CN101470946A - 城市公交系统gps和客流数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明城市公交系统GPS和客流数据处理方法，涉及一种城市公共交通管理调度系统的数据采集及处理方法。本发明的方法：在实时上传到控制中心的GPS数据中增加车辆运行平均速度反映道路状况，车辆进站后采集当前客流数据并在离站后上传给控制中心。控制中心收到当前客流数据分别即时累加到对应站点、车辆和线路的客流表中，再将上述各客流表传送到调度终端作为调度的依据；控制中心以分时段或分区的方式将各车辆的GPS、客流数据以及各客流表成批地存入数据库中；数据库每天对各车辆的GPS数据、客流数据和各客流表数据进行预统计，并保存在相应的预统计表中。解决了调度系统缺少客流和道路状况数据及实时数据存入数据库时会丢失数据的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市公共交通管理调度系统的数据采集及处理方法，特别是涉及一种通过采集车辆的GPS卫星定位和客流数据，自动综合分析处理城市公交车辆和车站的客流等运行状态的方法。
背景技术
目前国内很多城市的公交车调度还是基于传统手工作业模式，各车队调度人员根据经验、手工作业编制发车时刻表对车辆进行基本管理调度，车辆一旦发出，在行驶过程中各车队调度人员无法知道车辆的行驶速度、目前位置、车上的乘客流量、发生了什么意外等情况。公交公司的管理层更无法实时地了解各车队的运行状况，及时地对全市公交车辆进行调度指挥。为解决这个问题，人们设想利用带有GPS接收机和无线通信机的车载机与设在公交公司的控制中心组成网络化的系统，来及时掌握各车队车辆的运行状况。例如，中国发明专利说明书CN 1275808C公开了专利号为ZL 200310105784.6，名称为“公交车载机控制系统及其方法”的技术方案，提出利用GPS定位和GPRS通信协议实现车载机与控制中心的实时通信，实时交互，向公交管理调度系统提供包括车辆运行位置、运行线路和进出站点信息等实时运行数据；建立公交运营车辆的可视化监控模式。但是该技术方案忽视了城市公共交通必须按乘客的出行状况即客流状况和道路状况调度公交车辆的现实，只限于根据车辆的实时位置数据在现有公交线路中调度车辆的运行，而缺乏可实施性。另外，城市公共交通系统的车辆数量巨大，运营中产生的大量车辆位置数据必须由控制中心的通讯服务设备存入数据库；短时间内大量的数据存入操作会给数据库带来很大的负担，严重时甚至会导致数据库无法响应而造成数据丢失。
发明内容
本发明旨在提供一种城市公交系统GPS和客流数据处理方法，使城市公交系统可实时采集客流、道路状况和车辆运行数据并可靠地存储在数据库中；进而利用上述客流和车辆运行数据编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上进行车辆调度，或调用数据库中保存的客流和车辆运行数据进行二次统计。
本发明的技术方案是：城市公交系统GPS和客流数据处理方法，包括：
步骤A，各车辆的车载机用GPS模块以固定的时间间隔采集本车辆在运行线路上包含当前的经纬度位置及平均速度的GPS数据，并用GPRS/SMS模块将上述GPS数据通过无线网络传输到控制中心的通讯服务器；控制中心的通讯服务器接收并保存各车辆的车载机发送的GPS数据；
步骤B，各车辆的车载机将当前的经纬度位置与本线路所有站点经纬度进行匹配，判断本车辆当前是否进入或离开哪个站点；各车辆在进入任一个站点后，该车辆的车载机用客流采集器获取本车辆在当前站点包含上、下车人数和实有载客人数的客流数据；各车辆在离开任一个站点后，车载机用GPRS/SMS模块将本车辆当前站点标识和客流数据通过无线网络传输到控制中心的通讯服务器；控制中心的通讯服务器接收并保存各车辆的车载机发送的本车辆当前站点标识和客流数据；控制中心的通讯服务器将各车辆当前站点的客流数据分别累加到该站点的客流表、该车辆的客流表和该线路的客流表中；
步骤C，控制中心的通讯服务器以固定的时间间隔按分时段的方式或以固定的数据量按分区的方式将各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据以及各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表成批地存入控制中心的数据库服务器中；控制中心的数据库服务器每天对各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据进行预统计，并将预统计的结果保存在相应的预统计表中；
步骤D，控制中心将上述各车辆的GPS数据以及相应的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表发送给各车辆所属单位的调度终端；各调度终端接收并保存本单位各车辆GPS数据以及相应的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表，并编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上，供调度员进行调度决策；调度员用本单位调度终端发出的调度指令经控制中心和无线网络传输到对应车辆的车载机，指示驾驶员改变该车辆的运行；
步骤E，管理终端或各调度终端经Web服务器获取数据库服务器内各预统计表中每天各车辆的GPS数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据的统计数值，进行二次统计处理。
所述步骤B至步骤D中各车辆的客流表是以车载终端标识为键值的哈希表，记录各车辆当前的载客总人数；各站点的客流表是以站点标识为键值的哈希表，记录各站点当前所有经过该站点的车辆上、下车的人次总数；各线路的客流表是以线路标识为键值的线路哈希表，记录各线路当前所有车辆的载客总人数。
本发明城市公交系统GPS和客流数据处理方法，将实时采集的GPS卫星定位数据和客流数据通过无线网络传输到控制中心进行统计分析，得到城市公交车辆、站点和线路的客流数据表和车辆运行数据表，并将上述数据和数据表存入数据库；进而将上述数据和数据表传送到相应的调度终端并编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上，由调度员在调度终端经控制中心通过无线网络向车辆发布调度指令；以及调用数据库中上述数据和数据表进行二次统计。本发明将客流和道路状况数据与GPS数据相结合，查看客流和道路状况数据统计结果的时候，可以配合GIS地图显示站点位置、所属区域范围，以及以不同颜色的图标标志显示统计分析结果，相比于一般的数据统计更加直观。所以本发明采用GPS、实时客流统计、GPRS/SMS、GIS、数据库、网络技术、图形图像技术等高科技的技术手段，为实现公交车辆的实时监控和调度提供了精确的数据保证。本发明在实时上传到控制中心的GPS数据中增加车辆运行平均速度反映道路的状况，在车辆进站后采集当前客流数据并在车辆离站后上传给控制中心，解决了缺少客流和道路状况数据的问题。本发明在控制中心收到各车辆的当前客流数据后，分别即时累加到对应站点、车辆和线路的客流表中；再将上述各客流表传送到调度员的调度终端作为调度的依据；由于不是将每一辆车的当前客流数据逐一传送到对应的调度终端，再由各调度终端分别重复地进行客流计算，可减少客流数据的传输量及各调度终端的计算量，提高整体的运行速度。本发明中控制中心以固定的时间间隔按分时段的方式或以固定的数据量按分区的方式将各车辆的GPS、客流数据以及上述各客流表成批地存入控制中心的数据库服务器中；避免了频繁的实时数据存入操作对数据库带来的负担，解决了实时数据的存入数据库时会丢失数据的问题。本发明中控制中心的数据库服务器每天主动地对各车辆的GPS数据、当前客流数据和上述各客流表数据进行预统计，并将结果保存在相应的预统计表中；可减少和避免日后二次统计时，对各种表中大量的记录进行联合查询并对海量的数据进行计算；提高二次统计的效率。各客流表采用哈希表的形式，不仅占用内存量少而且检索速度快。从另一个角度来看：随着经济发展，城市居民的活动和工作范围日益增大；城市中很多公交站点的设置已经失去其合理性，有些地方站点和线路过于密集，而新的商业繁华地区需要快速增加新的线路和站点；产生了城市公共交通失调的问题。本发明的方法在数据库中积累了公交车辆运行、客流和道路状况的历史数据，根据本发明的方法对存储在数据库预统计表中的数据进行二次统计，可快速综合分析城市客流和道路状况合理设置公交车线路、站点；并根据客流情况结合道路状况和公交车辆分布合理调度公交车。所以，本发明的方法是提高城市公交管理水平，解决城市公共交通矛盾的有效技术措施。
附图说明
图1为采用本发明城市公交系统GPS和客流数据处理方法的一个城市公交系统实施例的结构示意图。
图2为图1城市公交系统实施例进行GPS和客流数据处理的进程图。
图3为图1城市公交系统实施例进行二次统计的进程图。
具体实施方式
采用本发明的一个城市公交系统主要由1个控制中心和分别安装在2000辆联网公交车上的具有GPS的车载机两部分组成。控制中心采用B/S和C/S混合架构搭建。车载机即安装在各公交车上的车载终端设备，各车载机具备GPS定位、客流采集和GPRS/SMS无线通讯功能。
控制中心在机构设置上可分为中心控制室和多个调度室。中心控制室一般位于城市公交公司总部，整个系统的管理终端都部署在此。各调度室分布在全市各个公交线路总站，分别设置经互联网连接到中心控制室的调度终端；由各公交线路指定的调度人员操作调度终端，进行各种车辆调度作业。
请参看图1，控制中心从上到下分为三层平台，分别是业务处理平台(调度终端7和管理终端8)、协议服务层平台(通讯服务器4、数据库服务器5、Web服务器6)、传输通讯层平台(GPRS前置机2、短信前置机3)，除调度终端7外，所有其他设备都部署在中心控制室。
业务处理平台位于控制中心系统结构的最上层，用于与管理人员或调度人员进行人机交互，提供系统的各种调度和管理功能。业务处理平台的表现形式即管理终端8和调度终端7的调度管理程序，又称为操作终端程序。操作终端程序采用TCP/IP方式由传输模块与中心控制室的通讯服务器4进行连接。操作终端程序通过传输模块获得通讯服务器4统计的实时GPS和客流数据，由实时数据显示模块将该GPS和客流数据编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上；其中以不同的色彩或图标表示不同载客程度的车辆，以不同的色彩图标表示不同流量大小的站点，以高亮显示的线标识被关注的公交线路及该线路总客流数量。
协议数据平台包括通讯服务器4、数据库服务器5、Web服务器6。
该城市公交系统具有典型的一个控制中心、多个操作终端的结构。控制中心中只存在一个数据库，只有通讯服务器4和Web服务器6与该数据库的数据库服务器5直接连接。
数据库服务器5内存储着各车辆的GPS数据以及各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表。数据库服务器5设有数据预统计模块在数据库后台每天对各车辆的GPS数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据自动完成预统计，并将预统计的结果保存在相应的预统计表中。
通讯服务器4是整个系统的核心程序设备，综合了协议转换、数据解析、数据库读写、命令转发功能。通讯服务器4中的数据解析模块主要完成协议转换，将车载机1上报上来的二进制数据转换为面向对象的数据，如实时车辆经度、纬度、速度、方向、上车人数、下车人数、车辆状态等。通讯服务器4中的数据插入模块将面向对象的GPS和客流数据写入通讯服务器4的内存表格中，并按照一定的时间间隔或表格记录总数把该内存表的记录项成批提交到数据库，最终写入数据库对应的表格中。通讯服务器4中的实时数据计算模块收到一个车载机1面向对象的客流数据时，分别添加到对应的站点哈希表、车辆哈希表和线路哈希表中，提供操作终端程序查询的依据。通讯服务器4中的数据传输模块完成计算结果通过网络的TCP/IP协议传送到管理终端8和调度终端7。
Web服务器6主要用于输出各种统计报表，并具备进行车辆注册管理、驾驶员管理、维修违章管理等等所有与车载机1实时业务无关的静态功能。
数据传输平台只负责GPRS/SMS数据的发送和接收，而不对数据进行解析。它包括GPRS前置机2和SMS短信前置机3，SMS短信前置机3是GPRS前置机2的后备通道。数据传输平台与协议转换平台的通讯服务器4采用Tcp/Ip协议进行通信。
本实施例进行GPS和客流数据采集和处理的进程，请参看图2。
各车辆的车载机1执行的操作101：用GPS模块以固定的时间间隔采集本车辆在运行线路上包含当前时间、经度、纬度、速度、方向、里程、GPS模块定位状态、GPS模块工作状态及每分钟平均速度的GPS数据，并用GPRS/SMS模块将上述GPS数据通过无线网络传输到控制中心数据传输平台的GPRS前置机或SMS短信前置机。
控制中心的GPRS前置机2执行的操作201及控制中心的SMS短信前置机3执行的操作301：将接收到的上述各车辆包含当前的经纬度位置及平均速度的GPS数据传送给通讯服务器4。
控制中心的通讯服务器4执行的操作401：接收并保存各车辆的车载机发送的GPS数据。
各车辆的车载机1执行的操作102：将当前的经纬度位置与本线路所有站点经纬度进行匹配，判断本车辆当前是否进入或离开哪个站点；各车辆在进入任一个站点后，该车辆的车载机用客流采集器获取本车辆在当前站点包含上、下车人数和实有载客人数的客流数据；各车辆在离开任一个站点后，车载机用GPRS/SMS模块将本车辆当前站点标识和客流数据通过无线网络传输到控制中心的GPRS前置机2或SMS短信前置机3。
控制中心的GPRS前置机2执行的操作202或SMS短信前置机3执行的操作302：接收各车辆发送的本车辆当前站点标识和客流数据，并传送给控制中心的通讯服务器4。
控制中心的通讯服务器4执行的操作402：接收并保存各车辆的车载机发送的本车辆当前站点标识和客流数据。
控制中心的通讯服务器4执行的操作403：将各车辆当前站点的客流数据分别累加到该站点的客流表、该车辆的客流表和该线路的客流表中；其中各站点的客流表是以站点标识为键值的哈希表，记录各站点当前所有经过该站点的车辆上、下车的人次总数；各车辆的客流表是以车载终端标识为键值的哈希表，记录各车辆当前的载客总人数；各线路的客流表是以线路标识为键值的线路哈希表，记录各线路当前所有车辆的载客总人数。
控制中心的通讯服务器4执行的操作405：以固定的时间间隔或以固定的数据量将各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据以及各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表组成批存储的数据文件，将该批存储的数据文件按分时段的方式或按分区的方式存入控制中心的数据库服务器5中。
控制中心的数据库服务器5执行的操作501：接受并非分解批存储的数据文件，并将有效的数据写入相应的表格。
控制中心的数据库服务器5执行的操作502：每天对各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据进行预统计，并将预统计的结果保存在相应的预统计表中。存放在数据库服务器5中的数据如果不进行预处理，在事后进行二次统计的时候将会面临海量的数据计算。以客流数据为例，2000辆公交车车辆，平均每个车辆60秒钟上传一个当前站点数据到中心，公交车的运营时间为早上6:00到晚上23:00，计算可知一天将有100多万条记录；如果以天为单位100多万条记录存储在一张表内，若单纯统计系统月客流总数的情况，将对30张表的3000万多条记录进行联合查询，数据库服务器5的操作量将非常巨大。所以每天数据库服务器5的数据都要进行预统计，将计算的中间结果存放在预统计表中。以便于实现月统计和年统计，进而提供长期数据作为其他分析的依据。
控制中心的通讯服务器4在执行的操作401后，将接收的各车辆的GPS数据通过互联网发送给各车辆所属单位的调度终端7；
各调度终端7执行操作701，接收并保存本单位各车辆GPS数据。
控制中心的通讯服务器4在执行的操作403后，将累加处理后的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表经互联网发送给各车辆所属单位的调度终端7；
各调度终端7执行操作703：接收并保存累加处理后的本单位各车辆客流表、各站点的客流表和各线路的客流表。
进而，各调度终端7执行操作704：利用本单位各车辆的GPS数据和累加处理后的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上，供调度员进行调度决策。
调度员的操作705：调度员用本单位调度终端7编辑调度指令并通过互联网向控制中心的通讯服务器4发出的调度指令。
控制中心的通讯服务器4执行操作405：接收调度指令并传送给控制中心的GPRS前置机2和SMS短信前置机3。
控制中心的GPRS前置机2执行操作205或SMS短信前置机执行操作305：将调度指令经无线网络发送到对应车辆的车载机1。
对应车辆的车载机1执行操作105：接收调度指令并显示，指示驾驶员改变该车辆的运行。
本实施例的管理终端8或各调度终端7可以经Web服务器6获取数据库服务器5内各预统计表中每天各车辆的GPS数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据的统计数值，进行二次统计处理。即根据车辆的GPS数据和客流数据以及各预统计表的统计数值，进一步统计一段时期内一条或多条公交线路上所有站点的客流状态，或所有经过一个站点的各公交线路车辆的客流状态，按照公交公司的需求输出报表，作为车辆早晚班时间更改，线路站点增加、删除、位置调整，公交线路调整增加的依据，以满足公众的出行要求。
例如公交公司管理层拟对本城市某一线路进行重新规划，管理员在管理终端8对该条线路上若干站点(即一段路段)的客流进行二次统计的进程，请参看图3。
管理员在管理终端8登陆Web服务器6的公交系统网站，执行操作801输入查询路段客流统计命令。进而输入统计时间段为最近3个月，输入需要分析的线路代号和各站点的编号，输入每天查询的时段为下班时段17点—20点。
Web服务器6的公交系统网站执行操作601，获取统计时间段、线路代号和各站点的编号、每天查询的时段等参数；访问数据库服务器5。
数据库服务器5执行操作503，按Web服务器6提供的参数查询相关表格的客流数据项，并回传给Web服务器6。
Web服务器执行操作602，接收数据库服务器5回传的客流数据，统计各站点的客流数据；进而执行操作603，将各站点的数据整理成报表的形式传送给管理终端8。
管理终端8执行操作802，显示如下的客流统计表：
| 站点 | 每天平均上客数 | 每天平均下客数 | 每天平均总人次 |
| 站点A | 50 | 40 | 90 |
| 站点B | 10 | 18 | 28 |
| 站点C | 45 | 57 | 102 |
| 站点D | 37 | 12 | 59 |
| 站点E | 48 | 30 | 78 |
| 站点F | 15 | 24 | 39 |
| 站点G | 60 | 75 | 135 |
| ...... |
管理员可以为公交公司管理层提供该客流统计表。若公交公司管理层对于各站点客流设定的每天下班时段平均总人次最小阀值为30人：根据此客流统计表，站点B是客流较少的站点，管理层可以考虑取消站点B。若相应的最大阀值为120人，则站点G为客流集中站点，管理层可以考虑增加站点将此站点的客流分流。
另外，调度员利用与上述进程类似的二次统计方式，可以得到一条线路在特定时段总客流统计的结果。本时段内本线路总客流人次与本时段发车间隔的比值可以作为本时段内本线路车辆运输能力的参考数据。若该比值数据比经验值超出一定范围，调度员可以考虑本时段内本线路缩短或延长发车间隔。
另外，公交公司管理层利用与上述进程类似的二次统计方式，可以得到在特定时段内某一段路段中各条公交线路的车辆平均速度统计的结果。从而得到本时段内该路段道路拥堵状况的数据，公交公司管理层以此为依据可考虑调整该路段公交线路的配置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例；然而，不以此限定本发明实施的范围。依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。
Claims (2)
1.城市公交系统GPS和客流数据处理方法，包括：
步骤A，各车辆的车载机用GPS模块以固定的时间间隔采集本车辆在运行线路上包含当前的经纬度位置及平均速度的GPS数据，并用GPRS/SMS模块将上述GPS数据通过无线网络传输到控制中心的通讯服务器；控制中心的通讯服务器接收并保存各车辆的车载机发送的GPS数据；
步骤B，各车辆的车载机将当前的经纬度位置与本线路所有站点经纬度进行匹配，判断本车辆当前是否进入或离开哪个站点；各车辆在进入任一个站点后，该车辆的车载机用客流采集器获取本车辆在当前站点包含上、下车人数和实有载客人数的客流数据；各车辆在离开任一个站点后，车载机用GPRS/SMS模块将本车辆当前站点标识和客流数据通过无线网络传输到控制中心的通讯服务器；控制中心的通讯服务器接收并保存各车辆的车载机发送的本车辆当前站点标识和客流数据；控制中心的通讯服务器将各车辆当前站点的客流数据分别累加到该站点的客流表、该车辆的客流表和该线路的客流表中；
步骤C，控制中心的通讯服务器以固定的时间间隔按分时段的方式或以固定的数据量按分区的方式将各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据以及各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表成批地存入控制中心的数据库服务器中；控制中心的数据库服务器每天对各车辆的GPS数据、各车辆当前站点的客流数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据进行预统计，并将预统计的结果保存在相应的预统计表中；
步骤D，控制中心将上述各车辆的GPS数据以及相应的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表发送给各车辆所属单位的调度终端；各调度终端接收并保存本单位各车辆GPS数据以及相应的各车辆的客流表、各站点的客流表和各线路的客流表，并编制成车辆调度图形图像显示在GIS地图界面上，供调度员进行调度决策；调度员用本单位调度终端发出的调度指令经控制中心和无线网络传输到对应车辆的车载机，指示驾驶员改变该车辆的运行；
步骤E，管理终端或各调度终端经Web服务器获取数据库服务器内各预统计表中每天各车辆的GPS数据、各车辆的客流数据、各站点的客流数据和各线路的客流数据的统计数值，进行二次统计处理。
2.根据权利要求1所述的城市公交系统GPS和客流数据处理方法，其特征在于：所述步骤B至步骤D中各车辆的客流表是以车载终端标识为键值的哈希表，记录各车辆当前的载客总人数；各站点的客流表是以站点标识为键值的哈希表，记录各站点当前所有经过该站点的车辆上、下车的人次总数；各线路的客流表是以线路标识为键值的线路哈希表，记录各线路当前所有车辆的载客总人数。
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