智能公交信息采集系统的设计与实现

张桂芬,沈 伟，刘 杰

(上海市测绘院,上海 200063)

智能公交信息采集系统的设计与实现

张桂芬,沈 伟，刘 杰

(上海市测绘院,上海 200063)

随着社会步入信息共建共享的时代，如何充分利用社会资源更好地为公众提供服务成为政府部门一直思考的问题。本文基于社会关注的“公交服务”热点，在总结分析传统公交信息采集方式的基础上，介绍了智能公交信息采集系统的建设方案，阐述了系统实现的关键技术，并分析了系统的应用实效和后续推广价值。

智能公交；信息采集；数据拟合

随着科学的发展和技术的进步，人类进入了信息共建共享的时代，用户对信息的需求与日俱增，要求越来越高。作为提供基础地理信息服务的政府部门，如何充分利用社会资源高效地获取准确的信息以便更好地服务于公众，一直是政府部门迫切需要解决的问题。基于基础地理信息和公交信息为公众提供公交服务是服务社会民生的重要内容之一。然而，以前公交信息采集采用基于人工调查的作业方式，首先由专业的外业采集人员在图纸上勾画出线路走向及站点信息，再由专业的内业数据处理人员进行数字化，录入相关属性信息至数据库中。该方法无法追溯核实，效率较低，信息单一，更新较慢。基于此，本文在梳理公交信息采集流程的基础上，设计智能公交信息采集系统的一体化解决方案，并介绍系统实现的关键技术和系统实现效果。该系统成果在上海市公交信息采集工作的应用实践证明，应用该系统进行数据采集降低了作业成本，缩短了作业周期，提高了生产效率，丰富了数据内容，进而提升了部门“公交服务”的质量和水平，取得了较好的社会经济效益。

1 技术方案

系统在设计时主要围绕信息收集、信息入库、流程管理3个作业环节展开，解决数据采集、数据核实、数据入库中存在的问题，简化作业流程，提高自动化水平。系统主要分为任务分发子系统、公交数据采集子系统、数据入库子系统3部分。

1.1 整体架构

系统采用主流的多层次架构设计模式，分为设施层、数据层、服务层、应用层、用户层5个基础层级，以体现系统的整体设计思路。系统的整体架构如图1所示。

设施层是系统搭建的基础保障，包括网络环境建设、存储设备建设、应用终端设备、数据处理中心建设等，通过基础设施的搭建，为整体应用系统建设良好的基础。

数据层是整体项目的数据资源保障，包括：①基础地理信息库(主要是城市交通网络数据)，用于公交采集数据的检查纠正；②公交采集数据库，移动终端采集信息的临时数据库，包括文本、多媒体(图片、音频、视频)，用于全面记录采集成果；③审批管理业务数据库，用于数据库管理员及数据采集人员及时了解作业进度及质量情况，便于对外业作业流程的全面监控管理；④公交数据库，为最终版本的公交数据，便于后期的地图制作和网站应用。

服务层主要包括“天地图·上海”综合地图服务，任务下达、接收、审批等工作流中间件，数据检查、拟合、纠正等GIS服务，确保网络数据安全的加密服务，以及各应用系统的应用服务几部分。

应用层主要包括公交数据分发子系统、公交数据采集子系统、公交数据入库子系统3部分。

用户层根据不同子系统的功能及使用人员，分为数据库管理人员(任务下达、审批、入库检查等)、外业数据采集人员、数据入库人员(基于入库系统进行数据检查、人工纠正及入库等)。

图1 系统总体框架

系统涉及信息收集、信息核实采集、信息检查入库等诸多环节，各信息在系统中的流转情况如图2所示。

图2 系统数据流转

1.2 数据设计

鉴于各子系统运行环境及主要功能的差异，各数据库设计时坚持灵活机动的原则。数据采集子系统以文件方式存储，存储格式及加密原则均自定义，以确保数据安全；任务分发子系统基于MySQL存储数据，主要包括用户信息表和任务信息表；入库子系统以ArcGIS FileGDB作为数据临时文件存储方式，最终公交数据库存储在Oracle SDE中，主要包括线路表、站点表和附属信息表。

1.3 功能设计

1.3.1 任务分发子系统

该子系统属于B/S结构，基于MVC模式设计，采用WAMP架构开发，即Windows+Apache+MySQL+PHP，业务数据存储采用MySQL，外业采集提交的数据存储采用文件系统，服务端采用PHP脚本，前端采用HTML+JavaScript，前后端交互采用Ajax。主要实现对公交数据采集任务的分发、审核、查询、数据下载，以及用户管理等功能。

(1) 任务分发模块：用于管理员发布新的公交数据采集任务，填写任务分发输入表单并提交，根据指定的规则检验表单是否有效，无误后将表单数据发布到后台，处理存入到业务审批数据库中。

(2) 任务查询模块：用于管理员和采集人员根据权限查询任务的状态及数据质量情况，进行已提交数据的作业任务；可在系统中预览数据，预览以“天地图·上海”为底图，上面叠加公交站点和公交线路空间位置信息，便于作业人员或审核人员初步检查所采集的数据质量情况。

(3) 任务审核模块：用于管理员初步审核已经提交数据的任务，主要检查线路大致走向是否正确，内容是否完整，审核结果为通过、不通过两种；输入审核信息，系统发布到后台，分析处理后更新至业务审批数据库中。

(4) 数据下载模块：用于入库人员下载从移动终端提交的采集数据。后端，从移动终端上传的所有数据都将存入至服务器以该作业员用户名命名的文件夹中，并同时在任务数据库中记录文件的名称；前端，系统在查询到任务后读取数据文件的名称和路径，并以链接的形式呈现在页面上，可直接点击下载。

(5) 用户管理模块：用户及权限信息的维护和管理，包括新增、编辑、删除用户，以及身份验证、重置密码等功能。

1.3.2 信息采集子系统

该子系统应用于手机终端，为Android平台的原生APP程序，基于Android Studio环境进行开发，数据以自定义的文件格式存储在移动终端设备上。主要包括任务接收，公交线路、站点、附属信息采集，数据打包上传等功能。

(1) 用户管理模块：主要实现用户身份验证及密码重置功能。该模块需在联网情况下通过HTTP协议与服务器通信，确保任务分发系统中得到认证的用户才能通过验证。

(2) 任务接收模块：采集人员通过该功能接收或放弃分发系统发布的任务。接收成功后，会将采集线路要求等信息下载到设备终端，在终端建立相应的存储文件夹，同时将接收情况post到服务器端，记录在业务审批数据库中。

(3) 信息采集模块：采集公交线路的基础信息，包括线路走向(空间位置)、班车时间、班车票价、班次间隔、有无售票、站牌、途经站点(名称、编号及空间位置)等，内容有文本、照片、语音、视频等多种形式。采集成功后会将信息以加密文件的形式存储在相应的文件夹中，便于后期内业检查修改。

(4) 内容检查模块：根据文档、视频、音频等多媒体资料，在内业环境下对站点信息进行查询及编辑(添加、修改、删除)，同时将成果保存在终端设备。

(5) 数据打包模块：包括采集成果文件预览、检查、压缩、上传4部分，以线路为单位生成压缩包，对包含空间位置信息的文件进行加密处理，在网络连通的情况下上传至服务器中。

1.3.3 入库子系统

该子系统是一款单机版桌面系统，它基于ArcGIS 10.2 runtime和.NET环境，使用ArcGIS Objects SDK进行开发，在核心环节部分使用了FME Objects SDK集成链接库，开发环境为VS 2010(C#)，编译环境为Windows 7 64位操作系统，.NET Framework 4.0运行时。主要实现数据格式转换、数据拟合、成果预览与数据入库等功能。

(1) 格式转换模块：将下载的外业采集压缩包文件进行解压解密，基于空间位置信息转换成含有文本、多媒体属性信息的GIS文件(GDB格式)。

(2) 数据拟合模块：鉴于移动终端设备采集的坐标位置信息误差较大，将其与基础地理信息的交通路网进行拟合纠正，同时建立站点与线路的空间拓扑关系，重新生成GIS文件(GDB格式)。

(3) 数据预览模块：提供地图加载、放大、缩小、拖动、图层列表等常用功能，将原始数据格式转换后成果与拟合后成果同时叠加在基础地理底图上，便于数据库管理人员进行最终检查、核实修改。

(4) 数据入库模块：将经过坐标转换、自动拟合、人工纠正等操作后的成果数据，生成一个站点数据、一个公交线数据和一张属性表，录入至公交数据库中，做好标记，同时保留历史信息。

1.4 运维设计

鉴于不同子系统运行环境及终端用户差异较大，但均要兼顾系统安装及操作的便捷性和安全性，在运维部署设计时均采用不同的方式实现。任务分发子系统为B/S架构，部署在互联网环境上，通过严格的权限认证控制不同层面用户对任务分发等流程的管理；信息采集子系统最终生成Android APP安装包，设定使用期限，并与移动设备进行绑定，授权认证与任务分发子系统保持一致，确保系统的安全稳定；入库子系统为C/S架构，运行在工作内网环境下，安装包仅授权给指定用户使用，确保数据的安全可靠。

2 系统实现

系统分3个子系统进行设计开发，涵盖了整个公交信息采集流程，实现了公交信息采集及管理的自动化、科学化。相比于传统的作业方式，生产效率提升了近80%。系统部分效果如图3所示。

3 关键技术及创新点

3.1 信息采集的全过程化管理

该项目在梳理公交信息采集各个生产作业环节的基础上，将整个采集管理流程划分为任务下达、外业采集、数据入库3个关键环节，并建立相对独立的子系统进行管理，通过业务审批数据库进行关联，确保所有信息采集过程均可通过日志(文件或数据库)进行追溯，提升了各环节作业的自动化、智能化、科学化水平，同时实现了管理员对任务分发、数据采集、数据检查、数据入库等整个信息采集的全过程高效管理。

图3 系统实现效果

3.2 智能终端定位、存储及采集技术

基于移动设备Android系统的底层API实现GPS定位、录音、拍照和视频功能模块，利用文件流将自动记录的设备位置信息实时写入内存，采集完成后将文件流信息通过自定义加密算法以文件方式存储在终端设备上。充分利用当前智能移动设备比较普及的优势，基于Andriod系统进行开发的同时兼容主流设备型号，采取有效的加密措施及相应的机制自动记录空间位置信息，降低了外业采集的设备及技术成本。

3.3 数据拟合技术

移动终端设备采集的位置坐标精度与所在位置接收的GPS信号强弱有关。观测条件好的条件下，手机GPS普通模块定位精度为5～10 m；如果遇到高架或隧道的情况，精度为10～20 m甚至更低。为提升采集信息的精度，将采集的线路及站点信息与基础地理信息库中的路网进行拟合。

首先，对公交线数据作缓冲区操作，利用缓冲区与路网数据进行空间叠加操作，获取公交线数据附近的路网；然后调用FME工具对公交线数据进行拟合，拟合后的线路结果仍然保存在ArcGIS File GDB数据库中，FME工具拟合算法及流程如图4所示。

图4 基于FME的公交线路拟合核心算法流程

最后，根据公交线路和公交站台面对公交站点进行拟合纠正，确保站点在站台面内，依次按照站点数据的顺序对公交线数据进行打断，按顺序连接打断的线和点，建立站点和线路的几何拓扑关系，形成最终的公交线路数据和公交站点数据。

4 结 语

本文简化了传统的数据采集流程，实现了公交数据采集的自动化、便捷化、科学化，降低了公交数据采集的技术及设备要求，提高了生产效率，也为政府部门充分利用社会资源获取公交信息、更好地为公众提供智能地理信息分析服务奠定了技术基础。后续可通过完善系统运维机制，利用社会资源进行公交信息采集，提升公交信息的现势性，进而提升公交服务的质量和水平，形成良性循环，实现真正意义上的信息共建共享。目前，该系统已经应用于上海市政府部门公交信息采集任务生产实践中，取得了较好的社会经济效益，具有一定的推广借鉴意义。

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Design and Implementation of Intelligent Bus Information Collection System

ZHANG Guifen,SHEN Wei,LIU Jie

(Surveying and Mapping Institute of Shanghai, Shanghai 200063, China)

With the society entering the era of information construction and sharing, how to make full use of social resources to provide better services to the public has been the main problem of government departments. Based on the hot social concern ofpublictrafficservice, in summing up the exiting mode of public transportation information collection, this paper introduces the construction scheme of the intelligent transportation information collection system,describes the key technology,and analyzes the system effectiveness and follow-up value.

intelligent transportation; information collection; data fitting

张桂芬,沈伟，刘杰.智能公交信息采集系统的设计与实现[J].测绘通报，2017(4)：121-124.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0135.

2016-08-22

张桂芬(1982—)，女，硕士，高级工程师，主要从事地图制图与地理信息研发工作。E-mail: 37807398@qq.com

P208

A

0494-0911(2017)04-0121-04