智能公交信息采集系統的設計與實現

張桂芬,沈 偉，劉 杰

(上海市測繪院,上海 200063)

智能公交信息采集系統的設計與實現

張桂芬,沈 偉，劉 杰

(上海市測繪院,上海 200063)

隨著社會步入信息共建共享的時代，如何充分利用社會資源更好地為公眾提供服務成為政府部門一直思考的問題。本文基于社會關注的“公交服務”熱點，在總結分析傳統公交信息采集方式的基礎上，介紹了智能公交信息采集系統的建設方案，闡述了系統實現的關鍵技術，并分析了系統的應用實效和后續推廣價值。

智能公交；信息采集；數據擬合

隨著科學的發展和技術的進步，人類進入了信息共建共享的時代，用戶對信息的需求與日俱增，要求越來越高。作為提供基礎地理信息服務的政府部門，如何充分利用社會資源高效地獲取準確的信息以便更好地服務于公眾，一直是政府部門迫切需要解決的問題。基于基礎地理信息和公交信息為公眾提供公交服務是服務社會民生的重要內容之一。然而，以前公交信息采集采用基于人工調查的作業方式，首先由專業的外業采集人員在圖紙上勾畫出線路走向及站點信息，再由專業的內業數據處理人員進行數字化，錄入相關屬性信息至數據庫中。該方法無法追溯核實，效率較低，信息單一，更新較慢。基于此，本文在梳理公交信息采集流程的基礎上，設計智能公交信息采集系統的一體化解決方案，并介紹系統實現的關鍵技術和系統實現效果。該系統成果在上海市公交信息采集工作的應用實踐證明，應用該系統進行數據采集降低了作業成本，縮短了作業周期，提高了生產效率，豐富了數據內容，進而提升了部門“公交服務”的質量和水平，取得了較好的社會經濟效益。

1 技術方案

系統在設計時主要圍繞信息收集、信息入庫、流程管理3個作業環節展開，解決數據采集、數據核實、數據入庫中存在的問題，簡化作業流程，提高自動化水平。系統主要分為任務分發子系統、公交數據采集子系統、數據入庫子系統3部分。

1.1 整體架構

系統采用主流的多層次架構設計模式，分為設施層、數據層、服務層、應用層、用戶層5個基礎層級，以體現系統的整體設計思路。系統的整體架構如圖1所示。

設施層是系統搭建的基礎保障，包括網絡環境建設、存儲設備建設、應用終端設備、數據處理中心建設等，通過基礎設施的搭建，為整體應用系統建設良好的基礎。

數據層是整體項目的數據資源保障，包括：①基礎地理信息庫(主要是城市交通網絡數據)，用于公交采集數據的檢查糾正；②公交采集數據庫，移動終端采集信息的臨時數據庫，包括文本、多媒體(圖片、音頻、視頻)，用于全面記錄采集成果；③審批管理業務數據庫，用于數據庫管理員及數據采集人員及時了解作業進度及質量情況，便于對外業作業流程的全面監控管理；④公交數據庫，為最終版本的公交數據，便于后期的地圖制作和網站應用。

服務層主要包括“天地圖·上海”綜合地圖服務，任務下達、接收、審批等工作流中間件，數據檢查、擬合、糾正等GIS服務，確保網絡數據安全的加密服務，以及各應用系統的應用服務幾部分。

應用層主要包括公交數據分發子系統、公交數據采集子系統、公交數據入庫子系統3部分。

用戶層根據不同子系統的功能及使用人員，分為數據庫管理人員(任務下達、審批、入庫檢查等)、外業數據采集人員、數據入庫人員(基于入庫系統進行數據檢查、人工糾正及入庫等)。

圖1 系統總體框架

系統涉及信息收集、信息核實采集、信息檢查入庫等諸多環節，各信息在系統中的流轉情況如圖2所示。

圖2 系統數據流轉

1.2 數據設計

鑒于各子系統運行環境及主要功能的差異，各數據庫設計時堅持靈活機動的原則。數據采集子系統以文件方式存儲，存儲格式及加密原則均自定義，以確保數據安全；任務分發子系統基于MySQL存儲數據，主要包括用戶信息表和任務信息表；入庫子系統以ArcGIS FileGDB作為數據臨時文件存儲方式，最終公交數據庫存儲在Oracle SDE中，主要包括線路表、站點表和附屬信息表。

1.3 功能設計

1.3.1 任務分發子系統

該子系統屬于B/S結構，基于MVC模式設計，采用WAMP架構開發，即Windows+Apache+MySQL+PHP，業務數據存儲采用MySQL，外業采集提交的數據存儲采用文件系統，服務端采用PHP腳本，前端采用HTML+JavaScript，前后端交互采用Ajax。主要實現對公交數據采集任務的分發、審核、查詢、數據下載，以及用戶管理等功能。

(1) 任務分發模塊：用于管理員發布新的公交數據采集任務，填寫任務分發輸入表單并提交，根據指定的規則檢驗表單是否有效，無誤后將表單數據發布到后臺，處理存入到業務審批數據庫中。

(2) 任務查詢模塊：用于管理員和采集人員根據權限查詢任務的狀態及數據質量情況，進行已提交數據的作業任務；可在系統中預覽數據，預覽以“天地圖·上海”為底圖，上面疊加公交站點和公交線路空間位置信息，便于作業人員或審核人員初步檢查所采集的數據質量情況。

(3) 任務審核模塊：用于管理員初步審核已經提交數據的任務，主要檢查線路大致走向是否正確，內容是否完整，審核結果為通過、不通過兩種；輸入審核信息，系統發布到后臺，分析處理后更新至業務審批數據庫中。

(4) 數據下載模塊：用于入庫人員下載從移動終端提交的采集數據。后端，從移動終端上傳的所有數據都將存入至服務器以該作業員用戶名命名的文件夾中，并同時在任務數據庫中記錄文件的名稱；前端，系統在查詢到任務后讀取數據文件的名稱和路徑，并以鏈接的形式呈現在頁面上，可直接點擊下載。

(5) 用戶管理模塊：用戶及權限信息的維護和管理，包括新增、編輯、刪除用戶，以及身份驗證、重置密碼等功能。

1.3.2 信息采集子系統

該子系統應用于手機終端，為Android平臺的原生APP程序，基于Android Studio環境進行開發，數據以自定義的文件格式存儲在移動終端設備上。主要包括任務接收，公交線路、站點、附屬信息采集，數據打包上傳等功能。

(1) 用戶管理模塊：主要實現用戶身份驗證及密碼重置功能。該模塊需在聯網情況下通過HTTP協議與服務器通信，確保任務分發系統中得到認證的用戶才能通過驗證。

(2) 任務接收模塊：采集人員通過該功能接收或放棄分發系統發布的任務。接收成功后，會將采集線路要求等信息下載到設備終端，在終端建立相應的存儲文件夾，同時將接收情況post到服務器端，記錄在業務審批數據庫中。

(3) 信息采集模塊：采集公交線路的基礎信息，包括線路走向(空間位置)、班車時間、班車票價、班次間隔、有無售票、站牌、途經站點(名稱、編號及空間位置)等，內容有文本、照片、語音、視頻等多種形式。采集成功后會將信息以加密文件的形式存儲在相應的文件夾中，便于后期內業檢查修改。

(4) 內容檢查模塊：根據文檔、視頻、音頻等多媒體資料，在內業環境下對站點信息進行查詢及編輯(添加、修改、刪除)，同時將成果保存在終端設備。

(5) 數據打包模塊：包括采集成果文件預覽、檢查、壓縮、上傳4部分，以線路為單位生成壓縮包，對包含空間位置信息的文件進行加密處理，在網絡連通的情況下上傳至服務器中。

1.3.3 入庫子系統

該子系統是一款單機版桌面系統，它基于ArcGIS 10.2 runtime和.NET環境，使用ArcGIS Objects SDK進行開發，在核心環節部分使用了FME Objects SDK集成鏈接庫，開發環境為VS 2010(C#)，編譯環境為Windows 7 64位操作系統，.NET Framework 4.0運行時。主要實現數據格式轉換、數據擬合、成果預覽與數據入庫等功能。

(1) 格式轉換模塊：將下載的外業采集壓縮包文件進行解壓解密，基于空間位置信息轉換成含有文本、多媒體屬性信息的GIS文件(GDB格式)。

(2) 數據擬合模塊：鑒于移動終端設備采集的坐標位置信息誤差較大，將其與基礎地理信息的交通路網進行擬合糾正，同時建立站點與線路的空間拓撲關系，重新生成GIS文件(GDB格式)。

(3) 數據預覽模塊：提供地圖加載、放大、縮小、拖動、圖層列表等常用功能，將原始數據格式轉換后成果與擬合后成果同時疊加在基礎地理底圖上，便于數據庫管理人員進行最終檢查、核實修改。

(4) 數據入庫模塊：將經過坐標轉換、自動擬合、人工糾正等操作后的成果數據，生成一個站點數據、一個公交線數據和一張屬性表，錄入至公交數據庫中，做好標記，同時保留歷史信息。

1.4 運維設計

鑒于不同子系統運行環境及終端用戶差異較大，但均要兼顧系統安裝及操作的便捷性和安全性，在運維部署設計時均采用不同的方式實現。任務分發子系統為B/S架構，部署在互聯網環境上，通過嚴格的權限認證控制不同層面用戶對任務分發等流程的管理；信息采集子系統最終生成Android APP安裝包，設定使用期限，并與移動設備進行綁定，授權認證與任務分發子系統保持一致，確保系統的安全穩定；入庫子系統為C/S架構，運行在工作內網環境下，安裝包僅授權給指定用戶使用，確保數據的安全可靠。

2 系統實現

系統分3個子系統進行設計開發，涵蓋了整個公交信息采集流程，實現了公交信息采集及管理的自動化、科學化。相比于傳統的作業方式，生產效率提升了近80%。系統部分效果如圖3所示。

3 關鍵技術及創新點

3.1 信息采集的全過程化管理

該項目在梳理公交信息采集各個生產作業環節的基礎上，將整個采集管理流程劃分為任務下達、外業采集、數據入庫3個關鍵環節，并建立相對獨立的子系統進行管理，通過業務審批數據庫進行關聯，確保所有信息采集過程均可通過日志(文件或數據庫)進行追溯，提升了各環節作業的自動化、智能化、科學化水平，同時實現了管理員對任務分發、數據采集、數據檢查、數據入庫等整個信息采集的全過程高效管理。

圖3 系統實現效果

3.2 智能終端定位、存儲及采集技術

基于移動設備Android系統的底層API實現GPS定位、錄音、拍照和視頻功能模塊，利用文件流將自動記錄的設備位置信息實時寫入內存，采集完成后將文件流信息通過自定義加密算法以文件方式存儲在終端設備上。充分利用當前智能移動設備比較普及的優勢，基于Andriod系統進行開發的同時兼容主流設備型號，采取有效的加密措施及相應的機制自動記錄空間位置信息，降低了外業采集的設備及技術成本。

3.3 數據擬合技術

移動終端設備采集的位置坐標精度與所在位置接收的GPS信號強弱有關。觀測條件好的條件下，手機GPS普通模塊定位精度為5～10 m；如果遇到高架或隧道的情況，精度為10～20 m甚至更低。為提升采集信息的精度，將采集的線路及站點信息與基礎地理信息庫中的路網進行擬合。

首先，對公交線數據作緩沖區操作，利用緩沖區與路網數據進行空間疊加操作，獲取公交線數據附近的路網；然后調用FME工具對公交線數據進行擬合，擬合后的線路結果仍然保存在ArcGIS File GDB數據庫中，FME工具擬合算法及流程如圖4所示。

圖4 基于FME的公交線路擬合核心算法流程

最后，根據公交線路和公交站臺面對公交站點進行擬合糾正，確保站點在站臺面內，依次按照站點數據的順序對公交線數據進行打斷，按順序連接打斷的線和點，建立站點和線路的幾何拓撲關系，形成最終的公交線路數據和公交站點數據。

4 結 語

本文簡化了傳統的數據采集流程，實現了公交數據采集的自動化、便捷化、科學化，降低了公交數據采集的技術及設備要求，提高了生產效率，也為政府部門充分利用社會資源獲取公交信息、更好地為公眾提供智能地理信息分析服務奠定了技術基礎。后續可通過完善系統運維機制，利用社會資源進行公交信息采集，提升公交信息的現勢性，進而提升公交服務的質量和水平，形成良性循環，實現真正意義上的信息共建共享。目前，該系統已經應用于上海市政府部門公交信息采集任務生產實踐中，取得了較好的社會經濟效益，具有一定的推廣借鑒意義。

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Design and Implementation of Intelligent Bus Information Collection System

ZHANG Guifen,SHEN Wei,LIU Jie

(Surveying and Mapping Institute of Shanghai, Shanghai 200063, China)

With the society entering the era of information construction and sharing, how to make full use of social resources to provide better services to the public has been the main problem of government departments. Based on the hot social concern ofpublictrafficservice, in summing up the exiting mode of public transportation information collection, this paper introduces the construction scheme of the intelligent transportation information collection system,describes the key technology,and analyzes the system effectiveness and follow-up value.

intelligent transportation; information collection; data fitting

張桂芬,沈偉，劉杰.智能公交信息采集系統的設計與實現[J].測繪通報，2017(4)：121-124.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0135.

2016-08-22

張桂芬(1982—)，女，碩士，高級工程師，主要從事地圖制圖與地理信息研發工作。E-mail: 37807398@qq.com

P208

A

0494-0911(2017)04-0121-04