外文翻譯---乘客參與感知的固定路線公交信息系統(tǒng)

1、<p><b>　　中文4580字</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　譯文及原稿</b></p><p>　　譯文題目 乘客參與感知的固定路線公交信息系統(tǒng)

2、 </p><p>　　原稿題目 Human Participatory Sensing in Fixed </p><p>　　Route Bus Information System </p><p>　　原稿出處 Nets4Cars/Nets4Trains,201

3、2,(7266):113-123 </p><p>　　乘客參與感知的固定路線公交信息系統(tǒng)</p><p>　　摘要：在城市地區(qū)，大多數(shù)人口流動(dòng)依賴于固定路線的公共汽車。然而，在大多數(shù)的發(fā)展中國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家，公交到達(dá)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息仍然不可被乘客獲知。這主要是由于現(xiàn)有的解決方案如全球定

4、位系統(tǒng)（GPS）和射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）在基礎(chǔ)設(shè)施的安裝和維護(hù)中出現(xiàn)了困難。在本文中,我們提出一個(gè)乘客參與的公交位置信息系統(tǒng)，它依賴于無(wú)處不在的移動(dòng)手機(jī)以及乘客參與的取巧方式。我們進(jìn)一步提出一種算法來(lái)估計(jì)公交車到達(dá)路線上不同站點(diǎn)的時(shí)間。站點(diǎn)和到達(dá)時(shí)間的信息將提供給乘客,或者以提示音的方式回答乘客的疑問(wèn)。我們相信,該系統(tǒng)可以通過(guò)給乘客提供合適的激勵(lì)來(lái)實(shí)現(xiàn)自我的可持續(xù)運(yùn)作，這種激勵(lì)可以替代公交定位。而提供實(shí)時(shí)公交信息給乘客本身就是一個(gè)重要

5、的激勵(lì)。</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　道路交通在大多數(shù)城市在本質(zhì)上車輛的數(shù)量是非常動(dòng)態(tài)的增加,不同的天氣條件,一天的旅行時(shí)間和事件在路上都對(duì)其產(chǎn)生影響。盡管預(yù)定起止時(shí)間是固定的,但有大量路線后續(xù)站點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間是不確定的。這種不確定性影響交通便利和旅行體驗(yàn)，以及通勤者對(duì)公共交通系統(tǒng)的依賴。因此有需要一個(gè)系統(tǒng),該系統(tǒng)提供:（a）固定班車旅

6、行的路線和定位信息。(b)乘客選定公交站的公交到達(dá)預(yù)期時(shí)間。</p><p>　　大部分的現(xiàn)有方法是基于安裝全球定位系統(tǒng)(GPS)和無(wú)線通信設(shè)備在公共汽車上以跟蹤瞬時(shí)車輛位置。除了巨大的安裝車載GPS系統(tǒng)的成本,啟用GPS手持設(shè)備還需要更多的資金消耗。此外,啟用GPS設(shè)備后，由于缺乏可見性GPS衛(wèi)星可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的讀數(shù),因此他們可能需要復(fù)雜的算法來(lái)估計(jì)到達(dá)時(shí)間。由于這些缺點(diǎn),大部分的基于GPS的方法尚未部署在發(fā)展

7、中國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家的城市中。</p><p>　　其他現(xiàn)有方法：基于部署無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)，以在公交車上布置無(wú)線收發(fā)和在公交車站布置有源RFID標(biāo)簽的方式跟蹤固定路線的公交車。系統(tǒng)有助于確定公共汽車在一個(gè)特定的車站的到達(dá)時(shí)間，以及在一個(gè)相同的中央服務(wù)器進(jìn)行通信。因?yàn)橛捎诰薮蟮幕A(chǔ)設(shè)施成本和信息交互錯(cuò)誤帶來(lái)的損失這個(gè)系統(tǒng)并沒(méi)有廣泛部署。它還要求系統(tǒng)定期保養(yǎng)，提供所有公交車站RFID有源標(biāo)簽的持續(xù)電力。最近,快

8、速反應(yīng)(QR)代碼被使用在巴黎和東京市中心公交車站，以向乘客提供到達(dá)時(shí)間的信息。每一個(gè)汽車站分配了一個(gè)獨(dú)特的二維碼,通過(guò)智能手機(jī)可以掃描獲取隨后在本站停止的公交車的信息。因此這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)具有成本效益的替代解決方案來(lái)取代在公交站臺(tái)顯示信息。</p><p>　　最近的文獻(xiàn)里，乘客參與式感知已經(jīng)使用在不同關(guān)于城市感知的應(yīng)用程序中例如城市規(guī)劃、市場(chǎng)價(jià)格信息、健康和環(huán)境指數(shù)等。在這里,我們探討在任何發(fā)展國(guó)家的大城市中無(wú)

9、處不在的手機(jī)應(yīng)用程序?qū)⑻峁┕潭肪€公交車的到站時(shí)間信息。</p><p>　　在這篇文章中,我們?cè)O(shè)想在同一公交車上使用手機(jī)應(yīng)用程序的參與乘客的幫助下更新公交定位信息。這的確是一個(gè)基于手機(jī)的乘客參與的信息傳遞，乘客用自己的感官來(lái)觀察物理現(xiàn)象以及使用移動(dòng)應(yīng)用這種相同的通信方式。在城市公交系統(tǒng)中，這種分布式和人為參與定位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。這種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包含公共汽車在每個(gè)站臺(tái)的位置信息，這是進(jìn)一步利用它給公

10、共汽車行駛提供協(xié)調(diào)，而它的到達(dá)時(shí)間信息在將會(huì)在一個(gè)特定的汽車站回應(yīng)查詢手機(jī)或web控制臺(tái)。本文的主要的貢獻(xiàn)，是提出了一種乘客參與式感知的新式實(shí)時(shí)公交系統(tǒng)框架。我們也提出一個(gè)公交車到達(dá)時(shí)間的估計(jì)算法，從獲得的數(shù)據(jù)提出乘客參與式感知的框架。</p><p>　　乘客參與式感知的動(dòng)態(tài)公交車到達(dá)時(shí)間的信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架</p><p>　　基于與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的條件,我們提出利用現(xiàn)有資源：乘客乘坐在

11、公共汽車上。我們把乘客的手機(jī)作為移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)。在本文中,我們利用乘客參與感知的力量獲取的公共汽車在城市中行駛的狀態(tài)。</p><p>　　基于乘客參與公共汽車到達(dá)時(shí)間信息系統(tǒng)的原理如圖1所示。為了不損失普遍性,我們選擇了 Android平臺(tái)的手機(jī)應(yīng)用程序,以一種用戶友好的方式促進(jìn)巴士上的人來(lái)更新當(dāng)前位置。這種提示可以在乘坐開始時(shí)完成,然后乘客從列表中選擇當(dāng)前的公交車站以及所要到達(dá)的一個(gè)特定的下車車站。這種公共汽

12、車動(dòng)態(tài)的位置信息的更新在發(fā)展中國(guó)家通?？梢允褂肎PRS移動(dòng)服務(wù)提供商提供的服務(wù)。進(jìn)一步指出,雖然應(yīng)用為安卓移動(dòng)平臺(tái)開發(fā)的,它同樣也可以發(fā)展在任何低端手機(jī)中使之有相同的特性。</p><p>　　圖 1. 乘客參與感知的公交車信息系統(tǒng)</p><p>　　在第三節(jié)我們提出了公交車到達(dá)時(shí)間的估計(jì)算法,計(jì)算到達(dá)時(shí)間或更新位置,隨后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。移動(dòng)　　手機(jī)應(yīng)用程序還允許用戶在任何后路徑上的車站

13、等候公共汽車時(shí)，獲得行駛中公交車的狀態(tài)及其估計(jì)的到達(dá)時(shí)間。</p><p>　　在圖1中,一位距離B7站臺(tái)很近的人發(fā)現(xiàn)公共汽車從所需的位置到目的地?；谶^(guò)去的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),當(dāng)前運(yùn)行的條件，當(dāng)前的公共汽車位置和最后一次提供信息的手機(jī)信號(hào),公交車到達(dá)的順序以及它們的估計(jì)到站時(shí)間和將被估算(圖2)?？紤]到乘客的錯(cuò)誤,即使公共汽車的位置信號(hào)停滯或被錯(cuò)過(guò)了,公共汽車到達(dá)時(shí)間的信息還可通過(guò)系統(tǒng)工程中可用的有限數(shù)據(jù)來(lái)獲取公共汽車到

14、達(dá)時(shí)間的估計(jì)信息，還有就是何時(shí)何地它最后被看到。</p><p>　　如圖3所示,應(yīng)用程序還允許用戶使用基于谷歌地圖應(yīng)用程序編程接口的web應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控公交車在任何公共汽車站的達(dá)的時(shí)間信息。用戶坐在辦公室或家里,可以進(jìn)入公共汽車系統(tǒng)查看數(shù)量和期望乘行的方向。觸發(fā)地圖后，顯示出當(dāng)前位置所有的公共汽車所可選擇的路線。在選擇所需的站點(diǎn),估計(jì)到達(dá)時(shí)間和最近的定位信息后，公共汽車信息被顯示，這會(huì)顯著減少乘客的焦慮和等待

15、時(shí)間。</p><p>　　圖2.公交信息的查詢和更新的手機(jī)應(yīng)用程序</p><p>　　在一個(gè)城市,由于許多現(xiàn)實(shí)條件，公共汽車乘坐時(shí)間有很大的變化,它成為乘客乘坐一輛公交車最重視的信息。因此用戶在乘坐一輛巴士時(shí)也可以通過(guò)移動(dòng)端查詢信息源的公共汽車的預(yù)期到站時(shí)間。</p><p>　　在本文中,我們假設(shè)至少有一個(gè)人在公共汽車上或公共汽車在公交站來(lái)觀察以更新定位信息。

16、用戶友好的方式更新公交信息,這個(gè)任務(wù)也可以通過(guò)公交乘務(wù)員或發(fā)起乘客的志愿活動(dòng)來(lái)實(shí)行。該方法克服了現(xiàn)有的方法的缺點(diǎn),使可利用資源的使用更有效。它不需要任何額外的基礎(chǔ)設(shè)施的部署，也不會(huì)增加維護(hù)成本。</p><p>　　圖三.實(shí)時(shí)公交更新Web控制臺(tái)</p><p>　　因?yàn)閿M議的架構(gòu)是基于乘客參與提出的，所以需要一個(gè)合適的激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)。這個(gè)主題超出了范圍。然而,我們認(rèn)為,在一個(gè)發(fā)展中國(guó)家的城

17、市中無(wú)償提實(shí)時(shí)到站信息本身就是一個(gè)很好的激勵(lì)。</p><p><b>　　到達(dá)時(shí)間的估計(jì)算法</b></p><p>　　在第二節(jié)中,乘客參與式公交信息系統(tǒng)的提出使本地公交車在任何公交路線的公共汽車站的到站時(shí)間可能成為可預(yù)知的。在本節(jié)中,我們提出一個(gè)公共汽車到站時(shí)間的估計(jì)算法以方便乘客在任何想要知道到達(dá)時(shí)間時(shí)得知信息。該算法不僅依賴于公共汽車到來(lái)的歷史信息,而且還在

18、與其當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。</p><p>　　測(cè)試時(shí)間被定在孟買的一個(gè)特定的路線公共汽車上(參考第四節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置)，對(duì)不同起始時(shí)間的測(cè)試，如圖4所示。正如圖中所看到的,公交車不同交通狀況，不同時(shí)間在同一路線的乘行有很高的方差。然而,在本文之后的一個(gè)工作日,我們觀察到在同一時(shí)間段,對(duì)于一個(gè)給定的季節(jié),乘客們有著同樣的乘行的模式。這激勵(lì)我們?nèi)サ玫揭粋€(gè)在不同段時(shí)間段內(nèi)單獨(dú)的到站估計(jì)時(shí)間。</p><p

19、>　　我們考慮車站固定數(shù)值為M的公共汽車路線b有著序列數(shù)m∈{ 1,2...m }。任何兩個(gè)抽樣的連續(xù)的乘坐時(shí)間在同一天內(nèi)的不同時(shí)間段。這需要把一天二十四小時(shí)分N個(gè)離散時(shí)間份數(shù)，其時(shí)段指數(shù)n∈{ 0,1...n?1 }。如果一個(gè)時(shí)間段持續(xù)時(shí)間是一個(gè)小時(shí)，那么N = 24，n∈{ 0,1...23 }對(duì)應(yīng)時(shí)段分別為{(00:00)?(00:59),(1:00)?(1:59)...(23:00)?(23:59)},。我站點(diǎn)序列i和j是

20、相鄰站點(diǎn)即j=i+1，則為在時(shí)間段n（起始為i站）中公交車從b路線的i站行駛到j(luò)站所用的時(shí)間。對(duì)每條路線b，算法需要一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫(kù)使=(M?1)*N其中m∈{ 1,2...M?1 }和n∈{ 0,1...n?1 }。</p><p>　　圖四.同一路線不同起始時(shí)段乘坐公共汽車到達(dá)不同站點(diǎn)的時(shí)間花費(fèi)</p><p>　　我們現(xiàn)在對(duì)于特定路線初始化算法并且更新。的初始值意味著路線b上公交車從i

21、站行駛到j(luò)站的時(shí)間。需要注意的是在本文的后續(xù)部分,為簡(jiǎn)便起見我們把指數(shù)b簡(jiǎn)化為公交站數(shù)而不是公交站的序列。為實(shí)際到達(dá)i站的時(shí)間，為i站到j(luò)站所需的時(shí)間，時(shí)間指數(shù)為n時(shí)從i站出發(fā)，則：</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　當(dāng)已知，可將公式改寫成公式（2）</p><p><b>　?。?）</b>

22、</p><p>　　當(dāng)α<1，其表達(dá)的是之前的估計(jì)到達(dá)時(shí)間，而（1-α）聯(lián)系著當(dāng)前的乘坐時(shí)間。如果α很大那么歷史成分將比當(dāng)前動(dòng)態(tài)交通狀況影響要大。這時(shí)對(duì)方程(2)影響很大。一旦公共汽車穿過(guò)一個(gè)特定的路徑，乘坐時(shí)間的估計(jì)更新不僅基于過(guò)去的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也基于當(dāng)前路況，天氣，道路條件和所有其他參數(shù)。我們通過(guò)考慮統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)條件以此得到更準(zhǔn)確的估計(jì)在一個(gè)特定的車站的公共汽車到達(dá)時(shí)間。理想情況下,每條路線b,一旦產(chǎn)

23、生新的我們可以計(jì)算相應(yīng)得到，因此相應(yīng)的被更新。然而,基于動(dòng)態(tài)交通的模式和計(jì)算能力，更新可以考慮分為每小時(shí)、每天或每周更新。</p><p>　　的數(shù)據(jù)庫(kù)包含城市中每個(gè)公交路線的N?(M?1)即。如果在一個(gè)城市有大約300條路線其中平均站臺(tái)數(shù)M =30，然后鑒于N = 24，我們用2字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間指數(shù)，所以大小約432KB或0.43MB。這個(gè)微小的數(shù)據(jù)庫(kù)也可以輕松被移動(dòng)終端下載,并可以進(jìn)一步頻繁的定期更新服務(wù)器。一

24、旦數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)更新,預(yù)計(jì)到站時(shí)間v（）,當(dāng)公交車上一次出現(xiàn)在u站的時(shí)間為,則可以使用下面的遞歸算法進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　在這里,fs(t)是一個(gè)函數(shù),用于確定指數(shù)n基于時(shí)間的輸入時(shí)間參數(shù)t。例如,N = 24時(shí)間段指數(shù)N∈{ 0,1...N?1 }分別對(duì)應(yīng)時(shí)段{(00:00)?(00:59),(1:00)?1:59)...(23:00)?(23:59)}。在這種情況下,如果t = 1:15,那么函數(shù)fs(

25、t)將導(dǎo)致時(shí)段指數(shù)fs(t)= 1。估計(jì)到達(dá)站點(diǎn)v的時(shí)間可以傳達(dá)到個(gè)人移動(dòng)終端或web應(yīng)用程序以用于查詢。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　在本節(jié)中,我們首先描述公交到站信息系統(tǒng)中乘客參與的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)在在孟買的城市里開展，公交路線從Mulund公交站到 Agarkar Chowk Andheri(AS 422 UP)以及返回時(shí)候從

26、Agarkar Chowk Andheri回到Mulund公交站(AS 422 Down)。在每一個(gè)方向,公共汽車行駛約17公里,覆蓋25個(gè)站點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,我們的團(tuán)隊(duì)成員執(zhí)行使用手機(jī)應(yīng)用程序上傳公共汽車站到站時(shí)間信息的任務(wù)。二十個(gè)成員乘坐在選定的路線上。為了不損失普遍性,這個(gè)實(shí)驗(yàn)在工作日和幾個(gè)選定的時(shí)段的高峰時(shí)間也進(jìn)行了測(cè)試。</p><p>　　我們計(jì)算錯(cuò)誤的兩個(gè)站點(diǎn)之間的乘行時(shí)間路線和相應(yīng)的均方根誤差。在

27、接下來(lái)的結(jié)果中,平均均方根誤差已經(jīng)平均到整個(gè)路線的25個(gè)站點(diǎn)。針對(duì)特定的時(shí)間段和特定的路線,當(dāng)公共汽車到達(dá)站點(diǎn)j是使用乘客參與的手機(jī)應(yīng)用程序的方式來(lái)估計(jì)時(shí)，我們可以通過(guò)方程(2)來(lái)計(jì)算它。對(duì)于路線AS422-Down，公交車從初始站點(diǎn)在10 am - 11am內(nèi),均方根誤差對(duì)α的影響如圖5所示。在這種情況下,可以選擇最小化RMSE，此時(shí)α= 0.6。</p><p>　　圖五.特定路線和時(shí)段的α值</p&g

28、t;<p>　　同樣的設(shè)置,有關(guān)實(shí)驗(yàn)成員的均方根誤差如圖6所示。在一個(gè)特定時(shí)間段的觀察,，增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量，RMSE呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)。</p><p>　　圖7顯示了RMSE進(jìn)行考慮后公共汽車路線和時(shí)段:</p><p>　　AS422Down在10am到11am(單個(gè)時(shí)間段)</p><p>　　AS422Down在10am到11am為“非高峰”,6pm

29、到9pm之間為“高峰”(多個(gè)時(shí)段)</p><p>　　AS422 UP在4 pm-8pm(多個(gè)時(shí)段)。</p><p>　　對(duì)于這些數(shù)據(jù),我們觀察到一個(gè)時(shí)間段的RMSE顯著優(yōu)于多個(gè)時(shí)段。通過(guò)考慮兩個(gè)峰值和非高峰場(chǎng)景RMSE進(jìn)一步降低。這又強(qiáng)調(diào)了基于小段時(shí)間合估計(jì)的更新算法的重要性。</p><p>　　圖6. α=6的研究</p><p>

30、　　圖7.不同的路線和不同的時(shí)間段時(shí)α的均方根誤差</p><p><b>　　總結(jié)和未來(lái)工作</b></p><p>　　我們已經(jīng)開發(fā)出一種乘客參與的手機(jī)應(yīng)用程序，使用它，乘客可以更新公交的實(shí)時(shí)到站信息?；诜指钜惶熘袝r(shí)段的方式，到站時(shí)間的估計(jì)算法已經(jīng)被提出。為了使公共交通工具的乘行更為舒適,該系統(tǒng)在手機(jī)或web上提供了到站時(shí)間的估計(jì)查詢。為了了解系統(tǒng)的性能，我們進(jìn)