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基于预测算法的公交车实时到站时间查询系统王茁
【摘 要】公交车是目前城市中最为普遍的一种大众运输工具,随着城市化和机动化的发展,使城市人口和地域不断增加,对公共交通的需求相应快速增长,出行者对公交系统提出了更多更高的要求.公交车辆到站时间是城市智能公共交通系统服务的重要指标参数之一,也是乘坐公共交通出行者最为关注的基本信息之一,为满足公交出行者对所乘线路公交车辆的到站时间可实时查询的需要,介绍城市公交实时到站时间查询系统的设计.在需求分析的基础上,通过概念结构、逻辑结构的设计建立了查询系统的数据模型,提出了一种到站时间的预测算法.该算法将路线划分成站间路段,以实时收集到的车辆进出站信息为基础,从历史纪录中得到通过每个路段的运行时间.通过聚类分析、判别分析的方法确定预测的运行时间,最后通过简单计算得到用户需要的预测到站时间,并且将到站时间通过网络公开展示给系统的用户.%Buses are the most popular means for urban mass transportation.With the development of urbanization and motorization, the population of cities and the scale of regions have been on the rise, which has brought greater demands for public transportation and higher require ments for public traffic system. Bus arrival time, as one of the important parameters in urban intelligent public transport system service, is the basic information that public transport travelers are most concerned about. To meet the needs of the bus travelers to query the bus ar-rival time in real time, this paper explores the design of real-time arrival time query system of city buses. Based on the requirement analysis,the data model of the query system was established through the design of conceptual and logical structure.Then,the prediction of arrival time algorithm was put forward, which divided the route into the station sections and obtained the running time of each section from the historical records based on the data of bus arrival and departure collected in real time.The predicted running time was confirmed by clustering anal-ysis and discriminant analysis.Finally,the prediction of arrival time for users was obtained by simple calculation and the arrival time was displayed to the system users through the network.
【期刊名称】《华东交通大学学报》
【年(卷),期】2018(035)001
【总页数】9页(P46-54)
【关键词】公交车辆;到站时间预测;预测算法;查询系统
【作 者】王茁
【作者单位】大连科技学院交通运输学院,辽宁 大连116052
【正文语种】中 文
【中图分类】U491
由于天气、交通流、公交需求等因素随时间和空间的变化，使得城市公交车辆不能按照所计划的时间到达公交停靠站点，给公交出行者的出行规划造成诸多不便。为提高公交服务的质量，吸引更多的出行者选择公交出行方式，利用公交车辆装载的自动定位系统的数据，设计有效的算法，估计车辆的实时到站时间，并开发基于互联网的查询系统，可以使公交出行者通过网络了解所要乘坐的公交车辆的实际到站时间，进行合理的公交出行规划，提高出行的效率[1-4]。通过进一步的研究，本系统还可以移植到手机上，用户可以通过手机查询指定车辆的实际到站时间。
1 城市公交车实时到站时间查询系统的数据库设计
1.1 需求分析
目前我国城市公交车站大多采用传统的导向式站台，提供线路的基本信息，无法为乘客提供确切的车辆到达信息，乘客不能准确估计在车站的等待时间，公交运营服务可靠性无法保障。公交车实时到站查询系统的开发目的：实时预测公交车的到站时间，并将其发布给用户。到站时间查询系统初步设计流程，如图1所示。
图1 到站时间查询系统流程图Fig.1 The flow chart of the system
从图1可以看到，系统中数据库首先实时从交通管理部门接收公交车出行数据，通过转换数据格式后实时加入数据库，即输入为车辆到站信息表。但用户需要查询到站时间时，通过网络发布需求信息，由系统查询模块处理后从数据库提取相应数据。最后当特定条件下（预测准确度降低或者到达更新周期），利用预测模块进行数据更新，数据库输出为车辆到站时间。进一步分析系统和表达用户需求，系统的数据流程图如图2所示。
图2 系统数据流程图Fig.2 System data flow chart
1.2 概念结构设计
完成需求分析后，还应该将现实世界的事物转换为机器世界能处理的数字信息，这需要数字化和抽象化。通常概念模型是以E-R图的方式表示出来的。E-R图的设计按照先局部，在总体的思路进行，也就是现根据需求分析的结果，将系统划分为3个子系统，按子系统设计分E-R图，然后再将分E-R图集成，如图3所示。
图3 公交车与公交站点的ER图Fig.3 ER diagram of bus and bus stops
1.3 逻辑结构设计
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逻辑结构设计的内容简单的说就是将概念结构模型设计结果E-R图转换为数据库管理系统支持的数据模型。逻辑设计的步骤一般分为3步[12]，分别是：琅琊台风景区
1）将概念结构转换为关系模式。
首先，将3个实体转换为关系模式的结果为：
其次，将车辆—站点间联系转化为关系模式，由于这个联系都是多对多的类型，采用实体
分开的方法，结果为：
最后，计算过程中可能会有需要记录的数据，故增加两个关系模式。
2）设计数据的完整性。已确保主键的实体完整性，由于联系转换时没有合并的方式，因此参照性已经完整不用检查。
台北天气预报3）对数据模型进行优化。经过这个过程后最终的逻辑数据模型的关系数据模型如下：
1.4 数据库数据字典设计
对每一项数据模型的含义和组成进行叙述便得到了形同数据库的数据字典。数据库数据字典设计如表1~表6所示。
表1 系统数据字典Tab.1 System data dictionary数据表名 含义说明组成车辆信息表 记录车辆信息 车辆编号，线路编号站点信息表 记录站点信息 站点编号，站点名称进出站信息表 记录车辆进出站时间和方向信息 事件编号，车辆编号，站点编号，时刻，方向，星期，进出站属性，日期等聚类计算临时表 临时存储聚类分析所需数据 站间运行时间，星期，时刻判别分析表 记录判别分析结果 站点编号，方向，判别方程系数数据
表2 车辆信息表数据项定义Tab.2 The data item definition of the vehicle information table数据项名 含义说明 别名 数据类型 长度车辆编号 表示车辆的唯一标志 busID 变长字符型 8路线编号 表示车辆的线路归属 route 数字整型 3线路站点序号 — stopNO 数字整型 2行车方向 — dir 布尔型 1
表3 站点信息表数据项定义Tab.3 The data item definition of the site information table数据项名 含义说明 别名 数据类型 长度站点编号 表示站点的唯一标志 stopID 变长字符型 8站点名称 站点名称 stopName 文本 20
表4 进出站信息表数据项定义Tab.4 The data item definition of the entry and exit information table数据项名 含义说明 别名 数据类型 长度事件编号 表示进出站信息的唯一编号 caseID 字符型 8车辆编号 表示车辆的唯一标志 routeID 数字整型 3车辆编号 表示车辆的唯一标志 busID 字符型 8站点编号 表示站点的唯一标志 stopID 变长字符型 8时刻 记录事件发生时间 time 时间 -方向 记录车辆行驶方向 dir 布尔型 1星期 记录事件发生星期 week 数字整型 1进出站属性 进站为0，出站为1 mode 布尔型 1月份 事件发生月份 date 日期 -
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表5 聚类计算临时表数据项定义Tab.5 The data item definition for the temporary table of clustering calculation数据项名 含义说明 别名 数据类型 长度站间运行时间 记录上一站到达此站所用时间 running time 时间 —星期 记录事件发生星期 week 数字字段 1时刻 记录事件发生时间 time 时间 —
表6 判别分析表数据项定义Tab.6 Data item definition for the discriminant analysis table数据项名 含义说明 别名 数据类型 长度站点编号 表示站点的唯一标志 stopID 变长字符型 8方向 记录车辆行驶方向 dir 布尔型 1判别方程系数数据 记录判别方程系数 Panbie 整型 4
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