公交公司實時信息管理系統的設計與實現

曾曉娟

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公交公司實時信息管理系統的設計與實現

曾曉娟

摘要：公共交通領域正在不斷的發展，公交運營公司需要為他們的乘客提供更優質的服務。為了實現這個目標，他們必須為乘客提供安全、合理的信息服務，以提升和擴展服務。這些改進對公交公司是昂貴的，可能會影響公司的可持續發展。設計了一種智能交通系統（ITS），它可以為客運系統（RTPI）提供監控和管理工具來提升管理的水平。SITREPA系統包括硬件和軟件，可以采集公交的信息并為公共交通大環境中不同的需求提供相應的信息服務，具有低復雜性和較低的成本，足以滿足大多數中小型公交公司的需求。經過測試，該系統可以成為乘客的一個重要工具并可以提升公共交通的服務質量。關鍵詞：公交公司；實時；信息管理系統；預測精度評價

0　引言

公共交通的技術環境正發生著巨大的變化。近年來由于城市的人口密度大大增加，市中心的環境已經發生了變化。城市的基礎設施必須根據人口的增長做出相應的增長或通過實施新的方案來達到同樣的目的。發展公共交通可以避免花費數百萬美元修建新的道路，避免在城市中心出現大的交通量和減少環境污染[1]。

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

本文提出的SITREPA（Sistema de Informa??oem Tempo Real paraParagens de Autocarro）ITS系統不僅面向乘客提供信息還為公交管理者提供信息。該系統已作為實驗系統在萊里亞市運行。

1　系統概述

SITREPA是一套自動定位系統，它在公共交通的多個領域進行了優化，如圖1所示：

圖1　SITREPA服務器架構

通過Internet乘客可以在瀏覽器和手機的應用中查詢到實時的公交站點信息，車輛運行信息；實時的信息工具為管理員提供真實有效的信息；連續的監控用于車輛的維護，統計數據用于商業與服務決策的制定[2-3]。

SITREPA被細分為若干個相互關聯的子系統。該系統通過嵌入式設備采集數據，并將數據發送給遠處的服務者。這些數據將被處理并存儲用于更新幾個相關的監控引用和服務。

如前面所提到的，SITREPA系統的一個主要目的是為乘客提供實時的信息。這些信息可以通過英特網和集成在手機中的應用程序進行分享，同時也可以在公交站的動態顯示屏上顯示或通過嵌入式音頻設備進行播報。這些顯示和音頻系統通過GPRS與SITREPA（General Packet Radio Service）系統進行連接，并可以定期的刷新車輛的到達信息與時刻表信息。這些信息也可以通過嵌入式的顯示器和音頻系統在汽車內獲得。

2　系統原型

SITREPA系統的開發團隊由計算機和電子專家組成。這保證了在系統的開發過程中軟件與硬件間的相互適應，下面將對系統的細節進行描述。

2.1硬件

（1）SITREPA車輛嵌入式設備（SVED）

SVED是只SITREPA系統開發的嵌入式設備，為公交公司的管理者和乘客提供新的服務工具。該設備主要由3個不同的部分組成：數據采集功能，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來分析。

數據采集功能由車載傳感器提供，例如加速度計和GPS接收器。一旦GPS能以較低的價格提供出色的精度，它將在AVLs系統的開發過程中扮演最重要的角色。三軸加速計可以精確的讀取車輛的位置和所受到的力。（例如司機輪廓的描述，事故檢測和事故數據統計等）

該設備的另一個特點是RFID(射頻識別)功能。SVED系統采用RFID控制器與RFID標簽（如公交月票）進行交互，并將信息提供給中央系統。該功能在公交車司機的身份認證與SITREPA系統和票務管理系統的集成方面很有用。

為了實現車輛的發動機控制單元（ECU）的數據采集功能，SVED系統在OBD II接口上實施了SAE的J1850標準，ISO14230標準，ISO9141標準和ISO15765標準（CAN）。

該SITREPA系統和汽車駕駛員之間的界面是通過管理控制臺來實現的，如圖2所示：

圖2　SITREPA系統嵌入式設備和管理控制臺

控制臺提供例如車載顯示，駕駛員，車輛和航線的鑒定等功能，以及服務運營商與司機之間基于文本的通信功能。

通信功能可以細分為兩類：與SITREPA服務器的連接和車內設備之間的連接。

為了建立與SITREPA服務器的連接，SVED運用了GSM / GPRS模塊。 GPRS模塊與其它方案相比具有較低的成本，例如TETRA（陸地集群無線電，前身泛歐集群無線電）或LTE（長期演進）。在城市場景（很少出現信號覆蓋問題）下GPRS具有可與SITREPA系統服務器長久保持聯系的特點[4-5]。

對于車載設備之間的通信，SVED提供RS232，RS485和藍牙接口。在這個完整的例子中，SVED和OBD II接口之間的通信是通過藍牙連接的。它顯著減少了安裝設備所需花費的勞動。按制造商的要求，RFID閱讀器通過RS485連接到SVED；管理控制臺通過RS232連接。車內信息顯示器直接連接到管理控制臺。它們的管理對SITREPA系統是透明的（可以在服務控制中心啟動這些顯示器的自定義消息）。數據被存儲在一塊閃存中。當存在一個GPRS通信時，數據將在存儲器被清空后發送給SITREPA服務器。

（2）乘客信息路標

乘客信息的路標是電子動態面板，通常位于附近的巴士站，提供即將到達巴士站的車輛的信息。這些路標是由一個LED（發光二極管）顯示屏，音響系統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，例如閃存用來存儲信息，顯示器，音頻控制器和一個連接到SITREPA集成系統的GPRS通訊模塊。

2.2服務器軟件原型

SITREPA系統的軟件組件基于客戶端-服務器架構提供了一系列智能交通應用程序。每個應用針對不同的公共交通應用領域提供不同的工具。這些應用是基于.NET4.0框架開發的。數據通過SQL SERVER數據庫進行存儲和管理。正如前面所提到的，這個組件根據具體的特征被細分為不同的客戶端-服務器模塊，如圖3所示：

圖3　SITREPA軟件服務

SITREPA Server是用于接收和處理所有來自SVED信息的服務應用程序。同時它還能更新所有的實時監控應用程序。

SITREPA管理系統提供了系統的所有管理工具和配置。

SITREPA車庫管理器是面向機械服務的管理應用程序。

SITREPA路線監視器是一個服務管理工具，它通過友好的界面為公共交通服務的管理提供實時的數據。

SITREPA業務數據分析器是一種決策支持系統（DSS），它支持組織的決策的制定，提供跨數據的報告[6]。

SITREPA Server

SITREPA Server是系統的主要應用程序。它可以與子系統進行通信，實現業務邏輯和數據庫中的所有事務。該應用程序在開發過程中分為三層架構：通信層，應用層和數據訪問層[7]，如圖4所示：

圖4　SITREPA服務器架構

通信層采用TCP/IP套接字的方法實現，建立了服務器與那些需要實時信息的設備之間的聯系，例如SVED，公交車站動態信息顯示器和監控應用。在這一層SOAP（簡單對象訪問協議）Web服務允許第三方應用程序（如車隊管理系統，市政網站，公共信息站等）進行遠程的非實時訪問。這些網絡服務使向消費者提供的信息更安全、可靠，增加了系統的可擴展性并降低了資源的密集度。在大多數情況下這些web服務直接訪問數據訪問層。

應用層用于處理公共交通的業務邏輯需求，例如數據的解析、驗證和計算。數據訪問層提供了直接進行數據連接的方法。它用于返回或處理數據（選擇，插入，更新，刪除等）。

SITREPA車庫管理器可以滿足操作人員在機械方面的需求，幫助操作人員優化所有的車輛維修服務。該應用提供了一種跨數據（日期，時間，路線，車輛，駕駛員配置文件等）的報表功能。這使得操作人員可以根據真實的數據對車輛的配置做出評價。它允許對設計作出新的調整，通過降低能耗來提高車輛的性能。為了檢測一輛特定車輛（或某些其他目的）的可疑故障，應用程序提供了車輛的實時監控工具。

應用程序中還考慮了乘客的安全和對重大故障的預防。它提供了一套預先定義的報警系統。當某些參數值達到預先確定的閾值時，警報將被打開，技術人員可以根據自己的情況，決定如何操作車輛。

SITREPA路線監視器為優化公共交通服務管理提供了監控服務工具。這個應用程序的主要目的是監視SITREPA系統的所有功能，包括公共交通服務和SITREPA系統管理。公共交通服務具有許多我們所熟悉的工具，例如用GIS-T表示路線和車輛的位置，交通路線的傳統代表，實時的車輛數據監控。在應用中可以與車輛駕駛員進行通信。它允許操作員編寫和發送短信給車輛控制臺面板[8]。

為了檢測服務中的問題，并保證系統的可用性，SITREPA系統必須被監控。該應用的一個特點是允許監視系統中不同組件間所有的通訊。

業務數據分析儀以決策支持系統（DSS）為基礎，軟件可以根據業務指標提供管理決策。該軟件允許用戶根據數據進行自定義的查詢并生成自定義的報告，以支持業務和組織決策活動。

系統管理程序是系統核心的管理應用。服務與管理功能可以在應用中執行，例如管理（插入、編輯、刪除等）車輛、SVEDS、司機、靜態線路表、線路信息、巴士站、動態信息顯示信息。它還能管理系統的其它任務，如訪問管理第三方應用程序和管理系統用戶和角色。

3　預測精度評價

預測誤差是預測結果與實際的觀測值之間的偏差，反映了預測的精度，常用的預測指標有如下幾種[9]：

（1）絕對誤差：

（3）預測誤差的方差與標準差：

（4）泰爾不等系數：

根據預測結果我們可以得到兩種預測方法的相對誤差如圖5所示：

圖5　相對誤差曲線

它們的方差與泰爾不等系數，如表1所示：

表1　預測精度表

通過以上圖象與數據的分析我們可以發現季節指數法的精度較高，BP神經網絡的精度略低，但是總體上兩種算法的精度均比較高。季節指數法精度高的原因是歷史數據與預測數據的周期性較一致且數據的波動不大，如果數據出現較大波動則季節指數法的預測精度將下降。BP神經網絡精度差的原因為訓練樣本較少，通過對神經網絡結構的優化和增加訓練樣本的數目可以提高神經網絡的預測精度。

4　測試

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

圖6　SITREPA系統上實際數據的演示

評價系統通信和SVED設備表現的測試表明，在Mobilis案例中，這項服務很少有車輛安裝SVED設備。

5　總結

本文對公交運行的環境和它的主要信息需求進行了分析。為了滿足這些需求，提出了SITREPA系統。對軟件系統和硬件的組成進行了詳細描述，并對預測精度進行了評價，最終確定了測試方案。測試結果表明，該系統可以成為乘客的一個重要工具并可以提升公共交通的服務質量。

參考文獻

[1] 辛運霞,李諾薇.智能公交調度管理系統研究[J].河南科技,2014.

[2] 李飛,孫軒,馬春紅.基于互聯網公交調度管理系統的設計與實現[J].地理信息世界,2014:69-73.

[3] 盧漢德.韶關市智能化公交綜合管理系統項目的實施[J].新建設:現代物業(上旬刊),2013:145-146.

[4] 楊定茂.公交智能化管理系統框架與實踐應用[J].科技與企業,2014:107-107.

[5] 馬軍濤,鄒國龍,朱榮譽,等.一種公交車信息實時交互控制系統[J].中國科技投資,2013.

[6] 張海霞.實時共享物流信息管理系統的設計與實現[J].物流技術,2014:422-425.

[7] 劉小峰.基于大數據的智慧云公交調度管理系統[J].電腦開發與應用,2014:38-39.

[8] Cats O, Loutos G. Real-time bus arrival information system-an empirical evaluation[C]// Intelligent Transportation Systems - (ITSC), 2013 16th International IEEE Conference onIEEE, 2013:1310-1315.

[9] He, Di Yan, YusongQiu, et al. Real-Time Scheduling Strategy of Bus Company Based on Dynamic Fuzzy Comprehensive Decision[C]// International Conference on Transportation Engineering 2009ASCE, 2015.

收稿日期：（2015.10.13）

作者簡介：曾曉娟（1977-），女，江蘇省徐州機電工程高等職業學校，賈汪校區，信息工程系講師，碩士，研究方向：計算機應用、動漫設計、工業設計、軟件設計，徐州，221011

文章編號：1007-757X(2015)12-0054-03

中圖分類號：TP311

文獻標志碼：A