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)設計</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)展中國家和不發(fā)達國家，公交到達的實時時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）和射頻識別系統(tǒng)（RFID）在基礎設施的安裝和維護中出現(xiàn)了困難。在本文中,我們提出一個乘客參與的公交位置信息系統(tǒng)，它依賴于無處不在的移動手機以及乘客參與的取巧方式。我們進一步提出一種算法來估計公交車到達路線上不同站點的時間。站點和到達時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。我們相信,該系統(tǒng)可以通過給乘客提供合適的激勵來實現(xiàn)自我的可持續(xù)運作，這種激勵可以替代公交定位。而提供實時公交信息給乘客本身就是一個重要

5、的激勵。</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)量是非常動態(tài)的增加,不同的天氣條件,一天的旅行時間和事件在路上都對其產(chǎn)生影響。盡管預定起止時間是固定的,但有大量路線后續(xù)站點的到達時間是不確定的。這種不確定性影響交通便利和旅行體驗，以及通勤者對公共交通系統(tǒng)的依賴。因此有需要一個系統(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預期時間。</p><p>　　大部分的現(xiàn)有方法是基于安裝全球定位系統(tǒng)(GPS)和無線通信設備在公共汽車上以跟蹤瞬時車輛位置。除了巨大的安裝車載GPS系統(tǒng)的成本,啟用GPS手持設備還需要更多的資金消耗。此外,啟用GPS設備后，由于缺乏可見性GPS衛(wèi)星可能導致不準確的讀數(shù),因此他們可能需要復雜的算法來估計到達時間。由于這些缺點,大部分的基于GPS的方法尚未部署在發(fā)展

7、中國家和不發(fā)達國家的城市中。</p><p>　　其他現(xiàn)有方法：基于部署無線射頻識別(RFID)，以在公交車上布置無線收發(fā)和在公交車站布置有源RFID標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特定的車站的到達時間，以及在一個相同的中央服務器進行通信。因為由于巨大的基礎設施成本和信息交互錯誤帶來的損失這個系統(tǒng)并沒有廣泛部署。它還要求系統(tǒng)定期保養(yǎng)，提供所有公交車站RFID有源標簽的持續(xù)電力。最近,快

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

9、處不在的手機應用程序將提供固定路線公交車的到站時間信息。</p><p>　　在這篇文章中,我們設想在同一公交車上使用手機應用程序的參與乘客的幫助下更新公交定位信息。這的確是一個基于手機的乘客參與的信息傳遞，乘客用自己的感官來觀察物理現(xiàn)象以及使用移動應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實現(xiàn)實時更新動態(tài)數(shù)據(jù)庫。這種動態(tài)數(shù)據(jù)庫包含公共汽車在每個站臺的位置信息，這是進一步利用它給公

10、共汽車行駛提供協(xié)調(diào)，而它的到達時間信息在將會在一個特定的汽車站回應查詢手機或web控制臺。本文的主要的貢獻，是提出了一種乘客參與式感知的新式實時公交系統(tǒng)框架。我們也提出一個公交車到達時間的估計算法，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態(tài)公交車到達時間的信息系統(tǒng)的基礎框架</p><p>　　基于與現(xiàn)有基礎設施的條件,我們提出利用現(xiàn)有資源：乘客乘坐在

11、公共汽車上。我們把乘客的手機作為移動傳感器節(jié)點。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時間信息系統(tǒng)的原理如圖1所示。為了不損失普遍性,我們選擇了 Android平臺的手機應用程序,以一種用戶友好的方式促進巴士上的人來更新當前位置。這種提示可以在乘坐開始時完成,然后乘客從列表中選擇當前的公交車站以及所要到達的一個特定的下車車站。這種公共汽

12、車動態(tài)的位置信息的更新在發(fā)展中國家通?？梢允褂肎PRS移動服務提供商提供的服務。進一步指出,雖然應用為安卓移動平臺開發(fā)的,它同樣也可以發(fā)展在任何低端手機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時間的估計算法,計算到達時間或更新位置,隨后存儲在數(shù)據(jù)庫中。移動　　手機應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，獲得行駛中公交車的狀態(tài)及其估計的到達時間。</p><p>　　在圖1中,一位距離B7站臺很近的人發(fā)現(xiàn)公共汽車從所需的位置到目的地?；谶^去的統(tǒng)計數(shù)據(jù),當前運行的條件，當前的公共汽車位置和最后一次提供信息的手機信號,公交車到達的順序以及它們的估計到站時間和將被估算(圖2)?？紤]到乘客的錯誤,即使公共汽車的位置信號停滯或被錯過了,公共汽車到達時間的信息還可通過系統(tǒng)工程中可用的有限數(shù)據(jù)來獲取公共汽車到

14、達時間的估計信息，還有就是何時何地它最后被看到。</p><p>　　如圖3所示,應用程序還允許用戶使用基于谷歌地圖應用程序編程接口的web應用程序實時監(jiān)控公交車在任何公共汽車站的達的時間信息。用戶坐在辦公室或家里,可以進入公共汽車系統(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,估計到達時間和最近的定位信息后，公共汽車信息被顯示，這會顯著減少乘客的焦慮和等待

15、時間。</p><p>　　圖2.公交信息的查詢和更新的手機應用程序</p><p>　　在一個城市,由于許多現(xiàn)實條件，公共汽車乘坐時間有很大的變化,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也可以通過移動端查詢信息源的公共汽車的預期到站時間。</p><p>　　在本文中,我們假設至少有一個人在公共汽車上或公共汽車在公交站來觀察以更新定位信息。

16、用戶友好的方式更新公交信息,這個任務也可以通過公交乘務員或發(fā)起乘客的志愿活動來實行。該方法克服了現(xiàn)有的方法的缺點,使可利用資源的使用更有效。它不需要任何額外的基礎設施的部署，也不會增加維護成本。</p><p>　　圖三.實時公交更新Web控制臺</p><p>　　因為擬議的架構是基于乘客參與提出的，所以需要一個合適的激勵機制設計。這個主題超出了范圍。然而,我們認為,在一個發(fā)展中國家的城

17、市中無償提實時到站信息本身就是一個很好的激勵。</p><p><b>　　到達時間的估計算法</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間可能成為可預知的。在本節(jié)中,我們提出一個公共汽車到站時間的估計算法以方便乘客在任何想要知道到達時間時得知信息。該算法不僅依賴于公共汽車到來的歷史信息,而且還在

18、與其當前的運行狀態(tài)有關。</p><p>　　測試時間被定在孟買的一個特定的路線公共汽車上(參考第四節(jié)實驗裝置)，對不同起始時間的測試，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,在本文之后的一個工作日,我們觀察到在同一時間段,對于一個給定的季節(jié),乘客們有著同樣的乘行的模式。這激勵我們?nèi)サ玫揭粋€在不同段時間段內(nèi)單獨的到站估計時間。</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 }。任何兩個抽樣的連續(xù)的乘坐時間在同一天內(nèi)的不同時間段。這需要把一天二十四小時分N個離散時間份數(shù)，其時段指數(shù)n∈{ 0,1...n?1 }。如果一個時間段持續(xù)時間是一個小時，那么N = 24，n∈{ 0,1...23 }對應時段分別為{(00:00)?(00:59),(1:00)?(1:59)...(23:00)?(23:59)},。我站點序列i和j是

20、相鄰站點即j=i+1，則為在時間段n（起始為i站）中公交車從b路線的i站行駛到j站所用的時間。對每條路線b，算法需要一個小型數(shù)據(jù)庫使=(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段乘坐公共汽車到達不同站點的時間花費</p><p>　　我們現(xiàn)在對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站的時間。需要注意的是在本文的后續(xù)部分,為簡便起見我們把指數(shù)b簡化為公交站數(shù)而不是公交站的序列。為實際到達i站的時間，為i站到j站所需的時間，時間指數(shù)為n時從i站出發(fā)，則：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　當已知，可將公式改寫成公式（2）</p><p><b>　?。?）</b>

22、</p><p>　　當α<1，其表達的是之前的估計到達時間，而（1-α）聯(lián)系著當前的乘坐時間。如果α很大那么歷史成分將比當前動態(tài)交通狀況影響要大。這時對方程(2)影響很大。一旦公共汽車穿過一個特定的路徑，乘坐時間的估計更新不僅基于過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也基于當前路況，天氣，道路條件和所有其他參數(shù)。我們通過考慮統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及動態(tài)條件以此得到更準確的估計在一個特定的車站的公共汽車到達時間。理想情況下,每條路線b,一旦產(chǎn)

23、生新的我們可以計算相應得到，因此相應的被更新。然而,基于動態(tài)交通的模式和計算能力，更新可以考慮分為每小時、每天或每周更新。</p><p>　　的數(shù)據(jù)庫包含城市中每個公交路線的N?(M?1)即。如果在一個城市有大約300條路線其中平均站臺數(shù)M =30，然后鑒于N = 24，我們用2字節(jié)來存儲時間指數(shù)，所以大小約432KB或0.43MB。這個微小的數(shù)據(jù)庫也可以輕松被移動終端下載,并可以進一步頻繁的定期更新服務器。一

24、旦數(shù)據(jù)庫已經(jīng)更新,預計到站時間v（）,當公交車上一次出現(xiàn)在u站的時間為,則可以使用下面的遞歸算法進行計算。</p><p>　　在這里,fs(t)是一個函數(shù),用于確定指數(shù)n基于時間的輸入時間參數(shù)t。例如,N = 24時間段指數(shù)N∈{ 0,1...N?1 }分別對應時段{(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)將導致時段指數(shù)fs(t)= 1。估計到達站點v的時間可以傳達到個人移動終端或web應用程序以用于查詢。</p><p><b>　　實驗結果</b></p><p>　　在本節(jié)中,我們首先描述公交到站信息系統(tǒng)中乘客參與的實驗裝置。實驗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)以及返回時候從

26、Agarkar Chowk Andheri回到Mulund公交站(AS 422 Down)。在每一個方向,公共汽車行駛約17公里,覆蓋25個站點。在這個實驗中,我們的團隊成員執(zhí)行使用手機應用程序上傳公共汽車站到站時間信息的任務。二十個成員乘坐在選定的路線上。為了不損失普遍性,這個實驗在工作日和幾個選定的時段的高峰時間也進行了測試。</p><p>　　我們計算錯誤的兩個站點之間的乘行時間路線和相應的均方根誤差。在

27、接下來的結果中,平均均方根誤差已經(jīng)平均到整個路線的25個站點。針對特定的時間段和特定的路線,當公共汽車到達站點j是使用乘客參與的手機應用程序的方式來估計時，我們可以通過方程(2)來計算它。對于路線AS422-Down，公交車從初始站點在10 am - 11am內(nèi),均方根誤差對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α= 0.6。</p><p>　　圖五.特定路線和時段的α值</p&g

28、t;<p>　　同樣的設置,有關實驗成員的均方根誤差如圖6所示。在一個特定時間段的觀察,，增加實驗數(shù)量，RMSE呈現(xiàn)出減少的趨勢。</p><p>　　圖7顯示了RMSE進行考慮后公共汽車路線和時段:</p><p>　　AS422Down在10am到11am(單個時間段)</p><p>　　AS422Down在10am到11am為“非高峰”,6pm

29、到9pm之間為“高峰”(多個時段)</p><p>　　AS422 UP在4 pm-8pm(多個時段)。</p><p>　　對于這些數(shù)據(jù),我們觀察到一個時間段的RMSE顯著優(yōu)于多個時段。通過考慮兩個峰值和非高峰場景RMSE進一步降低。這又強調(diào)了基于小段時間合估計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間段時α的均方根誤差</p><p><b>　　總結和未來工作</b></p><p>　　我們已經(jīng)開發(fā)出一種乘客參與的手機應用程序，使用它，乘客可以更新公交的實時到站信息?；诜指钜惶熘袝r段的方式，到站時間的估計算法已經(jīng)被提出。為了使公共交通工具的乘行更為舒適,該系統(tǒng)在手機或web上提供了到站時間的估計查詢。為了了解系統(tǒng)的性能，我們進