CN103473922A

CN103473922A - 一种智能化出租车调度系统及其调度方法

Info

Publication number: CN103473922A
Application number: CN 201310415981
Authority: CN
Inventors: 赵文轩; 王曦; 王思浓; 吴仁坚; 李婷
Original assignee: 赵文轩
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明公开了一种完全智能化的出租汽车调度系统及其调度方法：用户通过手机客户端将订车信息发送到服务器，而空车位置信息采用GPS自动定位系统输入车载数据终端，并通过GPRS(或者电台)发送到服务器，服务器根据用户的(用车时间)、上车地点、(车型)、空车位置及分布情况，进行快速合理的车辆调度，并通过GIS自动显示，从而保证在规定时间内向客人提供用车。本发明的调度系统，包括：具有定位和GPRS通讯功能的手机客户端，具有定位车载终端的出租车客户端和与地理信息数据库直连的云端服务器；本发明还公开了上述调度系统的调度方法。

Description

一种智能化出租车调度系统及其调度方法

技术领域

本发明涉及出租车调度管理领域，具体涉及出租车智能化调度系统和调度方法。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对交通运输有了更高的要求。出租车以其方便、快捷、安全、舒适的特点，成为城市交通运输体系的重要组成部分。目前，大多数出租车都可以提供24小时全天候服务，乘客搭乘出租车的方式主要是扬招式。随着出租车投放数量的增加，这种粗放的管理模式，使出租汽车的营运效率呈下降趋势。主要表现在出租车的空驶率高、交通堵塞、油料浪费和环境污染等方面。因此建立具有较高自动化程度的出租汽车调度系统，对出租车进行合理调度，提高运营效率，减少空载运营和交通堵塞已经是势在必行。国外对车辆调度监控系统的研究较早，90年代中后期就已经有许多比较成熟的产品投放到市场。目前，国际上流行的车辆调度系统是美国模块公司的DISPATCH，它是综合监控系统，软、硬件功能都很强，经过多年的发展，现已能实现GPS定位、对设备转台自动监控、自动派车等功能，已经在世界范围内得到了广泛的使用。在西方很多发达国家的城市如伦敦、巴黎、新加坡等，在马路上，很难找到一辆空驶的出租车，除非电话预约，或者在指定的停靠地点，很少能看到在街头打车的人，一般都是电话叫车。新加坡的出租车公司也早在1995年底就有了较完备的GPS智能化调度管理系统为乘客提供派车服务。

在国内，以GPS，GIS以及无线通信技术为核心的车辆调度系统的研究和应用也有了很大的发展，并在各行各业中已经得到一定的发展和应用，尤其在公安、金融、物流、公交、出租等部门。

随着计算机的应用和无线通信技术的发展，随着城市建设的飞速发展和市民生活节奏的不断加快，乘客对出租车行业的服务档次和服务功能的需求也逐步增加，出租车调度管理的智能化也已成为未来出租车管理的发展方向。因此，开展针对出租车调度系统应用的研究，不断提高出租车辆的调度和管理水平，从而提高服务质量，具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种完全智能化的出租汽车调度系统：用户通过手机客户端将订车信息发送到服务器，而空车位置信息采用GPS自动定位系统输入车载数据终端，并通过GPRS(或者电台)发送到服务器，服务器根据用户的(用车时间)、上车地点、(车型)、空车位置及分布情况，进行快速合理的车辆调度，并通过GIS自动显示，从而保证在规定时间内向客人提供用车。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能化出租车调度系统，包括：

-手机客户端，可以分别通过语音通话控制和程序控制；与GPRS网络相连接，具有GPS定位功能；

-出租车客户端，安装有车载定位终端，该车载定位终端包括GPS模块、GPRS模块、电源模块、LCD显示模块，采用单片机／ARM作为控制芯片；

-云端服务器，能够通过GPRS模块与GPRS网络相连接；云端服务器与地理信息数据库直接相连，同时通过基于TCP／IP协议的数据通道接收每一时刻出租车客户端和手机客户端通过GPRS网络发来的信息。

本发明还公开了利用上述的一种智能化出租车调度系统的调度方法，包括以下工作步骤：

(1)系统初始化，出租车客户端的车载定位终端进行初始化工作，初始化失败则车载定位终端的MCU进入低功耗工作状态，需要进行重新启动；；

(2)步骤1中初始化成功后，云端服务器接收位置命令，该位置命令为由手机客户端和出租车客户端发送的信息；

(3)云端服务器接收到位置命令后，通过地理信息数据库调出云端服务器地址信息；

(4)云端服务器读取GPS信息，该GPS信息为由手机客户端和出租车客户端发送的GPS信息；

(5)步骤(4)中若收到GPS信息，则发送位置请求，同时若收到由GPRS网络发送来的定位信息，则调试并输出定位信息内容；如果同时未收到由GPRS网络发送来的定位信息，则云端服务器报错；步骤(4)中若未收到GPS信息，则云端服务器主动调出GPS信息；

(6)步骤(5)中将调试并输出定位信息内容以及主动调出GPS信息直接转化成位置坐标信息；

(7)将步骤(6)中的位置坐标信息发送坐标至云端服务器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明中，用户通过手机客户端将订车信息发送到服务器，而空车位置信息采用GPS自动定位系统输入车载数据终端，并通过GPRS(或者电台)发送到服务器，服务器根据用户的(用车时间)、上车地点、(车型)、空车位置及分布情况，进行快速合理的车辆调度，并通过GIS自动显示，从而保证在规定时间内向客人提供用车；如此一来，减少了出租车的空驶率，缓解了交通堵塞以及打车难的问题，与此同时还减少了油料浪费和环境污染。

附图说明

图1为本发明调度系统的组成模块图；

图2为本发明调度方法的工作流程图；

图3是将实际地图抽象后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

图1示出了本发明调度系统的一种硬件模块结构图；如图1所示，针对用户需求和项目目标，我们设计了一套完备的智能化出租车调度系统。整个系统采用C／S架构，Client端有两个，一个是用户手机，另一个是出租车，Server端是数据中心服务器；

出租车客户端中：

车载GPS+GPRS终端的卫星接收模块采集到GPS卫星数据，经过数据处理得到车辆的地理坐标信息。该信息通过车载终端处理之后，由GPRS无线通信模块发送到GPRS无线通信网上。GPRS网络根据相应的协议在车载终端和Internet网的数据中心之间建立一条支持TCP／IP的数据通道。车载GPS+GPRS终端依靠该数据通道和云端服务器之间进行信息的交互，同时用户可通过云端服务器向下发送控制命令和服务信息。车载定位终端主要包括GPS模块、GPRS模块、电源模块、LCD显示模块，采用单片机(MCU)／ARM作为控制芯片。

手机端客户端中：

手机客户端采用java，android，ios和windows phone开发，以支持现有用户手机多平台的特点。手机端有两种方式进行控制，分别是语音通话控制和程序控制。语音通话控制区别于传统的语音菜单方式，而是直接识别用户的语言。用程序进行控制时，用户需要按照界面菜单，勾选相应选项即可。

服务器端中：

服务器端与地理信息数据库(GIDB)直接相连，同时通过TCP／IP的数据通道接收每一时刻出租车端和手机端发来的信息，借助图论中的算法计算出合理结果，并将结果发送回出租车端和手机端，双方确认后建立协议，并给双方发送密码。

本发明还公开了利用上述的一种智能化出租车调度系统的调度方法(如图2)，包括以下工作步骤：

(7)将步骤(6)中的位置坐标信息发送坐标至云端服务器。

对于本发明系统后端的设计，不仅仅包括问题的抽象，算法的设计还应有系统的应急机制以及并发机制。并且对于同一个问题，不同的抽象方法也会带来不同的问题规模以及求解结果。为了方便起见，我们采用循序渐进的方法对问题进行抽象，并加以解决。

问题抽象一：

对某一特定时间点，有个用户发出乘车请求，有辆空载出租车，这时我们需要找到距离这个用户最近的出租车。

为了算法描述方便，我们选取西安市部分地图：

算法步骤：

第一步：地图抽象；

将实际地图中的道路交叉点标记，并记录所标记点的连接关系(道路)，同时对道路所确定的每块区域标号。

根据上述方法我们将西安市部分城区抽象成了图论中具有19个节点，29条边，11个区域的平面图(如图3)。

借助于图论中邻接矩阵的概念，将图3的平面图转化为矩阵存储：

表示节点到节点的距离；

X＝(X₁，X₂，…X₁₉)，Y＝(Y₁，Y₂，…Y₁₉)

表示节点的地理位置信息；

G＝(G₁，G₂，…G₁₉)

其中表示第i个区的实际地理位置信息，包括小路位置，交叉点位置(区内小路与主干道交叉点位置)，建筑情况等.

为了后面最短路(shortest-path)算法描述方便起见，以及考虑到城市交通网络的复杂性，在这里将所有的数据转为邻接链表存储.

最后对抽象化后的数据建立地理信息数据库(GIDB).

第二步：位置标定；

倘若在某一位置此刻有2名乘客发出了乘车请求，在道路上有10辆空载汽车，我们首先采用以下方法对其进行标定：

1.根据乘客所发出的地理位置信息，通过区标定函数进行计算，并将其计算结果与数据库中的原有信息进行比对，确定其位于区以及交叉点地理位置信息。

2.根据空载出租车所发出的地理位置信息和上一步得到的交叉点地理位置信息，通过边标定函数进行计算，将计算解结果与数据库原有信息进行比对，确定其位于哪一个路段，用向量表示，距离哪一个节点最近，用向量表示。

第三步：最短路算法

考虑到城市交通网络的复杂度，以及同一时刻请求人数和空载出租车较多，传统的最短路算法(Dijisktra和Floyd)时间复杂度较高，难以在短时间内求出最佳方案，导致整个系统的时延过大，严重时会造成拥塞，难以满足大规模用户需求。因此我们对于城市交通网这种规整性网络采用SPFA算法，缩短服务器的响应时间.

求单源最短路的SPFA算法的全称是：Shortest Path Faster Algorithm。

SPFA用数组d记录每个结点的最短路径估计值，而且用邻接表来存储图G。SPFA采取的方法是松弛：设立一个先进先出的队列用来保存待优化的结点，优化时每次取出队首结点u，并且用u点当前的最短路径估计值对离开u点所指向的结点v进行松弛操作，如果v点的最短路径估计值有所调整，且v点不在当前的队列中，就将v点放入队尾。这样不断从队列中取出结点来进行松弛操作，直至队列空为止。

原理：

定理：只要最短路径存在，上述SPFA算法必定能求出最小值。

证明：每次将点放入队尾，都是经过松弛操作达到的。换言之，每次的优化将会有某个点v的最短路径估计值d[v]变小。所以算法的执行会使d越来越小。由于我们假定图中不存在负权回路，所以每个结点都有最短路径值。因此，算法不会无限执行下去，随着d值的逐渐变小，直到到达最短路径值时，算法结束，这时的最短路径估计值就是对应结点的最短路径值。(证毕)

期望的时间复杂度0(ke)，其中k为所有顶点进队的平均次数，可以证明k一般小于等于2。

实现方法：建立一个队列，初始时队列里只有起始点，再建立一个表格记录起始点到所有点的最短路径(该表格的初始值要赋为极大值，该点到他本身的路径赋为0)。然后执行松弛操作，用队列里有的点去刷新起始点到所有点的最短路，如果刷新成功且被刷新点不在队列中则把该点加入到队列最后。重复执行直到队列为空。

借助于上述算法求出距离乘客最近的出租车，同时将计算结果发给乘客和出租车；

对于原有的解决方案，我们发现存在以下几个问题：

1.地图抽象中，只考虑了主干道，没有考虑到每个区内的路况信息；

2.在算法的第三步求最短路的过程中，上述方案只考虑了实时的订车信息，而没有考虑到部分乘客对订车时间的要求；

3.在算法的第三步求最短路的过程中，上述方案只考虑了实时的出租车地理位置信息，而没有考虑到隐含的可用出租车(即将载客结束的出租车)。

问题抽象二：

考虑到乘客对订车时间的要求，以及更加详细的路况信息，我们对问题进行新的抽象：对某一特定时刻，有个用户发出乘车请求，其中向量表示每个乘客请求乘车的时间。有辆空载出租车，其中向量表示每个出租车空载的时刻表，我们需要找到特定时间距离这个用户最近的出租车。

算法描述：

第一步：地图抽象；

在该方案中，地图抽象的第一步与前述方案相同；对每一个区内的具体道路信息进行同样的方法抽象；对抽象后的数据建立地理信息数据库(GIDB)；

第二步：位置标定；

乘客的位置标定方法同上述方案；对于出租车的标定，我们不仅要对空载出租车进行标定，而且对于那些即将载客结束的出租车进行标定；读入所有出租车的时刻表，在标记位置时将也标记上。

第三步：最短路算法

首先读入所有顾客的请求租车时间表，然后对于每个时刻，与时间表比对，发现有名顾客请求乘车，同时在该时刻借助于时刻表计算每一个出租车(包含隐含出租车)的位置，然后采用SPFA进行计算。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化；其中，最直接的一种变化是将上述的智能化出租车调度系统中提到出租车客户端和／或用户客户端的GPRS网络通讯模块替换为3G、LTE或无线局域网(WLAN)等可以实现无线通讯功能的网络通讯模块。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims

1.一种智能化出租车调度系统，包括：

2.利用权利要求1所述的一种智能化出租车调度系统的调度方法，包括以下工作步骤：

(1)系统初始化，出租车客户端的车载定位终端进行初始化工作，初始化失败则车载定位终端的MCU进入低功耗工作状态，需要进行重新启动；

(7)将步骤(6)中的位置坐标信息发送坐标至云端服务器。