曾曉娟

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公交公司實時信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

曾曉娟

摘要：公共交通領域正在不斷的發(fā)展，公交運營公司需要為他們的乘客提供更優(yōu)質的服務。為了實現(xiàn)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(xù)發(fā)展。設計了一種智能交通系統(tǒng)（ITS），它可以為客運系統(tǒng)（RTPI）提供監(jiān)控和管理工具來提升管理的水平。SITREPA系統(tǒng)包括硬件和軟件，可以采集公交的信息并為公共交通大環(huán)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(shù)中小型公交公司的需求。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)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(tǒng)；預測精度評價

0　引言

公共交通的技術環(huán)境正發(fā)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(huán)境已經(jīng)發(fā)生了變化。城市的基礎設施必須根據(jù)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(fā)展公共交通可以避免花費數(shù)百萬美元修建新的道路，避免在城市中心出現(xiàn)大的交通量和減少環(huán)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(tǒng)（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(tǒng)是非常強大的公共交通系統(tǒng)，但在大多數(shù)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(shù)小城市的公交公司沒有實施這套系統(tǒng)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(tǒng)不僅面向乘客提供信息還為公交管理者提供信息。該系統(tǒng)已作為實驗系統(tǒng)在萊里亞市運行。

1　系統(tǒng)概述

SITREPA是一套自動定位系統(tǒng)，它在公共交通的多個領域進行了優(yōu)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(xù)的監(jiān)控用于車輛的維護，統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于商業(yè)與服務決策的制定[2-3]。

SITREPA被細分為若干個相互關聯(lián)的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過嵌入式設備采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠處的服務者。這些數(shù)據(jù)將被處理并存儲用于更新幾個相關的監(jiān)控引用和服務。

如前面所提到的，SITREPA系統(tǒng)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(wǎng)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(tài)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(tǒng)通過GPRS與SITREPA（General Packet Radio Service）系統(tǒng)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(tǒng)在汽車內獲得。

2　系統(tǒng)原型

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

2.1硬件

（1）SITREPA車輛嵌入式設備（SVED）

SVED是只SITREPA系統(tǒng)開發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)的開發(fā)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(shù)據(jù)統(tǒng)計等）

該設備的另一個特點是RFID(射頻識別)功能。SVED系統(tǒng)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(tǒng)。該功能在公交車司機的身份認證與SITREPA系統(tǒng)和票務管理系統(tǒng)的集成方面很有用。

為了實現(xiàn)車輛的發(fā)動機控制單元（ECU）的數(shù)據(jù)采集功能，SVED系統(tǒng)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(tǒng)和汽車駕駛員之間的界面是通過管理控制臺來實現(xiàn)的，如圖2所示：

圖2　SITREPA系統(tǒng)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(xiàn)信號覆蓋問題）下GPRS具有可與SITREPA系統(tǒng)服務器長久保持聯(lián)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(tǒng)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(shù)據(jù)被存儲在一塊閃存中。當存在一個GPRS通信時，數(shù)據(jù)將在存儲器被清空后發(fā)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(tài)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(fā)光二極管）顯示屏，音響系統(tǒng)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(tǒng)的GPRS通訊模塊。

2.2服務器軟件原型

SITREPA系統(tǒng)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(fā)的。數(shù)據(jù)通過SQL SERVER數(shù)據(jù)庫進行存儲和管理。正如前面所提到的，這個組件根據(jù)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(jiān)控應用程序。

SITREPA管理系統(tǒng)提供了系統(tǒng)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(jiān)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(shù)據(jù)。

SITREPA業(yè)務數(shù)據(jù)分析器是一種決策支持系統(tǒng)（DSS），它支持組織的決策的制定，提供跨數(shù)據(jù)的報告[6]。

SITREPA Server

SITREPA Server是系統(tǒng)的主要應用程序。它可以與子系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)庫中的所有事務。該應用程序在開發(fā)過程中分為三層架構：通信層，應用層和數(shù)據(jù)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(xiàn)，建立了服務器與那些需要實時信息的設備之間的聯(lián)系，例如SVED，公交車站動態(tài)信息顯示器和監(jiān)控應用。在這一層SOAP（簡單對象訪問協(xié)議）Web服務允許第三方應用程序（如車隊管理系統(tǒng)，市政網(wǎng)站，公共信息站等）進行遠程的非實時訪問。這些網(wǎng)絡服務使向消費者提供的信息更安全、可靠，增加了系統(tǒng)的可擴展性并降低了資源的密集度。在大多數(shù)情況下這些web服務直接訪問數(shù)據(jù)訪問層。

應用層用于處理公共交通的業(yè)務邏輯需求，例如數(shù)據(jù)的解析、驗證和計算。數(shù)據(jù)訪問層提供了直接進行數(shù)據(jù)連接的方法。它用于返回或處理數(shù)據(jù)（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(yōu)化所有的車輛維修服務。該應用提供了一種跨數(shù)據(jù)（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(jù)真實的數(shù)據(jù)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(jiān)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(tǒng)。當某些參數(shù)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(jù)自己的情況，決定如何操作車輛。

SITREPA路線監(jiān)視器為優(yōu)化公共交通服務管理提供了監(jiān)控服務工具。這個應用程序的主要目的是監(jiān)視SITREPA系統(tǒng)的所有功能，包括公共交通服務和SITREPA系統(tǒng)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(tǒng)代表，實時的車輛數(shù)據(jù)監(jiān)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(fā)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(tǒng)的可用性，SITREPA系統(tǒng)必須被監(jiān)控。該應用的一個特點是允許監(jiān)視系統(tǒng)中不同組件間所有的通訊。

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

系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)核心的管理應用。服務與管理功能可以在應用中執(zhí)行，例如管理（插入、編輯、刪除等）車輛、SVEDS、司機、靜態(tài)線路表、線路信息、巴士站、動態(tài)信息顯示信息。它還能管理系統(tǒng)的其它任務，如訪問管理第三方應用程序和管理系統(tǒng)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(shù)：

根據(jù)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(shù)，如表1所示：

表1　預測精度表

通過以上圖象與數(shù)據(jù)的分析我們可以發(fā)現(xiàn)季節(jié)指數(shù)法的精度較高，BP神經(jīng)網(wǎng)絡的精度略低，但是總體上兩種算法的精度均比較高。季節(jié)指數(shù)法精度高的原因是歷史數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)的周期性較一致且數(shù)據(jù)的波動不大，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動則季節(jié)指數(shù)法的預測精度將下降。BP神經(jīng)網(wǎng)絡精度差的原因為訓練樣本較少，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡結構的優(yōu)化和增加訓練樣本的數(shù)目可以提高神經(jīng)網(wǎng)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(shù)量如圖6所示：

圖6　SITREPA系統(tǒng)上實際數(shù)據(jù)的演示

評價系統(tǒng)通信和SVED設備表現(xiàn)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(huán)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(tǒng)。對軟件系統(tǒng)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(tǒng)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

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[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(yè)學校，賈汪校區(qū)，信息工程系講師，碩士，研究方向：計算機應用、動漫設計、工業(yè)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