城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快 , 如何解決城市公交管理問(wèn)題已經(jīng) 成為城市可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。 城市公交管理問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)工程 , 常用的經(jīng)驗(yàn)性的 方法是不能完全解決問(wèn)題的 , 必須運(yùn)用科學(xué)的、系統(tǒng)的方法來(lái)解決。近年來(lái) , 運(yùn)用數(shù)字化技 術(shù)尤其是 GIS 技術(shù)來(lái)解決交通領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)處理和規(guī)劃分析等問(wèn)題已經(jīng)成為交通管理信 息化的一個(gè)重要手段。為了便于管理這些公交信息 , 同時(shí)也為了方便公交乘客的出行 ,本文開(kāi)發(fā)了城市公交管 理信息系統(tǒng)。 該系統(tǒng)不但可以方便地查詢到城市的公交站點(diǎn)、 道路和公交線路 , 其中最重要 的一個(gè)功能是在乘客給出起點(diǎn)和終點(diǎn)后 ,

2、自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)的乘車路線 , 設(shè)計(jì)出合理而有效的 算法, 而且可以在一定程度上 ,使公交客流分配更加合理。一：功能需求分析（1）對(duì)于市內(nèi)對(duì)公交線路不太熟悉的居民以及外地旅客來(lái)說(shuō), 他們?cè)谝怨环绞匠鲂袝r(shí),在選擇公交線路和乘行方案方面存在著很大的盲目性, 而該系統(tǒng)除了可以為出行者提供公交線網(wǎng)基礎(chǔ)信息、 線路運(yùn)行信息外 , 還可以將幾種經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析的最佳出行線路及換乘 方案推薦給出行者 , 通過(guò)對(duì)乘客選擇線路進(jìn)行合理引導(dǎo) ,減少乘客的出行延誤 , 從而提高整 個(gè)公交線網(wǎng)的運(yùn)行效率。（2）對(duì)于城市公交管理部門來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)是在快捷、方便、舒適、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)人的移動(dòng) 的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中 , 使公共交通管理達(dá)到經(jīng)

3、濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一 , 適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 體制的建立，適應(yīng)改革與發(fā)展。利用該系統(tǒng)GIS的專題地圖可以顯示出一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū) 的交通事故分布、 交通違章分布、 道路的現(xiàn)狀和道路規(guī)劃等專題情況 , 為交通管理部門提供 一個(gè)直觀的決策分析工具。在交通運(yùn)營(yíng)管理中 , 利用 GIS 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析 , 緩沖分析等功能 可以很直觀地反映一個(gè)城市的公交網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀態(tài) ，分析公交線路設(shè)置是否合理，評(píng)價(jià)公交站 點(diǎn)選址是否科學(xué)等。（3）經(jīng)濟(jì)效益的好壞是評(píng)價(jià)一個(gè)企業(yè)成敗的關(guān)鍵。當(dāng)然，對(duì)于城市公交企業(yè)來(lái)講也不 例外，眾所周知，城市公交企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和發(fā)展受多種環(huán)境因素和內(nèi)部條件制約，如政府政策、城市人口數(shù)量、居

4、民消費(fèi)需求、城市交通結(jié)構(gòu)等，以及企業(yè)資產(chǎn)狀況、產(chǎn)權(quán)體制、經(jīng)營(yíng)管理 者水平、技術(shù)創(chuàng)新能力等。而經(jīng)營(yíng)管理是眾多因素中最重要的一個(gè)。該系統(tǒng)可以幫助企業(yè) 的管理部門確定乘客的地理分布以及確定公交線路和站點(diǎn)附近的人口，出行流量，線路上公交車輛的滿載率，道路交通狀況等因素，從而方便了企業(yè)對(duì)公交線路的規(guī)劃以及線路上公交 車輛的投放量的部署。二：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1城市公交管理信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)城市公交管理信息系統(tǒng)旨在通過(guò)GIS技術(shù)在城市公交交通管理信息中的應(yīng)用，提高城市公共交通綜合管理水平，為政府科學(xué)決策提供依據(jù)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如下圖所示。(1) 路徑查詢 : 為乘客的公交出行提供準(zhǔn)確、及時(shí)、優(yōu)化的公交信息服務(wù)(

5、2) 出行預(yù)測(cè) : 公交出行需求預(yù)測(cè)可用于從宏觀上指導(dǎo)城市公交發(fā)展 , 盡可能使城市 公交規(guī)模與城市規(guī)模相匹配。(3) 路網(wǎng)顯示 : 可以直觀顯示城市公共交通發(fā)展規(guī)模、場(chǎng)站布置和線路布設(shè)。(4) 公交覆蓋 : 公交服務(wù)的覆蓋性及方便舒適性是出行者選擇公共交通方式的主要因素。(5) 交通服務(wù) :主要內(nèi)容包括居民出行指南和交通項(xiàng)目上報(bào)審批服務(wù)。(6) 地圖管理 : 主要內(nèi)容包括地理信息系統(tǒng)中常用的操作與分析工具等功能,如地圖放大、縮小、圖層控制、地圖打印以及對(duì)道路、物點(diǎn)、區(qū)域等地圖信息進(jìn)行編輯和修改等。2.2 城市公交管理信息系統(tǒng)在幾個(gè)主要模塊中的詳細(xì)設(shè)計(jì)2.2.1 路徑查詢系統(tǒng)路徑查詢系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的

6、目的是為乘客的公交出行提供準(zhǔn)確、 及時(shí)、優(yōu)化的公交信息服務(wù)。 系統(tǒng)向乘客提供公交信息的動(dòng)態(tài)走向 , 生成出行輔助計(jì)劃 ,對(duì)乘客的出行進(jìn)行主動(dòng)而合理的 引導(dǎo), 最大程度上方便乘客 , 從而將無(wú)序的交通出行變得有序 ,優(yōu)化客流分布 , 提高公交線網(wǎng) 的運(yùn)行效率 , 同時(shí)將該系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用也是提高城市形象的一項(xiàng)重要舉措。A. 該系統(tǒng)的具體開(kāi)發(fā)思路如下 公交乘客對(duì)現(xiàn)有的公交站點(diǎn)、公交線路、運(yùn)營(yíng)計(jì)劃進(jìn)行查詢。 公交乘客輸入任意出行起點(diǎn)、終點(diǎn),系統(tǒng)在相應(yīng)的約束條件下，查找搜索出最優(yōu)公交 出行路徑集和換乘方案，最后以圖表的形式反饋給乘客。 公交部門管理人員可根據(jù)站點(diǎn)、線路的變更，運(yùn)營(yíng)調(diào)度計(jì)劃的調(diào)整，及時(shí)更

7、新系統(tǒng)的 公交線網(wǎng)，對(duì)與公交有關(guān)的其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行方便的管理和維護(hù)。B. 系統(tǒng)具體介紹路徑查詢系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程見(jiàn)下圖：蘇州市道路網(wǎng)圖T路徑查詢系統(tǒng)的功能路徑查詢系統(tǒng)主要服務(wù)于公交出行者。對(duì)于市內(nèi)對(duì)公交線路不太熟悉的居民以及外地旅客來(lái)說(shuō)，他們?cè)谝怨环绞匠鲂袝r(shí)，在選擇公交線路和乘行方案方面存在著很大的盲目性而該問(wèn)路系統(tǒng)除了可以為出行者提供公交線網(wǎng)基礎(chǔ)信息、線路運(yùn)行信息外，還可以將幾種經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析的最佳出行線路及換乘方案推薦給出行者，通過(guò)對(duì)乘客選擇線路進(jìn)行合理引導(dǎo),減少乘客的出行延誤，從而提高整個(gè)公交線網(wǎng)的運(yùn)行效率。C. 該查詢系統(tǒng)的整個(gè)分析決策過(guò)程如下（1） 用戶通過(guò)在蘇州市區(qū)圖上點(diǎn)擊的方式或通

8、過(guò)對(duì)話框選擇的方式，向系統(tǒng)輸入出行 的起點(diǎn)和終點(diǎn)。（2）系統(tǒng)收到輸入信息后，分別在系統(tǒng)的地圖和數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找與出行起點(diǎn)和終點(diǎn)相應(yīng) 的地理編碼和屬性數(shù)據(jù)，并將其輸入至分析模塊中。（3）根據(jù)地理編碼和屬性數(shù)據(jù)，在公交線網(wǎng)中，分別在以起點(diǎn)和終點(diǎn)為中心的一定半徑 范圍內(nèi)，尋找公交站點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)比分析，確定有效站點(diǎn)。（4）根據(jù)最短路數(shù)學(xué)模型在公交線網(wǎng)上搜尋最優(yōu)出行方案 ，并將該結(jié)果輸出，顯示公交 線路走向、所經(jīng)站點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)信息。（5）系統(tǒng)分析過(guò)程如下圖：D. 此路徑查詢系統(tǒng)采用的算法最短路數(shù)學(xué)模型是該問(wèn)路系統(tǒng)的核心,目前,較多采用的Digkstra算法重復(fù)計(jì)算多,速度慢，不適合公交網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。通過(guò)反復(fù)的分析

9、研究，我們采用鏈表技術(shù)對(duì) D算法進(jìn)行了修正,使之適合我國(guó)的公交網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，創(chuàng)建了一種新的D算法修正模型，它對(duì)于今后其它公交網(wǎng)絡(luò)的分析研究也具有一定的借鑒作用。具體算法流程圖如下:HE的貞Hfi 的jfi：辰披章與疋叭的祈有站直j + Lns th () Wfn (Length Uh L*adk件卜轉(zhuǎn)dfiE入軽豪T222出行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)公交系統(tǒng)的好壞直接影響著整個(gè)城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的交通狀況。而公交需求預(yù)測(cè)是進(jìn) 行城市公交規(guī)劃、建設(shè)、管理與控制的基礎(chǔ)，是確定城市公共交通發(fā)展規(guī)模、布置場(chǎng)站和布 設(shè)線路的依據(jù)，可用于從宏觀上指導(dǎo)城市公交發(fā)展，盡可能使城市公交規(guī)模與城市規(guī)模相匹 配。本系統(tǒng)是根據(jù)土地利用、人

10、口密度和公交站點(diǎn)覆蓋率確定各小區(qū)的公交分擔(dān)率 ，再進(jìn)行公交出行分布預(yù)測(cè)。將物理學(xué)中的熵概念引入交通狀態(tài)分析中，進(jìn)行公共交通出行分布預(yù)首先根據(jù)城市發(fā)展水平 , 土地利用、人口密度和公交站點(diǎn)覆蓋率確定各交通區(qū)的公交分 擔(dān)率,即可得到交通區(qū)的公交出行總量。假設(shè)區(qū) i 的交通發(fā)生概率為 fi, 區(qū) j 的交通吸引概 率為 gj, 區(qū) i 的交通選擇目的區(qū) j 的選擇概率為 hij, 上述數(shù)值可分別由下式求出。fi=Xi/X,(刀 j fi=1)gj=Yj/X,(刀j gj=1)(1)hij=Xij/Xi,(刀 j hij=1)式中 :Xi 為區(qū) i 的公交出行發(fā)生量 ;Yj 為區(qū) j 的公交出行吸引量

11、 ;Xij 為交通區(qū) i 和 j 之間的公交出行量 ;X 為全域的公交出行產(chǎn)生量。使用上述概率及發(fā)生，吸引端的出行守恒條件可由式 (2) 式(3) 表示 :刀j hij=1刀 i fihij=gj以上兩式相當(dāng)于刀jXij=Xi和刀iXij=Yj 。假設(shè)交通區(qū)i、j之間的公交出行量的先驗(yàn) 概率qij由式(4)重力模型給定,其中,刀qij=1。tij表示行駛時(shí)間,a和丫為回歸系數(shù),可 通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定。qij= a figjt - Y ij(4)不考慮先驗(yàn)概率，將總量為X的公交出行量任意分布到各小區(qū)之間產(chǎn)生的組合數(shù)E可由式(5) 表示:具體算法流程如下圖:確卅,_ 代入金式求九*齡出坡恥產(chǎn)為基于最

12、大熵原理的公交分布模型計(jì)算流程利用該系統(tǒng)的GIS專題制圖功能可以直觀地反映出不同交通小區(qū)居民出行量的大小在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，居民出行量分布預(yù)測(cè)專題圖（如下圖所示）選用了等級(jí)符號(hào)專題圖類型 過(guò)符號(hào)大小來(lái)表示不同的出行量大小，專題變量為交通小區(qū)居民出行發(fā)生量大小。223公交路網(wǎng)的顯示隨著公交站點(diǎn)與公交路線的增加，不斷增加數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)人員的難度，直接導(dǎo)致了算法計(jì) 算復(fù)雜性的增加。本文首先充分利用GIS所具有的地理分析特性，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單便于維護(hù) 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。公交路網(wǎng) G = （NROUTE,ROAD）,N是公交站點(diǎn)的集合，ROUTE是公交路線的集 合,ROAD是城市道路集合（此集合的數(shù)據(jù)來(lái)自于街道的中心線，

13、并帶有相應(yīng)的屬性信息如是 否單行等，其主要是用于步行分析，根據(jù)公交站點(diǎn)在道路中的位置，確定乘客的步行路線）o 同時(shí),合理地考慮了乘客的出行心理，考慮到一些可能出現(xiàn)的特殊情況，設(shè)計(jì)了一種更加人 性化的而且面向乘客的最優(yōu)公交路線的判斷標(biāo)準(zhǔn)。具體的公交路網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系見(jiàn)下圖，圖中包括詳細(xì)的公交站點(diǎn)、公交線路以及道路的 數(shù)據(jù)表（表13）。表2中的站點(diǎn)編碼n即是表1中的站點(diǎn)編碼，其順序是按照該條線路的公 交站點(diǎn)的前后順序排列的，表2中的“是否單行”表示的是：當(dāng)一條公交線路的來(lái)、回所經(jīng) 過(guò)的公交站點(diǎn)不同時(shí)，則認(rèn)為其是兩條線路鯉號(hào)獄躺1沙腳!-Li 11詢135Lih-221334公交路網(wǎng)扌石撲關(guān)系224公交

14、交通服務(wù)覆蓋公共交通這種在時(shí)間和空間覆蓋上的局限性決定了公交服務(wù)的覆蓋性對(duì)人們選擇公交出行方式具有重要影響：只有存在公共交通服務(wù)，人們才會(huì)把公共交通作為出行方式的選擇之一。公交服務(wù)的覆蓋性主要體現(xiàn)在空間、時(shí)間、運(yùn)力和信息4個(gè)方面：公交服務(wù)的空間覆蓋性一般指的是出行起點(diǎn)和終點(diǎn)的步行范圍內(nèi)（通常取5 m ni步行距離，即約400 m半徑范圍內(nèi)） 是否設(shè)有公交車站，并考慮線路間的換乘，公交線路是否 四通八達(dá)。在公交線網(wǎng)密度較低的區(qū)域還應(yīng)考慮在公交車站的附近設(shè)置機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車 的停車區(qū)域以擴(kuò)大公交車站的服務(wù)半徑，提高公交服務(wù)的空間覆蓋率，使更多的人能夠選 擇公共交通方式。公交服務(wù)的時(shí)間覆蓋性指的是公

15、交車的發(fā)車頻率和公交線路營(yíng)運(yùn)時(shí)間的長(zhǎng)短，它對(duì)出 行者決定是否使用公交也有著重要的影響。公交車的發(fā)車頻率越高，乘客在車站的等候時(shí) 間就越短，而且選擇出行時(shí)間的靈活性也越強(qiáng)。公交線路營(yíng)運(yùn)時(shí)間過(guò)短，大量發(fā)生在營(yíng)運(yùn) 時(shí)間以外的出行只能采用公交以外的交通方式。公交運(yùn)力的不足也會(huì)影響公交服務(wù)的覆蓋性。如果在車站候車的出行者無(wú)法登上一輛 已載滿乘客的公交車時(shí)，公交服務(wù)運(yùn)力覆蓋率在此時(shí)此地就出現(xiàn)了空白。在公交信息方面，乘客需要了解下輛車到站時(shí)間、票價(jià)，是否換乘等信息，這些信息 對(duì)外地人和不經(jīng)常使用公交服務(wù)的人們尤為重要，如果無(wú)法獲得這方面的信息，他們就不 太可能選擇公共交通方式。 可見(jiàn)公交服務(wù)在上述 4 個(gè)方

16、面的覆蓋性缺一不可， 只有在空間、 時(shí)間、運(yùn)力和信息同時(shí)覆蓋的條件下，公共交通才能成為出行方式的選擇之一。當(dāng)公共交通成為出行方式的選擇之一后，出行者還要考慮公交服務(wù)的方便舒適性，它 主要包括車輛的乘載率、班次的可靠性、行車速度、乘車安全性、車輛整潔舒適性等方面， 是出行者在多種交通方式中最終選擇公交方式的主要因素?？傊挥性诠环?wù)的覆蓋 性及方便舒適性達(dá)到一定程度的情況下出行者才會(huì)選擇公共交通方式。否則將選擇其他的 出行方式，如步行、自行車、私家車等。公交覆蓋率計(jì)算與研究公交覆蓋率的數(shù)學(xué)計(jì)算方法可描述為 : 選定某個(gè)交通小區(qū) , 然后用該交通小區(qū)內(nèi)所有公 交站點(diǎn)覆蓋面積之和或者小區(qū)內(nèi)公交車

17、所經(jīng)過(guò)的道路面積之和除以該小區(qū)覆蓋面積, 所得的商值就是公交覆蓋率值。以上方法涉及到圖形學(xué)中的多邊形求和及多邊形的面積計(jì)算等 問(wèn)題,在實(shí)際操作時(shí)精確求解不規(guī)則多邊形面積比較麻煩，可以想象在一個(gè)較大規(guī)模的城市 公交網(wǎng)絡(luò)中，如果這些計(jì)算都采用人工進(jìn)行，將花費(fèi)很大的人力和物力，而且計(jì)算中很容易 出錯(cuò),精確度也不高。采用GIS軟件的圖形化工具就可以有效的解決上述問(wèn)題 ，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，我們采用了 Maplnfo平臺(tái)的MapXS件技術(shù)來(lái)完成多邊形面積計(jì)算及求和的工作。實(shí)踐表明 ：MapX的圖 形化工具擁有強(qiáng)大的圖形實(shí)體分析和計(jì)算功能,啟用MapX的Selections對(duì)象和選擇工具以 及被選對(duì)象的Area

18、等方法可以有效地實(shí)現(xiàn)多邊形的求和與求交計(jì)算。 下圖顯示了系統(tǒng)計(jì)算 某個(gè)交通小區(qū)的公交覆蓋率值的操作。三：系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供可視化友好界面，通過(guò)電子地圖導(dǎo)引，使用戶能快捷的進(jìn)人所需要的面層和區(qū)域，完成各項(xiàng)查詢和規(guī)劃工作。界面圖如下:路徑曲北 tbir頂頼范應(yīng)工金曰亠-r?T-刪孔霸JW# 組 呷k Afe_爲(wèi)卄fa先訓(xùn)l*icts棄商啊曲彌M-母場(chǎng) I -=-_rr覽融、 =&奔期阿*世產(chǎn)即1廠 %搭I(lǐng)嶺 1丁百好我 I.W球舌專F童丄嘶疋亍_. ri=t-v.扁山一以沁屮川逗丄M島 # I、晴字甫& 4 t e e n 工Eg1一祠證奧kU ti冋日廠胡話屮甜茴爲(wèi)話筑毗m召趣三丫泗海二咅性R亦亠斗-飛 二二薩茁呈程姍寸艇123酹亦禽訥車卡d漕站/員1.叭一八I- -?：須陰匕 型酔荃蟲+羽普諸加J.- 壯驢I晉入；卡上艸甫卻聲wfi .I IU齡2n譽(yù)嚴(yán)農(nóng)市MH5E師 I t甲円回閔耳劣k生縱二行齊右1護(hù):訂-* u引TmWI?-此鵜詢貯楷f蘭 Vi #-. 二i： 訓(xùn)雨違竺r律二行Xl肚導(dǎo)持.近山冶 斗乂申藍(lán)m器I社旬T 譎I t=ff -1.,碑曲詁 和 帥用m制冑L .丄卿田-.- 盅(4 t) JU-i