城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速開展和城市化進(jìn)程的加快 ，如何解決城市公交管理 問題已經(jīng)成為城市可持續(xù)開展的一個重要課題。城市公交管理問題是一個系統(tǒng)工 程,常用的經(jīng)驗(yàn)性的方法是不能完全解決問題的，必須運(yùn)用科學(xué)的、系統(tǒng)的方法來 解決。近年來，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)尤其是GIS技術(shù)來解決交通領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)處理 和規(guī)劃分析等問題已經(jīng)成為交通管理信息化的一個重要手段。為了便于管理這些公交信息，同時也為了方便公交乘客的出行，本文開發(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，其中最重要的一個功能是在乘客給出起點(diǎn)和終點(diǎn)后 ，自動計(jì)算出最優(yōu) 的乘車路線,設(shè)計(jì)出

2、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對于市對公交線路不太熟悉的居民以與外地旅客來說 ，他們在以公交方 式出行時，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)根底信息、線路運(yùn)行信息外 ，還可以將幾種經(jīng)過計(jì)算 機(jī)分析的最正確出行線路與換乘方案推薦給出行者 ，通過對乘客選擇線路進(jìn)行合 理引導(dǎo),減少乘客的出行延誤，從而提高整個公交線網(wǎng)的運(yùn)行效率。2對于城市公交管理部門來說，應(yīng)當(dāng)是在快捷、方便、舒適、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)人的移動的經(jīng)營活動中，使公共交通管理到達(dá)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益 的統(tǒng)一,適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)體制的建立，適

3、應(yīng)改革與開展。利用該系統(tǒng)GIS的專題地圖 可以顯示出一個城市或一個地區(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直觀的決策分析工具。在交通運(yùn)營管理中，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，評價公交站點(diǎn)選址是否科 學(xué)等。3經(jīng)濟(jì)效益的好壞是評價一個企業(yè)成敗的關(guān)鍵。當(dāng)然，對于城市公交企 業(yè)來講也不例外，眾所周知，城市公交企業(yè)的經(jīng)營和開展受多種環(huán)境因素和部條 件制約，如政府政策、城市人口數(shù)量、居民消費(fèi)需求、城市交通結(jié)構(gòu)等，以與企業(yè) 資產(chǎn)狀況、產(chǎn)權(quán)體制、經(jīng)營管理者水平、技術(shù)創(chuàng)新能力等。而經(jīng)

4、營管理是眾多因 素中最重要的一個。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與確 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)對公交線路的規(guī)劃以與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 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 以下列圖所示。(1) 路徑查詢：為乘客的公交出行提供準(zhǔn)確、與時、優(yōu)化的公交信息效勞。(2) 出行預(yù)測：公交出行需求預(yù)測可用于從宏觀上指導(dǎo)城市公交開展，盡可能使城市公交

5、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開展規(guī)模、場站布置和線路布 設(shè)。(4) 公交覆蓋:公交效勞的覆蓋性與方便舒適性是出行者選擇公共交通方式 的主要因素。(5) 交通效勞:主要容包括居民出行指南和交通工程上報(bào)審批效勞。(6) 地圖管理:主要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、地圖打印以與對道路、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)在幾個主要模塊中的詳細(xì)設(shè)計(jì)路徑查詢系統(tǒng)路徑查詢系統(tǒng)開發(fā)的目的是為乘客的公交出行提供準(zhǔn)確、與時、優(yōu)化的公交信息效勞。系統(tǒng)向乘客提供公交信息的動態(tài)走向，生成出行輔助方案，對乘客

6、的出 行進(jìn)行主動而合理的引導(dǎo)，最大程度上方便乘客，從而將無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)的具體開發(fā)思路如下： 公交乘客對現(xiàn)有的公交站點(diǎn)、公交線路、運(yùn)營方案進(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應(yīng)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)營調(diào)度方案的調(diào)整，與時 更新系統(tǒng)的公交線網(wǎng)，對與公交有關(guān)的其它根底數(shù)據(jù)進(jìn)行方便的管理和維護(hù)。B. 系統(tǒng)具體介紹<蘇州市道路網(wǎng)圖根底圖形數(shù)據(jù)路徑查詢系統(tǒng)的開發(fā)

7、過程見以下列圖：bIF-童立Klthusl路徑查詢系統(tǒng)的功能路徑查詢系統(tǒng)主要效勞于公交出行者。 對于市對公交線路不太熟悉的居民以 與外地旅客來說，他們在以公交方式出行時，在選擇公交線路和乘行方案方面存 在著很大的盲目性，而該問路系統(tǒng)除了可以為出行者提供公交線網(wǎng)根底信息、線 路運(yùn)行信息外，還可以將幾種經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析的最正確出行線路與換乘方案推薦給出行者,通過對乘客選擇線路進(jìn)行合理引導(dǎo)，減少乘客的出行延誤，從而提高整 個公交線網(wǎng)的運(yùn)行效率。C. 該查詢系統(tǒng)的整個分析決策過程如下：(1) 用戶通過在市區(qū)圖上點(diǎn)擊的方式或通過對話框選擇的方式 ，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，

8、分別在系統(tǒng)的地圖和數(shù)據(jù)庫中尋找與出行起點(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 的一定半徑圍，尋找公交站點(diǎn)，并通過比照分析，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)與運(yùn)營信息。(5) 系統(tǒng)分析過程如以下列圖：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)。通過反復(fù)的分析研究，我們采用鏈表技 術(shù)對D算法進(jìn)行了修正，使之適合我國的公交網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，

9、創(chuàng)立了一種新的D算法修 正模型,它對于今后其它公交網(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:222出行數(shù)據(jù)預(yù)測公交系統(tǒng)的好壞直接影響著整個城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的交通狀況。 而公交需求 預(yù)測是進(jìn)行城市公交規(guī)劃、建設(shè)、管理與控制的根底 ，是確定城市公共交通開展 規(guī)模、布置場站和布設(shè)線路的依據(jù)，可用于從宏觀上指導(dǎo)城市公交開展，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。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)測。首先根據(jù)城市開展水平，土地利用、人口密度和公交站點(diǎn)覆蓋率確定各交

10、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 jfi=1gj=Yj/X,(刀 jgj=1) (1)hij=Xij/Xi,(刀 jhij=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;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。使用上述概率與發(fā)生，吸引端的出行守恒條件可由式(2)式(3)表示：刀 jhij=1 (2)刀 ifihij=gj(3)以上兩式相當(dāng)于刀jXij=Xi和刀iXij=Yj 。假設(shè)交通

11、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表示行駛時間,a 和丫為回歸系數(shù)，可通過實(shí)測數(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可由式表示：E=X!/ n i njXij!(5)具體算法流程如以下列圖：爐血伽卩r 1十呼/ /)1產(chǎn)_代人公式求嶄輸出線杲人口州酬岬a疋氣»"仙匸軻(-V)盲1取“FTJj11基于最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)開發(fā)中，居民出

12、行量分布預(yù)測專題圖如以下列圖所示選用了 等級符號專題圖類型，通過符號大小來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。<1 ETr- - I223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)了一種簡單便于維護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。公交路網(wǎng) G = NROUTE,ROAD,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)來自于街 道的中心線，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

13、步行路線。同時,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)系見以下列圖， 圖中包括詳細(xì)的公交站點(diǎn)、公交線路 以與道路的數(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、回所經(jīng)過的公交站點(diǎn)不同時，那么認(rèn)為其是兩條線路恤弗1HIr皿幅Liw 1111513公交路網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系224公交交通效勞覆蓋公共交通這種在時間和空間覆蓋上的局限性決定了公交效勞的覆蓋性對人們 選擇公交出行方式具有重要影響：只有存在

14、公共交通效勞，人們才會把公共交通 作為出行方式的選擇之一。公交效勞的覆蓋性主要表達(dá)在空間、時間、運(yùn)力和信息4個方面：公交效勞的空間覆蓋性一般指的是出行起點(diǎn)和終點(diǎn)的步行圍通常取5 mni步行距離，即約400 m半徑圍是否設(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)動車和非機(jī)動車的停車區(qū)域以擴(kuò)大公交車站的效勞半徑，提高公交效勞的空間覆蓋率，使更多的人能夠選擇公共交通方式。公交效勞的時間覆蓋性指的是公交車的發(fā)車頻率和公交線路營運(yùn)時間的長 短，它對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間就

15、越短，而且選擇出行時間的靈活性也越強(qiáng)。公交線路營 運(yùn)時間過短，大量發(fā)生在營運(yùn)時間以外的出行只能采用公交以外的交通方式。公交運(yùn)力的缺乏也會影響公交效勞的覆蓋性。 如果在車站候車的出行者無法 登上一輛已載滿乘客的公交車時，公交效勞運(yùn)力覆蓋率在此時此地就出現(xiàn)了空 白。在公交信息方面，乘客需要了解下輛車到站時間、票價，是否換乘等信息， 這些信息對外地人和不經(jīng)常使用公交效勞的人們尤為重要，如果無法獲得這方面 的信息，他們就不太可能選擇公共交通方式?？梢姽恍谠谏鲜?個方面的覆 蓋性缺一不可，只有在空間、時間、運(yùn)力和信息同時覆蓋的條件下，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

16、之一后，出行者還要考慮公交效勞的方便舒 適性，它主要包括車輛的乘載率、班次的可靠性、行車速度、乘車平安性、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。 總之，只有在公交效勞的覆蓋性與方便舒適性到達(dá)一定程度的情況下出行者才會 選擇公共交通方式。否那么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：選定某個交通小區(qū)，然后用該交通小 區(qū)所有公交站點(diǎn)覆蓋面積之和或者小區(qū)公交車所經(jīng)過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。以上方法涉與到圖形學(xué)中的多邊形 求和與多邊形的面積計(jì)算等問題，在實(shí)際操作

17、時精確求解不規(guī)那么多邊形面積比擬 麻煩,可以想象在一個較大規(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，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題，在系統(tǒng)開發(fā)中，我 們采用了 MapInfo平臺的MapX控件技術(shù)來完成多邊形面積計(jì)算與求和的工作。 實(shí)踐說明: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勺Selections對象和選擇工具以與被選對象的 Area等方法可以有效地實(shí)現(xiàn)多邊形 的求和與求交計(jì)算。以下列圖顯示了系統(tǒng)計(jì)算某個交通小區(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

18、界面，通過電子地圖導(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:Itw前咄囹甲心點(diǎn)住于.嬲澀缺師>>±05科沖樂 +<5.*yiT_ 匸齡毘憎EJ o!i?1NL Tkjxkk余云心* r區(qū)內(nèi)iS'I._- -L- nTvwT*!忖肝律' A-叫1-u -j j 亠國 A 駱電!h j住申E即叮IIy 情冃社菲PS：殆如諸L-* - |J諱I古尋i 'a r £卡如邑前門養(yǎng)靈. d泌啞尹1 醤物二 tsan 悒矽*嘰E咄T砧元訶國a Dr>n 4p3十-逛和護(hù)札 - .亠丄希一益聊訂 總理喊湘龜蘇帀酗乩血 焉 E 、口入，帯 :、 工詰評上曲-_. 宜扁汁裁圜T'A&殲區(qū)日為犧亞養(yǎng)匸殆苛區(qū)H 時呻可iTfcR f ik Tn ?.= a *w卡麗弍晰I7FS h3； a，.i k dr£© 昆W嚴(yán)丁 尸叫0寧曲臥隔1廠民辭飛、專 朋證叩催團(tuán)他山:±*Ster ； *7罡如八E負(fù)“三鮭砒耳盤航®空/ .7百魁匪戈fl V _*.釈呼鉀或 宀申'顯ii -S8 '.吋疽忖麗9 TO石珀昭 *欝三亞4 電建!上區(qū)百丙 It旺孔辟