CN103778799B - 基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，包括S1.采集公交线路L信息的步骤；S2.配置计算资源的步骤；S3.建立路由关系的步骤；S4.分布式位置计算的步骤；S5.报站信息发布的步骤。本发明可使用廉价的硬件设备完成高精度的报站数据的计算和即时发布，建设成本低，运行效率高，灵活性和可维护性较好。

Description

基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法

技术领域

本发明涉及一种卫星定位数据分布式计算与共享发布的技术，更具体地说，特别涉及一种基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法。

背景技术

智慧公交的建设重点之一就是提高公众服务能力，具体的就体现在公交报站信息获取的便利性和及时性。由于公交线网的运行数据量庞大，必须要有针对海量数据实时在线分析的高性能处理方法作支撑，才能将数据准确及时地计算出来并推送到乘客眼前。

目前的公交自动报站主要有两类方法：

1、离线独立报站法，即公交车上安装未联网的独立运行报站器，可通过内置的定位数据处理装置实现对车内乘客的自动报站功能。该方法应用最早，但是由于不能联网，报站信息无法向站台和其他车外的乘客发布，已逐步被淘汰。

2、联网集中报站法，即在车载报站器中增加了3G通讯模块，使得报站的数据可以无线传输到后台的服务器，并由服务器经过加工处理后发布给站台或其他车外的乘客。该方法在目前新建的项目中应用较多。但是用该方法完全依赖于服务器的处理，存在明显的性能瓶颈和风险隐患，极易造成报站数据的丢失和延迟，也不便于维护扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，包括以下步骤，

S1.采集公交线路L信息的步骤：通过公交车载卫星定位终端采集公交线路L的点数据，每条公交线路L均有方向，并采用一个有序的线路点属性集合表示为

S2.配置计算资源的步骤：为每个公交车配置公交车载嵌入式计算机C_bus、为每个电子站牌S配置电子站牌工控机C_sta、在后台配置调度中心服务器C_ser，并且公交车载嵌入式计算机C_bus、电子站牌工控机C_sta和调度中心服务器C_ser覆盖整个公交网络；

S3.建立路由关系的步骤：建立公交线路L、公交车B、电子站牌S的多对多路由关系L-B-S，用于为报站新信息发布路径提供路由指向；

S4.分布式位置计算的步骤：每个公交车载嵌入式计算机C_bus实时计算其对应的公交车B当前所处站段位置信息，每个电子站牌工控机C_sta实时计算途经其对应站点的所有线路上公交车B的到站距离，调度中心服务器C_ser汇总计算整个公交线网的实时报站统计信息；

S5.报站信息发布的步骤：公交车载嵌入式计算机C_bus通过公交车B车载的LED信息屏和语音向车内乘客发布报站信息，电子站牌工控机C_sta通过无线网络向途经线路的所有站点候车乘客发布报站数据，调度中心服务器C_ser通过WebService向市民提供整个公交线网的实时到站信息。

优选地，所述步骤S1具体包括：

首先，在公交车载卫星定位终端中设定需采集信息的目标线路

然后，设定采点条件，该采点条件为公交车位置距离变化ΔD≥50m并且时间间隔ΔT≥10s；

最后，进入采点模式，公交车载卫星定位终端不断监测和计算公交车的位置信息，满足采点条件时，自动记录当时位置的经纬度数据。

优选地，在所述步骤S2中，所述公交车载嵌入式计算机C_bus的输入为公交车的经度和纬度，输出为站段位置和行驶速度；所述电子站牌工控机C_sta的输入为公交车载嵌入式计算机C_bus所输出的站段位置和行驶速度，输出为该公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离；所述台配置调度中心服务器C_ser的输入为公交车载嵌入式计算机C_bus输出的站段位置和行驶速度，以及电子站牌工控机C_sta输出的公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离，输出为线网运营信息的全景视图。

优选地，在所述步骤S3中的公交线路L、公交车B、电子站牌S的多对多路由关系L-B-S包括公交车的动态路由和电子站牌的静态路由，其中，所述公交车的动态路由包括公交车B的所属线路编号、当前位置站段编号、当前位置上一站编号、当前位置下一站编号、当前位置上一站距离和当前位置下一站距离，并且该动态路由信息随着公交车的运行位置变化而不断更新；所述电子站牌的静态路由包括经过电子站牌S的线路编号、电子站牌S在各条线路中的顺序号、电子站牌S在各条线路中的上下站编号、电子站牌S在各条线路中的上下站段编号。

优选地，所述步骤S4的分布式位置计算具体为，采用公交车B到相邻的两个线路点的直线的垂直投影点作为计算基准点计算出公交车B当前所处站段的位置信息，并且计算出途经其对应站点的所有线路上公交车B的到站距离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、计算性能强大，本发明将各种计算资源相互配合，实现报站数据的分布式计算，可完成各种复杂路况和路线情况下的公交车到站距离实时运算，并能够提供基于实时路况的到站时间预测；

2、信息分发高效，本发明的数据计算和分发不再完全依靠中心服务器，公交车载终端和电子站牌既可以作为客户端也可以作为服务端，提高了数据处理和分发效率；

3、系统运行可靠，本发明不存在单点故障瓶颈，甚至在服务器故障时也不影响自动报站业务，报站数据会分布式存储在各个计算资源的存储器内，并根据路由关系实时共享和切换；

4、适用大规模公交网络，在公交网络规模越大时，本发明的分布式计算和对等网络分发的性能优势越明显，并且无需额外增加服务器硬件配置，保持较高的性价比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的公交自动报站方法流程图；

图2为本发明的线路点采集示意图；

图3为本发明的动态路由关系示意图；

图4为本发明的静态路由关系示意图；

图5为本发明的站段位置计算示意图；

图6为本发明的报站信息发布数据流图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参阅图1所示，本发明提供的一种基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，包括以下步骤，步骤一、采集公交线路L信息的步骤：通过公交车载卫星定位终端采集公交线路L的点数据，每条公交线路L均有方向，并采用一个有序的线路点属性集合表示为步骤二、配置计算资源的步骤：为每个公交车配置公交车载嵌入式计算机C_bus、为每个电子站牌S配置电子站牌工控机C_sta、在后台配置调度中心服务器C_ser，并且公交车载嵌入式计算机C_bus、电子站牌工控机C_sta和调度中心服务器C_ser覆盖整个公交网络；步骤三、建立路由关系的步骤：建立公交线路L、公交车B、电子站牌S的多对多路由关系L-B-S，用于为报站新信息发布路径提供路由指向；步骤四、分布式位置计算的步骤：每个公交车载嵌入式计算机C_bus实时计算其对应的公交车B当前所处站段位置信息，每个电子站牌工控机C_sta实时计算途经其对应站点的所有线路上公交车B的到站距离，调度中心服务器C_ser汇总计算整个公交线网的实时报站统计信息；步骤五、报站信息发布的步骤：公交车载嵌入式计算机C_bus通过公交车B车载的LED信息屏和语音向车内乘客发布报站信息，电子站牌工控机C_sta通过无线网络向途经线路的所有站点候车乘客发布报站数据，调度中心服务器C_ser通过WebService向市民提供整个公交线网的实时到站信息。

下面结合附图，对每一步骤进行详细的描述：

步骤一：采集公交线路L信息的步骤：

如图2所示，每条公交线路L采集上下行线路点，形成有序的线路点集合，其中的圆形代表普通线路点，方形代表站点，其具体步骤为：首先，在公交车载卫星定位终端上设定需采集信息的目标线路然后，设定采点条件，该采点条件为公交车位置距离变化ΔD≥50m，并且时间间隔ΔT≥10s；最后，进入采点模式，公交车载卫星定位终端不断监测和计算位置信息，满足采点条件时，自动记录当时位置的经纬度数据。

步骤二、配置计算资源的步骤：

本发明设置了三组计算资源以方便后续的计算，即：

其中，公交车载嵌入式计算机C_bus为每辆公交车配备1个，其输入为经度和纬度，输出站段位置和行驶速度；电子站牌工控机C_sta为每个站点配备1个，其输入为公交车载嵌入式计算机C_bus所输出的站段位置和行驶速度，输出为该公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离；调度中心服务器C_ser通常配备2个，1个主用和1个备用。其输入为公交车载嵌入式计算机C_bus所输出的站段位置和行驶速度和电子站牌工控机C_sta所输出的公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离，并在统计汇总后输出线网运营信息的全景视图。

步骤三、建立路由关系的步骤

在步骤二中所配置的各计算资源间的路由关系是指引报站信息快速精准发布的基础保障，分为针对公交车的动态路由和电子站牌的静态路由。

如图3所示，公交车B的动态路由的表格中记录了公交车所属线路编号、当前位置站段编号、当前位置上一站编号、当前位置下一站编号、当前位置上一站距离、当前位置下一站距离，并且路由信息随着公交车的运行位置变化而不断更新，当公交车B进入相应的站段时，当前站段的路由信息生效，并更新到上下站的距离。当公交车B更换线路时，重新更新动态路由表信息。因此，动态路由表保存了所有车辆的实时位置，为公交车载终端与相关联的计算资源通讯提供路由指引。

如图4所示，电子站牌的静态路由的表格中记录了经过电子站牌S的线路编号、电子站牌S在各条线路中的顺序号、电子站牌S在各条线路中的上下站编号、电子站牌S在各条线路中的上下站段编号；并且这些信息都是固定的，为电子站牌S与相关联的计算资源通讯提供路由指引。

步骤四、分布式位置计算的步骤：

分布式位置计算的核心算法是公交车载嵌入式计算机C_bus的站段识别算法，如图5所示，假设G点为公交车当前位置，运行方向为EF走向，E、F两点为相邻两个线路点。由于卫星定位存在一定的误差，所以公交车的位置和基准线路存在差距，在本发明中，采用公交车到相邻的两个线路点的直线的垂直投影点作为计算基准点，即经过G点做直线EF的垂线，垂线与直线EF的交点H为计算基准点，然后再计算EH和FH的距离。

首先，计算得出距离公交车最近的一个线路点，会出现以下4种情况：

1)、F点为G点的最近点，且G点在F点的上行侧；

2)、F点为G点的最近点，且G点在F点的下行侧；

3)、E点为G点的最近点，且G点在E点的上行侧；

4)、E点为G点的最近点，且G点在E点的下行侧；

以第1)种情况为例，站段距离EF已知，利用勾股定理，可得：

$EH=\frac{{\mathrm{EF}}^2+{\mathrm{EG}}^2-{\mathrm{FG}}^2}{2\·EF}$

$FH=EF-\frac{{\mathrm{EF}}^2+{\mathrm{EG}}^2-{\mathrm{FG}}^2}{2\·EF}$

由此即可计算出公交车当前所在站段位置，并且可以准确得出到两端站点的距离。

步骤五、报站信息发布的步骤：

如图6所示，也就是说公交车载嵌入式计算机C_bus通过车载LED信息屏和语音向车内乘客发布报站信息，电子站牌工控机C_sta通过无线网络向途经线路的所有站点候车乘客发布报站数据，调度中心服务器C_ser通过WebService向市民提供整个公交线网的实时到站信息；该步骤具体通过以下几个步骤实现。

a、公交车载嵌入式计算机C_bus进入运营模式，设定运行的线路；

b、与公交车载卫星定位终端配合的卫星定位模块启动，不断获取当前的经纬度等位置信息，根据动态路由表信息，采用分布式计算算法得出车辆当前所处站段位置，并可及时向车内乘客预报即将到达的站点；

c、在途中运行时，公交车载嵌入式计算机C_bus通过3G无线网络将站段数据直接发送至对应线路的所有电子站牌工控机C_sta，到站停靠时，公交车载嵌入式计算机C_bus再通过有源RFID与电子站牌工控机C_sta通讯，进行位置修正；同时公交车载嵌入式计算机C_bus还通过3G无线网络将站段数据副本异步发送至调度中心服务器C_ser；

d、当电子站牌工控机C_sta接收到站段数据后，计算出公交车距该电子站牌的站距离，并控制站牌LED灯或屏向等车乘客发布报站信息；同时电子站牌工控机C_sta通过3G无线网络将站距数据副本异步发送至调度中心服务器C_ser；

e、调度中心服务器C_ser通过在线分析，汇总统计整个公交线网的运行数据，为管理者提供报站信息的全景视图，为优化调度提供决策依据，并且发布WebService接口供市民通过电脑终端或智能手机终端查询报站信息，同时也结合公交车载嵌入式计算机C_bus回传的速度信息，可提供超速违章分析、车辆到达时间预测等增值服务。

在本发明中所采用到的硬件部件，如：公交车载卫星定位终端、公交车载嵌入式计算机C_bus、电子站牌工控机C_sta和调度中心服务器C_ser等，可以为现有技术中的硬件部件，而本发明的关键点在于：1、本发明将各种计算资源相互配合，实现报站数据的分布式计算，可完成各种复杂路况和路线情况下的公交车到站距离实时运算，并能够提供基于实时路况的到站时间预测；2、本发明的数据计算和分发不再完全依靠中心服务器，公交车载终端和电子站牌既可以作为客户端也可以作为服务端，提高了数据处理和分发效率；3、本发明不存在单点故障瓶颈，甚至在服务器故障时也不影响自动报站业务，报站数据会分布式存储在各个计算资源的存储器内，并根据路由关系实时共享和切换；4、适用大规模公交网络，在公交网络规模越大时，本发明的分布式计算和对等网络分发的性能优势越明显，并且无需额外增加服务器硬件配置，保持较高的性价比。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

S1.采集公交线路L信息的步骤：通过公交车载卫星定位终端采集公交线路L的点数据，每条公交线路L均有方向，并采用一个有序的线路点属性集合表示为

S2.配置计算资源的步骤：为每个公交车配置公交车载嵌入式计算机C_bus、为每个电子站牌S配置电子站牌工控机C_sta、在后台配置调度中心服务器C_ser，并且公交车载嵌入式计算机C_bus、电子站牌工控机C_sta和调度中心服务器C_ser覆盖整个公交网络；

S3.建立路由关系的步骤：建立公交线路L、公交车B、电子站牌S的多对多路由关系L-B-S，用于为报站新信息发布路径提供路由指向；

S4.分布式位置计算的步骤：每个公交车载嵌入式计算机C_bus实时计算其对应的公交车B当前所处站段位置信息，每个电子站牌工控机C_sta实时计算途经其对应站点的所有线路上公交车B的到站距离，调度中心服务器C_ser汇总计算整个公交线网的实时报站统计信息；

S5.报站信息发布的步骤：公交车载嵌入式计算机C_bus通过公交车B车载的LED信息屏和语音向车内乘客发布报站信息，电子站牌工控机C_sta通过无线网络向途经线路的所有站点候车乘客发布报站数据，调度中心服务器C_ser通过WebService向市民提供整个公交线网的实时到站信息。

2.根据权利要求1所述的基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：

首先，在公交车载卫星定位终端中设定需采集信息的目标线路

然后，设定采点条件，该采点条件为公交车位置距离变化ΔD≥50m，并且时间间隔ΔT≥10s；

最后，进入采点模式，公交车载卫星定位终端不断监测和计算公交车的位置信息，满足采点条件时，自动记录当时位置的经纬度数据。

3.根据权利要求1所述的基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，其特征在于：在所述步骤S2中，所述公交车载嵌入式计算机C_bus的输入为公交车的经度和纬度，输出为站段位置和行驶速度；所述电子站牌工控机C_sta的输入为公交车载嵌入式计算机C_bus所输出的站段位置和行驶速度，输出为该公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离；所述台配置调度中心服务器C_ser的输入为公交车载嵌入式计算机C_bus输出的站段位置和行驶速度，以及电子站牌工控机C_sta输出的公交车在线路上的位置和距站段两端站点的距离，输出为线网运营信息的全景视图。

4.根据权利要求1所述的基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，其特征在于：在所述步骤S3中的公交线路L、公交车B、电子站牌S的多对多路由关系L-B-S包括公交车的动态路由和电子站牌的静态路由，其中，所述公交车的动态路由包括公交车B的所属线路编号、当前位置站段编号、当前位置上一站编号、当前位置下一站编号、当前位置上一站距离和当前位置下一站距离，并且该动态路由信息随着公交车的运行位置变化而不断更新；所述电子站牌的静态路由包括经过电子站牌S的线路编号、电子站牌S在各条线路中的顺序号、电子站牌S在各条线路中的上下站编号、电子站牌S在各条线路中的上下站段编号。

5.根据权利要求1所述的基于对等网络分布式计算的公交自动报站方法，其特征在于：所述步骤S4的分布式位置计算具体为，采用公交车B到相邻的两个线路点的直线的垂直投影点作为计算基准点计算出公交车B当前所处站段的位置信息，并且计算出途经其对应站点的所有线路上公交车B的到站距离。