本发明属于列车位置分析、计算和查询领域，涉及一种基于旅客共享位置信息的列车动态信息实时查询系统及方法，具体涉及一种根据列车上的用户共享的位置信息进行列车位置追踪、列车运行速度计算以及列车到达其余各站的时间计算分析的系统及方法。
背景技术：
列车是当前和未来很长一段时间内，人类最大的运输工具。我国是世界上最大的列车国度，每天通过列车输送的旅客多达几百万。列车运营方掌握了完整的列车信息，但由于各种原因，该信息未能公开,导致旅客在出现列车晚点时，无法明确的获知列车的准确达到时间，极易出现众多旅客滞留车站候车长达几个小时的情况，造成旅客不满情绪非常严重。而另一方面，一旦出现列车晚点，在列车上的旅客往往无法获知自己到达目的地的确切时间，无法准确的告知接站人员的具体时间，导致接站人员早早到站，造成了极大的时间浪费。
目前，我国还缺少用于向民众公开的列车位置和晚点查询与公布系统。12306网站虽然声称具有列车晚点查询功能，但其提供的信息不全面，不精确，无法满足人们对获取列车动态信息的实际需要。其余一些包括火车地图网、携程网等提供的列车动态信息查询系统，都是基于列车运行时刻表，通过简单的时间关系的比较，判断列车达到各站点的所需时间，更加无法满足人们的实际需要。在我国的铁道运营管理中，基于GIS技术、GPS技术，利用安装在列车上的定位系统进行列车的定位，已能可靠精确的获知列车的动态信息，并在铁道运行图上完整的展现列车的运行状态和位置移动情况；但这些信息仍然处于营运商单方面使用状态，未能向旅客提供相应的位置查询服务；且一旦列车上的预置GPS出现故障，其获知列车动态情况的能力将大大削弱。一套更加可靠的、真正能为广大旅客提供列车位置查询服务的系统，将极大的满足旅客的需求，受到旅客的大力欢迎。
技术实现要素：
针对当前我国民间缺乏列车实时位置查询系统的现状，以及在12306等网站上查询的列车信息粗糙，更新不及时不准确的现状，以及在暴雨雪等极端气候和其他情况导致的列车晚点情况下，旅客在候车室茫然不知等问题，本发明提供了一种基于旅客共享位置信息的列车动态信息实时查询系统及方法，为旅客提供精确的列车动态信息服务，确保旅客既不晚点，也不会在车次晚点时过早的到达车站，浪费候车时间。
本发明的系统所采用的技术方案是：一种列车动态信息实时查询系统，其特征在于：包括用户注册模块、用户位置共享模块、列车位置查询模块、列车动态信息显示模块、列车动态信息推送模块、用户数据库、列车运行线路空间数据库和列车运行时刻数据库；
所述用户注册模块，用于向用户提供注册业务；
所述用户位置共享模块，用于系统以预定时间为起始时间，每隔一定时间收集一次用户的共享位置信息；
所述列车位置查询模块，在列车动态信息计算的基础上，向用户提供列车实时动态信息查询服务；
所述列车动态信息显示模块，用于向用户显示查询得到的列车实时动态信息，并在GIS地图上动态展现列车的运动过程；
所述列车动态信息推送模块，用于向特殊用户自动推送列车实时的位置、距离到达用户感兴趣站点的时间等动态信息；
所述用户数据库，用于存储注册用户的信息；
所述列车运行线路空间数据库，用于存储全国所有列车的运行轨迹地理信息图层，图层中包含有全国铁道站点信息图层和列车运行线路段图层，每个线路根据国家列车运行线路划分规则进行划分；
所述列车运行时刻数据库，用于存储最新的每部列车的运行时刻表。
作为优选，系统还包括积分管理模块，用于对注册用户进行实名制认证管理和积分管理。
作为优选，系统还包括用户互助问答模块，用于自动将购买同车次的用户纳为一个群组，群组内各个用户能在用户互助问答模块中进行互助问答，并向用户提供实时答疑解疑服务。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种列车动态信息实时查询方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建全国列车运行线路图和全国列车时刻表，并将相关信息分别存储到列车运行线路空间数据库和列车运行时刻数据库中；
通过全国列车运行线路表，构建全国列车运行线路图，每条线路命名为TLINE，全国列车运行线路图中包括有每条线路所经的站点名称、站点位置坐标信息；
全国列车时刻表包括每辆列车的编号TRID、车次TRNAME、运行的线路组TLINE[]、每条线路上的站点STATION[]、以及到达每个站点的时间RTIME[]；
步骤2：用户通过用户注册模块注册个人信息，用户注册模块根据用户注册信息将用户分为普通用户和特殊用户；系统将相关用户信息存储到用户数据库中；
步骤3：乘客用户通过扫描车票或手动输入的方式，向系统输入所乘列车的列车车次和席位；系统获得用户许可后，定时自动获取用户共享的位置信息，基于该系统，系统自动计算列车的位置、时速、到达各站点的时间以及进行是否晚点判断，并将相关信息存储到数据库中，以供用户查询；
非乘客用户和乘客用户通过列车动态信息查询模块查询列车信息，并通过列车动态信息显示模块进行空间展现。
特殊用户在确定接收系统推送信息后，系统定时自动将其所乘列车或预乘列车的动态信息推送给特殊用户。
作为优选，步骤2中，用户注册模块根据用户注册信息将用户分为普通用户和特殊用户，并对注册用户进行积分管理；乘车用户执行位置共享在系统确认为真实信息后能获得1积分，免积分查询所乘列车的动态信息，若系统确认其共享信息为假信息将扣除1积分；乘车用户不执行位置共享和非乘车用户查询列车动态信息会扣除积分；每个新注册用户系统自动赠送5积分；普通用户身份自动获得，特殊用户身份需购买或积分达到100分后自动获得。
作为优选，步骤3的具体实现过程包括以下子步骤：
步骤2.1：乘客用户位置共享；
乘客用户或通过扫描车票二维码，获知用户的所乘车次、席位；乘客用户或通过手动输入所乘列车的列车车次和席位；乘客用户车次信息确认后，系统确认乘客用户是否正在车上，并进一步确认是否同意共享位置信息；如乘客用户同意共享位置信息，则系统自动建立一个变量结构体，用于存储乘客用户的位置信息，该结构体UI的结构如下：
UI={ID,TRID,DATA,TIME[t],PL[x,y]}
其中，ID为乘客用户的注册号，TRID为当前乘客用户所乘列车的编号，DATA为乘客用户的乘车日期，TIME[]为时间数组，PL[x,y]为乘客用户在TIME[]时刻的位置数组；x为乘客用户在t时刻所在位置的x方向的地理坐标，y为用户在t时刻所在位置y方向的地理坐标；t0为列车的既定发车时间，tm+1=tm+10min，系统以t0为起始时间，每隔10分钟收集一次用户的共享位置信息；
步骤2.2：用户共享位置真伪判断；
根据建立的用户共享位置结构体UI，系统根据TRID获得乘客用户所在列车的线路TLINE，并对TLINE进行100m缓冲分析，分析乘客用户t时刻所共享的位置是否在该缓冲区内，如果在缓冲区内，则进一步分析t时刻所有同车次列车用户所共享的位置，若该乘客用户共享位置与其余所有乘客用户共享位置的中心位置距离在100m以内，则认为用户该乘客用户共享位置信息为真，将该用户纳入该次列车的共享位置用户集US中，并在乘客用户的积分中自动添加1分；否则判断该乘客用户的位置信息为假，将该乘客用户剔除出该次列车的共享用户集，并对虚报位置信息的用户进行惩罚，将其积分减1分；
步骤2.3：列车动态位置计算；
列车动态信息包括列车的实时位置、列车速度、列车到达各车站的时间；根据乘客用户共享的位置信息，在全国列车运行线路图上绘制出t时刻共享用户的位置信息的点阵，并求取各点阵组成的图形的几何中心C(x,y)，则C(x,y)的位置即为时刻t当前列车所在的位置；
步骤2.4：列车时速计算；
设T1时刻列车所在的位置为C1(x,y)，T2时刻列车的位置为C2(x,y)，通过GIS分析获得两个位置间经过的铁道长度为L，则列车的时速为V=L/(T2-T1)；
步骤2.5：非乘客用户列车位置查询；
设列车要达到的站点为P，当前时间为t，列车获得的距离t最近的一次共享位置信息为t1，则当前时刻列车的位置cp为t1时刻列车所在的位置，沿着列车运行线路运行V*(t-t1)米，通过GIS分析获知cp到站点P之间的距离为LP，则列车到达站点P的所需时间为LP/V，确切时间为t+LP/V；
步骤2.6：列车是否晚点判断；
对比时间t+LP/V与全国列车运行线路图上列车达到该站点的时间TZ，若两者不相等，则判定列车晚点；否则判断列车准点；列车晚点时长为TZ与t+LP/V的时间差。
步骤2.7：列车动态信息查询；
非乘客用户和乘客用户通过列车动态信息查询模块，选择或输入要查询的列车号以及用户感兴趣的车站号，系统根据计算的列车的动态信息，将用户查询时刻的列车的位置、距离用户感兴趣的车站号的距离、达到该站所需的时长和具体的时间显示信息显示模块中，并在列车运行图上显示列车的位置。
作为优选，系统对特殊用户提供信息推送服务，其具体实现包括特殊用户推送服务确认和列车动态信息推送两步骤；
所述特殊用户推送服务确认，是特殊用户登录系统后，录入所查询列车信息，系统询问特殊用户，是否需要列车动态信息推送服务，若不需要，则不做处理；若用户需要，则进行列车动态信息推送；
所述列车动态信息推送，系统在每个列车搜集位置信息的时间点，定时向用户发出最新的该车次信息和车次达到旅客所乘车站的时间。
作为优选，系统自动将购买同车次的用户纳为一个群组，群组内各个用户在互助板块进行互助问答，并提供用户之间的实时答疑解疑服务。
本发明的有益效果是：基于目前已有的GIS技术、GPS定位技术和移动信息化技术，在收集乘车用户定位信息的条件下，实时计算列车的动态位置、速度以及到达各站点的时间，并基于GIS地图进行列车运行动态过程的展示，能填补国内列车位置查询的空白、提高列车晚点查询的准确性和精确性，解决列车运行高峰期、极端天气下列车易晚点等时期旅客无法准确获知列车到达所乘站点的时间而导致的旅客或接站者长时间滞留候车室等现实问题，为旅客候车、接站的行程安排提供准确的信息参考。在全世界手机大量普及、列车仍然为最重要的交通工具的现实情况下，本发明具有极大的现实意义和市场前景。
附图说明
图1：本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
随着移动信息系统和GIS的不断发展，通过手机共享位置信息，利用GPS进行手机定位的精度已经达到十几米甚至几米之内。通过地理信息分析技术，利用列车上乘客的手机定位信息进行列车的位置确定，已经变得十分简单而且快速。在已有的列车运行线路和时刻表的基础上，通过定位信息计算列车的速度、到达各站点的时间，判断列车是否晚点，为旅客提供更加精确的列车动态信息查询服务，将极大的满足人们对列车位置信息获取的需要。基于此，本发明提出了一种基于旅客共享位置信息的列车动态信息实时查询系统及方法，以填补国内火车位置查询服务上的空白。
本发明提供的一种列车动态信息实时查询系统，包括用户注册模块、用户位置共享模块、列车位置查询模块、列车动态信息显示模块、列车动态信息推送模块、积分管理模块、用户数据库、用户互助问答模块、列车运行线路空间数据库和列车运行时刻数据库；
用户注册模块，用于向用户提供注册业务；
用户位置共享模块，用于系统以预定时间为起始时间，每隔一定时间收集一次用户的共享位置信息；
列车位置查询模块，在列车动态信息计算的基础上，向用户提供列车实时动态信息查询服务；
列车动态信息显示模块，用于向用户显示查询得到的列车实时动态信息，并在GIS地图上动态展现列车的运动过程；
列车动态信息推送模块，用于向特殊用户自动推送列车实时的位置、距离到达用户感兴趣站点的时间等动态信息；
积分管理模块，用于对注册用户进行实名制认证管理和积分管理。
用户互助问答模块，用于自动将购买同车次的用户纳为一个群组，群组内各个用户能在用户互助问答模块中进行互助问答，并向用户提供实时答疑解疑服务；
用户数据库，用于存储注册用户的信息；
列车运行线路空间数据库，用于存储全国所有列车的运行轨迹地理信息图层，图层中包含有全国铁道站点信息图层和列车运行线路段图层，每个线路根据国家列车运行线路划分规则进行划分；
列车运行时刻数据库，用于存储最新的每部列车的运行时刻表。
请见图1，本发明提供的一种列车动态信息实时查询方法，是在已构建的列车运行线路空间数据库和列车运行时刻数据库的基础上，通过判断用户的共享位置信息，形成在车用户的位置共享信息集，通过地理信息分析的方法求取所有位置的几何中心，作为列车当前的位置；并利用地理空间分析，基于列车时刻和运营数据库，计算列车达到各站的实际时间、是否晚点等信息，为用户提供列车实时动态信息查询服务、用户互助问答服务；并对在车的特殊用户提供系统的列车位置推送服务。
在本发明中的列车实时动态信息查询服务，是为注册用户提供实时的列车位置和车速，到达某一站的确切时间，所需时间等相关信息查询服务。动态查询基于在车用户的共享位置信息，在全国列车运行图与列车运行时刻表的基础上，通过地理信息分析方法，计算获得各在运行列车的速度、位置、到达各车站的时间，是否晚点，晚点时间等确切的信息，并为用户提供相应的查询服务和GIS地图上显示列车位置和运行状况的服务。
本发明对注册用户进行实名制认证管理和积分管理。用户下载本系统后，通过用户名、手机号注册成为注册用户，每个新注册用户系统自动赠送5积分。在用户使用本系统的过程中，用户每共享一次列车信息，获得1积分，每查询一次列车动态信息，削减1积分，实现对用户的实名制积分管理。用户可以通过升级的方式成为特殊，特殊用户享有系统的列车位置推送服务。
本发明的具体实现包括以下步骤：
步骤1：构建全国列车运行线路图和全国列车时刻表，并将相关信息分别存储到列车运行线路空间数据库和列车运行时刻数据库中；是进行列车速度、是否晚点等计算的前提和基础。
①构建全国列车运行线路图：通过全国列车运行线路表，构建列车的运行线路图，每条线路命名为TLINE。根据全国列车线路数据库标准，线路图中包含有每条线路所经的站点名称，站点位置坐标等信息。
②构建全国时刻表数据库：全国列车时刻表数据库包括每辆列车的编号TRID，车次TRNAME，运行的线路组TLINE[]，每条线路上的站点STATION[],以及到达每个站点的时间RTIME[]。
步骤2：用户管理；
通过设定不同的用户身份，对用户进行按积分管理，以保证用户共享信息的准确性和积极性。
①用户注册与用户身份划分：
系统将实名注册的用户分为普通用户和特殊用户。普通用户分为按照是否正在搭乘列车，分为在车用户和离车用户；普通用户在购买特殊身份，或积分达到100分后，自动升级为特殊用户。
②用户积分管理：
在车用户包括用户所乘坐车次的编号、票别、席位，用户凭借该信息可进行同车次动态信息的查询。在用户共享位置获得积分后，可以免积分查询所乘列车的动态信息，不共享位置信息的用户查询列车的动态信息会扣除1分。离车用户查询列车动态信息会扣除1分1次。特殊用户可免积分查询并实用系统的所有功能。
步骤3：列车动态信息计算和查询；
以构建的全国列车运行线路图和全国列车时刻表为支撑，进行列车的动态信息计算，并通过系统服务平台提供相应的服务，其包括以下内容。
①注册用户位置共享；
注册用户通过扫描车票二维码，系统识别二维码并获知用户的所乘车次、席位；注册用户还可通过手动输入所乘列车的列车车次和席位。在用户车次信息确认后，系统询问用户是否正在车上，如用户在车上，则系统请求用户进一步确认是否共享位置信息。如用户共享位置信息，则系统自动建立一个变量结构体，用于存储用户的位置信息，该结构体UI的结构如下：
UI={ID,TRID,DATA,TIME[t],PL[x,y]}
其中，ID为用户的注册号，TRID为当前用户所乘列车的编号，DATA为用户的乘车日期，TIME[]为时间数组，PL[x,y]为用户在TIME[]时刻的位置数组，x为用户在t时刻所在位置的x方向的地理坐标，lat为用户在t时刻所在位置y方向的地理坐标。其中，t0为列车的既定发车时间，tm+1=tm+10min。系统以t0为起始时间，每隔10分钟收集一次用户的共享位置信息。
②用户共享位置真伪判断；
根据系统建立的用户共享位置结构体，系统根据TRID获得用户所在列车的线路TLINE，并对TLINE进行100m缓冲分析，分析用户t时刻所共享的位置是否在该缓冲区内，如果在缓冲区内，则进一步分析t时刻所有同车次列车用户所共享的位置，若该用户共享位置与其余所有用户共享位置的中心位置距离在100m以内，则认为用户该用户共享位置信息为真，将该用户纳入该次列车的共享位置用户集US中，并在用户的积分中自动添加1分；否则则判断该用户的位置信息为假，将该用户剔除出该次列车的共享用户集，并对虚报位置信息的用户进行惩罚，将其积分减1分。
③列车动态位置计算分析；
列车动态信息包括列车的实时位置、列车速度、列车到达各车站的时间。根据用户共享的位置信息，在铁路信息图上绘制出t时刻共享用户的位置信息的点阵，并求取各点阵组成的图形的几何中心C(x,y)，则C的位置即为时刻t当前列车所在的位置。设t1时刻列车所在的位置为C1(x,y)，T2时刻列车的位置为C2(x,y)，则可以通过GIS分析获得两个位置间经过的铁道长度为L,则列车的时速为V=L/(T2-T1)。
④列车动态位置查询服务；
列车在运行过程中，系统自动获得的位置信息为每隔十分钟的位置信息。用户查询过程中，其所处的时间不一定等于系统自动获取的列车位置时间。设列车要达到的站点为P，当前时间为t，列车获得的距离t最近的一次共享位置信息为t1，则当前时刻列车的位置cp为t1时刻列车所在的位置，沿着列车运行线路运行V*(t-t1)米。通过GIS分析获知cp到站点P之间的距离为LP，则列车到达站点P的所需时间为LP/V，确切时间为t+LP/V，对比t+LP/V与列车运行图上，达到该站点的时间，若两者不想等，且t+LP/V较大，则列车可能晚点。
⑤列车动态位置展现服务；
在GIS地图上，将用户所乘的列车的实时位置展现出来，实时动态的展现列车的运行状况和位置；
⑥列车用户群组互助问答；
系统自动将购买同车次的用户纳为一个群组，群组内各个用户可用昵称在互助板块进行互助问答，提供用户之间的实时答疑解疑服务。
步骤4：列车动态信息自动推送；
系统对特殊用户提供信息推送服务，以激励更多的用户通过进行位置共享或购买的方式升级为特殊。
①特殊用户推送服务确认：在特殊用户登录系统，并录入所乘列车后，系统自动询问用户，是否需要列车动态信息推送服务，若不需要，则不做处理；若用户需要，则转入步骤②。
②列车动态信息推送：当特殊用户确认需要列车动态信息推送服务后，系统提示用户输入上车的站点名称。系统信息发送中心在每个列车搜集位置信息的时间点，定时向用户发出最新的该车次信息和车次达到旅客所乘车站的时间，提醒用户在合适的时间赶往车站，既保证用户不晚点，也保证用户在车次晚点时，不会过早的到达车站，浪费候车时间。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。