基于云计算的电子公交站牌系统设计与实现

王长斌，杨凯颖，刘 兵

(1.鞍山师范学院 数学与信息科学学院，辽宁 鞍山 114005; 2.鞍山市社会保险局 定点医疗机构管理处，辽宁 鞍山 114011)

0 引言

我国整体运输网络体系中，城市公共交通作为该网络的节点和枢纽，无疑承载着各地区客运交通体系中最重要的角色，是发达城区经济腾飞的奠基石之一.它也作为民众不可或缺的基础公共设施，也属于城镇生产和投资估价的基本物质条件.作为最容易被考察与评估的环节反映了社会现代化程度，体现了国家对民生二字的重视，良好的公共交通体系是道德素质优良的市民文化的体现，一个四通八达的城市公共交通体系，包括了不同种类交通工具的旅客运输可以最大程度地方便城乡居民出行[1-2].

先进的电子站牌系统一直被认为是有效解决交通拥挤的有效办法，它将汽车、公路、人等因素通过先进的云计算技术联合起来构成一个高效率的智能化交通系统.

云计算是基于多年在虚拟化、网格计算、效用计算和相关技术的成就的基础上发展起来的.云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的进一步发展,使数据存储在互联网的数据终端,将软件和相关服务形成互联网中的共享资源，并且构建在各种标准和协议之上，并通过各种硬件设备可以获取相关的服务.云计算提供了按需通过互联网或局域网提供软件和应用程序的平台[3].一些新兴的云计算平台的例子是Google App Engine、IBM的蓝色云、亚马孙弹性计算云(EC2)和微软Azure.云计算允许软件的共享、分配和聚合,并且计算和存储的网络资源随需而变.将抽象的复杂性进行隐藏、有效利用分布式资源和虚拟资源是云计算的优势[4].当前，云计算仍然被认为处于起步阶段,有许多具有挑战性的问题等待解决[5].在本文中,通过对传统站牌和现已商业化实施的电子站牌的需求分析，得出了基于云计算的电子公交站牌系统的具体功能，完成了对站牌、数据通信、数据中心访问核心部分的功能设计并尝试在Google云计算平台下使用GWT技术实现公交车智能化报站及显示系统，有效地解决了传统电子公交站牌报站及显示不准确的问题.

1 系统功能需求

本文的目的是建立一套稳定的、可靠的、基于云计算并与实际推广相适应的电子站牌体系.直接与调度中心进行通信是该系统的任务，接着并将各类收集到的信息发送到调度中心，调度中心对其实施任务分派并进行控制，发布任务信息.各种机动车等运营信息是原始数据源头，是使该体系管理智能化、信息化的基石.车辆运行速度、行驶里程、运营里程、运行位置、始发时间、到离站时间、乘客流量和安全信息等是车载信息的主要部分.所有信息的采集、计算、分析、存储和传输，具有科学性高、合理性强及综合性要求高的特点，且信息整合的工作面对的数据量非常大.该体系需要将处理结果实时反馈给使用者，包括乘客、驾驶员、调度人员.通过对上述电子站牌系统功能性的介绍，该系统需要实现以下几个功能：

1)数据信息录入功能

a) 车辆行驶记录功能

机动车驾驶员信息录入对各种在路上行驶的公交交通工具进行基础数据信息的记录与录入，包含巴士站换乘增加减少人数、巴士行驶车速、到站时间、该车上路状态等；对各种车辆行驶的全程进行安全检测、数据分析；对于不遵守交通安全法规的行驶，发出即刻报警与提醒，同时向后台服务实时更新数据.

b) 乘客数据的自动录入功能

对到站后车上人数变化的自动录入(通过刷卡和投币来统计).计算此刻车辆上乘客的数目，以方便核算营运.驾驶员可视具体情况判断是否向后台服务实时更新数据.

2)数据展现基本功能

a) 车辆各种提示信息显示

巴士上必须公示的信息，如之后一站、宣传广告和对驾驶员不遵守交规警示的信息等.

b) 实时数据显示及历史数据展现

含有对乘客提供巴士信息服务(例如：巴士某站到达时间，巴士满员情况发出通报，根据巴士始发站信息和服务项目而拟定的行车路线查询发出通报等)，提供给管理者实施系统状态监测和历史信息服务.

3)数据汇总的基本功能

进行一定的数据管理和分析的高效化处理，包括数据操作与数据分析两类管理，且能为支持科学化的管理和决策所需的系统仿真分析和系统状态预测能力提供有效数据[6].

4)通信基本功能

车载体系所达到的实时交互是经由各种网络如3G或者WIFI等达成的，实现与四周环境信息的无线交互.如发出宣传讯息、将讯息向中心报告、支持支付体系等.

5)附加功能

车载支付功能可以辨认并进行结算.结算对象是目前主流使用的大部分资费卡、银行移动终端、现金等.

2 系统设计

系统设计就是根据系统功能需求分析结果，就如何实现上述功能进行的设计.主要包括系统架构设计、核心处理流程的设计和动态图的设计.

2.1 系统技术架构设计

系统技术架构设计如图1所示.主要包括发射基站模块、电子站牌获取基站AP、建立连接和桌面系统等3个部分构成.

图1 系统技术架构设计

系统主要的业务流程是信息获取、收集、汇总流程，图2为基于云计算的电子公交站牌的流程设计，其中虚线双向箭头为考虑数据交互部分，粗体双向箭头为考虑桌面系统交互部分，其他为单向数据流动.

图2 基于云计算的电子公交站牌的流程设计

2.2 系统详细设计

2.2.1 通信模块的设计

在实现电子站牌和车载设备的通信交互过程中考虑使用RSSI算法，以实现自动报站.

电子站牌与车载终端的通讯流程如图3所示.

图3 电子站牌与车载终端的通讯流程

RSSI算法的具体步骤：

Step1:每2秒，电子站牌会将自身讯息对外广播，包括线路ID号码、车辆上下行标志位等.

Step2:讯息传导到车载节点，自身站牌表会排定该站牌上下行标志位.

Step3:录入该站牌节点的RSSI值时要求车辆方向标志与标志位符合；否则，交通工具停靠在非停靠站点.

Step4:超过阈值后，将各个站牌的讯息发出，车载节点接收并自动报站.

Step5:巴士驶离，站台节点不会再收到车载节点信息.

2.2.2 数据流设计

基于云计算的电子公交站牌的数据流设计如图4所示，主要包括：管理员和用户登录、用户查看公交信息、管理员管理公交信息等功能.

图4 基于云计算的电子公交站牌的数据流设计

2.2.3 电子站牌与车载终端通讯的时序图设计

时序图(Sequence Diagram)是一种交互图，用来显示对象之间的关系，并强调对象之间消息的时间顺序，同时显示了对象之间的交互.电子站牌与车载终端通讯的时序图如图5所示.

图5 电子站牌与车载终端的通讯时序图

具体操作步骤为：

1)首先管理员登录系统Login；

2)进入电子站牌与车载终端通讯管理主界面JSP；

3)进行参数传输；

4)接收模块功能调用，实现通信内容的接收；

5)Result终端显示功能调用；

6)返回车辆的位置信息；

7)通信结束，显示处理结果.

3 系统实现

基于云计算的公交站牌系统是一个多达65 000个无线数据传输模块组成的网络平台，每一个ZigBee网络数据传输模块类似移动网络的一个基站，其模式十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网.

在整个网络范围内，每个网络节点间的距离可以从标准的75米扩展到几百米，甚至几公里；另外，整个ZigBee网络还可以与现有其他的各种网络连接进行无线传输[8].

3.1 GWT桌面应用程序实现

GWT应用程序对应的GUI代码可以用标准的Java调试工具实现，其中，调试在宿主模式中展开.应用程序的执行在由com.google.gwt.dev.GWTShell类所呈现的专有外壳内部实现的.独立执行与IDE下执行两种方式均可.GWT在专有浏览器的窗口里面执行Java字节码时，要保证在宿主模式下展开.电子站牌需要能够加载浏览器的正常功能，此功能应用ARM架构即可实现.

应用程序达到要求后，把Java源代码转换成JavaScript并采用GWT编译器来执行.Java应用程序转换成类似的JavaScript应用程序是可以实现的.com.google.gwt.dev.GWTCompiler类用于从命令行把GWT应用程序编译成JavaScript.

对于GWT，由客户端统一处理Web浏览器里执行的全体运算.假设在Web浏览器里执行客户代码，结果会变成JavaScript.关键是如何保证由上述GWT编译器转换的库和Java语言构件库.同理，在服务器主机上进行的全部活动，大部分被归为服务器端处理.应用程序与服务器交互过程中，(RPC)框架被GWT的远程过程执行，方式是采用浏览器对服务器端代码发出请求[7].

某高速公路通车以来交通量逐年增加，部分沥青路面先后出现各种病害，尤其在连续降雨的影响下，路面病害的扩展速度显著加快，经研究决定，采用冷补沥青修补料对该高速公路发生严重坑槽病害的路段进行修补。

3.2 电子站牌UI实现

最终的应用程序UI包含很多窗口组件，这些组件使用常规的html标签，代码如下：

目前采用的方式是：首先，初始化UI布局；然后，加入UI窗口组件.

主要窗体如图6所示.

图6 菜单列表图

启动系统，选择公交查询功能，可以选择路线查询、站点查询、路线换乘查询、按标志物名称查询等4种查询方式来进行查询所需要的信息.

3.3 客户端行为实现

用户选择公交查询进入公交查询界面，按照图7提供的功能进行查询.

1)通过“选择查询路线”的下拉菜单选择想要查询的路线，测试所显示的线路的所有站点、起点站与终点站是否准确，以及公交价格是否正确.

图7 公交查询界面图

2)通过“起点站”和“终点站”下拉菜单选择想要查询的站点，测试两站是否能直达.若能直达.则测试所显示的公交车线路、起点站与终点站是否准确以及公交价格是否正确；若两站不能直达，则转向换乘查询.

3)通过“起点站”和“终点站”下拉菜单选择想要查询的站点，测试所显示的所需要的所有公交车线路、起点站与终点站是否准确，公交价格以及换乘时的交叉站点是否正确.

4 结论

本系统通过采用GWT 工具包,可以用Java编程语言快速构建和维护复杂但高性能的JavaScript前端应用程序,提高了软件的可靠性和可维护性.另外,针对系统中传输的主要是非语音信息,采用ZigBee无线数据传输网络,具有工作可靠、低成本、时延短等特点. 电子站牌系统将汽车、公路、人等因素通过先进的云计算技术联合起来构成一个高效率的智能化交通系统，该系统的应用对缓解发达城市的公共交通拥堵,减少交通事故发生的数量和提高公众的环保意识等有非常良好的作用,为实现智慧化城市和全城物联网提供了一条可行之道.