整合PDA及GIS发展

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整合PDA及GIS发展
智慧型拨召公系统之研究
Integration of PDA & GIS to develop
Intelligent Dial-a-ride System
苏昭铭1 杨琮平2 庄子骏3
Jau-Ming Su Tsung-Ping Yang Tzu-Chun Chung
摘要
解决高龄者与身心障碍者交通问题已经成为目前政府积极推广的社会政
策之一,因此机动性高可针对特定使用者提供即时服务的拨召公 (Dial-a-ride),
对於高龄者与身心障碍者之运输服务势必扮演重要角色.然拨召公由於线,
班次及无障碍设施并非固定,在过去通讯科技与定位技术限制下,拨召公大
采预约式服务,无法满足使用者之即时需求.
本研究旨以先进大众运输系统(APTS)观 ,整合全球卫星定位系统(GPS),地
资讯系统(GIS),整合封包无线通讯服务(GPRS),及日普及之个人位助
(PDA)设备,构建ㄧ套可提供即时调派遣服务之智慧型拨召公系统.该系统除
可透过GPS取得辆即时定位资讯,并用GIS空间对位技术取得乘客定位资讯
外,尚以GPRS无线通讯技术将调派资讯传送到拨召公上之PDA设备,作为驾
驶员执任务之依据.在系统核心之调派遣作业方面,因拨召公之派遣具备
需在同一线中需完成顾客先『搭载』後『送达』之服务特性,本研究将其区分
为 :(1)静态调派:在发前即已知道所有须要服务的顾客;(2)动态调派:在
辆驶的途中,可时加入新的顾客.研究结果显示该系统可透过先进科技即
时掌握「人」和「」之即时资讯,并运用该资讯进即时调派作业,除可满足
高龄者与身心障碍者静态调派外, 可提升使用者在动态调中之即时动服务
品质.
关键词:拨召公 ,地资讯系统,整合封包无线通讯服务,个人位助
Abstract
The mobility of elder and handicapped travelers has been recognized as a key
social welfare policy to be implemented by government. With its high level of mobility,
the Dial-a-ride bus system is designed to provide transportation service to certain users
in real-time service, is likely to play a critical role with respect to the transportation
needs of elder and handicapped travelers. The Dial-a-ride bus system provides services
with no fixed route and schedule. Also, the handicapped-friendly facilities weren't
erected in fixed positions. Without communication and positioning technology, the
1中华大学运输科技与物管学系副教授
2中华大学科技管研究所博士候选人
3中华大学科技管研究所博士班研究生
1
Dial-a-ride bus system provided service on reservation only and was, therefore, unable
to provide real-time services to users.
This study incorporates APTS concept and attempts to integrate GPS, GIS, GPRS,
and PDA devices into an intelligent Dial-a-ride bus system that provides real-time
services to users. The system is designed to locate the real-time position of vehicle via
GPS and to locate the passengers via GIS address-matching technology, to be
transmitted to the PDA provided in the Dial-a-ride bus via GPRS radio communication
technology so as to guide the driver. The Dial-a-ride bus "picks up" passengers and
transports passengers to their "destinations". Therefore, this study has divided the
dispatch process into two categories: (1) static dispatch: awareness of the passengers to
be served prior to dispatch; and (2) dynamic dispatch: to pick up new passengers on the
route. This study concludes that the system acquires the real-time information of
"passengers" and "vehicles" via advanced technologies and dispatches buses according
to the information, thereby serving the elder and handicapped travelers statically and
upgrading the quality of services for users via dynamic dispatching.
Keywords: Dial-a-ride, Geographic Information System, General Packet Radio
Service, Personal Digital Assistant
一,前言
拨召公系统为一种使用者具有部份程自主权之副大众运输系统
(Paratransit),其服务方式为使用者(乘客)主动打电话到控制中心告知其起讫点後,
由控制中心之调员妥善规划线,并指派辆接送乘客,完成运送为.但拨
召公系统在国内并普遍,而在系统功能相近的运输方式中则有无线电计程
与交通种服务型态,其功能差可汇整如表一,由该表可知拨召公之服务
特性与无线电计程甚为接近,皆是乘客打电话至控制中心叫 ,但其主要差
在於无线电计程是以小型客服务一个使用者,而拨召公则同交通般可服
务多个使用者.
2
表一功能差比较表
特性拨召公无线电计程交通
服务辆中,小型客小型客中,大型客
费中高低
起讫点自主权高高低
时间自主权高高低
等时间中短长
上绕时间中短长
每服务人中少多
近高龄人口比持续增加,而人在使用大众捷运系统或公等大
众运输工具有其限制性存在,如起讫点至站间之交通性以及上下之安
全性等;再者,由於所得增加,服务业与高科技产业蓬勃发展等因素,亦间接
促成使用者冀望提升搭乘运具自主权的程 ,使得此种乘客具有选择起,讫点
与时间等自主权的运输系统,具有高的竞争 .此外,治安与计程管所
衍生的问题,亦削弱计程之竞争优势,因此拨召公系统未将可能成为副
大众运输系统之主 .
完整的拨召公系统依其时间顺序,可区分为下三项作业程序:
1.资登 :该步骤系指乘客与控制中心之系,让控制中心作业人员知道乘客
上,下地点与时间,作业人员并进资登工作.
2. 线规划与派 :控制中心作业人员依需求面所得资进线规划与派动
作.
3.运载乘客与辆管 : 辆司机依照控制中心指示,至特定地点载送乘客到目的
地,而管制中心则进辆管工作.
现今作业方式主要是使用者打电话向管制中心告知起讫点与时间,再由作业
人员用文字记载或电脑资键入工作後, 用各种分析软体设计规划线,尔
後再进派 ,搭载乘客至目的地.依据本研究初步探讨,发觉目前技术可能产
生作业缺失如下:
1. 作业人员必须花费大时间在资登上,造成公司营运成本的增加.
2. 透过语音传递发生登错误情形,造成辆调派上之困难.
3. 可靠在拨召公系统营运中应扮演依重要角色,但目前管制中心对於派出
辆是否载运到乘客,所派出辆何时能完成运送为并无法有效掌控,造
成辆调派上的困难.
本研究中尝试改善上述缺失,除对管资讯系统与地资讯系统进整合
外,并且以先进大众运输系统观 ,整合全球卫星定位系统,整合封包无线通讯
服务(GPRS),及系统开放与低价之个人位助 (PDA)设备,构建ㄧ套可提供即时
3
调派遣服务之智慧型拨召公系统.该系统除可透过GPS取得辆即时定位资
讯,并用GIS空间对位技术取得乘客定位资讯外,尚以GPRS无线通讯技术将
调派资讯传送到拨召公上之PDA设备,作为驾驶员执任务之依据.
二,文献回顾
目前对於拨召公之研究,以卓训荣等人[4]及史习平[2]针对门地区所发展
之无障碍拨召公系统最为完整,该研究系结合GPS,GIS与无线电通讯等技术
所构建,包括预约订位, 线排程,统计管与辆定位等系统,研究中对於GPS
的相关技术有十分完整之探讨,惟该研究在资登之性与拨召公之队
管方面著墨多.除此之外,大多文献均是以线规划设计为主[9,18,19],曾
俊杰[14]曾以新竹科学园区为 ,探讨在顾客需求型态已知情况下之派与线规
划问题,该研究显示以最小距插入法做线设计时,可兼顾服务水准与营运成
本,为较佳之线设计方法.韩华[15]与苏昭铭[16]亦曾用GIS作为辆线
规划之辅助工具,故本研究所构建之线规划系统亦有其可性.庄英群[13]应用
禁忌搜寻法於混合送收货之辆途程问题,其假设是建在需求点上可能同时需
要送货及收货的情况,并且在违背容限制以及顾客开始服务的时刻必须在
规定的时间区间内, 使辆能以最小的途程距服务完所有的需求点.其研
究可作为本研究中静态调派之考依据.而梅明德[12],洪仲 [7]以随时演算法之
求解架构发展一启发式演算法求解动态线之建与改善,其研究可作为本研究
中动态调派之考依据.
在资登技术方面,网际网的普及,促使电子交时代早日到 ,物
管域中的电子订货系统(EOS)与销货点情报系统(POS)皆早已实现电子资登
技术.但拨召公系统之登考使用者特性,大以电话为主,电脑与电话
介面整合(Computer Telephony Intergration,CTI),近已经成为一种标准应用,透
过电显示,电脑搜寻技术以及客户资库整合,快速掌握客户相关资讯,惟拨
召公系统资登需加以考空间地座标之关性,本研究中乘客定位部分
将以王晋元[1]在计程乘客订位系统中定位功能为基础.在辆管方面,目前
大多是以预测方式进此种顾客需求导向之管 ,本研究结合GPS所提供之即时
定位资讯与GIS之地空间资提升控制中心对辆管与调之考.
目前国内学者[5,6,8,9,10]在线规划系统与GPS,GIS之相关技术方面已有显
著之成果,因此本研究之重点将著重於整合地资讯系统技术运用在资登系
统,与运用GPS整合GPRS与PDA进辆管方面,在线规划方面将则运用
既有之技术.
三,系统架构
3.1 系统组合
4
本研究中,将智慧型拨召公系统基础架构主要由三个单元所组成,如图一
所示:
123
456
789
*8#
图一智慧型拨召公系统基础架构组合单元图
1. 上单元:包含具据通讯功能之智慧型PDA手机以及GPS卫星定位模组,
其主要功能除在提供资讯显示外,并以GPS接收辆即时定位资讯透过据通
讯传输回控制中心以辆派遣调管 .
2. 通讯单元:此单元以据通讯公司做为媒介,主要在提供无线据传输转介之
功能,将上单元所传送之无线据资透过TCP/IP通讯协定以提供管单
元加以应用.反之,亦可将管单元所发送之讯息透过通讯单元进无线发送
至上单元.
3. 管单元:主要为控制中心运作,除电脑与电话高整合之CTI技术外,并结
合地资讯系统与电子地图提供辆监控派遣与乘客定位服务.
3.2 系统功能
拨召公系统依使用对象可区分为驾驶者,使用者(乘客)与管者三方面,
就驾驶者而言,其著重在资讯显示性,导航资讯的准确性与紧急救援的快速
反应;就使用者而言,其重视的是资输入的性,接送辆的可告性与快捷
性;对管者而言,其强调的是资登入的正确性与性,与队管的有效
性,而其主要目的即在於提升作业效与服务品质,同时低作业成本.依此功
能分析,本研究所构建先进拨召公系统之系统功能架构如图二所示,该架构系
以辆定位监控模组与辆派遣排程模组为系统核心基础,各子系统依其使用对
5
象则区分为驾驶者介面,使用者介面与管者介面三部分,兹就此三介面内各子
系统与系统核心之主要功能明如下:
辆定位监控模组
辆派遣排程模组
地资讯系统
电子地图
核心系统管者介面
乘客管子系统
订位管子系统
辆管子系统
辆/人员追踪子系统
辆定位派遣子系统
使用者介面
订位输入子系统
乘客管子系统
辆/人员追踪子系统
驾驶者介面
管回报子系统
派遣讯息子系统
导航求助子系统
紧急救援子系统
图二智慧型拨召公系统功能架构图
1. 驾驶者介面:建构於智慧型PDA手机上,驾驶者可透过PDA上触控式萤幕
进系统操作.
(1) 管回报子系统:对於乘客未依约上或取消预约等事件,可提供与控
制中心双向资讯结,确实掌握乘客动态.
(2) 派遣讯息子系统:驾驶者可获取即派遣讯息,除可取外,亦可查询
相关史派遣讯息,并获得相关统计据.
(3) 导航求助子系统:驾驶者对於熟悉之乘客搭乘地点,可由控制中心获
取图型式之电子地图,进径导航,并提供文字型导航指引.
(4) 紧急救援子系统:当辆发生交通事故,故障或抢劫时,可提供控制中
心对辆做即时掌握,并提供必要之协助.
2. 使用者介面:构建於控制中心Web伺服器上,提供使用者透过浏览器进系
统操作,采用浏览器介面将有效缩减操作学习时间..
(1) 订位输入子系统:考多为高龄者使用,预约订位可打电话至控制中心
告知订位相关基本资 ,由控制中心代为输入使用者资 .使用者亦可
用浏览器输入订位基本资 ,如搭乘人 ,起讫点位置与时间要求.
(2) 乘客管子系统:使用者可就本身基本资进编修工作或由控制中心
服务人员代为操作.
6
(3) 辆/人员追踪子系统:该子系统之功能有二,一为使用者在已下订位
但未上前,可查询接送辆之位置;另一为使用者已进入接送辆後
,其相关人员在经过认证後,可查询使用者搭乘辆之现位置.除上
述二功能外,亦可设定以简讯传送辆现位置讯息.
3. 管者介面:构建於控制中心伺服器上,提供管者透过终端机进系统操
作.
(1) 乘客管子系统:管者依其需要对相关使用者基本资进编修与相
关管统计工作.
(2) 订位管子系统:管者依其需要对相关订位资进编修与管统计
工作.
(3) 辆管子系统:管者依其需要对各项辆资进编修与管统计
工作.
(4) 辆/人员追踪子系统:管者可透过此子系统得知所有客户与载送
辆之现位置,以有效掌握辆即时动态.
(5) 辆派遣子系统:管者可藉由此子系统自动进静态或动态性的辆
派遣工作,其结果可提供管者进调派遣之依据.除可以电脑自动
派遣之结果执派遣外,亦可直接以人工迳指定辆派遣.
4. 系统核心:
(1) 辆定位监控模组:该模组主要在处 GPS所传回资 ,以取得各载送
辆之最新位置,将相关资讯提供给辆/人员追踪子系统使用,另一
方面亦可作为辆派遣排程模组进载送辆选派之基础.
(2) 辆派遣排程模组:该模组主要在进载送辆选派与接送最佳线分
析.
3.3 拨召公之辆派遣问题
基本上,拨召公之辆派遣属於收送问题(Pick and Delivery Problem;PDP),
该问题之特性为每一运输需求皆是成对的起讫点,亦即辆由场站发後至使用
者上地点搭载後,一定将其送至目的地.依据Teodorvic[20]对於排程配送所进
之分析为基础,本研究对於拨召公之派遣排程问题之相关特性假设如下:
1. 辆发场站只有一个,且排程之起点与终点均为发场站,故属於单场站
辆排程问题.
2. 队拥有多部同载运人之辆,各辆采委托配送方式,且同一辆於同
一配送线可服务个以上客户.
3. 运输网具方向性,且各需求起讫点均位於网节点上,故属於节点排程问题.
4. 需符合时间窗限制,必须在规定时窗内完成乘客接送为.
因拨召公之派遣具备需在同一线中需完成顾客先『搭载』後『送达』之
服务特性,本研究将其区分为 :(1)静态调派:在发前即已知道所有须要服
7
务的乘客,亦即事先预约之乘客,其时间间隔限制至少一日以上;(2)动态调派:
在辆驶的途中,可时加入新的乘客需求服务,其时间间隔限制可视当时服
务需求进调整.在静态调派主要以前一日预约已知需求服务乘客为主,由於所
以可在营业时间结束後至营业时间开始前进线规划,此部分采庄英群[13]应用
禁忌搜寻法进途程改善.执禁忌搜寻法时,必须先产生一组起始解,而起始
解采用改後节法产生,然後以禁忌搜寻法的概以进改善;在动态调派
部分,则考梅明德[12]於线上型时窗限制辆线问题求解演算法,其线上型
线改善方法,具有随时演算法(anytime algorithm)之特性,可以在线上求解时被中
断,却仍能提供有效的答案,并且随著运算时间的增加,持续改善启始解的求解
品质.因此,其解题特性可符合「时间间隔限制视当时服务需求进调整」.乘客
可在第一时间了解其是否被接受服务,管者亦可在系统闲置时间,逐步改善
线规划结果,充分用资源,提升经营绩效.由於,本研究主要探讨整合全球卫
星定位系统(GPS),地资讯系统(GIS),整合封包无线通讯服务(GPRS),及个人
位助 (PDA)设备,构建可提供即时调派遣服务系统之可性,故在本文中
详述解题步骤与方法.
四,系统测试
由於使用者作业环境除以Web-Base为基础之浏览器进功能操作外,使用者
亦可透过电话经由控制中心客服人员代为操作订位工作後,将相关资讯提供给管
者端电脑产生辆派遣与相关资讯的产制工作,并将相关派遣讯息传送至驾驶
者,因此如何能符合快速反应之特色,将是本研究最主要之课题.为确认本研究
所构建先进拨召公系统之实用性与有效性,本研究采室内模拟测试方式加以进
,兹先就该项测试之系统操作环境明如下:
4.1 系统操作环境
1.驾驶者端:
(1)智慧型PDA手机:O2 XDA II (具GSM通讯与GPRS 据传输功能)
Intel PXA263 400MHz
(2)GPS 卫星定位接收器:常天Rikaline X7 芽GPS
(3)和信GPRS 据传输
2.使用者端:
(1)具浏览器之个人电脑
(2)电话
3.管者端:
(1)Web伺服器(Pentium 4 2.4G,,1G,并已安装SQL资库软体)()
(2) 电显示设备(CTI)
(3)电子地图(交通部运输研究所新世纪台湾地区交通网值地图1.0版[3],
仅用台市区域)
8
(4)系统软体(以ASP,VB,MapObjects以及NetEngine开发完成)
4.2 系统测试结果
本研究整合PDA,GIS,通讯以及电脑科技技术,强调系统对使用者快速反应.
因此,在系统测试评估指标上皆以反应时间为主.其反应对象包含使用者,驾驶
者以及管者,系统目标在於将即资讯在最短时间内回馈给需要的查询者.因
此本研究中以以下项目作为评估指标,兹就各项明如下:
1. 订位资输入完成时间:主要以使用者透过电话告知相关订位,控制中心客服
人员代为操作,整个订位资输入完成为止所需要的时间.其中整合地资讯
系统进乘客搭乘地点定位,以期缩短输入时间和低输入错误 .在输入过
程中, 乘客为过去曾搭乘之顾客,可从候选史资进挑选, 可大幅
低输入时间.
2. 派遣完成时间:当订位资输入完成後,系统开始自动进派遣至回报派遣结
果为止所需的时间称为派遣完成时间. 管透过网或是电话的使用者,我们
希望的等待时间是越短越好.此项指标与上述订位资输入指标加总时间为使
用者进入系统後到得到结果所需花费的总时间.但由於订位资输入为必要花
费之时间,其时间受到各种人为因素影响而增加或减少,然而,派遣完成时
间即为使用者等候时间, 能减少派遣完成平均时间,就能将派遣结果快速反
应使用者,提升服务满意 .
3. 派遣指示传输时间(控制中心传送至驾驶者):在派遣完成後,除将派遣结果告
知使用者外,亦透过无线据传输将派遣指示讯息传送至驾驶者所放置於上
之PDA,显示告知驾驶者,并自动传送「已收到」讯息回控制中心,透过双向
讯息确认,确保讯息传递无误.此过程所花费之时间称为派遣指示传输时间.
4. 况确认传输时间(驾驶者传送至控制中心):在驾驶者执任务过程中,可将
外况回报控制中心,如找到乘客, 辆故障等况,透过PDA以预设按
键或手写文字以无线据传输将况提供给控制中心,控制中心视况自动回
应,该过程所需时间称为况确认传输时间. 管是派遣指示或是况确认,
其反应对象为驾驶者与管者:使驾驶者能够确掌握派遣指示,管者能够
掌握辆与使用者态.
5. 卫星定位资讯传输时间:卫星定位接收器一般可以以每秒的速新定位资
讯,但由於必须透过无线据传输将定位资讯传回控制中心,有其必然的时间
延迟.因此,卫星定位资讯以3秒钟的速取得新再加上传回控制中心所花
的时间称为卫星定位资讯传输时间该传输时间间隔的长短会影响到控制中心对
於辆现位置的判断,对於管者而言,将会影响其派遣结果的正确性
6. 导航地图资讯传输时间:当驾驶者对於乘客所在地点熟悉时,可向控制中心
要求导航地图需求,控制中心将导航地图透过无线据传输至驾驶者PDA上,
并将显示地图与导航文字,从发出需求到PDA显示地图所花费的时间称为导航
地图资讯传输时间.
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本研究采测试输入300笔乘客订位资 ,并模拟况确认与导航地图需求各
100次,PDA与控制中心电脑皆已透过定位卫星校正时间,并在各项传输资前
加上时间以算出其时间差,其所得结果如表二所示:
表二评估指标测试结果一览表
评估指标项目平均时间
(秒)
最长完成时间
(秒)
最短完成时间
(秒)
1 订位资输入完成时间 124 255 10
2 派遣完成时间 1.62 2.31 0.58
3 派遣指示传输时间
(控制中心传送至驾驶者)
2.78 8.25 2.1
4 况确认传输时间
(驾驶者传送至控制中心)
3.12 13.2 2.34
5 卫星定位资讯传输时间 3.45 7.56 2.98
6 导航地图资讯传输时间 52.32 180.25 42.35
除评估指标第1,2项外,皆与无线据通讯有关,在模拟测试中皆以定点测试,
故无资传送失问题,但由於透过TCP/IP封包传送,受到网的影响造成一
的延迟.
五,结与建议
5.1 结
1. 拨召公系统系一种功能介於无线电计程与交通间之副大众运输系统,该
经营方式虽然在国内尚未盛 ,但在人口持续增加,无障碍运输空间的提
倡与国民所得日提升的环境下,相信此种强调高自主权的运输工具在未运
输市场上将扮演重要角色.
2. 为提升拨召公系统之营运效 ,本研究结合地资讯系统,全球卫星定位系
统,个人位助 ,无线据传输与排班作业技术,发展一套先进拨召公系
统,该系统系以辆派遣排成模组与辆订位监控模组为核心系统,并依使用
对象区分为驾驶者介面,使用者介面与管者介面三部分,在驾驶者介面部分
中包括管回报子系统,派遣讯息子系统,导航求助子系统与紧急救援子系统
等四个子系统;在使用者介面中包括订位输入,客户管与辆/人员追踪等三
个子系统;在管者介面中则包括.客户管 ,订位管 , 辆管 , 辆/人
员追踪与辆订位派遣等五个子系统.
3. 用先进拨召公系统之控制中心,使用者在用订位输入子系统,输入搭乘
人 ,起讫点与起讫时间後,系统会将接受订位与否之讯息及运费快速回应给
使用者,在使用者确定订位後,系统即会用GPS所得到之即时辆位置与派
遣辑指派运送辆并产生辆之进建议线,因此控制中心之作业将可完
全自动化.
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4. 先进拨召公系统控制中心在辆追踪功能上,可用GPS技术即时追踪网
上之辆与搭载之乘客.在使用者方面,在等候接送辆时可透过网际网查
询辆之即时位置,减少必要的边等候;在上後,使用者之亲友则可经
密码认证後,查询载送乘客辆位置.
5. 测试结果显示,本研究在评估指标-订位资输入完成平均时间虽为124秒,但
其最短完成时间为10秒,这是由於乘客已存在史资库中.就拨召公而言
其搭乘乘客大为常客,在系统长期运作,该输入完成平均时间应也会大幅减
少.
6. 测试结果显示,本研究在评估指标-派遣完成时间上其执平均在2秒内,显示
系统派遣时间可满足使用者容忍等候时间.
7. 测试结果显示,本研究在评估指标中-派遣指示, 况确认,卫星定位资讯传输
平均时间皆在4秒以下,其显示在无线据通讯好的况下,本系统可达
到即时派遣与即时追踪之目标.亦证明PDA与GIS整合之可性.
8. 由於拨召公使用者的特性,电话与电脑整合技术CTI再加上地资讯系统定
位技术之应用,将可减少人工输入错误,并快速提供派遣模组基本定位资讯.
5.2 建议
1. 本研究目前仅完成实验室虚拟资测试,并结合PDA手机与GPS 端设备定
点测试,未可进实际道之实测工作,以确认研究之实用性.
2. 本研究中对於辆派遣线规划可再进一步探讨,应用同技术将可再缩短派
遣完成时间,减少使用者等候时间,提升经营绩效.
3. 本研究中以GPRS无线据通讯为基础平台,改用速快的3G技术,将可
提供加的服务.
4. 评估指标-导航地图资讯传输平均时间过长的原因是导航地图是以点阵图档格
式进传输,未可将电子地图预存或事先仅传送部分向地图资於PDA手
机记忆体上.但是,电子地图使用的成本亦会大幅增加.
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