專利名稱：一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公交車輛到達(dá)時間預(yù)測技術(shù)，尤其是ー種公交車到達(dá)時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
公交車輛到站時間預(yù)測作為公交系統(tǒng)信息化的關(guān)鍵技木，受到了國內(nèi)外研究人員的極大關(guān)注。在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，公交車輛到達(dá)時間的預(yù)測技術(shù)主要包括歷史數(shù)據(jù)模型預(yù)測模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和卡爾曼濾波器模型等?；跉v史數(shù)據(jù)的到達(dá)時間預(yù)測模型以大量歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，假設(shè)交通模式具有循 環(huán)變化的規(guī)律，在特定路段內(nèi)歷史行程時間與當(dāng)前行程時間是一致的。該模型的原理十分簡單、直觀，操作方便，因此目前大多數(shù)城市的電子站牌顯示時間預(yù)測是基于此方式進(jìn)行。例如美國的Lin和Zeng利用GPS定位數(shù)據(jù)、公交時刻表等信息為Virginia的Blacksburg地區(qū)提出了基于GPS定位的實(shí)時公交車輛到達(dá)時間預(yù)測模型。基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測算法以來的歷史定位數(shù)據(jù)間隔較大精度不高，只是用于郊區(qū)車輛稀疏的情況，不適合大城市復(fù)雜的交通狀況。申請?zhí)?專利號為200510110083的預(yù)測公交車到站的方法，是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的公交車到達(dá)時間預(yù)測模型，以到達(dá)時間、站點(diǎn)滯留時間以及公交時刻表時間差為輸入，由最小預(yù)測誤差確定隱藏層權(quán)重和參數(shù)的最優(yōu)值，由預(yù)測結(jié)果選擇、訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，并確定最佳的訓(xùn)練函數(shù)。Jeong和Rilett [30]在德克薩斯州休斯頓市采集公交車的實(shí)時AVL數(shù)據(jù)，綜合考慮實(shí)際到站時間與時刻表到站時間之差以及滯留時間的影響，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起公交車到站時間預(yù)測模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有解決復(fù)雜非線性問題的能力，但是在實(shí)際應(yīng)用中卻需要利用經(jīng)驗(yàn)嘗試選擇較優(yōu)的訓(xùn)練函數(shù)、學(xué)習(xí)函數(shù)以及ー些參數(shù)達(dá)到一定的預(yù)測精度，同時很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線的訓(xùn)練和動態(tài)預(yù)測。申請?zhí)?專利號為200910199431的ー種公交車到站時間預(yù)測模型控制方法中，利用卡爾曼濾波器模型，它是ー個最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法，可以從ー組有限的包含噪聲的對物體位置的觀察序列(可能有偏差)預(yù)測出物體未來的位置的坐標(biāo)及速度。Wall和Dailey提出使用卡爾曼濾波模型來跟蹤車輛位置，結(jié)合自動車輛定位系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)預(yù)測華盛頓地區(qū)的公交車輛的到站時間。Shalaby和Farhan使用了從多倫多城區(qū)采集的車輛定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，發(fā)現(xiàn)卡爾曼濾波方法比歷史數(shù)據(jù)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型效果更好?？柭鼮V波器模型利用不斷逼近的方式獲得較高的預(yù)測精度，但同時計(jì)算量很大，實(shí)時性較差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種公交車到站時間預(yù)測精度高，具有良好的實(shí)時性、自適應(yīng)性和可擴(kuò)展性的基于最大熵理論的公交車到站時間實(shí)施預(yù)測系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)，它包括位于公交車上的智能采集模塊，預(yù)測處理模塊，顯示模塊；所述智能采集模塊，用于采集公交車實(shí)時的位置信息，并將此位置信息通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送給預(yù)測處理模塊；所述預(yù)測處理模塊，用于根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，并將公交車到站時間信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊；所述顯示模塊，用于顯示接收到的公交車到站時間。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)ー步，所述智能采集模塊包括GPS模塊，3G無線模塊、WiFi無線模塊、處理器模塊和電源模塊；所述GPS模塊，用于感知公交車地理位置信息并傳送給處理器模塊； 所述3G無線模塊，用于受處理器模塊控制并傳輸公交車信息和位置信息給預(yù)測處理模塊；WiFi無線模塊，用于由處理器模塊控制，與顯示模塊通信；處理器模塊，用于獲取所搭載的車輛信息和地理位置信息并傳送到3G無線模塊和WiFi無線模塊；電源模塊，用于給GPS模塊、3G無線模塊、WiFi無線模塊、處理器模塊供電。進(jìn)ー步，所述預(yù)測處理模塊包括ー個或ー個以上的接收終端和ー個時間預(yù)測服務(wù)器；所述接收終端與所述時間預(yù)測服務(wù)器相連接，用于接收公交車信息和位置信息并將這些信息發(fā)送給所述時間預(yù)測服務(wù)器進(jìn)行公交車到站時間預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果發(fā)送到顯示模塊。進(jìn)ー步，所述每ー個接收終端負(fù)責(zé)一條或一條以上公交線路上運(yùn)行的所有公交車。進(jìn)ー步，所述顯示模塊包括智能公交站牌和/或移動通信設(shè)備。一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，它包括以下步驟步驟I :采集公交車實(shí)時的位置信息并發(fā)送給預(yù)測處理模塊；步驟2 :預(yù)測處理模塊根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，將公交車到站時間通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊；步驟3 :顯示模塊顯示公交車到站時間。進(jìn)ー步，所述步驟2中所述建立路段耗費(fèi)時間模型和預(yù)測每個路段的公交車到站時間包括以下步驟步驟2. I:進(jìn)行所有公交線路的路段劃分，即將線路上每兩個相鄰的站點(diǎn)劃分路段，記錄在每ー個公共路段上運(yùn)行的公交線路集合；步驟2. 2:根據(jù)公交車的位置信息歷史數(shù)據(jù)對各路段耗費(fèi)時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即識別每輛公交車到達(dá)各個公交站點(diǎn)的時間，統(tǒng)計(jì)記錄每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間；步驟2. 3:以每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間作為訓(xùn)練集，挑選特征路段，根據(jù)最大熵理論建立路段運(yùn)行耗費(fèi)時間的模型。步驟2. 4:根據(jù)所有公交車的匯報(bào)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時的公交車位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)前ー時間周期內(nèi)公交車到站情況，并計(jì)算公交車在前一路段所耗費(fèi)的時間；步驟2. 5 :計(jì)算當(dāng)前時間周期每個路段的特征信息，利用路段耗費(fèi)時間模型，計(jì)算預(yù)測下一個時間周期每個路段公交車運(yùn)行耗費(fèi)的時間；步驟2. 6:周期性的選擇ー個站點(diǎn)，獲取經(jīng)過該站點(diǎn)的公交線路集合，挑選每個線路距離該站點(diǎn)最近的公交車；步驟2. 7:計(jì)算挑選出的公交車到達(dá)該站點(diǎn)需要經(jīng)過的路段，根據(jù)預(yù)測的路段耗費(fèi)時間計(jì)算該公交車到達(dá)站點(diǎn)的時間。進(jìn)ー步，所述采集到的公交車實(shí)時的位置信息發(fā)送給預(yù)測處理模塊的發(fā)送周期為至少十五秒。進(jìn)ー步，所述時間周期為至少一分鐘。采用上述方案的有益效果是通過以當(dāng)前公交車輛和站點(diǎn)之間的路段上的公交車輛當(dāng)前實(shí)時的匯報(bào)數(shù)據(jù)作為參考，使用多個特征信息進(jìn)行預(yù)測，大大提高了公交車輛到站時間預(yù)測精度，具有良好的實(shí)時性、自適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，在實(shí)時性和預(yù)測精度之間取得了很好的折中。
圖I為本發(fā)明系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明方法流程圖；圖3為本發(fā)明路段劃分示意圖；附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下I、顯示模塊，1-1、移動通訊設(shè)備，1-2、智能公交站牌，2、預(yù)測處理模塊，3、3G網(wǎng)絡(luò)，
4、智能采集模塊
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I如圖I所示，ー種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)，它包括位于公交車上的智能采集模塊，預(yù)測處理模塊，顯示模塊；所述智能采集模塊4，用于采集公交車實(shí)時的位置信息，并將此位置信息通過3G網(wǎng)絡(luò)3傳送給預(yù)測處理模塊2 ；所述預(yù)測處理模塊2，用于根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，并將公交車到站時間信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊；所述顯示模塊1，用于顯示接收到的公交車到站時間。所述智能采集模塊4包括GPS模塊6，3G無線模塊5、WiFi無線模塊8、處理器模塊7和電源模塊8 ;
、
所述GPS模塊6，用于感知公交車地理位置信息并傳送給處理器模塊8 ；所述3G無線模塊5，用于受處理器模塊8控制并傳輸公交車信息和位置信息給預(yù)測處理模塊2 ；
WiFi無線模塊8，用于由處理器模塊7控制，與顯示模塊I通信；處理器模塊7，用于獲取所搭載的車輛信息和地理位置信息并傳送到3G無線模塊5和WiFi無線模塊8 ；電源模塊，用于給GPS模塊6、3G無線模塊5、WiFi無線模塊8、處理器模塊7供電。所述預(yù)測處理模塊包括ー個或ー個以上的接收終端和ー個時間預(yù)測服務(wù)器；所述接收終端與所述時間預(yù)測服務(wù)器相連接，用于接收公交車信息和位置信息并將這些信息發(fā)送給所述時間預(yù)測服務(wù)器進(jìn)行公交車到站時間預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果發(fā)送到顯示模塊。
所述每ー個接收終端負(fù)責(zé)一條或一條以上公交線路上運(yùn)行的所有公交車。所述顯示模塊包括智能公交站牌和/或移動通信設(shè)備。一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，它包括以下步驟步驟I :采集公交車實(shí)時的位置信息并發(fā)送給預(yù)測處理模塊2 ；步驟2 :預(yù)測處理模塊2根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，將公交車到站時間通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊I ;步驟3 :顯示模塊I顯示公交車到站時間。所述步驟2中所述建立路段耗費(fèi)時間模型和預(yù)測每個路段的公交車到站時間包括以下步驟步驟2. I:進(jìn)行所有公交線路的路段劃分，即將線路上每兩個相鄰的站點(diǎn)劃分路段，記錄在每ー個公共路段上運(yùn)行的公交線路集合；步驟2. 2:根據(jù)公交車的位置信息歷史數(shù)據(jù)對各路段耗費(fèi)時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即識別每輛公交車到達(dá)各個公交站點(diǎn)的時間，統(tǒng)計(jì)記錄每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間；步驟2. 3:以每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間作為訓(xùn)練集，挑選特征路段，根據(jù)最大熵理論建立路段運(yùn)行耗費(fèi)時間的模型。步驟2. 4:根據(jù)所有公交車的匯報(bào)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時的公交車位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)前ー時間周期內(nèi)公交車到站情況，并計(jì)算公交車在前一路段所耗費(fèi)的時間；步驟2. 5 :計(jì)算當(dāng)前時間周期每個路段的特征信息，利用路段耗費(fèi)時間模型，計(jì)算預(yù)測下一個時間周期每個路段公交車運(yùn)行耗費(fèi)的時間；步驟2. 6:周期性的選擇ー個站點(diǎn)，獲取經(jīng)過該站點(diǎn)的公交線路集合，挑選每個線路距離該站點(diǎn)最近的公交車；步驟2. 7:計(jì)算挑選出的公交車到達(dá)該站點(diǎn)需要經(jīng)過的路段，根據(jù)預(yù)測的路段耗費(fèi)時間計(jì)算該公交車到達(dá)站點(diǎn)的時間。所述采集到的公交車實(shí)時的位置信息發(fā)送給預(yù)測處理模塊2的發(fā)送周期為至少十五秒。所述時間周期為至少一分鐘。公交車輛到達(dá)時間實(shí)時預(yù)測技術(shù)的流程如圖2所示。I)路段劃分。al:預(yù)測處理模塊進(jìn)行所有公交線路的路段劃分，即將線路上每兩個相鄰的站點(diǎn)劃分路段，記錄在每ー個公共路段上運(yùn)行的公交線路集合；公交線路信息由無錫市XX公司提供，每個公交線路都按順序依次排列公交站點(diǎn)位置信息，環(huán)行線路區(qū)分上行和下行。公交站點(diǎn)位置數(shù)據(jù)包括站名、線路、線路編號、序號、方向、距起點(diǎn)里程、標(biāo)志、進(jìn)站經(jīng)度、進(jìn)站緯度、進(jìn)站方位角、出站經(jīng)度、出站緯度和出站方位角等，環(huán)行線路站點(diǎn)區(qū)分上行站點(diǎn)和下行站點(diǎn)。以無錫市XX公司XX路公交車經(jīng)過的站點(diǎn)為例示意如下
權(quán)利要求
1.一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，它包括位于公交車上的智能采集模塊(4 )，預(yù)測處理模塊(2 )，顯示模塊(I)， 所述智能采集模塊(4)，用于采集公交車實(shí)時的位置信息，并將此位置信息通過3G網(wǎng)絡(luò)(3)傳送給預(yù)測處理模塊(2)； 所述預(yù)測處理模塊(2)，用于根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，并將公交車到站時間信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊； 所述顯示模塊(I )，用于顯示接收到的公交車到站時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于所述智能采集模塊(4 )包括GPS模塊(6 )，3G無線模塊(5 )、WiFi無線模塊(8 )、處理器模塊(7 )和電源模塊(8)； 所述GPS模塊(6)，用于感知公交車地理位置信息并傳送給處理器模塊(8)； 所述3G無線模塊(5)，用于受處理器模塊(8)控制并傳輸公交車信息和位置信息給預(yù)測處理模塊(2); WiFi無線模塊(8)，用于由處理器模塊(7)控制，與顯示模塊(I)通信； 處理器模塊(7)，用于獲取所搭載的車輛信息和地理位置信息并傳送到3G無線模塊(5)和WiFi無線模塊(8)； 電源模塊，用于給GPS模塊(6 )、3G無線模塊(5 )、WiFi無線模塊(8 )、處理器模塊(7 )供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2任一所述的公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)測處理模塊(2)包括一個或一個以上的接收終端和一個時間預(yù)測服務(wù)器； 所述接收終端與所述時間預(yù)測服務(wù)器相連接，用于接收公交車信息和位置信息并將這些信息發(fā)送給所述時間預(yù)測服務(wù)器進(jìn)行公交車到站時間預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果發(fā)送到顯示模塊(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2任一所述的公交車到站時間預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于所述每一個接收終端負(fù)責(zé)一條或一條以上公交線路上運(yùn)行的所有公交車。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2任一所述的公交車到站時間預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于所述顯示模塊(I)包括智能公交站牌(1-2)和/或移動通信設(shè)備(1-1)。
6.一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，其特征在于，它包括以下步驟 步驟I :采集公交車實(shí)時的位置信息并發(fā)送給預(yù)測處理模塊(2)； 步驟2 :預(yù)測處理模塊(2)根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，將公交車到站時間通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊(I)； 步驟3 :顯示模塊(I)顯示公交車到站時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟2中所述建立路段耗費(fèi)時間模型和預(yù)測每個路段的公交車到站時間包括以下步驟 步驟2. I:進(jìn)行所有公交線路的路段劃分，即將線路上每兩個相鄰的站點(diǎn)劃分路段，記錄在每一個公共路段上運(yùn)行的公交線路集合； 步驟2. 2:根據(jù)公交車的位置信息歷史數(shù)據(jù)對各路段耗費(fèi)時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即識別每輛公交車到達(dá)各個公交站點(diǎn)的時間，統(tǒng)計(jì)記錄每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間；步驟2. 3:以每輛公交車在每個路段上運(yùn)行耗費(fèi)的時間作為訓(xùn)練集，挑選特征路段，根據(jù)最大熵理論建立路段運(yùn)行耗費(fèi)時間的模型。
步驟2. 4:根據(jù)所有公交車的匯報(bào)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時的公交車位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)前一時間周期內(nèi)公交車到站情況，并計(jì)算公交車在前一路段所耗費(fèi)的時間； 步驟2. 5 :計(jì)算當(dāng)前時間周期每個路段的特征信息，利用路段耗費(fèi)時間模型，計(jì)算預(yù)測下一個時間周期每個路段公交車運(yùn)行耗費(fèi)的時間； 步驟2. 6:周期性的選擇一個站點(diǎn)，獲取經(jīng)過該站點(diǎn)的公交線路集合，挑選每個線路距離該站點(diǎn)最近的公交車； 步驟2. 7:計(jì)算挑選出的公交車到達(dá)該站點(diǎn)需要經(jīng)過的路段，根據(jù)預(yù)測的路段耗費(fèi)時間計(jì)算該公交車到達(dá)站點(diǎn)的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7任一所述的公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，其特征在于所述采集到的公交車實(shí)時的位置信息發(fā)送給預(yù)測處理模塊(2)的發(fā)送周期為至少十五秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7任一所述的公交車到站時間實(shí)時預(yù)測方法，其特征在于所述時間周期為至少一分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種公交車到站時間實(shí)時預(yù)測系統(tǒng)和方法，它包括位于公交車上的智能采集模塊，預(yù)測處理模塊，顯示模塊，所述智能采集模塊，用于采集公交車實(shí)時的位置信息，并將此位置信息通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送給預(yù)測處理模塊；所述預(yù)測處理模塊，用于根據(jù)接收到的位置信息建立路段耗費(fèi)時間模型，預(yù)測每個路段的公交車到站時間，并將公交車到站時間信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給顯示模塊；所述顯示模塊，用于顯示接收到的公交車到站時間。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過以當(dāng)前公交車和站點(diǎn)之間的路段上的公交車當(dāng)前實(shí)時的匯報(bào)數(shù)據(jù)作為參考，使用多個特征信息進(jìn)行預(yù)測，提高了公交車到站時間預(yù)測精度。具有良好的實(shí)時性、自適應(yīng)性、可擴(kuò)展性。
文檔編號G08G1/123GK102708701SQ20121015695
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉燕, 周新運(yùn), 孫利民, 孫玉硯 申請人:中國科學(xué)院信息工程研究所