【文章內(nèi)容簡介】 的需求，更是具備強烈的“個性化”出行的特色，不單在服務(wù)方式上滿足了人們特殊的出行需求，也在一定程度上承擔了一部分城市公共交通客運的不足。以北京市的出租車為例， 2021年共接待乘客的運量達到了 68000 萬次，在北京市總的交通客運量中占到了%的比例，因此出租車在北京已經(jīng)成為客運交通系統(tǒng)中的一個不可或缺的部分。然而出租車運輸在各個城市在經(jīng)歷了一個高速發(fā)展時期后，因為各個城市. .. 準入政策的不完善以及決策部門對市場預(yù)計的誤差，不同程度 的導(dǎo)致了出租車總量過剩的現(xiàn)象。當前各個城市對出租車的運營管理，大部分都采用以自營為主、調(diào)度為輔的管理辦法，“路拋式”成為該行業(yè)的主要運營模式，所有這些因素都為交通問題的發(fā)生埋下了隱患。 由于上述這些原因，研發(fā)出基于 3S 技術(shù)（ GPS、 GIS 和 GPRS）的出租車實時自動調(diào)度系統(tǒng)就顯得十分的必要和勢在必行。利用自動調(diào)度系統(tǒng)就可以實現(xiàn)出租車的合理調(diào)度、縮短乘客的等候時間及減少空駛率，達到減輕交通擁堵和提高工作效率的目的。 研究目的和意義 出租車作為一個城市公共客運交通的一個重要補充，給廣大市民的日程出行帶來 了很大的方便，尤其是遇到緊急事情或者城市公交車收車時段更是體現(xiàn)了其重要作用。出租車在補充城市公共交通客運不足的同時，也隨之帶來了一些問題，主要表現(xiàn)兩個方面：首先是在城市中心區(qū)域及郊區(qū)出租車數(shù)量分布不均勻，出租車大部分都集中在市區(qū)中心地帶，而郊區(qū)卻很少，從而造成出租車空載率較高；其次是隨著出租車的增多，容易造成交通堵塞，造成更多的環(huán)境污染 [1]。 因此怎么樣管理調(diào)度好出租車就成了城市交通管理部門面臨的首要課題，能夠安全、高效以及合理的調(diào)度，也就成為出租車行業(yè)管理的關(guān)鍵所在。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，各種計算機 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線通信技術(shù)開始應(yīng)用在各個領(lǐng)域，出租車管理調(diào)度系統(tǒng)的自動化及智能化也成為未來該行業(yè)的發(fā)展方向。所以開展針對出租車智能調(diào)度系統(tǒng)的研發(fā)，能夠?qū)Τ鲎廛嚨膶崟r調(diào)度提供有力的支撐。將 3S 技術(shù)應(yīng)用于出租車的調(diào)度系統(tǒng)上，對發(fā)展我國的車輛自動定位及汽車導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)，具有十分重要的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟效益。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 . .. 國外的出租車行業(yè)對車輛實時調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)較早就進行了研發(fā)，上個世紀末就有很多成熟的 GPS 自動調(diào)度系統(tǒng)投放市場。當前，在國際上比較流行的系統(tǒng)是美國模塊公司研發(fā)的 DSIPATCH 系統(tǒng)，這是一個軟、硬件功能都強大的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過近幾年的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)可以實現(xiàn) GPS 定位、自動排車派車、自動監(jiān)控等功能，已經(jīng)開始廣泛的應(yīng)用于世界上的很多國家和城市?，F(xiàn)在很多發(fā)達國家的大城市，基本上都采用了電話叫車的方式，因此在紐約、巴黎、新加坡等城市，在公路上幾乎看不到空載的出租車，人們一般都不在街頭打車，都是通過電話預(yù)約。以新加坡的出租車公司為例，他們早在 1995 年底就開始裝備較完備的 GPS 智能管理調(diào)度系統(tǒng)，為出租車乘客提供便捷的派車服務(wù)。 國外的基于 GPS 衛(wèi)星定位的出租車管理調(diào)度系統(tǒng)，在技 術(shù)層面的演變發(fā)展過程主要體現(xiàn)在以下兩個方面，即數(shù)據(jù)通信傳輸和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。世界上第一代出租車調(diào)度系統(tǒng)最典型的的代表，是 90 年代澳大利亞一家叫做 Sigtec 的公司研發(fā)的系統(tǒng)，該管理調(diào)度系統(tǒng)采取的是文件的存儲方式，每天能夠容納的最大的訂單數(shù)目是 5000 筆，一共能夠接入不超過 3000 輛出租車 [2]。限制該系統(tǒng)發(fā)展的主要因素是需要建立大量的基站來進行數(shù)據(jù)通信。雖然如此，該系統(tǒng)在20世紀末依然被全球很多國家采用，業(yè)務(wù)遍布世界各地，成為出租車行業(yè)最成功的管理調(diào)度系統(tǒng)運營提供商 [3]。進入 21 世紀后，新研發(fā)的出租車調(diào)度管 理系統(tǒng)開始采用移動電信運營商構(gòu)建的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，因此大大減少了系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入。在系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計方面，隨著計算機軟硬件設(shè)施的不斷發(fā)展，尤其是出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，分布式計算方法以及服務(wù)器集群后，目前開發(fā)的系統(tǒng)在車輛接入數(shù)量及能容納的乘客電話訂單數(shù)目上都有了質(zhì)的飛躍，理論上可以達到不受限制的程度。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在國外出租車調(diào)度系統(tǒng)飛速發(fā)展的同時，國內(nèi)的工程技術(shù)人員及廣大學(xué)者也緊隨世界步伐，在上世紀末就開始了相關(guān)系統(tǒng)的研究。最早在國內(nèi)介紹出租車智能化管理調(diào)度系統(tǒng)的是曹春生，在他 1999年發(fā)表的文章中，出租車調(diào)度系統(tǒng)有以下幾個子系統(tǒng)組成：叫車輸入子系統(tǒng)、調(diào)度子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)及語音通信子系統(tǒng)、車載設(shè)備等，文章還對調(diào)度的原理及過程進行了詳細的介紹。以此為開始，越來越多的研究人員和該行業(yè)的從業(yè)者開始對出租車管理調(diào)度系統(tǒng)投入關(guān). .. 注和研究。李婭、陸建等在系統(tǒng)中引入出租車凈需求的概念，設(shè)計了一種出租車等候站點調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是 ITS 技術(shù)，系統(tǒng)原理簡單，易于實施，有很便捷的操作性，可以很好的解決出租車行業(yè)的一些問題，是出租車的服務(wù)水平得到提高。王學(xué)慧、陳新等設(shè)計出了一種新型的出租車叫車方式，該系統(tǒng)的 工作流程是乘客在候車站點通過相關(guān)裝置發(fā)需求信息，然后周圍一定距離內(nèi)的空載出租車結(jié)合自身情況作出回應(yīng)，最后被選中的出租車將自己的信息反饋給等候站點的乘客。該系統(tǒng)能夠無需調(diào)度中心支持而達到完全的自主呼叫，因此可以快速的調(diào)度出租車。杜慧勇從通信的技術(shù)角度出發(fā)，開發(fā)了一種基于 GPS、GIS、 GSM 和 GPRS 的出租車智能管理調(diào)度系統(tǒng)，采用中間過渡技術(shù)，完成車載終端和調(diào)度中心的通信管理，通過中間件對出租車信息進行統(tǒng)一的封裝，在中間件和客戶端間使用更高層的通信協(xié)議，實現(xiàn)出租車調(diào)度的快捷、高效與方便。 據(jù)有關(guān)部門的不完全統(tǒng) 計，截至 2021 年，已經(jīng)有 萬輛在運營的出租車安裝了車載 GPS 定位終端。在深圳市 2021 年召開的第三屆衛(wèi)星定位運營商大會上，相關(guān)的統(tǒng)計信息表明，我國有將近 4000 家各種大小規(guī)模的衛(wèi)星定位運營公司，在網(wǎng)的運營車輛有百萬之余，而且仍有 40%多的增長勢頭， GPS 定位終端的相關(guān)銷售及服務(wù)市場達到近 100 億的規(guī)模。在這種背景下，也只有上海、北京等一線發(fā)達城市采用過出租車調(diào)度系統(tǒng) [4]。北京市由奇華通訊有限公司在1999 年 7 月建成了北京奇華出租車調(diào)度中心，系統(tǒng)采用 GPS 衛(wèi)星定位等高新技術(shù)，一共采用 8 個信道，擁有 16個調(diào)度終端，覆蓋整個北京城區(qū)和附近郊區(qū)。但是由于國內(nèi)出租車行業(yè)的實際情況，奇華公司為投入巨資建立的 GPS 服務(wù)網(wǎng)付出了慘重的代價。因為安裝及使用費用過高，導(dǎo)致入網(wǎng)車輛較少，使得車輛調(diào)度服務(wù)的效率得不到保證。而且由于國內(nèi)的乘客習(xí)慣于在道路兩邊直接招手叫車的方式，導(dǎo)致該系統(tǒng)并沒有達到事先預(yù)期的效果。上海市在 2021 年對該市的 2021 余輛出租車，在一部分區(qū)域采用智能化管理系統(tǒng)運營，并逐步將該模式推廣至全市出租車行業(yè)內(nèi)所有的車輛 [5]。該系統(tǒng)的核心內(nèi)容就是基于先進的計算機網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，構(gòu)建高效、快速的管理調(diào)度中心 ，將出租車候車點，出租車輛本身組成一個現(xiàn)代化的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)對城市所有出租車資源配置的最優(yōu)化。 本課題主要研究內(nèi)容 . .. 由于很多出租車公司逐步采用導(dǎo)航系統(tǒng)，使得導(dǎo)航服務(wù)器需要處理大量的數(shù)據(jù)，因此導(dǎo)航系統(tǒng)需要有穩(wěn)定和高效的服務(wù)器做支撐。本文首先介紹了國內(nèi)外車輛監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，并結(jié)合當前出租車行業(yè)需求和背景，分析了出租車監(jiān)控的必要性和可行性；繼而對與本文有關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)和原理做了詳細的介紹和分析；在理論分析的基礎(chǔ)上，本文給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括系統(tǒng)需求、功能、及軟件設(shè)計模式等；重點分析了實 現(xiàn)監(jiān)控中心的分布式計算原理、實現(xiàn)技術(shù)；同時，對系統(tǒng)進行分層設(shè)計和實現(xiàn)，并給出了系統(tǒng)部分界面。 論文的組織結(jié)構(gòu) 通過閱讀相關(guān)文獻，比較分析及市場調(diào)研基于 GPS 的出租車智能管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 論文的組織框架如下： 第一章緒論部分，主要介紹了論文的選題背景及意義，出租車智能管理、調(diào)度的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ； 第二章介紹了出租車智能管理的相關(guān)技術(shù)，主要包括全球定位（ GPS） 技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（ GIS）及無線傳輸技術(shù)；第三章系統(tǒng)總體設(shè)計部分，該部分從系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)體系模式，系統(tǒng)功能和特點，系統(tǒng) MVC模式設(shè)計， J2EE 技術(shù)及分布式技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。 第四章出租車智能管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要包括系統(tǒng)開發(fā)平臺的選擇、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計實現(xiàn)及主界面的實現(xiàn)。第五章對全文總結(jié)，下一步工作展望。 . .. 第 2 章 出租車智能管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 伴隨著 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ Global Positioning System）、 GIS 地理信息系統(tǒng)（ Geographic Information System）以及 GPRS 無線通信技術(shù)的不斷成熟和日漸廣泛的應(yīng)用，給構(gòu)建出租車行業(yè)的實時管理調(diào)度系統(tǒng)提供了堅實的技術(shù)保障，也使得系統(tǒng)的搭建成為可能。同時由于現(xiàn)實 中的切實需求，也使得研發(fā)基于 3S 技術(shù)的調(diào)度平臺更為迫切。系統(tǒng)的構(gòu)建關(guān)鍵在于依靠三大 3S 技術(shù)，同時結(jié)合相應(yīng)的軟件設(shè)計，將它們整體捏合而成。 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù) GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (Global Positioning System)是一套具有很高精度的定位和導(dǎo)航系統(tǒng) , 是由美國的國防部主導(dǎo)建立起來的。該系統(tǒng)最初只應(yīng)用于美國的軍事領(lǐng)域，后來才慢慢的進入到民用應(yīng)用領(lǐng)域 [6]。 GPS 技術(shù)應(yīng)用于公共交通領(lǐng)域始于 20 世紀 80 年代。出租車安裝 GPS 定位系統(tǒng)后，可以實時的得到自身所處的精確位置，汽車通 過安裝對應(yīng)的終端，還可以將這些位置信息傳送給指揮調(diào)度中心，從而能夠?qū)崟r地掌握每個車輛的具體地點，便于對其進行調(diào)度，尤其是在災(zāi)害搶險及相關(guān)的指揮決策方面，能夠發(fā)揮著非常重要的作用。當前用于交通行業(yè)的 GPS系統(tǒng)是美國上世紀 90年代初建成的第二代 GPS定位系統(tǒng)，第二代系統(tǒng)一共有 24 顆衛(wèi)星組成，可以提供汽車的三維位置、行駛時間及速度等信息，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)全天候 24 小時內(nèi)提供高精度的全球定位服務(wù)。 GPS 全球定位系統(tǒng)組成 GPS 全球定位系統(tǒng)主要由衛(wèi)星、地面監(jiān)控設(shè)施以及信號接收機等三大部分構(gòu)成。其中衛(wèi)星有 21 顆在軌工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成。所有的 24 顆GPS 衛(wèi)星全部均勻的分布在 6 個平面軌道內(nèi)，軌道平面的傾角為 55o，每一個軌道平面間的角度為相距 60o。每顆衛(wèi)星在各個軌道平面內(nèi)的升角度距離為90o 。在同一個軌道上的衛(wèi)星相比西邊相鄰軌道上的對應(yīng)衛(wèi)星升角度距超前為. .. 30o。當使用 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航信號定位時，需要觀測到 4 顆 GPS 衛(wèi)星才能計算出測站的三維坐標 [7]。 GPS 衛(wèi)星每一顆內(nèi)部都裝有 4 臺高精度的原子鐘，這些原子鐘通過發(fā)射標準頻率，為其提供十分精確的標準時間。 每顆 GPS 衛(wèi)星的位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提 供的星歷算得的。地面監(jiān)控中心監(jiān)測所有衛(wèi)星上各種設(shè)備的正常工作情況，以及控制衛(wèi)星能夠始終沿著預(yù)定軌道運行。同時還要保證各顆 GPS 衛(wèi)星的時間標準是統(tǒng)一的。所有 GPS 工作衛(wèi)星在地面的監(jiān)控設(shè)施由一個主控站、三個注入站以及五個監(jiān)測站組成。 GPS 衛(wèi)星信號接收設(shè)備能夠?qū)Σ东@待測衛(wèi)星發(fā)出的信號，然后跟蹤捕捉到的衛(wèi)星的運行情況，并對接收到的 GPS 衛(wèi)星信號進行處理，主要包括信號變換及放大等，然后就可以實時地方便地算出被測基站的三維坐標位置，還包括三維的時間和速度。安裝了 GPS 接收機的出租車在行駛過程中實行動態(tài)定位，接收機天 線在追蹤衛(wèi)星的過程和地球發(fā)生相對運動，然后接收機就可以根據(jù) GPS信號測出租車實時的三維坐標和速度等數(shù)據(jù)。 GPS 全球定位系統(tǒng)原理 一個 GPS 衛(wèi)星接收機，可以同時測定它自身到其中 4 顆衛(wèi)星的距離。詳細的測量辦法是測出 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的電波到其傳輸至接收機的時間 τ， 然后和光速 c 相乘即可求出距離 P 為 [8]： )(cc sr ttP ???? （ 21） 上式中， tr 為衛(wèi)星信號被接收到的時間， ts 為衛(wèi)星電波發(fā)射出的時間。因為信號接收機上的時鐘及 GPS 衛(wèi)星上的時鐘與 GPS 原子時鐘存在不同步現(xiàn)象，即鐘差，假設(shè)其分別為Δ tr 與Δ ts ，所以實際測出的兩者時間差就包含有鐘差在內(nèi)，可以用 )( ssrr tttt ?????? ）（，? 來表示。 GPS 衛(wèi)星的鐘差由地面的監(jiān)控系統(tǒng)測出，因此它是一個己知值，所以它實際測出的距離被叫做偽距觀測值，它的計算公式在加上衛(wèi)星鐘差矯正后為： rsr tcttP ????? )(cc, ? （ 22） 一般來說要想足夠精度地測定接收機的鐘差是難以實現(xiàn)的，因此常把它作為一個待定參數(shù)，然后結(jié)合 GPS 衛(wèi)星接收機的位置坐標值一 起解算出來。公式可以寫成： . .. rjjj tcZZYYXXP ???????? 222, )()()( （ 23） 式中 Xj ， Yj， Zj 表示第 j 顆 GPS 衛(wèi)星處于地球協(xié)議坐標系，即 WGS84中的直角坐標數(shù)值，它一般被認為是己知常量 [9]。而 X 、 Y 、 Z 為 GPS 衛(wèi)星接收機處于同一坐標系中的位置坐標數(shù)據(jù)，與 GPS 衛(wèi)星接收機的鐘差一樣，為待求變量。這樣一共就有四個未知的參數(shù)，因此要想求解，就至少需要對 4 顆衛(wèi)星進行同步觀測，也即求出 4 個偽距觀測數(shù)值 P′ ( j =1， 2， 3， 4)。這樣就能夠構(gòu)建 4 個方程式組成的方程 組，解方程組即可求出 GPS 衛(wèi)星接收機的位置坐標 ( X， Y， Z )和其鐘差Δ tr