城市公交管理信息系统设计

城市公交管理信息系统设计1系统开发的目的及功能需求分析1、1现状分析城市交通是城市社会、经济活动的动脉和纽带,对城市经济发展和人民生活水平的提高起着非常重要的作用。根据国内外城市交通发展的经验,优先发展公共交通是解决城市交通问题的根本途径之一。但是,目前我国各城市在进行公共交通系统建立的工作中,普遍遇到的一个问题是:大量的城市基础要素和交通信息未被充分的表达出来,给城市的现代化管理带来了诸多困难。如何充分利用现有的城市道路基础设施,使车和车、车和路、车和乘客相互协调,提高公交车辆的营运效率,为市民提供便捷的查询及管理系统,是现代公共交通发展急需解决的问题。现代地理信息系统技术的成熟和发展,为诸多空间信息的分析和管理带来了良好的契机。地理信息系统(GIS)由于其在开发模式、系统功能等方面的独特优越性,受到越来越广泛的欢迎。1、2功能需求分析一个良好的城市公交系统应根据该城市的具体情况，由多种方式灵活组合，形成多层次的立体网络、相辅相成、共同承担市区公共交通运输和市郊中短途客运。城市公交系统通常要从不同方面满足居民的多样化出行需求，鉴于交通运输联合化和服务质量要求的提高，城市公交系统基础信息平台应包含各运输子系统的多类信息，提供互联平台和信息共享融合渠道，实现公交网络整体效益的最大发挥。城市公交系统的活动主体主要包括该系统的管理决策者、营运者和使用者，他们对城市公交系统的基础信息提供具有不同的需求。1、2、1管理决策者城市公交系统的决策者通常由政府相关行业管理部门构成，负责制定、监督实施公交系统各层面规划、政策和法规(决策部门的信息需求主要包括城市总体规划信息、土地利用信息、经济发展信息、客流统计数据、公交行业营运报表等(随着公交系统信息化、智能化的发展)，决策层对信息的需求发生了显著的变化)。1、2、2营运者城市公交系统的营运者通常由公交汽车公司和下属的分公司构成(多数分别建立信息体系进行运营、维护)来满足日常时刻表制定、异常事件车辆调度、联合运输车辆调度、车辆保养等工作(随着公交系统信息化、智能化的发展)营运部门建立的信息系统应和基础信息平台实现连接)并成为存储平台数据基本表的信息子库(基础信息平台应具有对相关部门信息子库进行数据维护、定义相关视图及权限的功能。1、2、3公交出行者城市公交系统的使用者是各类乘客，乘客对信息平台的需求主要体现在出行前和出行中希望得到的公交信息，从而对乘客出行方式的选择和出行行为的规划产生影响。目前我国城市公交系统使用者获得的公交信息多数是静态信息，表达方式单一，获取手段具有局限性，乘客应能随时随地享受信息平台提供的服务，能够获得全方位多渠道的公交信息，特别是能够获得更多的实时动态信息，这些信息能够通过多种发布技术和发布终端到达乘客端。1、3系统设计原则为实现系统目标,最大限度地满足相关需求,并有利于系统的进一步扩充和扩展,在进行系统设计时将遵循如下原则:(1)先进性.系统采用目前国际上主流的体系结构,在先进的同时不失成熟和可靠.采用GIS的原理和方法对公交线路网络数据进行分析和建模,并采用大型商业数据库来存储、管理数据.(2)实用性.城市公交管理信息系统开发的目的是为乘客、公交企业、管理部门提供准确、及时、优化的公交信息。结合业务流程,满足各类人员的使用习惯及日常工作的需要,实现“人-软件-业务流程”的有机统一.能进行动态数据的管理,并保持数据的一致性,满足数据更新及操作响应的实时性要求.(3)可扩充性.系统的信息编码、系统功能和数据库结构,留有充分的扩充余地,便于在其基础上进一步开发,易于扩充其他专业使用系统.(4)可靠性.采用大型商用数据库的数据管理、备份功能;及时补充、更新、备份已变动的数据,图形信息和属性数据准确可靠.(5)高效性.提供海量数据的快速处理能力.(6)标准化.直接引用现有国家标准、行业标准或实际工作标准,必要时予以扩充,并考虑利用有关研究成果.(7)完备性.数据库中存贮的图形及属性等信息,应能充分满足日常工作条件下,系统的正常运行和数据更新的需要.2系统设计该系统的具体开发过程如图1所示。2.1系统结构城市交通管理信息系统旨在通过GIS技术在城市交通管理中的使用,提高城市交通综合管理水平,为政府科学决策提供依据。系统应为系统的管理决策者、营运者和使用者服务。系统功能结构如图2所示。公交营运者和管理决策者系统结构：(1)公交管理:主要内容包括公交线路、站点、发车时间等查询,公交覆盖率计城市公交管理信息系统管理决策者公交营运者公交出行者公交营运者和管理决策者运输调度规划预测公交管理综合查询交通服务地图管理数据管理评价系统算、公交专题图、公交网络图等。(2)运输调度:主要内容包括最短路径查询、公交换乘查询、道路查询、中长途车站调度系统接口、港口运输调度等。(3)规划预测:主要内容包括道路缓冲分析和设计、站点选址分析和预测、公交线路设置规划、停车场规划设计、居民公交出行量预测、居民出行总量预测、交通小区公交车辆配备计算和预测等。(4)综合查询:提供了系统非保密数据的多条件高级查询功能,包括对电子地图、交通属性数据、规划数据的查询。(5)交通服务:主要内容包括居民出行指南和交通项目上报审批服务。(6)地图管理:主要内容包括地理信息系统中常用的操作和分析工具等功能,如地图放大、缩小、图层控制、地图打印以及对道路、物点、区域等地图信息进行编辑和修改等。（7）评价系统：通过对单个快速公交系统的效绩评价,可以反映快速公交的运营效果,考核快速公交的管理水平,从而为快速公交系统的规划、建设和运营提供决策支持.公交出行者系统结构：功能描述1）、文件管理：文件的打开、关闭、保存、另存为、数据导出、打印2）、图例编辑：改变地图的显示方式（如分级显示、唯一值显示）3）、鹰眼视图4）、地图操作：放大、缩小、漫游、全图城市公交信息管理系统图例编辑鹰眼视图文件管理地图操作信息查询地图量测缓冲区分析打开关闭保存另存为数据导出打印放大缩小漫游全图属性表查询鼠标定位查询条件查询公交线路长度测量输入缓冲区条件查询5）、信息查询：属性表查询、鼠标定位查询、条件查询6）、地图量测：距离量测、面积量测7)、缓冲区分析：模糊字段查询以上功能在系统中通过菜单和功能按钮实现。2．2界面设计2．3数据库设计公交系统的数据库包括空间数据和属性数据两个部分，因此为了系统数据更新和维护的方便，系统数据库的建立过程分为两个部分来开展2.3.1系统数据的选取根据系统数据需求分析的结果，本着保证数据内容完整性强、数据信息的现势性强、数据精确度高的原则对现行数据进行审查和分析，最后确定以下几类数据作为本系统数据库的基础数据：城市市区图、城市地形图、城市交通旅游图、城市公交线路调查数据、公交车站站点调查数据等等。2.3.2基础数据库的建立一般来讲,从公交网络规划和管理的需要出发,公交基础数据可分为4类:公交网络数据、公交客流数据、公交行车数据和其他数据,具体框架结构如图所示。按照GIS标准化的要求,使用GIS软件MapInfo和关系数据库Access建立了城市公交网络信息数据库,为城市公交研究确立了数据基础。3系统关键算法的实现3.1最少换乘的公交最优路径算法算法的基本思想如图所示,在查询从站点1到站点2的最优路径的过程中,首先看二者之间是否可以直达,如果是,则直接进入最后一步,按照路线距离进行排序,给出其中最短的几条线路供用户选择;如果不是,则查询站点1所能直达的所有站点和能直达站点2的所有站点,对这两个集合求取交集,如果存在交集,则结束迭代,进入最后一步按路线总距离进行排序,否则,仍然继续迭代,求取从站点1必须经过1次换乘才能够到达的站点集合(涉及集合差和并),和能够直达2的所有站点集合求交,从而得到必须换乘两次才能到达的乘车方案。交集非空,则结束迭代,进入最后一步;否则,继续迭代,直到找到乘车方案为止。显然,这一基于“图论”的算法包含了众多的集合运算。对该算法的实现有两种途径可供选择,一是采用主存数据结构,实现集合的快速运算,其中包括快速查找、索引支持以及集合运算等一系列算法;二是直接利用现存商业数据库已有的在集合运算方面的优秀性能。评价数据3.2公交线网优化设计城市公交的基本职能主要表现在为生产和生活服务，因此它的基本任务是通过为乘客提供安全、方便、迅速、准点、舒适的乘车条件，最大限度地发挥现有公共文通设施的营运能力，节约全社会的总乘车出行时间。在城市公交线路的规划工作中运用优化的方法.对于满足客流需求，提高公共文通的经济性减少运能的浪费，缓解以至从根本上解决城市公交紧张的状况.具有重要而现实的意义。公交网络优化是公共文通系统工程的一个重要组成部分.对于任何一个城市的公交通系统其网络布局的优劣是决定该系统品质的主要因素之一。因此在规划或设计公共交通网络时，必须考虑以下目标对公交网络进行优化:1.为更多的乘客提供服务。2.使全体乘客的总出行时间更小。3.路交线网的效率最大。4.保证适当的公交线网密度。5.保证线网的服务面积率.减少公交盲区。所以城市公交网络优化是一个多目标规划的问题但这些目标不是全部独立的。处理这个多目标问题有多种方法，本文采用先对一个核心目标求最优解对其他目标以约束条件形式获得可行解或保留多个最优解，进行多目标分析。公交线网优化具有受影响因素多、过程复杂、客流分布不固定等特点,因此,建立模型前应对实际情况进行概括和简化。本文在分析优化实际过程的基础上,假设居民公交出行需求是固定的,考虑居民公交出行需求,规划目标为乘客换乘次数和线路通过的站点数最少,由此获得公交线网优化模型:式中:α1,α2——权重系数,且α1α2;n——公交网络内节点的数量;TNij——公交网络内从节点i到节点j的可能最少换乘次数;ODij——从节点i到节点j的客流量;Nij——从节点i到节点j所经过的可能最小站点数;δ——增加1次换乘相当于减少的站点数;L——公交网络内,单条线路的长度;qx——非直线系数;Qk——线路k的断面流量;Qkmax——线路k的最大断面流量Qkmin——线路k的最小断面流量;bn——线路断面客流的不均匀系数;ρ——公交线网密度;T——城市中95%居民出行单程的最大时耗模型中,第一个约束条件是线路长度约束。根据《城市道路交通规划设计规范》的要求和大城市的实际情况,上限取15km;考虑到公交运营要求,下限取5km。第二个约束条件是非直线系数约束。对于一般城市,其值取1.15￣1.20为宜;对于单条公交线,应不大于1.4。第三个约束条件是单线载客容量限制。线路断面最大流量计算方法如下:Qkmax=60CxlkXcr/hk式中:Cx——不同车型的客容量(人),一般单节公交车为72人,铰接车为129人,双层公交车为120人,中巴车为26人;lk——线路的满载率,高峰时一般取0.85,平峰时取0.60;Xcr——线路重复影响系数,其中Xc是和某条线路重复的最大线路条数,它们之间关系如下:hk——高峰小时发车间隔,单位为s考虑到公交运营要求,线路断面流量也不应小于线路断面最小流量。第四个约束条件是断面客流量不均匀系数约束,其bn计算如下:bn=maxQs/Q式中:Qs——线路第s个断面的客流量(人);Q——线路平均断面流量(人)。第五个约束条件是公交线网密度约束。公交线网的密度是指城市有公交线路服务的每平方公里用地面积上有公交线路经过的道路中线的长度,它反映了城市公交线网的规模。当公交车保有量一定时,公交线网密度过高或过低都会造成非车内时间的增加。在线网优化过程中,线网的规模不可能无限制地增大,因此增加了线网密度ρ的上限约束ρmax,它是和城市规模和客流量相关的函数。第六个约束条件T≤Tmax是居民出行时耗约束。城市中95%居民出行单程的最大时耗上限影响城市公共交通方式的选取,因此,应将它作为线网优化模型的约束条件之一。综合来说,模型体现了公交网络的设计原则和各种客观条件的制约,从道路网开始就剔除了不合理的线路走向;线长约束和非直线系数约束大大地减少了点对之间的线路;断面客流量的约束保证了线路的通畅和线网的合理性;同时,由