CN101123551A - 一种基于通信和网格计算技术的智能公交系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于通信和网格计算技术的智能公交系统。特征在于利用英特网和VPN技术连接各公交线路的调度室终端及由调度系统内计算资源共享的几千台计算机形成一台计算资源和信息资源共享的“虚拟的超级计算机”；各公交车队调度室的计算机依据由各线路公交车实时运行途中发回的即时定位信息为基础，计算出本线路公交车的“站间平均速度”、确认公交车的具体位置，并将需要整体共享的“道路平均车速”上传汇总平台，各车队都可阅读到与本线路行驶状态有关的相关路段的拥堵站点、拥堵路口、拥堵瓶颈节点等动态路况信息，是一种成本低，精度高，运行可靠、效率高和稳定性好、易于推广的智能公交系统。

Description

一种基于通信和网格计算技术的智能公交系统

技术领域

本发明涉及公交管理技术领域，特别是一种基于通信和网格计算技术的智能公交系统。

背景技术

目前智能公交应用技术领域已有“GPS智能公交”技术手段投入应用，在大城市交通日趋拥堵的条件下，其能迅速改变传统调度管理的“两头卡点、中间失控”的落后调度手段，实现对公交线路中间行驶过程的实时监控。当然，实践中也发现GPS技术手段在中心城区中有信号盲区、通信时延等不适应的地方，对应用于短距离定点停靠的公交系统来说，GPS的特长没有得到有效的发挥。由于“GPS智能公交”靠卫星定位，投资成本高，且不同公交企业的经济实力各不相同，即使是同一城市公交企业也难以整体共上智能公交管理新台阶，一些必须要整体优化才能奏效的智能公交应用项目，也就难以见效。而且，GPS在高楼群下、高架桥下、隧道中会有信号盲区，重搜索达到四颗以上卫星信号需要一定初始化时间，因而存在通信时延和信息采集盲区，实际提供选用的采集数据的精度较低，不适应智能公交精细项目的应用要求，此外，使用中还存有“通信间隔”(取值6秒)和“速度采集周期”(取值15分钟/次)的精度选择问题，虽从理论上说可以通过再缩短“通信间隔”和“速度采集周期”的方法来提高信息采集灵敏度和精度范围，但在实际应用时往往会成倍地增加计算机工作量和信息数据传输量，造成通信传输通道堵塞，无法适应许多高精度的智能公交项目的信息采集要求。综上所述，“GPS智能公交”的应用局限性较大，从经济性和实用性角度考虑目前均欠理想。

发明内容

本发明的目的是要提供一种成本低、数据采集精度高，运行可靠、效率高和稳定性好且易于推广的基于通信和网格计算技术的智能公交系统。

本发明的基于通信和网格计算技术的智能公交系统主要包含车载通信工具(如小灵通、SCDMA等)、路由器、交换机、防火墙、VPN服务器、专用服务器、实时调度终端、动态交通信息咨询服务终端，特征在于：利用英特网和VPN技术连接各公交线路的调度室终端及由调度系统内计算资源共享的几千台计算机形成一台计算资源和信息资源共享的“虚拟的超级计算机”；各公交车队调度室的计算机依据由各线路公交车实时运行途中发回的即时定位信息为基础，计算出本线路公交车的“站间平均速度”、确认公交车的具体位置，并将需要整体共享的“道路平均车速”上传汇总平台，各车队都可阅读到与本线路行驶状态有关的相关路段的拥堵站点、拥堵路口、拥堵瓶颈节点等动态路况信息。

所述的计算本线路公交车的“站间平均速度”是通过车载手机动态采集公交行驶的“时间定位”短信，在电信总机房收到“时间定位”短信的同时，通过ADSL宽带将“时间定位”信息对号入座分别传至各公交调度室计算机终端，由存储有“公交站距”数据的计算机计算各自线路的“站间平均速度”和“道路平均速度”，汇总叠加各路段的“道路平均速度”后即可得到全市公交线路全覆盖的路况数据信息，各公交线路车队可通过联网共享得到与已有关的其它线路“共驶道路位置信息”和“共停站点到达信息”以及周边对行驶车速有影响作用的路况信息，用4个字节短信容量，发送次数为每个公交站点两次(停站、启动)的微型数据容流量的短信方式进行数据传输，把形成车速和定位信息的计算工作量，放在主要使用该信息的各公交线路调度室计算机计算，并对极大部分信息数据就地存储，而只对少数需要共享的信息用有线宽带进行针对性传输。

所述的“线路动态显示进度表”包含有站点编码、到站时间、离站时间、停站时间、行驶时间、站间距离、站间速度、公交路段速度、上下客人数、乘载人数的信息，以数据形式生成可供确认公交车的具体位置、公交车在线路中行驶的“道路平均速度”信息及显示公交行业“三正点(首发站正点，中途站正点，终点站正点)”、“大车隔(大于计划发车时间间隔的发车间隔)”、“速度”、“位置”、“载客量”五大指标信息。

基于上述构思的本发明基于通信和网格计算技术的智能公交系统由于利用智能公交“局域网格”，依靠车载通讯工具的通信定位采集车辆运载信息和利用网络中的一些闲置的计算能力来解决复杂问题的计算模式，有利于以较低的成本整体齐上智能公交项目。借用通信网络采集“站间行驶时间”的定位信息，可节省通信建网投资，而选用可达到128Kbps的如小灵通、SCDMA等作为车载通信工具，既可有效降低投入成本，又充分利用了它们数据传输速率快的特点；而且利用网络中的一些闲置的计算能力来解决复杂问题的计算模式，使各公交线路调度室的每台闲置计算机成为网格中的一个节点，把分散在不同地理位置的计算机组成一台虚拟的超级计算机，既充分利用了现有闲散资源，又获得了特强的计算能力，且计算的成本费用达到最低；在实际操作中，可以通过ADSL宽带连接各公交调度室计算机，让各调度室计算机完成本公交线路的路段“平均车速”信息计算的同时，上传各自道路车速信息并汇总成全市道路车速信息共享，同时有选择让各公交调度室实时了解与本线路行驶有关的拥堵站点、路口、节点等信息。凭借ADSL与各种计算机硬件多年磨合的经验优势，可更方便完成对计算机兼容异构性的判断；可将网格虚拟计算资源共享的管理模式简化成“局域网格”相对固定的计算资源管理模式，降低“局域网格”实施对软件、协议的要求门槛。对于运行中安全问题，由于不需要没有注册的虚拟计算资源进入“局域网格”，更容易管理和保证“局域网格”的网络安全。各公交调度室节点的计算机发生故障自有节点备用计算机顶替，某一公交线路车速信息的因故缺失，也可由共驶线路车速信息互补覆盖。

对信息传输、存储模型，设计有预防数据传送时延、堵塞的“微型数据传输”模式。与一般短信容量相比，仅为17.02％。与“GPS智能公交”每隔6秒发一次短信的频率相比，按一条20个站点、单程行驶时间60分钟的公交线路举例，“GPS智能公交”需要发送600次短信，而智能公交“局域网格”只需发送40次短信，只占“GPS智能公交”发送短信次数的6.67％。兼顾短信容量和次数的综合考虑，一个行程只占“GPS智能公交”无线数据传送流量的11.35％，有效避免了通信线路因数据容量大、发信频率高而造成通信时延、堵塞的可能性，确保各公交调度室动态信息联网共享的可靠性。

综上所述，本发明利用车载通讯工具(信号发送对象)发送“时间定位”信息，由通过英特网和VPN构建的公交“局域网格”中的各台计算机(信号接收对象)对信号发送对象的速度和位置进行计算，计算结果通过所述“局域网格”上传汇总平台，这样，“局域网格”中的各台计算机均可共享平台上的计算数据，是一种成本低，精度高，运行可靠、效率高和稳定性好的易于推广的智能公交系统。

附图说明

图1是本发明实施例的信息流程图；

图2是本发明实施例的系统网络示意图；

图3是本发明实施例中  “站点编码测速法”的车速采集示意图；

图4是本发明实施例的“线路动态显示进度表”；

图5是本发明实施例的“站点编码测速法”的站点编码图。

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。

在图1、图2和图3中，本发明的基于通信和网格计算技术的智能公交系统主要包含车载通信工具(如小灵通、SCDMA等)、路由器、交换机、防火墙、VPN服务器、专用服务器、实时调度终端、动态交通信息咨询服务终端，利用英特网和VPN技术连接各公交线路的调度室终端及由调度系统内计算资源共享的几千台计算机形成一台“虚拟的超级计算机”，工作时，以计算资源和信息资源共享的原则，由各公交车队调度室的计算机依据由各线路公交车实时运行途中发回的即时定位的采集信息为基础，计算出本线路公交车的“站间平均速度”、确认公交车的具体位置，并将需要整体共享的“道路平均车速”上传汇总平台，各车队都可阅读到与本线路行驶状态有关的相关路段的拥堵站点、拥堵路口、拥堵瓶颈节点等动态路况信息。

在图3中，在设计“站点编码测速法”解决道路完整性测速和数据传输安全方面，“站点编码测速法”作为一种数据型测速手段，更易于网格计算，可将信息采集精度提高到秒，把一个笼统的城市交通拥堵概念，分时间段和路段统计分析成八种具体拥堵类型的小概念，便于对症下药提出具体解决方法。不管什么恶劣天气，只要公交车能出车，就能在公交运行的连续时段、全覆盖路段上完成测速，填补城市道路数据定量计算测速的空白。“站点编码测速法”将产生的“五种车速”的数据计算工作量，放到各公交调度室计算机终端上，而仅将需要共享的针对性数据对号入座传送，大幅减少无线通信数据传输流量、防止因数据流量大而造成传输通道堵塞的可能性。在“局域网格”内优先实现计算资源共享的群体效应。

在图4和图5中，“线路动态显示进度表”参考了手机短信清单的格式，用车载代码取代了主叫手机号码，用站点代码取代了被叫手机号码，“时间定位”信息就是车载短信的发信时间，其余平均速度等由计算机自动计算。短信内容仅含“00/00”的四位数字，表示上、下车人数，传回调度终端供动态生成车辆载客量的，当载客量大于一定数值时，加密发车间隔，或根据对应时间段的站点上下车人数统计规律，自动编发大站车、区间车、直放车，是站点客流量统计的基础数据。站点代码不占用“被叫手机”的号码资源，其只是总机房通过ADSL宽带传输到各公交线路调度室计算机终端的一个路径代码。

利用“线路动态显示进度表”提升凭数据定量计算分析的精度方面，从定位精度来看，可显示当前车辆位置具体在某站点或站间，满足对“线路动态显示”的简捷直观要求，更具优势的是信息反馈的时延极小，符合实时调度所需的快速响应的要求。

“站点编码测速法”是其信息采集的主要方法可分四步：

A、站点编码图的编制

站点编码图的编制，有两个目的，一是帮助对每一个公交换乘站点进行有规律的代码编码，便于运用“局域网格”计算“公交站间平均车速”。二是用以确定点到点动态交通信息咨询服务的预案节点，以便提前按节点组合做好查询预案，满足快速查询要求。

八位数站点代码的编制规律如下，设站点代码为A B C D E F G H八位数字。其中，A为交通图方格X轴的编码数。B为交通图方格Y轴的编码数。C为按交通图方格划九宫格的编码数。D为按九宫格方格再划小九宫格的编码数。E为多源交通手段类型编码数，如；1-公交线、2-专线车、3-夜宵线、4-机场旅游线、5-地铁轻轨。FG为编码方格内站点序列编码数，在该编码方格内按先左后右、先里后外的规律，从小到大依次排序。H为站点行驶方向码。设终点站朝市中心行驶方向的站点为0，反方向为1。

B、车载编码

数字编号的公交车，车载编码用00000-00表示，例，823路1号车，用00823-01表示。有电、汽之分或区间车之分的车辆，如；22路电车用0022D-00表示。还有带B线的车队用0000B-00来表示。

以文字编码的专线车用拼音加数字表示，例如，徐闵线2号车，用XM-02表示。

C、站距数据输入

以上海为例，为简化站距数据输入，内环线内站点按平均距离510米输入，内环线外到外环线内的站点，按平均距离700米输入数据库。在实际运行中，对少数平均距离特别误差大的站点，再作实测调整，以减轻数据输入的工作量。

有了站点编码、站间距离、又动态采集了“时间定位”信息，通过智能公交“局域网格”的分布式计算，可把单条线路的车速信息汇总叠加成覆盖全市的道路车速信息。把单纯车速信息计算加工成智能公交应用项目信息。

D、上传“道路平均车速”的路段代码

各公交线路分别计算的道路平均车速，上传汇总起来就形成全市道路动态车速信息。设道路段代码为A B C D E F G H八个数字组成。

A B C D的编码与站点编码概念相同，是编码方格区域的具体定位，外环内平均每小方格在0.116平方公里范围。

E F G为道路的数字代码，代表该道路在这一方格范围内的路段。

H为方向码。设终点站朝市中心行驶方向的车速采集为0，反方向为1。

智能公交“局域网格”利用了公交站距是固定已知的特性，运用了网格计算资源共享的技术，通过以上信息采集方法，公交站点是确定平均速度计算的固定距离取值点、是采集站间行驶时间的定位时点，每一个公交站点有一个计算机能识别的唯一对应编码，各线路同站停靠的站点编码是相同的，总机房会根据车载编码的不同，将定位信息按相互逻辑关系分送各公交调度终端进行车速计算，形成道路动态车速信息和个体车辆定位信息，汇总成全市道路动态车速信息数据，供各方按需选用。

Claims (3)

1.一种基于通信和网格计算技术的智能公交系统，包括通信车载、路由器、交换机、防火墙、VPN服务器、专用服务器、实时调度终端、动态交通信息咨询服务终端，其特征在于：利用英特网、VPN技术连接各公交线路调度室终端，将调度系统内计算资源共享的几千台计算机形成一台“虚拟的超级计算机”，使计算资源和信息资源共享，各公交车队调度室的计算机，根据通信动态采集的“时间定位”信息，计算本线路公交车的“站间平均速度”、确认公交车的具体位置，生成“线路动态显示进度表”，并将需要整体共享的“道路平均车速”上传汇总平台，各车队都可得到与本线路行驶状态有关的拥堵站点、拥堵路口、拥堵瓶颈节点等动态路况信息。

2.根据权利要求1所述的基于通信和网格计算技术的智能公交系统，其特征在于所述的计算本线路公交车的“站间平均速度”是通过车载手机动态采集公交行驶的“时间定位”短信，在电信总机房收到“时间定位”短信的同时，通过ADSL宽带将“时间定位”信息对号入座分别传至各公交调度室计算机终端，存有“公交站距”数据的计算机计算各自线路的“站间平均速度”和“道路平均速度”，汇总叠加各路段的“道路平均速度”，即可得到全市公交线路全覆盖的路况数据信息，各公交线路车队可通过联网共享得到与已有关的其它线路“共驶道路位置信息”和“共停站点到达信息”以及周边对行驶车速有影响作用的路况信息，用4个字节容量，发送次数为每个公交站点两次的微型数据容量的“时间定位”短信方式进行数据传输，把形成车速和定位信息的计算工作量，放在主要使用该信息的各公交线路调度室计算机计算，并对极大部分数据信息就地存储，而只对少数需要共享的信息用有线宽带进行针对性传输。

3.根据权利要求1所述的基于通信和网格计算技术的智能公交系统，其特征在于所述的“线路动态显示进度表”包含有站点编码、到站时间、离站时间、停站时间、行驶时间、站间距离、站间速度、公交路段速度、上下客人数、乘载人数的信息，以数据形式生成可供确认公交车的动态位置、公交车在线路中行驶的“道路平均速度”信息及显示公交行业“三正点”、“大车隔”、“速度”、“位置”、“载客量”五大指标信息。

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