指數(shù)法精度高的原因是歷史數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的周期性較一致且數(shù)據(jù)的波動(dòng)不大，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)則季節(jié)指數(shù)法的預(yù)測(cè)精度將下降。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度差的原因?yàn)橛?xùn)練樣本較少，通過(guò)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和增加訓(xùn)練樣本的數(shù)目可以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度。

4　測(cè)試

Mobilis的乘客可以使用兩種不同的路線，各條路線沿線約有30個(gè)公交站。如圖所示，由于城市居民的增長(zhǎng)，需要增加線路、車(chē)站和公交車(chē)的數(shù)量如圖6所示：

圖6　SITREPA系統(tǒng)上實(shí)際數(shù)據(jù)的演示

評(píng)價(jià)系統(tǒng)通信和SVED設(shè)備表現(xiàn)的測(cè)試表明，在Mobilis案例中，這項(xiàng)服務(wù)很少有車(chē)輛安裝SVED設(shè)備。

5　總結(jié)

本文對(duì)公交運(yùn)行的環(huán)境和它的主要信息需求進(jìn)行了分析。為了滿足這些需求，提出了SITREPA系統(tǒng)。對(duì)軟件系統(tǒng)和硬件的組成進(jìn)行了詳細(xì)描述，并對(duì)預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最終確定了測(cè)試方案。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以成為乘客的一個(gè)重要工具并可以提升公共交通的服務(wù)質(zhì)量。

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收稿日期：（2015.10.13）

作者簡(jiǎn)介：曾曉娟（1977-），女，江蘇省徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，賈汪校區(qū)，信息工程系講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，徐州，221011

文章編號(hào)：1007-757X(2015)12-0054-03

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A