基于智能手機的公交數據采集系統研究與設計

1、概述

公共交通網絡是一個城市交通網絡中最重要組成部分之一。在大中城市，公共交通系統扮演著非常重要的角色，特別是在“低碳出行，綠色出行”概念越來越受市民認可的今天，公共交通系統更是得到了廣大專家的提倡。完善城市公共交通網絡，提高公交交通網絡系統的效率，提升公交系統服務質量，讓更多的市民“可以乘公交，方便乘公交，愿意乘公交”，是解決城市交通問題的最佳途徑。

提供完善的公交信息查詢系統是提高公交服務質量的有效途徑。而完善、準確的公交數據則是公交查詢系統的基礎。傳統的公交數據采集方案中，一般通過GPS實地勘測，然后內業通過MapInfo、ArcGIS等GIS軟件對數據進行處理，最后導入到公交數據庫中，通過這種方案采集公交數據，具有采集業務流程繁瑣，外業成本高，內業數據處理不方便等缺點，從而使得要實現公交數據的實時更新難度非常大。

隨著3G網絡和新一代智能手機操作系統如iOS和android的出現，智能手機終端功能變得越來越強大，這為移動應用開發提供了新的契機。本文正是基于Android系統，提出了一種全新的公交數據采集方案，大大提高了公交數據的采集效率，使得公交數據的實時更新成為了可能。

2、公交網絡數據特點分析

根據出行者在線路選擇上是否受到限制，城市交通服務網絡可以劃分為非限制網絡和限制網絡兩大類。城市道路網絡為典型的非限制網絡，出行者在道路網絡中可以沿任意路線行駛（或步行），而不用考慮轉彎限制。而普通公交線路、軌道交通、城際大巴等構成的城市公共交通服務網絡為限制網絡，出行者在該網絡中只能沿著既定的線路行駛，而不能為了滿足自己的要求，任意改變行駛方向。本文討論的公交網絡即為限制網絡，包括普通公交線路、軌道交通、城際大巴、鐵路等。

對于限制性交通網絡，其最重要的信息包括三個部分：

1、線路的基本屬性。如對于普通的公交線路，這些屬性包括線路番號，所屬城市，所屬公交公司等；2、線路通過的站點序列。對于限制性交通網絡，乘客只能在指定地點上下車，也稱之為站點。線路通過的站點序列是限制性交通網絡最重要的數據，也是數據采集的重點；3、線路走向，即線路通過的空間坐標點序列。線路走向在公交換乘查詢中是重要的支撐數據之一，不同走向的公交線路，即使線路的起止點相同，其行駛耗時可能也完全不同。

從上面的分析可以看出，限制性交通網絡信息主要由三個部分組成，傳統的GIS軟件如ArcGIS、MapInfo等可以很好的保存線路的屬性和線路走向，但卻很難保存線路通過的站點序列并建立線路的拓撲結構，所以在數據采集時一般需要對公交站點和公交線路獨立進行采集，然后再建立站點和線路之間的拓撲關系。為了解決傳統GIS軟件面臨的難題，本文通過借鑒NoSQL數據庫相關技術，提出了一種改進的數據存貯方案，很好的解決了公交數據的存貯問題。

3、公交數據采集方案

基于智能手機的公交數據采集系統將全部采用智能手機進行外業采集工作，采集的公交線路屬性數據和站點數據通過3G網絡直接上傳到公交數據服務器中，如圖3.1所示。

圖3.1 公交數據采集處理流程

根據圖3.1的系統構架，公交數據采集系統分為手機端數據采集軟件和服務器端數據維護系統兩個部分。手機端數據采集軟件負責對公交線路數據進行實地采集，數據采集人員只要攜帶安裝有公交數據采集客戶端的智能手機，乘坐要采集的公交線路從起點到終點，并記下沿途通過的公交站點，數據采集結束后，直接通過3G網絡把公交線路上傳到服務器中即可。而服務器端公交數據維護系統則主要完成數據的校正、確認、刪除和更新等操作，保證數據準確無誤。

智能手機公交數據采集系統通過手機內置GPS獲得公交線路軌跡，可避免手工信息錄入方式造成數據的滯后、錯誤與丟失，提高生產效率和管理水平。

智能手機公交數據采集系統具有以下特點：

（1）自動化程度高。公交線路軌跡和公交站點地理位置都通過手機內置GPS自動獲取，避免人為干涉，基本上不需要內業人員進行地公交線路數字化操作，而只需要進行簡單的數據矯正。

（2）工作效率高。一條公交線路數據獲取只需要從起點坐車到終點，一般情況下3個小時內就可以對一條公交線路信息進行全面數據采集工作。

（3）開放性。公交數據采集系統通過關系數據庫進行公交信息的存貯，而不需要專門的GIS軟件如MapInfo、arcGIS等GIS軟件支持。手機終端和服務器端通過JSON進行數據的傳輸，易于解析，便于共享。

4、數據結構設計

根據對公交數據特點的分析，可以看出傳統的GIS軟件并不適合于表述公交數據，因而我們根據公交數據的特點，設計出了一個非常方便的公交數據結構，該數據結構只有一個busline表。Busline除了保存公交線路的一些屬性信息如番號、所屬公交公司等之外，最主要是通過JSON數組來保存線路軌跡和通過的站點。有名稱的為站點，沒有名稱的為通過的節點，lon、lat為經緯度，x、y為本地坐標。如：

[{“吳中汽車站”,54735,37812,120.62539456,31.251778 69}；

{“”,54720.728433933,37712.330541023,120.62523677,3 1.25087613}；

{“”,54720.728433933,37712.330541023,120.62523677,3 1.25087613}；

{“澄湖路,54746.290885054,37176.36816861,120.62550 298,31.24604214}]。

5、功能設計

智能手機公交數據采集系統主要分手機數據采集終端和服務器端后臺維護系統兩個部分。手機數據采集終端主要用于進行公交數據的實地采集工作，而服務器端后臺維護系統則主要對手機端上傳的數據進行確認，糾正錯誤線路，刪除重復或錯誤的線路等。

5.1 手機端數據采集系統功能設計

智能手機數據采集終端的主要功能包括公交屬性數據采集和公交軌跡錄制兩大部分。新一代智能手機操作系統一般都有強大的數據存貯和處理能力，特別是iOS、android等智能手機操作系統都對開源的SQLit嵌入式數據庫有完善的支持，使用起來非常方便，因而系統采用SQLit數據庫來存貯公交信息。由于SQLit數據庫操作與MYSQL、Oracle等關系數據庫是統一的，這里不再詳細描述。公交線路屬性信息的采集界面如圖5.1.1所示，數據采集人員通過該界面可以快速輸入公交線路信息，包括線路番號、線路類型、所屬公交公司、首末班車時間等。

圖5.1.1 公交線路屬性信息采集

智能手機數據采集終端最核心的功能是公交軌跡的錄制。系統通過手機內置的GPS模塊自動記錄公交線路通過的軌跡，而數據采集人員唯一需要做的工作是在公交車進站時添加相應的公交站點，如圖5.1.2所示：

數據采集結束后，用戶可以直接通過3G或WIFI網絡把公交線路信息上傳到服務器端的公交數據庫中。數據上傳后，系統將自動保存上傳歷史記錄，數據采集人員在外業采集結束后登錄后臺管理系統，參照數據上傳歷史記錄對上傳的數據進行核對，從而實現了一個完整的數據采集過程。

圖5.1.2 公交軌跡錄制過程示意圖

5.2 服務器端后臺維護系統功能設計

在使用智能手機進行公交數據的采集過程中，由于各種原因可能使得采集到的公交線路信息不能完全符合公交換乘查詢系統的數據要求，例如當公交車通過高架橋下方，或穿過地下隧道時，手機可能會出現無法獲得GPS位置的情況，從而使得錄制的軌跡或站點出現很大的偏差，這樣的線路上傳到服務器后，必須通過后臺管理系統進行適當的修正，把公共站點移到正確位置。

6、數據更新辦法

公交數據采集并建庫之后，如何對庫中的數據進行實時更新，保證數據的現勢性也是公交數據維護系統成敗的關鍵。本文提出的設計方案更好的解決了數據更新問題。由于采用自行設計的公交數據結構，因而系統不再受限于任何的GIS軟件，當公交線路數據變化時，用戶可以通過服務器的后臺管理系統直接對公交線路進行修改保存即可。如果需要重新進行外業采集工作，數據采集人員可以使用數據導入功能把數據庫中的現有記錄導入手機，再次對該線路進行外業采集后上傳到公交數據庫中，最后刪除原紀錄即可。

7、結束語

公交網絡系統數據是在數字化城市建設中的重要數據，傳統的數據采集方案無法保證數據的快速獲取、實時更新，得益于新一代智能手機的強大功能。本文提出了一種全新的基于智能手機的公交數據采集方案，充分結合GPS定位技術、3G網絡技術、移動電子地圖技術等現代技術進行公交數據的采集工作，大大提高了公交數據的采集、更新效率，并成功應用于蘇州市公交線路的數據采集、更新工作。