基于WIFI的公交客流实时监测系统、数据处理方法与流程

本发明涉及智能公交领域，特别涉及一种基于WIFI的公交客流实时监测系统、数据处理方法。

背景技术：

在我国，即使在轨道交通较为发达的大中城市，公交系统仍然是城市客运交通的重要组成部分，也是城市重要的基础设施，是关系国计民生的社会公益事业，其规划与运营的优劣对城市的可持续发展至关重要。智能公交运用GPS/北斗定位技术、3G/4G通信技术、GIS地理信息系统技术，结合公交车辆的运行特点，建设公交智能调度系统，对线路、车辆进行规划调度，实现智能排班、提高公交车辆的利用率，同时通过建设完善的视频监控系统实现对公交车内、站点及站场的监控管理。智能公交是未来公共交通发展的必然模式，对缓减日益严重的交通拥堵问题有着重大的意义。

公交客流的实时感知是提升智能公交建设实施的有力支撑。二十世纪80年代初，美国等国家的公共交通运输部门开始应用基于压力传感器、视频和红外传感器的自动乘客计数系统。但精度受到技术本身的缺陷、环境干扰与公车自身设计等因素的制约。随着通信技术与移动互联网技术的兴起，以手机为代表的个人移动终端的普及率持续上升，据全球领先的抽样调查解决方案供应商(SSI)报告显示，截止2011年底中国有高达98％的人口拥有手机，另据“2011中国无线世界暨物联网大会”数据显示，目前国内市面上具备wifi功能的手机占总数的95％以上。因此，以手机数量为依据获取客流数据的方式具备较强的现实基础。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于WIFI的公交客流实时监测系统。所述技术方案如下：

一种基于WIFI的公交客流实时监测系统，包括：

包括在站客流监测子系统、在车客流监测子系统与服务器数据分析子系统；

所述在站客流监测子系统包括在公交站上部署的公交车进/出站通讯模块、站载数据采集模块，站载数据处理模块与站载数据传输模块；

所述公交车进/出站通讯模块，周期性发送包含公交站预设ID的beacon帧；

所述站载数据采集模块，用于采集Wifi开启的移动终端发出的wifi数据包；

所述站载数据处理模块，与所述站载数据采集模块连接，用于从所述wifi数据包中解析出在站移动终端信息列表，并将所述在站移动终端信息列表发送至所述站载数据传输模块；

所述站载数据传输模块，与所述站载数据处理模块相连，通过无线通信将数据处理结果发送至所述服务器数据分析子系统；

所述在车客流监测子系统包括在公交车上部署的车载数据采集模块，车载数据处理模块与车载数据传输模块；

所述车载数据采集模块，用于采集Wifi开启的移动终端发出的wifi数据包；用于接收所述公交车进/出站通讯模块发出的包含公交站预设ID的beacon帧；

所述车载数据处理模块，与所述车载数据采集模块连接，用于从所述wifi数据包中解析出在车移动终端信息列表，并将所述在车移动终端信息列表发送至所述车载数据传输模块；

所述车载数据传输模块，与所述车载数据处理模块相连，通过无线通信将数据处理结果发送至所述服务器数据分析子系统；

所述服务器数据分析子系统包括服务器，所述服务器与所述车载数据传输模块和所述站载数据传输模块连接，处理所述在站移动终端信息列表。

可选地，所述站载数据处理模块，包括：

站载数据缓存模块，与站载数据采集模块相连，用于接收并存储在站移动终端信息列表；

站载数据应用模块，与站载数据缓存模块相连，从站载数据缓存模块中读取并筛选出在站移动终端信息，经数据传输模块发送至服务器。

可选地，所述车载数据处理模块，包括：

车载数据缓存模块，与车载数据采集模块相连，用于接收并存储在车移动终端信息列表；

车载数据应用模块，与车载数据缓存模块相连，从车载数据缓存模块中读取并筛选出车移动终端信息，经数据传输模块发送至服务器。

可选地，在车或在站移动终端信息列表包括：移动终端wifi模块的mac地址、信号强度、接收时刻、最早接收时刻、最晚接收时刻。

另一方面，本发明还提供了一种基于WIFI的公交客流实时数据处理方法，包括以下步骤：

(1)感知公交车进/出站的状态；

(2)获取在车乘客所携移动终端相关信息；

(3)通过对比公交车在不同站间在车乘客所携移动终端信息列表，获取获取公交车每站上下客数量。

(4)获取在站乘客所携移动终端相关信息；

(5)通过周期性地感知附近移动终端信息，获取在站乘客数量、乘客到达/离开时刻。

可选地，所述步骤(1)具体为：

部署在公交站上的公交车进/出站通讯模块，周期性地向一定空间范围内发送包含公交站唯一ID的beacon帧，根据车载数据采集模块获取该beacon帧从无到有和从有到无作为判别公交车进站和出站的依据。

可选地，所述步骤(2)具体为：

通过车载数据采集模块周期性地获取周边移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳的原始数据；

基于公交车行驶过程中乘客与车载数据采集模块相对位置不变这一现实，根据信号强度、出现频次与存在时长，对在车移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳等周期性获取的原始数据进行处理，去除公交车行驶途中车外无效数据，得到在车乘客所携移动终端相关信息；

经由车载数据处理模块处理，得到格式化的在车移动终端信息列表。

可选地，所述步骤(3)具体为：

通过对比不同站间在车乘客所携移动终端信息列表，以及所述的在站移动终端信息列表，分析得到每个移动终端携带者上下车站点，从而获取公交车站间OD；

基于公交站点OD及其时空属性，得到公交OD的时空分布。

可选地，所述步骤(4)具体为：

通过站载数据采集模块周期性地获取周边移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳的原始数据；

基于乘客在候车过程中与站载数据采集模块距离变化有限这一现实，根据信号强度、出现频次与存在时长，对在站乘客所携移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳等周期性获取的原始数据进行处理，去除路过行人与车辆上的移动终端的无效数据，得到一定时间段内在站移动终端信息；

经由站载数据处理模块处理，得到格式化的在站移动终端信息列表并周期性上传至服务器。

可选的，所述步骤(5)具体为：

通过对比不同周期在站乘客所携移动终端信息列表，分析得到不同周期下在站乘客数量、每个移动终端携带者到站/离站时刻，候车时间。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过获悉乘客公交出行时空规律，并通过对一段时间的数据分析，可以对个体或群体乘客公交出行的起止点、候车时间、出发时间、到达时间、换乘时空效率、行程时间，所乘公交线路等时空属性进行统计分析；

在车在站的客流预警，通过对在车在站客流数量的持续监测，当数值超过所设阈值时，实现对在车在站客流的预警；

公交服务水平的监测，通过对公交车进/出站时间戳的分析，持续监测公交服务效率的变化趋势；通过对在车人数数量的持续分析，持续监测公交线路/线网层面的公交服务效益的变化趋势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于WIFI的公交客流实时监测系统模块示意图；

图2是本发明实施例一提供的站载数据处理模块示意图；

图3是本发明实施例一提供的车载数据处理模块示意图；

图4是本发明实施例二提供的基于WIFI的公交客流实时数据处理方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种基于WIFI的公交客流实时监测系统，参见图1，所述系统10包括：

包括在站客流监测子系统100、在车客流监测子系统200与服务器数据分析子系统300；

所述在站客流监测子系统100包括在公交站上部署的公交车进/出站通讯模块110，站载数据采集模块120、站载数据处理模块130与站载数据传输模块140；

所述公交车进/出站通讯模块110，周期性发送包含公交站预设ID的beacon帧；

所述站载数据采集模块120，用于采集Wifi开启的移动终端发出的wifi数据包；

所述站载数据处理模块130，与所述站载数据采集模块120连接，用于从所述wifi数据包中解析出在站移动终端信息列表，并将所述在站移动终端信息列表发送至所述站载数据传输模块；

所述站载数据传输模块140，与所述站载数据处理模块120相连，通过无线通信将数据处理结果发送至所述服务器数据分析子系统；

所述在车客流监测子系统200包括在公交车上部署的车载数据采集模块210，车载数据处理模块220与车载数据传输模块230；

所述车载数据采集模块210，用于采集Wifi开启的移动终端发出的wifi数据包；用于接收所述公交车进/出站通讯模块发出的包含公交站预设ID的beacon帧；

所述车载数据处理模块220，与所述车载数据采集模块210连接，用于从所述wifi数据包中解析出在车移动终端信息列表，并将所述在车移动终端信息列表发送至所述车载数据传输模块；

所述车载数据传输模块230，与所述车载数据处理模块220相连，通过无线通信将数据处理结果发送至所述服务器数据分析子系统；

所述服务器数据分析子系统300包括服务器310，所述服务器310与所述车载数据传输模块140和所述站载数据传输模块230连接，处理所述在站移动终端信息列表。

可选地，参见图2，所述站载数据处理模块130，包括：

站载数据缓存模块131，与站载数据采集模块120相连，用于接收并存储在站移动终端信息列表；

站载数据应用模块132，与站载数据缓存模块131相连，从站载数据缓存模块中读取并筛选出在站移动终端信息，经数据传输模块发送至服务器。

可选地，参见图3，所述车载数据处理模块220，包括：

车载数据缓存模块221，与车载数据采集模块210相连，用于接收并存储在车移动终端信息列表；

车载数据应用模块222，与车载数据缓存模块221相连，从车载数据缓存模块中读取并筛选出车移动终端信息，经数据传输模块发送至服务器。

可选地，在车或在站移动终端信息列表包括：移动终端wifi模块的mac地址、信号强度、接收时刻、最早接收时刻、最晚接收时刻。

实施例二

本发明还提供了一种基于WIFI的公交客流实时数据处理方法，参见图4，包括以下步骤：

S100：感知公交车进/出站的状态；

具体地，部署在公交站上的公交车进/出站通讯模块，周期性地向一定空间范围内发送包含公交站唯一ID的beacon帧，根据车载数据采集模块获取该beacon帧从无到有和从有到无作为判别公交车进站和出站的依据。

S200：获取在车乘客所携移动终端相关信息；

具体地，通过车载数据采集模块周期性地获取周边移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳的原始数据；

基于公交车行驶过程中乘客与车载数据采集模块相对位置不变这一现实，根据信号强度、出现频次与存在时长，对在车移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳等周期性获取的原始数据进行处理，去除公交车行驶途中车外无效数据，得到在车乘客所携移动终端相关信息；

经由车载数据处理模块处理，得到格式化的在车移动终端信息列表。

S300：通过对比公交车在不同站间在车乘客所携移动终端信息列表，获取获取公交车每站上下客数量。

具体地，通过对比不同站间在车乘客所携移动终端信息列表，以及所述的在站移动终端信息列表，分析得到每个移动终端携带者上下车站点，从而获取公交车站间OD；

基于公交站点OD及其时空属性，得到公交OD的时空分布。

S400：通过对比公交车在不同站间在车乘客所携移动终端信息列表，获取获取公交车每站上下客数量。

具体地，通过站载数据采集模块周期性地获取周边移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳的原始数据；

基于乘客在候车过程中与站载数据采集模块距离变化有限这一现实，根据信号强度、出现频次与存在时长，对在站乘客所携移动终端wifi模块MAC地址、信号强度、时间戳等周期性获取的原始数据进行处理，去除路过行人与车辆上的移动终端的无效数据，得到一定时间段内在站移动终端信息；

经由站载数据处理模块处理，得到格式化的在站移动终端信息列表并周期性上传至服务器。

S500：通过周期性地感知附近移动终端信息，获取在站乘客数量、乘客到达/离开时刻。

具体地，通过对比不同周期在站乘客所携移动终端信息列表，分析得到不同周期下在站乘客数量、每个移动终端携带者到站/离站时刻，候车时间。

基于WIFI的公交客流实时数据处理方法，在具体应用时，公交车进/出站检测方法实现过程为：公交站上的公交车进/出站通讯模块，周期性发送包含公交站唯一ID的beacon帧，选择合适的发射功率，使得该beacon帧可接收范围在50-100m；

公交车进站过程中与公交站的空间距离不断缩小，当距离公交车进入包含公交站唯一ID的beacon帧可接受范围内，车载数据采集模块便接收到beacon帧，经由车载数据处理模块处理，将首次收到该站beacon的时间戳作为公交车进入该站的时刻，连同公交车ID、公交站ID经车载数据传输模块发送至服务器；

公交车进站过程中与公交站的空间距离不断增大，当距离公交站离开包含公交站唯一ID的beacon帧可接受范围，车载数据采集模块不再接收到beacon帧，经由车载数据处理模块处理，将最后一次收到该站beacon的时间戳作为公交车驶离该站的时刻，连同公交车ID、公交站ID经车载数据传输模块发送至服务器。

具体的，在车客流数据实时处理方法：

在车客流数据实时处理方法只在公交车在站间行驶过程中执行；

公交车最后一次收到公交站i发出的beacon帧时刻为表明公交车离开公交站n的时刻为在车客流数据实时处理方法开始工作；

在到达下一站公交站i+1之前，车载数据采集模块在全信道每100ms接收移动终端发出的wifi数据包(802.11协议下的所有管理帧与控制帧)并发送至车载数据处理模块；车载数据处理模块中的数据缓存模块存储每一个wifi数据包的移动终端mac地址、数据包类型、信号强度、首次出现时刻、最近一次出现的时刻；

公交车收到公交站i+1发出的beacon帧时刻为表明公交车达到公交站i+1的时刻为车载数据采集模块停止工作。车载数据处理模块中的数据应用模块读取数据缓存模块中所有数据记录，按下列条件筛选出在车移动终端信息：

(1)在时间段内，车载数据采集模块在全信道接收移动终端wifi数据包的次数为N，收到某移动终端wifi数据包的次数为n，且n/N≥λ，λ∈(0,1]；

(2)在时间段内，某移动终端wifi数据包首次出现的时刻为t_first，最近一次出现的时刻为t_last，α∈(0,1]，α可根据调整；

(3)在时间段内，计算某移动终端wifi数据包信号强度平均值且p_min，p_max根据车型不同由测定值决定；

(4)条件(1)、(2)满足其一，或都满足，且满足条件(3)，判定该终端在时间段内处于车厢内，并去除不满足条件的无效数据；

(5)数据缓存模块中所有数据记录清空；

车载数据处理模块将处理得到的公交站i与公交站i+1的在车移动终端信息，连同公交车ID、公交站ID在时刻经车载数据传输模块发送至服务器。

具体的，在站客流数据实时处理方法：

站载数据采集模块在全信道每100ms接收移动终端发出的wifi数据包(802.11协议下的所有管理帧与控制帧)并发送至站载数据处理模块；

站载数据处理模块中的数据缓存模块存储每一个wifi数据包的移动终端mac地址、数据包类型、信号强度、首次出现时刻、最近一次出现的时刻；

每隔一定时间段τ，站载数据处理中的数据应用模块读取数据缓存模块中所有数据记录，按下列条件筛选出在站移动终端信息：

(1)在[T,T+τ]时间段内，站载数据采集模块在全信道接收移动终端wifi数据包的次数为N，收到某移动终端wifi数据包的次数为n，且n/N≥λ，λ∈(0,1]；

(2)在[T,T+τ]时间段内，某移动终端wifi数据包首次出现的时刻为t_first，最近一次出现的时刻为t_last，(t_last-t_first)/τ≥α，α∈(0,1]，α可根据τ调整；

(3)在[T,T+τ]时间段内，计算某移动终端wifi数据包信号强度平均值且p_min，p_max根据公交站台长度不同由测定值决定；

(4)条件(1)、(2)满足其一，或都满足，且满足条件(3)，判定该终端在[T,T+τ]时间段内处于公交站内，并去除不满足条件的无效数据。

(5)数据缓存模块中所有数据记录清空；

站载数据处理模块将处理得到的在站车移动终端信息，连同公交站ID在T+τ时刻经站载数据传输模块发送至服务器，τ根据在站客流监测强度调整。

具体的，服务器端数据处理方法实现过程为：

(1)在服务器端对在车移动终端信息进行处理，可以实时获取每一位移动终端携带者上下公交站ID号及上下车时刻；

(2)在服务器端对在站移动终端信息进行处理，可以实时获取每一位移动终端携带者出发公交站ID号及到站时刻；

(3)在服务器端对公交车进/出站时间戳的分析，持续监测公交车站间行程时间、平均时速等公交服务效率的变化趋势，优选的，公交车进/出站检测方法还可以弥补当前公交自动报站系统由于GPS信号漂移导致进站报站不准的技术缺陷；

(4)在公交线路、线网层面对上述过程(1)、(2)获取的数据进行分析，从而较为准确的获得实时的、历史的公交站间OD的时空分布；可以对个体或群体乘客公交出行的起止点、候车时间、出发时间、到达时间、换乘时空效率、行程时间，所乘公交线路等时空属性进行统计分析；

(5)通过对上述过程(2)获取的数据持续监测，当数值超过所设阈值时，实现对在车在站客流的预警；

(6)通过对上述过程(1)-(5)得到的数据进行累积分析，为公交系统运行效率效益评估、公交线网优化调整、公交运力调配、运力实时调度等提供决策辅助。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过获悉乘客公交出行时空规律，并通过对一段时间的数据分析，可以对个体或群体乘客公交出行的起止点、候车时间、出发时间、到达时间、换乘时空效率、行程时间，所乘公交线路等时空属性进行统计分析；

在车在站的客流预警，通过对在车在站客流数量的持续监测，当数值超过所设阈值时，实现对在车在站客流的预警；

公交服务水平的监测，通过对公交车进/出站时间戳的分析，持续监测公交服务效率的变化趋势；通过对在车人数数量的持续分析，持续监测公交线路/线网层面的公交服务效益的变化趋势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。