劉高輝，袁 萌，林亞茹，何坤城

(西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息學(xué)院，西安 710048)

0 引言

近年來，我國的公交查詢系統(tǒng)迅速發(fā)展，不少城市都擁有了公交線路查詢系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)上也可以下載到許多不同版本的公交查詢軟件［1］。但是，目前的公交查詢系統(tǒng)存在其不足之處:

1)目前的公交查詢系統(tǒng)不能向用戶提供所查詢路段的道路擁堵狀況信息，這將不利于乘客有選擇的乘車;2)目前西安的公交查詢系統(tǒng)也不能給客戶提供下一輛公交車的準(zhǔn)確到達(dá)時(shí)間，造成用戶盲目等待某輛公交車，造成對(duì)時(shí)間的大量浪費(fèi)［2］。

針對(duì)當(dāng)前存在的公交管理系統(tǒng)的不足，本文中提出并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于安卓手機(jī)的公交查詢系統(tǒng)，系統(tǒng)主體分為3個(gè)部分:模擬服務(wù)器、手機(jī)客戶端、模擬車輛終端，通過各部分之間的配合，實(shí)現(xiàn)安卓手機(jī)客戶端對(duì)指定線路公交車運(yùn)行狀態(tài)的查詢，從而方便乘客選擇乘車［3］。

本系統(tǒng)的成功開發(fā)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)用戶對(duì)公交信息的查詢，更重要的意義在于能夠?qū)⑷恕④?、路三者結(jié)合起來，通過車況來反映路況信息，再通過服務(wù)器將信息發(fā)布到手機(jī)客戶端，從而達(dá)到方便乘客出行的目的。另外，本系統(tǒng)也可作為交通查詢網(wǎng)絡(luò)的雛形，可以想象，如果進(jìn)一步開發(fā)，可能形成一個(gè)巨大的交通信息網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于智能化交通以及提高公交管理水平都具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)主要功能模塊

本公交查詢系統(tǒng)主體分為3個(gè)部分:模擬服務(wù)器、手機(jī)客戶端、車輛終端。圖1是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。圖中，系統(tǒng)模擬服務(wù)器是指一個(gè)運(yùn)行在電腦上的一個(gè)Java應(yīng)用程序，該應(yīng)用后面維護(hù)著一個(gè)數(shù)據(jù)庫，用來儲(chǔ)存公交運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù);手機(jī)客戶端和模擬車輛終端都是運(yùn)行在Android手機(jī)上的應(yīng)用程序。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能描述

系統(tǒng)各部分功能描述如下:

模擬服務(wù)器功能:(1)增加和刪除公交路線和行車線路;(2)接收并發(fā)布用戶選定的線路上公交車傳來的站點(diǎn)擁堵信息;(3)為用戶發(fā)布選定線路上下一輛到達(dá)的公交車所處站點(diǎn)。

手機(jī)客戶端功能:(1)調(diào)用百度地圖按公交路線 (如“11”)查詢行車線路;(2)查詢下一輛到達(dá)的公交車所處站點(diǎn);(3)從服務(wù)器上獲取在選定線路上的公交傳回的道路擁堵信息。

模擬車輛終端功能:(1)向服務(wù)器發(fā)送自身的運(yùn)行方向及所處的位置;(2)實(shí)時(shí)地向服務(wù)器發(fā)送該車所在運(yùn)行區(qū)間的擁堵狀況。

系統(tǒng)總體功能基本是系統(tǒng)各部分功能的總和，是將系統(tǒng)各部分有機(jī)的結(jié)合在一起作為一個(gè)整體運(yùn)行。系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式是:通過手機(jī)客戶端和模擬車輛終端向模擬服務(wù)器發(fā)出的請(qǐng)求來驅(qū)動(dòng)模擬服務(wù)器更新數(shù)據(jù)庫以及反饋信息到客戶端。

2 模擬服務(wù)器的設(shè)計(jì)

模擬服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的其它模塊都要通過模擬服務(wù)器與別的部分產(chǎn)生聯(lián)系。模擬服務(wù)器后臺(tái)維護(hù)著一個(gè)子線程，該線程不斷地接受來自手機(jī)客戶端和模擬車輛終端傳來的消息，并對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的更新或給手機(jī)客戶端和模擬車輛終端反饋相應(yīng)的信息。

2.1 模擬服務(wù)器結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)主界面是模擬服務(wù)器的中心界面，管理員通過登錄界面登錄到系統(tǒng)中就進(jìn)入系統(tǒng)主界面，隨即系統(tǒng)主界面開啟了一個(gè)線程來處理來自模擬車輛終端和手機(jī)客戶端的請(qǐng)求。在主界面中管理員可以選擇完成“添加線路”、“修改線路”或者“刪除線路”來執(zhí)行相應(yīng)的操作，執(zhí)行的效果會(huì)實(shí)時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫里。

2.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

模擬服務(wù)器后臺(tái)連接著一個(gè)Access數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫命名為bus，用來存儲(chǔ)系統(tǒng)中所要用到的一些數(shù)據(jù)。需要說明的是，Java中有多種訪問數(shù)據(jù)庫的方法，本系統(tǒng)采用的是把JDBC轉(zhuǎn)換成ODBC驅(qū)動(dòng)器的方法，靠ODBC和數(shù)據(jù)庫建立通信連接［4］。

根據(jù)需求，本系統(tǒng)中建立了五張數(shù)據(jù)表來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，他們分別是:busLine、busLocation、stationLocation、station-StateGo和stationStateBack。需要說明的是，因?yàn)閷?shí)際中全國公交線路過多，公交站點(diǎn)數(shù)更是難以計(jì)數(shù)，如果要全部錄入，勢(shì)必造成工作量過大。因此，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將重點(diǎn)放在各功能的實(shí)現(xiàn)上，只選取了西安市以‘1’開頭的部分線路作為樣本來驗(yàn)證本系統(tǒng)的功能。

下面分別對(duì)這些數(shù)據(jù)表進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 數(shù)據(jù)表busLine的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)表busLine的作用是按順序存儲(chǔ)各公交線路上的站點(diǎn)信息，供用戶在已知公交線路的情況下查詢?cè)摋l線路上的站點(diǎn)序列，設(shè)計(jì)為每條線路可以存儲(chǔ)70個(gè)公交站點(diǎn)。busLine中各字段說明如表1。

表1 數(shù)據(jù)表busLine各字段說明

需要說明的是，如果公交線路上的的站點(diǎn)數(shù)不足70站，則將不存在的站點(diǎn)名設(shè)為“xx”，表示不存在該站點(diǎn)。查詢數(shù)據(jù)表busLine可以獲取線路上的站點(diǎn)信息。

2.2.2 數(shù)據(jù)表busLocation的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)表busLocation用來存儲(chǔ)每條公交線路上每輛公交車所在的站間區(qū)間以及運(yùn)行方向信息，設(shè)計(jì)為每條公交線路上可以運(yùn)行50輛公交車，其各字段如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)表busLocation各字段說明

busLocation表，可以得到所查詢線路上所有公交車的位置信息。再結(jié)合每輛公交車的運(yùn)行方向和乘客所在站點(diǎn)信息，就能計(jì)算出下一輛到達(dá)的公交車還有幾站到達(dá)。

2.2.3 數(shù)據(jù)表busStateBack的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)表busStateBack用來存儲(chǔ)每條公交線路返程上每個(gè)站間區(qū)間的交通狀態(tài)，其各字段說明如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)表busStateGo各字段說明

數(shù)據(jù)表busStateBack中的信息是根據(jù)車輛終端發(fā)回的道路狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的。每個(gè)站間的交通狀態(tài)有五種可選取值:state、state1、state2、state3和 state4。其中，state為默認(rèn)狀態(tài)，當(dāng)未收到來自車輛終端的更新該區(qū)間狀態(tài)的信息時(shí)，默認(rèn)為state;state1表示“交通暢通”;state2表示“輕度擁堵”;state3表示“重度擁堵”;state4表示“發(fā)生事故”。

2.2.4 數(shù)據(jù)表busStateGo的設(shè)計(jì)

busStateGo表和busStateBack表的結(jié)構(gòu)相同，各字段表示的意義也一樣，只不過是把“返程方向”改成“往程方向”而已，此處不再贅述。

2.2.5 數(shù)據(jù)表stationLocation的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)表stationLocation的作用是存儲(chǔ)站點(diǎn)的百度地圖經(jīng)緯度坐標(biāo)，它的各字段說明如表4所示。有了此坐標(biāo)表就能實(shí)現(xiàn)地址解析，將公交站名轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在百度地圖上繪制公交線路的功能［5，6］。數(shù)據(jù)表stationLocation存儲(chǔ)了西安的所有公交站點(diǎn)，所以理論上所有公交線路都能解析成一個(gè)地理坐標(biāo)鏈。

表4 數(shù)據(jù)表stationLocation各字段說明

2.3 模擬服務(wù)器運(yùn)行流程圖

2.3.1 系統(tǒng)總體運(yùn)行流程圖

模擬服務(wù)器的總體運(yùn)行流程圖如圖2所示。

圖2 模擬服務(wù)器的總體運(yùn)行流程圖

如圖2所示，系統(tǒng)運(yùn)行后，首先進(jìn)入登錄頁面，提示用戶輸入用戶名和密碼。當(dāng)用戶登錄的時(shí)候，為了增加安全性，使用MD5加密。系統(tǒng)把用戶輸入的密碼計(jì)算成MD5值，然后再去和保存在文件系統(tǒng)中的MD5值進(jìn)行比較，進(jìn)而確定輸入的密碼是否正確。通過這樣的步驟，系統(tǒng)在并不知道用戶密碼的明碼的情況下就可以確定用戶登錄系統(tǒng)的合法性。這不但可以避免用戶的密碼被具有系統(tǒng)管理員權(quán)限的用戶知道，而且還在一定程度上增加了密碼被破解的難度。如果輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存的用戶名和密碼相同，則登錄成功，進(jìn)入系統(tǒng)主界面;否則，報(bào)錯(cuò)并提示用戶重新登錄。登錄成功后，系統(tǒng)會(huì)開啟子線程來處理來自手機(jī)客戶端和模擬車輛終端的請(qǐng)求，管理員可以選擇“添加線路”、“刪除線路”以及“修改線路”等功能，分別執(zhí)行不同的操作。

2.3.2 后臺(tái)子線程運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)后臺(tái)子線程的運(yùn)行流程圖如圖3所示。

圖3 后臺(tái)子線程運(yùn)行流程圖

從圖3可以看出，子線程開啟后，系統(tǒng)一直循環(huán)會(huì)檢測(cè)是否接到手機(jī)客戶端或模擬車輛終端發(fā)來的請(qǐng)求，若沒有接到，則繼續(xù)檢測(cè);若接到請(qǐng)求，根據(jù)信息的類型進(jìn)行不同處理。如果是模擬車輛終端上傳的路況信息，就更新數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)線路相應(yīng)區(qū)間的交通狀況信息;如果是手機(jī)客戶端查詢信息，進(jìn)一步判斷要查詢信息的類型，然后在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查找并返回查詢結(jié)果。

2.4 數(shù)據(jù)通信格式

從上面的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖可以看出，模擬服務(wù)器是整個(gè)公交管理系統(tǒng)的核心，是將這個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系在一起的中心節(jié)點(diǎn)。手機(jī)客戶端，模擬車輛終端都必須先與模擬服務(wù)器接線聯(lián)系才能實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互。下面介紹一下，手機(jī)客戶端以及模擬車輛終端和模擬通信的格式，系統(tǒng)中所有通信格式說明見表5。

表5 通信格式說明

由表5可以看出:客戶端向模擬服務(wù)器發(fā)出的請(qǐng)求可以分為兩類，一類是查詢類請(qǐng)求，另一類是更新類請(qǐng)求。查詢類請(qǐng)求要求服務(wù)器返回客戶端所要查詢的內(nèi)容，更新類請(qǐng)求只是通知服務(wù)器更新數(shù)據(jù)信息，不需要服務(wù)器返回任何內(nèi)容。實(shí)際上客戶端和服務(wù)器通信的核心還是客戶端與數(shù)據(jù)庫的交互:即客戶端查詢數(shù)據(jù)庫中的信息，并更新數(shù)據(jù)庫中的信息。

3 模擬車輛終端和手機(jī)客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本論文中的模擬車輛終端和手機(jī)客戶端均是基于Android平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)用程序。其中模擬車輛終端用來模擬運(yùn)行中的公交車輛，在運(yùn)行過程中能向服務(wù)中心發(fā)送當(dāng)前位置信息和所在站間區(qū)間的交通擁堵狀況信息［78］。手機(jī)客戶端是向用戶發(fā)布的公交查詢軟件，通過該軟件用戶不僅可以清晰地看到所查詢線路上的交通狀況，還可以知道最近一輛公交車到達(dá)這里還有幾站路。用戶可以根據(jù)這些信息選擇乘車方案從而優(yōu)化出行，提高公交效率。

3.1 模擬車輛終端和手機(jī)客戶端組成

模擬車輛終端包括“登錄界面”、“選擇線路”、“站點(diǎn)選擇”、“狀態(tài)發(fā)布”4個(gè)功能模塊。

手機(jī)客戶端包括“登錄界面”、 “線路和站點(diǎn)選擇”、“線路狀態(tài)發(fā)布”、“地圖顯示”4個(gè)功能模塊。

3.2 模擬車輛終端和手機(jī)客戶端運(yùn)行流程圖

模擬車輛終端和手機(jī)客戶端運(yùn)行流程圖分別如圖4和圖5所示。

用戶在使用模擬車輛終端向服務(wù)器上傳車輛信息時(shí)，先通過“選路選擇”和“選擇站點(diǎn)”選定車輛所在位置，然后選擇車輛運(yùn)行方向和當(dāng)前的交通狀況，點(diǎn)擊“發(fā)布”按鈕即可。

使用手機(jī)客戶端向服務(wù)器查詢車輛信息時(shí)，輸入要查詢公交車的線路、自己當(dāng)前所在站點(diǎn)和目的地點(diǎn)信息，點(diǎn)擊“查詢”。手機(jī)客戶端接收服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)后，在“地圖顯示”和“線路狀態(tài)顯示”頁面上顯示查詢的線路以及下輛公交車還有幾站到達(dá)，兩個(gè)界面之間可以通過滑屏操作進(jìn)行切換。

3.3 模擬車輛終端和手機(jī)客戶端運(yùn)行效果圖

3.3.1 模擬車輛終端運(yùn)行效果圖

如圖6所示，子圖 (a)為模擬車輛終端“登錄界面”運(yùn)行效果圖;子圖 (b)為模擬車輛終端“線路選擇”功能運(yùn)行效果圖;子圖 (c)為模擬車輛終端“站點(diǎn)選擇”功能運(yùn)行效果圖;子圖 (d)為模擬車輛終端“狀態(tài)發(fā)布”功能運(yùn)行效果圖。

3.3.2 手機(jī)客戶端運(yùn)行效果圖

如圖7所示，子圖 (a)為手機(jī)客戶端“登錄界面”運(yùn)行效果圖;子圖 (b)為手機(jī)客戶端“線路和站點(diǎn)選擇”功能運(yùn)行效果圖;子圖 (c)為手機(jī)客戶端“地圖顯示”功能運(yùn)行效果圖;子圖 (d)為手機(jī)客戶端“線路狀態(tài)顯示”功能運(yùn)行效果圖。

圖6 模擬車輛終端運(yùn)行效果圖

圖7 手機(jī)客戶端運(yùn)行效果圖

4 結(jié)語

未來的交通必將向著智能化和方便人們生活的方向發(fā)展，優(yōu)化的公交管理系統(tǒng)和便攜實(shí)用的交通查詢軟件成為交通水平提高的必然需求［9］。

交通管理系統(tǒng)也將會(huì)向高度智能化的方向發(fā)展，形成一個(gè)車輛、乘客和服務(wù)中心交互網(wǎng)絡(luò)［10］。屆時(shí)每輛公交車也將參與提供實(shí)時(shí)路況信息，乘客不僅能在客戶端查詢線路，還能獲取到每條線路上更多的動(dòng)態(tài)信息，從而將交通的諸多要素聯(lián)動(dòng)起來，優(yōu)化乘客出行，提高公交效率，具有一定的推廣價(jià)值。

本文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以作為公交車輛、服務(wù)中心、用戶終端交互系統(tǒng)的雛形。如果能進(jìn)一步研究和發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)階段先進(jìn)的公交管理技術(shù)，必將會(huì)使現(xiàn)在的公交管理水平達(dá)到一個(gè)新的更高的水平［11］。