基于智能手机的公交数据采集系统研究与设计

1、概述

公共交通网络是一个城市交通网络中最重要组成部分之一。在大中城市，公共交通系统扮演着非常重要的角色，特别是在“低碳出行，绿色出行”概念越来越受市民认可的今天，公共交通系统更是得到了广大专家的提倡。完善城市公共交通网络，提高公交交通网络系统的效率，提升公交系统服务质量，让更多的市民“可以乘公交，方便乘公交，愿意乘公交”，是解决城市交通问题的最佳途径。

提供完善的公交信息查询系统是提高公交服务质量的有效途径。而完善、准确的公交数据则是公交查询系统的基础。传统的公交数据采集方案中，一般通过GPS实地勘测，然后内业通过MapInfo、ArcGIS等GIS软件对数据进行处理，最后导入到公交数据库中，通过这种方案采集公交数据，具有采集业务流程繁琐，外业成本高，内业数据处理不方便等缺点，从而使得要实现公交数据的实时更新难度非常大。

随着3G网络和新一代智能手机操作系统如iOS和android的出现，智能手机终端功能变得越来越强大，这为移动应用开发提供了新的契机。本文正是基于Android系统，提出了一种全新的公交数据采集方案，大大提高了公交数据的采集效率，使得公交数据的实时更新成为了可能。

2、公交网络数据特点分析

根据出行者在线路选择上是否受到限制，城市交通服务网络可以划分为非限制网络和限制网络两大类。城市道路网络为典型的非限制网络，出行者在道路网络中可以沿任意路线行驶（或步行），而不用考虑转弯限制。而普通公交线路、轨道交通、城际大巴等构成的城市公共交通服务网络为限制网络，出行者在该网络中只能沿着既定的线路行驶，而不能为了满足自己的要求，任意改变行驶方向。本文讨论的公交网络即为限制网络，包括普通公交线路、轨道交通、城际大巴、铁路等。

对于限制性交通网络，其最重要的信息包括三个部分：

1、线路的基本属性。如对于普通的公交线路，这些属性包括线路番号，所属城市，所属公交公司等；2、线路通过的站点序列。对于限制性交通网络，乘客只能在指定地点上下车，也称之为站点。线路通过的站点序列是限制性交通网络最重要的数据，也是数据采集的重点；3、线路走向，即线路通过的空间坐标点序列。线路走向在公交换乘查询中是重要的支撑数据之一，不同走向的公交线路，即使线路的起止点相同，其行驶耗时可能也完全不同。

从上面的分析可以看出，限制性交通网络信息主要由三个部分组成，传统的GIS软件如ArcGIS、MapInfo等可以很好的保存线路的属性和线路走向，但却很难保存线路通过的站点序列并建立线路的拓扑结构，所以在数据采集时一般需要对公交站点和公交线路独立进行采集，然后再建立站点和线路之间的拓扑关系。为了解决传统GIS软件面临的难题，本文通过借鉴NoSQL数据库相关技术，提出了一种改进的数据存贮方案，很好的解决了公交数据的存贮问题。

3、公交数据采集方案

基于智能手机的公交数据采集系统将全部采用智能手机进行外业采集工作，采集的公交线路属性数据和站点数据通过3G网络直接上传到公交数据服务器中，如图3.1所示。

图3.1 公交数据采集处理流程

根据图3.1的系统构架，公交数据采集系统分为手机端数据采集软件和服务器端数据维护系统两个部分。手机端数据采集软件负责对公交线路数据进行实地采集，数据采集人员只要携带安装有公交数据采集客户端的智能手机，乘坐要采集的公交线路从起点到终点，并记下沿途通过的公交站点，数据采集结束后，直接通过3G网络把公交线路上传到服务器中即可。而服务器端公交数据维护系统则主要完成数据的校正、确认、删除和更新等操作，保证数据准确无误。

智能手机公交数据采集系统通过手机内置GPS获得公交线路轨迹，可避免手工信息录入方式造成数据的滞后、错误与丢失，提高生产效率和管理水平。

智能手机公交数据采集系统具有以下特点：

（1）自动化程度高。公交线路轨迹和公交站点地理位置都通过手机内置GPS自动获取，避免人为干涉，基本上不需要内业人员进行地公交线路数字化操作，而只需要进行简单的数据矫正。

（2）工作效率高。一条公交线路数据获取只需要从起点坐车到终点，一般情况下3个小时内就可以对一条公交线路信息进行全面数据采集工作。

（3）开放性。公交数据采集系统通过关系数据库进行公交信息的存贮，而不需要专门的GIS软件如MapInfo、arcGIS等GIS软件支持。手机终端和服务器端通过JSON进行数据的传输，易于解析，便于共享。

4、数据结构设计

根据对公交数据特点的分析，可以看出传统的GIS软件并不适合于表述公交数据，因而我们根据公交数据的特点，设计出了一个非常方便的公交数据结构，该数据结构只有一个busline表。Busline除了保存公交线路的一些属性信息如番号、所属公交公司等之外，最主要是通过JSON数组来保存线路轨迹和通过的站点。有名称的为站点，没有名称的为通过的节点，lon、lat为经纬度，x、y为本地坐标。如：

[{“吴中汽车站”,54735,37812,120.62539456,31.251778 69}；

{“”,54720.728433933,37712.330541023,120.62523677,3 1.25087613}；

{“”,54720.728433933,37712.330541023,120.62523677,3 1.25087613}；

{“澄湖路,54746.290885054,37176.36816861,120.62550 298,31.24604214}]。

5、功能设计

智能手机公交数据采集系统主要分手机数据采集终端和服务器端后台维护系统两个部分。手机数据采集终端主要用于进行公交数据的实地采集工作，而服务器端后台维护系统则主要对手机端上传的数据进行确认，纠正错误线路，删除重复或错误的线路等。

5.1 手机端数据采集系统功能设计

智能手机数据采集终端的主要功能包括公交属性数据采集和公交轨迹录制两大部分。新一代智能手机操作系统一般都有强大的数据存贮和处理能力，特别是iOS、android等智能手机操作系统都对开源的SQLit嵌入式数据库有完善的支持，使用起来非常方便，因而系统采用SQLit数据库来存贮公交信息。由于SQLit数据库操作与MYSQL、Oracle等关系数据库是统一的，这里不再详细描述。公交线路属性信息的采集界面如图5.1.1所示，数据采集人员通过该界面可以快速输入公交线路信息，包括线路番号、线路类型、所属公交公司、首末班车时间等。

图5.1.1 公交线路属性信息采集

智能手机数据采集终端最核心的功能是公交轨迹的录制。系统通过手机内置的GPS模块自动记录公交线路通过的轨迹，而数据采集人员唯一需要做的工作是在公交车进站时添加相应的公交站点，如图5.1.2所示：

数据采集结束后，用户可以直接通过3G或WIFI网络把公交线路信息上传到服务器端的公交数据库中。数据上传后，系统将自动保存上传历史记录，数据采集人员在外业采集结束后登录后台管理系统，参照数据上传历史记录对上传的数据进行核对，从而实现了一个完整的数据采集过程。

图5.1.2 公交轨迹录制过程示意图

5.2 服务器端后台维护系统功能设计

在使用智能手机进行公交数据的采集过程中，由于各种原因可能使得采集到的公交线路信息不能完全符合公交换乘查询系统的数据要求，例如当公交车通过高架桥下方，或穿过地下隧道时，手机可能会出现无法获得GPS位置的情况，从而使得录制的轨迹或站点出现很大的偏差，这样的线路上传到服务器后，必须通过后台管理系统进行适当的修正，把公共站点移到正确位置。

6、数据更新办法

公交数据采集并建库之后，如何对库中的数据进行实时更新，保证数据的现势性也是公交数据维护系统成败的关键。本文提出的设计方案更好的解决了数据更新问题。由于采用自行设计的公交数据结构，因而系统不再受限于任何的GIS软件，当公交线路数据变化时，用户可以通过服务器的后台管理系统直接对公交线路进行修改保存即可。如果需要重新进行外业采集工作，数据采集人员可以使用数据导入功能把数据库中的现有记录导入手机，再次对该线路进行外业采集后上传到公交数据库中，最后删除原纪录即可。

7、结束语

公交网络系统数据是在数字化城市建设中的重要数据，传统的数据采集方案无法保证数据的快速获取、实时更新，得益于新一代智能手机的强大功能。本文提出了一种全新的基于智能手机的公交数据采集方案，充分结合GPS定位技术、3G网络技术、移动电子地图技术等现代技术进行公交数据的采集工作，大大提高了公交数据的采集、更新效率，并成功应用于苏州市公交线路的数据采集、更新工作。