基于智能移動(dòng)設(shè)備的實(shí)習(xí)監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

孫麗芳, 呂 斌, 楊菊花

(蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

基于智能移動(dòng)設(shè)備的實(shí)習(xí)監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

孫麗芳, 呂 斌, 楊菊花

(蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

以交通工程專(zhuān)業(yè)的交通調(diào)查實(shí)習(xí)為例,闡述了智能移動(dòng)設(shè)備在交通數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用目的及方法,包括系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、各部分組成及功能、系統(tǒng)應(yīng)用與評(píng)價(jià)，起到了對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)過(guò)程監(jiān)控調(diào)度的作用,大幅降低了學(xué)生的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,對(duì)于高校質(zhì)量工程中的實(shí)踐教學(xué)改革具有一定的促進(jìn)作用。

智能移動(dòng)設(shè)備； 交通調(diào)查； 監(jiān)控調(diào)度

高校大學(xué)生的實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)是重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),是增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作能力,不斷提高學(xué)生基本理論、基本知識(shí)和基本技能的重要手段[1]。我校的交通工程專(zhuān)業(yè)本科實(shí)踐教學(xué)中包含大量的交通數(shù)據(jù)采集,學(xué)生需要分散到各個(gè)路段、交叉口或車(chē)輛上,對(duì)行人、車(chē)輛、道路和交通環(huán)境的狀況及交通參數(shù)進(jìn)行觀(guān)測(cè)記錄[2],實(shí)習(xí)結(jié)束后還需將調(diào)查數(shù)據(jù)逐個(gè)輸入計(jì)算機(jī)以備后期分析、整理、計(jì)算和仿真。實(shí)習(xí)過(guò)程中亟待解決的實(shí)際問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾方面:

(1) 學(xué)生的位置比較分散,根據(jù)實(shí)習(xí)需要還有可能不斷變化，如何對(duì)他們的實(shí)習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)管,使其按規(guī)定時(shí)間和約定的路線(xiàn)去完成實(shí)習(xí)；

(2) 對(duì)學(xué)生缺乏有效調(diào)度，實(shí)習(xí)過(guò)程中師生間不能實(shí)時(shí)有效地互動(dòng),指導(dǎo)教師無(wú)法及時(shí)將調(diào)度信息傳達(dá)給學(xué)生,常常導(dǎo)致實(shí)習(xí)效果不理想；

(3) 數(shù)據(jù)采集范圍廣、數(shù)量多,記錄和錄入以人工為主,學(xué)生的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，在數(shù)據(jù)采集、錄入和分析計(jì)算過(guò)程中如何減輕學(xué)生的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高數(shù)據(jù)采集分析的準(zhǔn)確性；

(4) 采集數(shù)據(jù)的記錄方式以文本為主,形式單一，如何與先進(jìn)的多媒體技術(shù)相結(jié)合,豐富數(shù)據(jù)采集的方法和內(nèi)容。

隨著智能移動(dòng)設(shè)備在高校大學(xué)生中的應(yīng)用越來(lái)越普及,作者結(jié)合智能移動(dòng)設(shè)備針對(duì)交通工程專(zhuān)業(yè)的本科實(shí)習(xí)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于GIS的學(xué)生實(shí)習(xí)監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)(下稱(chēng)平臺(tái)),很好地解決了上述問(wèn)題。

1 平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

平臺(tái)系統(tǒng)主要由智能移動(dòng)端應(yīng)用程序、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸通道、監(jiān)控調(diào)度中心3個(gè)部分組成。基于智能移動(dòng)端的應(yīng)用程序利用智能移動(dòng)設(shè)備的GPS定位功能進(jìn)行定位,采集并記錄車(chē)輛和行人的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)的交通數(shù)據(jù)[3]；使用云服務(wù)器和移動(dòng)數(shù)據(jù)通信服務(wù),對(duì)智能移動(dòng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收,完成監(jiān)控調(diào)度中心與智能移動(dòng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信；監(jiān)控調(diào)度中心完成實(shí)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控、調(diào)度和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、處理等一系列功能。平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 平臺(tái)移動(dòng)端應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

平臺(tái)移動(dòng)端應(yīng)用程序包括定位和交通數(shù)據(jù)采集兩部分。定位程序用于對(duì)各車(chē)站、交叉口等關(guān)鍵位置進(jìn)行定位和存儲(chǔ)；交通數(shù)據(jù)采集程序主要完成車(chē)輛或行人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中交通數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集存儲(chǔ),以及對(duì)突發(fā)信息(如車(chē)輛故障)和零散信息(如交叉口的紅燈剩余時(shí)間)的手動(dòng)采集(通過(guò)手機(jī)搖一搖,在彈出的對(duì)話(huà)框中實(shí)時(shí)輸入相關(guān)數(shù)據(jù)),交通數(shù)據(jù)采集程序在運(yùn)行時(shí)會(huì)根據(jù)定位文件中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)自動(dòng)預(yù)報(bào)車(chē)輛距離車(chē)站和交叉口的距離。

不同的實(shí)習(xí)對(duì)象需要采集的信息不同,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不盡相同,表1所示為出租車(chē)的采集數(shù)據(jù)。平臺(tái)移動(dòng)端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分為實(shí)時(shí)上傳和本地存儲(chǔ)2種方式。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)可采用實(shí)時(shí)上傳模式,即每采集1條記錄即時(shí)上傳至云服務(wù)器,供監(jiān)控調(diào)度中心下載使用。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)可以暫存在平臺(tái)移動(dòng)端,待實(shí)習(xí)結(jié)束后,通過(guò)接口程序轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),供監(jiān)控調(diào)度中心進(jìn)行回放和處理。移動(dòng)終端數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

1.2 云服務(wù)器和數(shù)據(jù)通信

租用云服務(wù)器可以節(jié)約物理服務(wù)器的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。云服務(wù)器的管理方式比物理服務(wù)器更加簡(jiǎn)單有效,它可以快速構(gòu)建更穩(wěn)定、更安全的應(yīng)用,降低了開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的難度以及整體的IT成本[4]。

利用現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)移動(dòng)終端能實(shí)現(xiàn)多媒體信息的流暢通信和高速傳輸,打破了實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)采集以文本為主的狀態(tài),學(xué)生可以同步上傳實(shí)時(shí)采集的文字、聲音、圖像和視頻等信息[5],使調(diào)查數(shù)據(jù)更加豐富全面。

表1 出租車(chē)采集數(shù)據(jù)

圖2 平臺(tái)移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集流程

1.3 監(jiān)控調(diào)度中心的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

基于GIS的監(jiān)控調(diào)度中心,以.tab格式的數(shù)據(jù)化圖層為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、調(diào)度、回放和處理[6-7]。根據(jù)實(shí)習(xí)對(duì)象的不同系統(tǒng)分為出租車(chē)、公交車(chē)、社會(huì)車(chē)輛以及行人等多個(gè)不同的管理界面,每個(gè)界面的功能模塊不盡相同,但都包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口、實(shí)時(shí)監(jiān)督控制、調(diào)度指揮和軌跡回放等基本功能模塊。

1.3.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口模塊

針對(duì)不同的實(shí)習(xí)對(duì)象開(kāi)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口程序,將平臺(tái)移動(dòng)端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,并存儲(chǔ)至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),供監(jiān)控調(diào)度中心調(diào)用和處理。

1.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)督控制功能模塊

當(dāng)平臺(tái)移動(dòng)端在采集數(shù)據(jù)時(shí)選擇的是服務(wù)器模式,則會(huì)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云服務(wù)器,此時(shí)監(jiān)控調(diào)度中心就可以同步從云服務(wù)器端下載數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,在監(jiān)控調(diào)度中心將學(xué)生的位置狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。監(jiān)督控制模塊既可以對(duì)單個(gè)學(xué)生的位置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,也可同時(shí)監(jiān)控全部學(xué)生的位置狀態(tài)。圖3所示是進(jìn)行出租車(chē)調(diào)查時(shí)對(duì)全部學(xué)生所乘車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的界面,監(jiān)控中心根據(jù)接收到的采集數(shù)據(jù)用不同顏色的圖標(biāo)將車(chē)輛的運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)顯示在圖3上(黑色表示空載車(chē)輛,綠色表示載客車(chē)輛,紅色表示故障車(chē)輛),將鼠標(biāo)移到某一車(chē)輛上會(huì)顯示出該車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)、負(fù)責(zé)跟車(chē)的學(xué)生姓名或者手機(jī)號(hào)碼(顯示內(nèi)容可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置),也可用車(chē)牌號(hào)、姓名或者手機(jī)號(hào)碼代替車(chē)標(biāo)直接在圖3上顯示。

圖3 出租車(chē)調(diào)查實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

1.3.3 調(diào)度指揮模塊

在實(shí)習(xí)過(guò)程中如需發(fā)送調(diào)度和通知信息,可點(diǎn)擊圖3的調(diào)度指揮菜單,輸入相關(guān)的信息,也可以用鼠標(biāo)直接在圖3上選中要發(fā)送信息的對(duì)象,輸入相應(yīng)信息,即可與學(xué)生通信。比如在圖3上用鼠標(biāo)選定一定的區(qū)域范圍,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)該區(qū)域范圍內(nèi)的車(chē)輛進(jìn)行車(chē)輛空載率統(tǒng)計(jì),若空車(chē)率過(guò)高,則提示是否向選定車(chē)輛終端發(fā)送調(diào)度信息,若確定要發(fā)送調(diào)度信息則進(jìn)入到圖4所示的發(fā)布窗口界面,輸入調(diào)度信息即可向相應(yīng)學(xué)生的智能移動(dòng)終端發(fā)布調(diào)度命令,指導(dǎo)其調(diào)整行車(chē)路線(xiàn)。此模塊也可用來(lái)發(fā)送其他信息。

圖4 調(diào)度信息發(fā)布窗口界面

1.3.4 軌跡回放模塊

無(wú)論是從云服務(wù)器下載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),還是暫存于智能移動(dòng)端的數(shù)據(jù),均可通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),監(jiān)控調(diào)度中心通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)回放,還原學(xué)生實(shí)習(xí)的實(shí)際軌跡及狀態(tài)。該模塊可對(duì)單個(gè)學(xué)生的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行回放,也可對(duì)全部學(xué)生的采集數(shù)據(jù)同時(shí)回放,并可根據(jù)需要調(diào)整回放速度,回放效果與圖3類(lèi)似。

實(shí)習(xí)過(guò)程中對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)暫存于智能移動(dòng)端,可采用數(shù)據(jù)回放的方式對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程進(jìn)行事后監(jiān)控和數(shù)據(jù)矯正,這樣不僅可以節(jié)省大量的通信費(fèi)用和云服務(wù)器租用費(fèi),還可以根據(jù)實(shí)際需要縮短數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔,為科研和實(shí)驗(yàn)提供更為精確的數(shù)據(jù)支持。

1.3.5 其他功能

除了上述基本功能之外,不同實(shí)習(xí)對(duì)象的監(jiān)控調(diào)度界面根據(jù)實(shí)際需要還包括實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師信息及登錄、學(xué)生數(shù)據(jù)維護(hù)和基本信息查詢(xún)、乘客信息處理、車(chē)輛報(bào)警窗口自動(dòng)彈出及數(shù)據(jù)錄入、車(chē)程及費(fèi)率統(tǒng)計(jì)等，用于監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)的基礎(chǔ)信息更新、查詢(xún),以及后期對(duì)采集數(shù)據(jù)的輔助分析計(jì)算。

2 系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用與評(píng)價(jià)

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和試用,獲得了實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師和學(xué)生的廣泛好評(píng)。與以往的實(shí)習(xí)方式相比該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1) 對(duì)學(xué)生的位置狀態(tài)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。智能移動(dòng)設(shè)備在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳,實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師在監(jiān)控調(diào)度中心可以對(duì)學(xué)生的實(shí)習(xí)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看和全面監(jiān)控,很好地解決了學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)由于人員分散、移動(dòng)性較強(qiáng)、無(wú)法對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)管的問(wèn)題。

(2) 有效的實(shí)習(xí)調(diào)度和回放校正。實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師在實(shí)習(xí)過(guò)程中可以通過(guò)監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)與學(xué)生實(shí)時(shí)通信,即時(shí)調(diào)整實(shí)習(xí)方案。實(shí)習(xí)結(jié)束后可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放,根據(jù)回放時(shí)軌跡與地圖的重合度可以進(jìn)行數(shù)據(jù)校正[6]。

(3) 減輕了學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度,后期數(shù)據(jù)處理的工作量也大幅降低。利用智能移動(dòng)設(shè)備可以自動(dòng)記錄車(chē)輛及行人的移動(dòng)狀態(tài)信息,學(xué)生只需要關(guān)注零散信息和突發(fā)信息,后期的數(shù)據(jù)錄入由接口程序自動(dòng)完成,大幅降低了學(xué)生的勞動(dòng)強(qiáng)度,從而提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(4) 數(shù)據(jù)采集的信息數(shù)量大幅增加,內(nèi)容更加豐富全面。智能移動(dòng)設(shè)備可以對(duì)車(chē)輛和行人的運(yùn)行狀態(tài)(經(jīng)度、維度、時(shí)間、速度等)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集,采集頻率可根據(jù)具體要求設(shè)定(如1秒采集1次),與人工調(diào)查方式相比數(shù)據(jù)采集數(shù)量及采集頻率均體現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。智能移動(dòng)設(shè)備除了可以進(jìn)行文本記錄,還能對(duì)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照、錄音和攝像,豐富的數(shù)據(jù)量為隨后的分析判斷提供更加精確的依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)使用Java語(yǔ)言,基于A(yíng)ndroid平臺(tái)進(jìn)行智能移動(dòng)終端程序設(shè)計(jì)[8-9],監(jiān)控調(diào)度中心使用VB.NET+MAPX進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[10-11],界面美觀(guān),操作便捷。經(jīng)試用,該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確記錄車(chē)輛和行人的運(yùn)行參數(shù)；在實(shí)習(xí)過(guò)程中可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度指揮；后期在監(jiān)控調(diào)度中心可以結(jié)合地圖對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀(guān)回放,對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性和正確性進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)。大幅提高了調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,減輕了學(xué)生的勞動(dòng)強(qiáng)度,能夠適應(yīng)交通工程專(zhuān)業(yè)交通調(diào)查實(shí)習(xí)的需要。系統(tǒng)若與車(chē)載終端相結(jié)合即可以作為車(chē)輛運(yùn)行監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)使用,有很好的實(shí)踐教學(xué)和科研應(yīng)用前景。

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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

蘭州交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目(2015230)

孫麗芳(1979—)，女，山西平陸，碩士，講師，研究方向?yàn)榻煌ㄐ畔⒐こ碳翱刂?

E-mail:99132515@qq.com

U491

A

1002-4956(2017)1-0021-04