基于智能移动设备的实习监控调度平台的设计实现

孙丽芳, 吕 斌, 杨菊花

(兰州交通大学 交通运输学院, 甘肃 兰州 730070)

基于智能移动设备的实习监控调度平台的设计实现

孙丽芳, 吕 斌, 杨菊花

(兰州交通大学 交通运输学院, 甘肃 兰州 730070)

以交通工程专业的交通调查实习为例,阐述了智能移动设备在交通数据采集中的应用目的及方法,包括系统的设计与开发、各部分组成及功能、系统应用与评价，起到了对学生实习过程监控调度的作用,大幅降低了学生的劳动强度,提高了调查数据的准确性,对于高校质量工程中的实践教学改革具有一定的促进作用。

智能移动设备； 交通调查； 监控调度

高校大学生的实习和实验是重要的实践教学环节,是增强学生实际操作能力,不断提高学生基本理论、基本知识和基本技能的重要手段[1]。我校的交通工程专业本科实践教学中包含大量的交通数据采集,学生需要分散到各个路段、交叉口或车辆上,对行人、车辆、道路和交通环境的状况及交通参数进行观测记录[2],实习结束后还需将调查数据逐个输入计算机以备后期分析、整理、计算和仿真。实习过程中亟待解决的实际问题主要体现在以下几方面:

(1) 学生的位置比较分散,根据实习需要还有可能不断变化，如何对他们的实习过程进行有效监管,使其按规定时间和约定的路线去完成实习；

(2) 对学生缺乏有效调度，实习过程中师生间不能实时有效地互动,指导教师无法及时将调度信息传达给学生,常常导致实习效果不理想；

(3) 数据采集范围广、数量多,记录和录入以人工为主,学生的劳动强度很大，在数据采集、录入和分析计算过程中如何减轻学生的劳动强度,提高数据采集分析的准确性；

(4) 采集数据的记录方式以文本为主,形式单一，如何与先进的多媒体技术相结合,丰富数据采集的方法和内容。

随着智能移动设备在高校大学生中的应用越来越普及,作者结合智能移动设备针对交通工程专业的本科实习教学活动设计开发了一套基于GIS的学生实习监控调度平台(下称平台),很好地解决了上述问题。

1 平台系统结构设计与开发

平台系统主要由智能移动端应用程序、云服务器和数据传输通道、监控调度中心3个部分组成。基于智能移动端的应用程序利用智能移动设备的GPS定位功能进行定位,采集并记录车辆和行人的运行状态及相关的交通数据[3]；使用云服务器和移动数据通信服务,对智能移动设备采集的数据进行实时接收,完成监控调度中心与智能移动设备间的数据通信；监控调度中心完成实习过程的监控、调度和数据的转换、处理等一系列功能。平台系统结构图如图1所示。

图1 平台系统结构图

1.1 平台移动端应用程序开发设计

平台移动端应用程序包括定位和交通数据采集两部分。定位程序用于对各车站、交叉口等关键位置进行定位和存储；交通数据采集程序主要完成车辆或行人运动过程中交通数据的自动采集存储,以及对突发信息(如车辆故障)和零散信息(如交叉口的红灯剩余时间)的手动采集(通过手机摇一摇,在弹出的对话框中实时输入相关数据),交通数据采集程序在运行时会根据定位文件中存储的数据自动预报车辆距离车站和交叉口的距离。

不同的实习对象需要采集的信息不同,其数据结构设计也不尽相同,表1所示为出租车的采集数据。平台移动端的数据存储分为实时上传和本地存储2种方式。对于实时性要求较高的数据可采用实时上传模式,即每采集1条记录即时上传至云服务器,供监控调度中心下载使用。对于实时性要求不高的数据可以暂存在平台移动端,待实习结束后,通过接口程序转换数据格式并存入系统数据库,供监控调度中心进行回放和处理。移动终端数据采集流程如图2所示。

1.2 云服务器和数据通信

租用云服务器可以节约物理服务器的开发、运行和维护费用。云服务器的管理方式比物理服务器更加简单有效,它可以快速构建更稳定、更安全的应用,降低了开发、运行和维护的难度以及整体的IT成本[4]。

利用现有的移动通信网络和平台移动终端能实现多媒体信息的流畅通信和高速传输,打破了实习数据采集以文本为主的状态,学生可以同步上传实时采集的文字、声音、图像和视频等信息[5],使调查数据更加丰富全面。

表1 出租车采集数据

图2 平台移动端数据采集流程

1.3 监控调度中心的开发设计

基于GIS的监控调度中心,以.tab格式的数据化图层为基础,实现数据的监控、调度、回放和处理[6-7]。根据实习对象的不同系统分为出租车、公交车、社会车辆以及行人等多个不同的管理界面,每个界面的功能模块不尽相同,但都包含数据转换接口、实时监督控制、调度指挥和轨迹回放等基本功能模块。

1.3.1 数据转换接口模块

针对不同的实习对象开发相应的数据接口程序,将平台移动端采集的数据进行数据格式转换,并存储至系统数据库,供监控调度中心调用和处理。

1.3.2 实时监督控制功能模块

当平台移动端在采集数据时选择的是服务器模式,则会将采集的数据实时上传至云服务器,此时监控调度中心就可以同步从云服务器端下载数据,经过数据转换接口进行数据格式转换,在监控调度中心将学生的位置状态实时显示。监督控制模块既可以对单个学生的位置状态进行监控,也可同时监控全部学生的位置状态。图3所示是进行出租车调查时对全部学生所乘车辆进行实时监控的界面,监控中心根据接收到的采集数据用不同颜色的图标将车辆的运行状况动态显示在图3上(黑色表示空载车辆,绿色表示载客车辆,红色表示故障车辆),将鼠标移到某一车辆上会显示出该车辆的车牌号、负责跟车的学生姓名或者手机号码(显示内容可根据实际需要进行设置),也可用车牌号、姓名或者手机号码代替车标直接在图3上显示。

图3 出租车调查实时监控界面

1.3.3 调度指挥模块

在实习过程中如需发送调度和通知信息,可点击图3的调度指挥菜单,输入相关的信息,也可以用鼠标直接在图3上选中要发送信息的对象,输入相应信息,即可与学生通信。比如在图3上用鼠标选定一定的区域范围,系统会自动对该区域范围内的车辆进行车辆空载率统计,若空车率过高,则提示是否向选定车辆终端发送调度信息,若确定要发送调度信息则进入到图4所示的发布窗口界面,输入调度信息即可向相应学生的智能移动终端发布调度命令,指导其调整行车路线。此模块也可用来发送其他信息。

图4 调度信息发布窗口界面

1.3.4 轨迹回放模块

无论是从云服务器下载的实时数据,还是暂存于智能移动端的数据,均可通过数据转换接口转换并存入系统数据库,监控调度中心通过调用系统数据库就可以进行数据回放,还原学生实习的实际轨迹及状态。该模块可对单个学生的采集数据进行回放,也可对全部学生的采集数据同时回放,并可根据需要调整回放速度,回放效果与图3类似。

实习过程中对实时性要求不高的数据暂存于智能移动端,可采用数据回放的方式对实习过程进行事后监控和数据矫正,这样不仅可以节省大量的通信费用和云服务器租用费,还可以根据实际需要缩短数据采集的时间间隔,为科研和实验提供更为精确的数据支持。

1.3.5 其他功能

除了上述基本功能之外,不同实习对象的监控调度界面根据实际需要还包括实习指导教师信息及登录、学生数据维护和基本信息查询、乘客信息处理、车辆报警窗口自动弹出及数据录入、车程及费率统计等，用于监控调度平台的基础信息更新、查询,以及后期对采集数据的辅助分析计算。

2 系统的教学应用与评价

在实践教学环节中对该系统进行了测试和试用,获得了实习指导教师和学生的广泛好评。与以往的实习方式相比该系统的优势主要体现在以下几个方面:

(1) 对学生的位置状态可以实时监控。智能移动设备在数据采集过程中可以将数据实时上传,实习指导教师在监控调度中心可以对学生的实习状况进行实时查看和全面监控,很好地解决了学生实习时由于人员分散、移动性较强、无法对实习过程进行有效监管的问题。

(2) 有效的实习调度和回放校正。实习指导教师在实习过程中可以通过监控调度平台与学生实时通信,即时调整实习方案。实习结束后可随时对数据进行回放,根据回放时轨迹与地图的重合度可以进行数据校正[6]。

(3) 减轻了学生实习时的劳动强度,后期数据处理的工作量也大幅降低。利用智能移动设备可以自动记录车辆及行人的移动状态信息,学生只需要关注零散信息和突发信息,后期的数据录入由接口程序自动完成,大幅降低了学生的劳动强度,从而提高了数据的准确性。

(4) 数据采集的信息数量大幅增加,内容更加丰富全面。智能移动设备可以对车辆和行人的运行状态(经度、维度、时间、速度等)进行实时自动采集,采集频率可根据具体要求设定(如1秒采集1次),与人工调查方式相比数据采集数量及采集频率均体现出了巨大的优势。智能移动设备除了可以进行文本记录,还能对实习现场进行拍照、录音和摄像,丰富的数据量为随后的分析判断提供更加精确的依据。

3 结语

系统使用Java语言,基于Android平台进行智能移动终端程序设计[8-9],监控调度中心使用VB.NET+MAPX进行系统开发设计[10-11],界面美观,操作便捷。经试用,该系统可以准确记录车辆和行人的运行参数；在实习过程中可以对学生进行实时监控和调度指挥；后期在监控调度中心可以结合地图对调查数据进行直观回放,对调查数据的可靠性和正确性进行验证和校准。大幅提高了调查数据的准确性,减轻了学生的劳动强度,能够适应交通工程专业交通调查实习的需要。系统若与车载终端相结合即可以作为车辆运行监控调度平台使用,有很好的实践教学和科研应用前景。

References)

[1] 刘晓颖,刘尧. 大学生实习如何落到实处[J]. 教育与职业,2014(16):34-38.

[2] 吴芳,马昌喜. 交通工程学[M]. 北京:人民交通出版社,2014.

[3] 张睿敏,朱亚玲,李晓斌. 智能手机GPS功能开发与研究[J]. 电脑知识与技术,2014(20):4808-4809.

[4] 郑明毅.ICCS-PW云服务器管理系统研究与设计[J].信息技术与信息化,2015,(2):247-248.

[5] 陈明瞳. 移动数据通信技术的比较[J]. 黑龙江科技信息,2014(6):122.

[6] 李建松,唐雪华. 地理信息系统原理[M]. 武汉:武汉大学出版社, 2015.

[7] 费立凡. Mapinfo基础教程[M]. 北京:测绘出版社,2005.

[8] 杨树林,胡洁萍. Java程序设计案例教程[M]. 北京:清华大学出版社, 2016.

[9] 柯元旦,宋锐. Android程序设计[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

[10] 孙晔,刘丽. Visual Basic.NET 2005程序设计[M]. 北京:中央广播电视大学出版社, 2015.

[11] 李治洪. WebGIS原理与实践[M]. 北京:高等教育出版社, 2011.

Design and realization of internship monitoring and scheduling platform based on smart mobile devices

Sun Lifang, LüBin, Yang Juhua

(school of traffic and transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

The application of smart mobile devices is more and more popular in the college students, So a monitoring and scheduling platform on traffic survey practice is provided, which is based on the smart mobile devices. This paper expounds on the application purpose and method of smart mobile devices on collecting traffic data, including the system design and development, the composition and function of each part, system application and evaluation, etc. This platform can monitor and schedule the students’ internship process, greatly reduce the labor intensity and improve the precision of survey data, which has a certain role in promoting the practical teaching reform of the quality engineering in colleges and universities.

smart mobile devices; traffic survey; monitoring and scheduling

10.16791/j.cnki.sjg.2017.01.005

2016-10-14

兰州交通大学实验教改项目(2015230)

孙丽芳(1979—)，女，山西平陆，硕士，讲师，研究方向为交通信息工程及控制.

E-mail:99132515@qq.com

U491

A

1002-4956(2017)1-0021-04