公交公司实时信息管理系统的设计与实现

曾晓娟



公交公司实时信息管理系统的设计与实现

曾晓娟

摘要：公共交通领域正在不断的发展，公交运营公司需要为他们的乘客提供更优质的服务。为了实现这个目标，他们必须为乘客提供安全、合理的信息服务，以提升和扩展服务。这些改进对公交公司是昂贵的，可能会影响公司的可持续发展。设计了一种智能交通系统（ITS），它可以为客运系统（RTPI）提供监控和管理工具来提升管理的水平。SITREPA系统包括硬件和软件，可以采集公交的信息并为公共交通大环境中不同的需求提供相应的信息服务，具有低复杂性和较低的成本，足以满足大多数中小型公交公司的需求。经过测试，该系统可以成为乘客的一个重要工具并可以提升公共交通的服务质量。关键词：公交公司；实时；信息管理系统；预测精度评价

0　引言

公共交通的技术环境正发生着巨大的变化。近年来由于城市的人口密度大大增加，市中心的环境已经发生了变化。城市的基础设施必须根据人口的增长做出相应的增长或通过实施新的方案来达到同样的目的。发展公共交通可以避免花费数百万美元修建新的道路，避免在城市中心出现大的交通量和减少环境污染[1]。

为了减少车辆的通行和吸引新的乘客，公共交通需要提供一套切实可行的高质量服务方案。智能交通系统（ITS）便是一种可以为乘客提供高质量服务的新的方案。ITS系统是非常强大的公共交通系统，但在大多数的情况下，它们仅面向乘客提供信息，而且非常的昂贵。大多数小城市的公交公司没有实施这套系统的原因在于成本太高且回报并不合理。

本文提出的SITREPA（Sistema de Informaçãoem Tempo Real paraParagens de Autocarro）ITS系统不仅面向乘客提供信息还为公交管理者提供信息。该系统已作为实验系统在莱里亚市运行。

1　系统概述

SITREPA是一套自动定位系统，它在公共交通的多个领域进行了优化，如图1所示：

图1　SITREPA服务器架构

通过Internet乘客可以在浏览器和手机的应用中查询到实时的公交站点信息，车辆运行信息；实时的信息工具为管理员提供真实有效的信息；连续的监控用于车辆的维护，统计数据用于商业与服务决策的制定[2-3]。

SITREPA被细分为若干个相互关联的子系统。该系统通过嵌入式设备采集数据，并将数据发送给远处的服务者。这些数据将被处理并存储用于更新几个相关的监控引用和服务。

如前面所提到的，SITREPA系统的一个主要目的是为乘客提供实时的信息。这些信息可以通过英特网和集成在手机中的应用程序进行分享，同时也可以在公交站的动态显示屏上显示或通过嵌入式音频设备进行播报。这些显示和音频系统通过GPRS与SITREPA（General Packet Radio Service）系统进行连接，并可以定期的刷新车辆的到达信息与时刻表信息。这些信息也可以通过嵌入式的显示器和音频系统在汽车内获得。

2　系统原型

SITREPA系统的开发团队由计算机和电子专家组成。这保证了在系统的开发过程中软件与硬件间的相互适应，下面将对系统的细节进行描述。

2.1硬件

（1）SITREPA车辆嵌入式设备（SVED）

SVED是只SITREPA系统开发的嵌入式设备，为公交公司的管理者和乘客提供新的服务工具。该设备主要由3个不同的部分组成：数据采集功能，乘客和驾驶员的界面部分以及通信的功能。这些主要部分将被分开来分析。

数据采集功能由车载传感器提供，例如加速度计和GPS接收器。一旦GPS能以较低的价格提供出色的精度，它将在AVLs系统的开发过程中扮演最重要的角色。三轴加速计可以精确的读取车辆的位置和所受到的力。（例如司机轮廓的描述，事故检测和事故数据统计等）

该设备的另一个特点是RFID(射频识别)功能。SVED系统采用RFID控制器与RFID标签（如公交月票）进行交互，并将信息提供给中央系统。该功能在公交车司机的身份认证与SITREPA系统和票务管理系统的集成方面很有用。

为了实现车辆的发动机控制单元（ECU）的数据采集功能，SVED系统在OBD II接口上实施了SAE的J1850标准，ISO14230标准，ISO9141标准和ISO15765标准（CAN）。

该SITREPA系统和汽车驾驶员之间的界面是通过管理控制台来实现的，如图2所示：

图2　SITREPA系统嵌入式设备和管理控制台

控制台提供例如车载显示，驾驶员，车辆和航线的鉴定等功能，以及服务运营商与司机之间基于文本的通信功能。

通信功能可以细分为两类：与SITREPA服务器的连接和车内设备之间的连接。

为了建立与SITREPA服务器的连接，SVED运用了GSM / GPRS模块。 GPRS模块与其它方案相比具有较低的成本，例如TETRA（陆地集群无线电，前身泛欧集群无线电）或LTE（长期演进）。在城市场景（很少出现信号覆盖问题）下GPRS具有可与SITREPA系统服务器长久保持联系的特点[4-5]。

对于车载设备之间的通信，SVED提供RS232，RS485和蓝牙接口。在这个完整的例子中，SVED和OBD II接口之间的通信是通过蓝牙连接的。它显著减少了安装设备所需花费的劳动。按制造商的要求，RFID阅读器通过RS485连接到SVED；管理控制台通过RS232连接。车内信息显示器直接连接到管理控制台。它们的管理对SITREPA系统是透明的（可以在服务控制中心启动这些显示器的自定义消息）。数据被存储在一块闪存中。当存在一个GPRS通信时，数据将在存储器被清空后发送给SITREPA服务器。

（2）乘客信息路标

乘客信息的路标是电子动态面板，通常位于附近的巴士站，提供即将到达巴士站的车辆的信息。这些路标是由一个LED（发光二极管）显示屏，音响系统和中央控制电路板组成的。这块电路板包含了许多电子器件，例如闪存用来存储信息，显示器，音频控制器和一个连接到SITREPA集成系统的GPRS通讯模块。

2.2服务器软件原型

SITREPA系统的软件组件基于客户端-服务器架构提供了一系列智能交通应用程序。每个应用针对不同的公共交通应用领域提供不同的工具。这些应用是基于.NET4.0框架开发的。数据通过SQL SERVER数据库进行存储和管理。正如前面所提到的，这个组件根据具体的特征被细分为不同的客户端-服务器模块，如图3所示：

图3　SITREPA软件服务

SITREPA Server是用于接收和处理所有来自SVED信息的服务应用程序。同时它还能更新所有的实时监控应用程序。

SITREPA管理系统提供了系统的所有管理工具和配置。

SITREPA车库管理器是面向机械服务的管理应用程序。

SITREPA路线监视器是一个服务管理工具，它通过友好的界面为公共交通服务的管理提供实时的数据。

SITREPA业务数据分析器是一种决策支持系统（DSS），它支持组织的决策的制定，提供跨数据的报告[6]。

SITREPA Server

SITREPA Server是系统的主要应用程序。它可以与子系统进行通信，实现业务逻辑和数据库中的所有事务。该应用程序在开发过程中分为三层架构：通信层，应用层和数据访问层[7]，如图4所示：

图4　SITREPA服务器架构

通信层采用TCP/IP套接字的方法实现，建立了服务器与那些需要实时信息的设备之间的联系，例如SVED，公交车站动态信息显示器和监控应用。在这一层SOAP（简单对象访问协议）Web服务允许第三方应用程序（如车队管理系统，市政网站，公共信息站等）进行远程的非实时访问。这些网络服务使向消费者提供的信息更安全、可靠，增加了系统的可扩展性并降低了资源的密集度。在大多数情况下这些web服务直接访问数据访问层。

应用层用于处理公共交通的业务逻辑需求，例如数据的解析、验证和计算。数据访问层提供了直接进行数据连接的方法。它用于返回或处理数据（选择，插入，更新，删除等）。

SITREPA车库管理器可以满足操作人员在机械方面的需求，帮助操作人员优化所有的车辆维修服务。该应用提供了一种跨数据（日期，时间，路线，车辆，驾驶员配置文件等）的报表功能。这使得操作人员可以根据真实的数据对车辆的配置做出评价。它允许对设计作出新的调整，通过降低能耗来提高车辆的性能。为了检测一辆特定车辆（或某些其他目的）的可疑故障，应用程序提供了车辆的实时监控工具。

应用程序中还考虑了乘客的安全和对重大故障的预防。它提供了一套预先定义的报警系统。当某些参数值达到预先确定的阈值时，警报将被打开，技术人员可以根据自己的情况，决定如何操作车辆。

SITREPA路线监视器为优化公共交通服务管理提供了监控服务工具。这个应用程序的主要目的是监视SITREPA系统的所有功能，包括公共交通服务和SITREPA系统管理。公共交通服务具有许多我们所熟悉的工具，例如用GIS-T表示路线和车辆的位置，交通路线的传统代表，实时的车辆数据监控。在应用中可以与车辆驾驶员进行通信。它允许操作员编写和发送短信给车辆控制台面板[8]。

为了检测服务中的问题，并保证系统的可用性，SITREPA系统必须被监控。该应用的一个特点是允许监视系统中不同组件间所有的通讯。

业务数据分析仪以决策支持系统（DSS）为基础，软件可以根据业务指标提供管理决策。该软件允许用户根据数据进行自定义的查询并生成自定义的报告，以支持业务和组织决策活动。

系统管理程序是系统核心的管理应用。服务与管理功能可以在应用中执行，例如管理（插入、编辑、删除等）车辆、SVEDS、司机、静态线路表、线路信息、巴士站、动态信息显示信息。它还能管理系统的其它任务，如访问管理第三方应用程序和管理系统用户和角色。

3　预测精度评价

预测误差是预测结果与实际的观测值之间的偏差，反映了预测的精度，常用的预测指标有如下几种[9]：

（1）绝对误差：

（3）预测误差的方差与标准差：

（4）泰尔不等系数：

根据预测结果我们可以得到两种预测方法的相对误差如图5所示：

图5　相对误差曲线

它们的方差与泰尔不等系数，如表1所示：

表1　预测精度表

通过以上图象与数据的分析我们可以发现季节指数法的精度较高，BP神经网络的精度略低，但是总体上两种算法的精度均比较高。季节指数法精度高的原因是历史数据与预测数据的周期性较一致且数据的波动不大，如果数据出现较大波动则季节指数法的预测精度将下降。BP神经网络精度差的原因为训练样本较少，通过对神经网络结构的优化和增加训练样本的数目可以提高神经网络的预测精度。

4　测试

Mobilis的乘客可以使用两种不同的路线，各条路线沿线约有30个公交站。如图所示，由于城市居民的增长，需要增加线路、车站和公交车的数量如图6所示：

图6　SITREPA系统上实际数据的演示

评价系统通信和SVED设备表现的测试表明，在Mobilis案例中，这项服务很少有车辆安装SVED设备。

5　总结

本文对公交运行的环境和它的主要信息需求进行了分析。为了满足这些需求，提出了SITREPA系统。对软件系统和硬件的组成进行了详细描述，并对预测精度进行了评价，最终确定了测试方案。测试结果表明，该系统可以成为乘客的一个重要工具并可以提升公共交通的服务质量。

参考文献

[1] 辛运霞,李诺薇.智能公交调度管理系统研究[J].河南科技,2014.

[2] 李飞,孙轩,马春红.基于互联网公交调度管理系统的设计与实现[J].地理信息世界,2014:69-73.

[3] 卢汉德.韶关市智能化公交综合管理系统项目的实施[J].新建设:现代物业(上旬刊),2013:145-146.

[4] 杨定茂.公交智能化管理系统框架与实践应用[J].科技与企业,2014:107-107.

[5] 马军涛,邹国龙,朱荣誉,等.一种公交车信息实时交互控制系统[J].中国科技投资,2013.

[6] 张海霞.实时共享物流信息管理系统的设计与实现[J].物流技术,2014:422-425.

[7] 刘小峰.基于大数据的智慧云公交调度管理系统[J].电脑开发与应用,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）

作者简介：曾晓娟（1977-），女，江苏省徐州机电工程高等职业学校，贾汪校区，信息工程系讲师，硕士，研究方向：计算机应用、动漫设计、工业设计、软件设计，徐州，221011

文章编号：1007-757X(2015)12-0054-03

中图分类号：TP311

文献标志码：A