城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上城市公交管理信息系統(tǒng)設(shè)計1 系統(tǒng)開發(fā)的目的及功能需求分析1、1 現(xiàn)狀分析城市交通是城市社會、經(jīng)濟活動的動脈和紐帶,對城市經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高起著非常重要的作用。根據(jù)國內(nèi)外城市交通發(fā)展的經(jīng)驗,優(yōu)先發(fā)展公共交通是解決城市交通問題的根本途徑之一。但是,目前我國各城市在進(jìn)行公共交通系統(tǒng)建立的工作中,普遍遇到的一個問題是:大量的城市基礎(chǔ)要素和交通信息未被充分的表達(dá)出來,給城市的現(xiàn)代化管理帶來了諸多困難。如何充分利用現(xiàn)有的城市道路基礎(chǔ)設(shè)施,使車和車、車和路、車和乘客相互協(xié)調(diào),提高公交車輛的營運效率,為市民提供便捷的查詢及管理系統(tǒng),是現(xiàn)代公共交通發(fā)展急需解決的問題?，F(xiàn)代地理

2、信息系統(tǒng)技術(shù)的成熟和發(fā)展,為諸多空間信息的分析和管理帶來了良好的契機。地理信息系統(tǒng)(GIS)由于其在開發(fā)模式、系統(tǒng)功能等方面的獨特優(yōu)越性,受到越來越廣泛的歡迎。1、2 功能需求分析一個良好的城市公交系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)該城市的具體情況，由多種方式靈活組合，形成多層次的立體網(wǎng)絡(luò)、相輔相成、共同承擔(dān)市區(qū)公共交通運輸和市郊中短途客運。城市公交系統(tǒng)通常要從不同方面滿足居民的多樣化出行需求，鑒于交通運輸聯(lián)合化和服務(wù)質(zhì)量要求的提高，城市公交系統(tǒng)基礎(chǔ)信息平臺應(yīng)包含各運輸子系統(tǒng)的多類信息， 提供互聯(lián)平臺和信息共享融合渠道，實現(xiàn)公交網(wǎng)絡(luò)整體效益的最大發(fā)揮。城市公交系統(tǒng)的活動主體主要包括該系統(tǒng)的管理決策者、 營運者和使用者

3、，他們對城市公交系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息提供具有不同的需求。1、2、1 管理決策者城市公交系統(tǒng)的決策者通常由政府相關(guān)行業(yè)管理部門構(gòu)成， 負(fù)責(zé)制定、監(jiān)督實施公交系統(tǒng)各層面規(guī)劃、 政策和法規(guī)( 決策部門的信息需求主要包括城市總體規(guī)劃信息、土地利用信息、經(jīng)濟發(fā)展信息、 客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)、公交行業(yè)營運報表等( 隨著公交系統(tǒng)信息化、智能化的發(fā)展) ，決策層對信息的需求發(fā)生了顯著的變化)。 1、2、2 營運者城市公交系統(tǒng)的營運者通常由公交汽車公司和下屬的分公司構(gòu)成( 多數(shù)分別建立信息體系進(jìn)行運營、維護(hù)) 來滿足日常時刻表制定、 異常事件車輛調(diào)度、聯(lián)合運輸車輛調(diào)度、車輛保養(yǎng)等工作( 隨著公交系統(tǒng)信息化、 智能化的發(fā)展)

4、營運部門建立的信息系統(tǒng)應(yīng)和基礎(chǔ)信息平臺實現(xiàn)連接) 并成為存儲平臺數(shù)據(jù)基本表的信息子庫( 基礎(chǔ)信息平臺應(yīng)具有對相關(guān)部門信息子庫進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)、 定義相關(guān)視圖及權(quán)限的功能。1、2、3公交出行者城市公交系統(tǒng)的使用者是各類乘客，乘客對信息平臺的需求主要體現(xiàn)在出行前和出行中希望得到的公交信息， 從而對乘客出行方式的選擇和出行行為的規(guī)劃產(chǎn)生影響。目前我國城市公交系統(tǒng)使用者獲得的公交信息多數(shù)是靜態(tài)信息， 表達(dá)方式單一， 獲取手段具有局限性， 乘客應(yīng)能隨時隨地享受信息平臺提供的服務(wù)， 能夠獲得全方位多渠道的公交信息，特別是能夠獲得更多的實時動態(tài)信息，這些信息能夠通過多種發(fā)布技術(shù)和發(fā)布終端到達(dá)乘客端。1、3 系統(tǒng)

5、設(shè)計原則為實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo),最大限度地滿足相關(guān)需求,并有利于系統(tǒng)的進(jìn)一步擴充和擴展,在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時將遵循如下原則:(1)先進(jìn)性.系統(tǒng)采用目前國際上主流的體系結(jié)構(gòu),在先進(jìn)的同時不失成熟和可靠.采用GIS的原理和方法對公交線路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模,并采用大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫來存儲、管理數(shù)據(jù).(2)實用性. 城市公交管理信息系統(tǒng)開發(fā)的目的是為乘客、公交企業(yè)、管理部門提供準(zhǔn)確、及時、優(yōu)化的公交信息。結(jié)合業(yè)務(wù)流程,滿足各類人員的使用習(xí)慣及日常工作的需要,實現(xiàn)“人-軟件-業(yè)務(wù)流程”的有機統(tǒng)一.能進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)的管理,并保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性,滿足數(shù)據(jù)更新及操作響應(yīng)的實時性要求.(3)可擴充性.系統(tǒng)的信息編碼、系統(tǒng)功能和

6、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),留有充分的擴充余地,便于在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā),易于擴充其他專業(yè)使用系統(tǒng).(4)可靠性.采用大型商用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理、備份功能;及時補充、更新、備份已變動的數(shù)據(jù),圖形信息和屬性數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠.(5)高效性.提供海量數(shù)據(jù)的快速處理能力.(6)標(biāo)準(zhǔn)化.直接引用現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H工作標(biāo)準(zhǔn),必要時予以擴充,并考慮利用有關(guān)研究成果.(7)完備性.數(shù)據(jù)庫中存貯的圖形及屬性等信息,應(yīng)能充分滿足日常工作條件下,系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)更新的需要.2系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)的具體開發(fā)過程如圖1所示。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)城市交通管理信息系統(tǒng)旨在通過GIS技術(shù)在城市交通管理中的使用,提高城市交通綜合管理水平,為政府科

7、學(xué)決策提供依據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)為系統(tǒng)的管理決策者、 營運者和使用者服務(wù)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。城市公交管理信息系統(tǒng)管理決策者公交營運者公交出行者公交營運者和管理決策者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：公交營運者和管理決策者 評價系統(tǒng)地圖管理交通服務(wù)數(shù)據(jù)管理綜合查詢運輸調(diào)度規(guī)劃預(yù)測公交管理(1)公交管理:主要內(nèi)容包括公交線路、站點、發(fā)車時間等查詢,公交覆蓋率計算、公交專題圖、公交網(wǎng)絡(luò)圖等。(2)運輸調(diào)度:主要內(nèi)容包括最短路徑查詢、公交換乘查詢、道路查詢、中長途車站調(diào)度系統(tǒng)接口、港口運輸調(diào)度等。(3)規(guī)劃預(yù)測:主要內(nèi)容包括道路緩沖分析和設(shè)計、站點選址分析和預(yù)測、公交線路設(shè)置規(guī)劃、停車場規(guī)劃設(shè)計、居民公交出行量預(yù)測、居民出行總量

8、預(yù)測、交通小區(qū)公交車輛配備計算和預(yù)測等。(4)綜合查詢:提供了系統(tǒng)非保密數(shù)據(jù)的多條件高級查詢功能,包括對電子地圖、交通屬性數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)的查詢。(5)交通服務(wù):主要內(nèi)容包括居民出行指南和交通項目上報審批服務(wù)。(6)地圖管理:主要內(nèi)容包括地理信息系統(tǒng)中常用的操作和分析工具等功能,如地圖放大、縮小、圖層控制、地圖打印以及對道路、物點、區(qū)域等地圖信息進(jìn)行編輯和修改等。（7）評價系統(tǒng)：通過對單個快速公交系統(tǒng)的效績評價,可以反映快速公交的運營效果,考核快速公交的管理水平,從而為快速公交系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運營提供決策支持.公交出行者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：城市公交信息管理系統(tǒng) 緩沖區(qū)分析地圖量測信息查詢地圖操作圖例編輯

9、鷹眼視圖文件管理放大輸入緩沖區(qū)條件查詢縮小公交線路長度測量屬性表查詢條件查詢鼠標(biāo)定位查詢漫游打印數(shù)據(jù)導(dǎo)出另存為保存關(guān)閉打開全圖功能描述1）、文件管理：文件的打開、關(guān)閉、保存、另存為、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、打印2）、圖例編輯：改變地圖的顯示方式（如分級顯示、唯一值顯示）3）、鷹眼視圖4）、地圖操作：放大、縮小、漫游、全圖5）、信息查詢：屬性表查詢、鼠標(biāo)定位查詢、條件查詢6）、地圖量測：距離量測、面積量測7)、緩沖區(qū)分析：模糊字段查詢 以上功能在系統(tǒng)中通過菜單和功能按鈕實現(xiàn)。22界面設(shè)計23數(shù)據(jù)庫設(shè)計公交系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩個部分，因此為了系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新和維護(hù)的方便，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立過程分為兩個

10、部分來開展2.3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的選取根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求分析的結(jié)果，本著保證數(shù)據(jù)內(nèi)容完整性強、數(shù)據(jù)信息的現(xiàn)勢性強、數(shù)據(jù)精確度高的原則對現(xiàn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行審查和分析，最后確定以下幾類數(shù)據(jù)作為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：城市市區(qū)圖、城市地形圖、城市交通旅游圖、城市公交線路調(diào)查數(shù)據(jù)、公交車站站點調(diào)查數(shù)據(jù)等等。2.3.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立一般來講,從公交網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的需要出發(fā),公交基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可分為4類:公交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、公交客流數(shù)據(jù)、公交行車數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù),具體框架結(jié)構(gòu)如圖所示。按照GIS標(biāo)準(zhǔn)化的要求,使用GIS軟件MapInfo和關(guān)系數(shù)據(jù)庫Access建立了城市公交網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)庫,為城市公交研究確立了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。評價數(shù)據(jù)

11、3系統(tǒng)關(guān)鍵算法的實現(xiàn)3.1最少換乘的公交最優(yōu)路徑算法算法的基本思想如圖所示,在查詢從站點1到站點2的最優(yōu)路徑的過程中,首先看二者之間是否可以直達(dá),如果是,則直接進(jìn)入最后一步,按照路線距離進(jìn)行排序,給出其中最短的幾條線路供用戶選擇;如果不是,則查詢站點1所能直達(dá)的所有站點和能直達(dá)站點2的所有站點,對這兩個集合求取交集,如果存在交集,則結(jié)束迭代,進(jìn)入最后一步按路線總距離進(jìn)行排序,否則,仍然繼續(xù)迭代,求取從站點1必須經(jīng)過1次換乘才能夠到達(dá)的站點集合(涉及集合差和并),和能夠直達(dá)2的所有站點集合求交,從而得到必須換乘兩次才能到達(dá)的乘車方案。交集非空,則結(jié)束迭代,進(jìn)入最后一步;否則,繼續(xù)迭代,直到找到乘

12、車方案為止。顯然,這一基于“圖論”的算法包含了眾多的集合運算。對該算法的實現(xiàn)有兩種途徑可供選擇,一是采用主存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)集合的快速運算,其中包括快速查找、索引支持以及集合運算等一系列算法;二是直接利用現(xiàn)存商業(yè)數(shù)據(jù)庫已有的在集合運算方面的優(yōu)秀性能。3.2公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計城市公交的基本職能主要表現(xiàn)在為生產(chǎn)和生活服務(wù)，因此它的基本任務(wù)是通過為乘客提供安全、方便、迅速、準(zhǔn)點、舒適的乘車條件，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有公共文通設(shè)施的營運能力，節(jié)約全社會的總乘車出行時間。在城市公交線路的規(guī)劃工作中運用優(yōu)化的方法.對于滿足客流需求，提高公共文通的經(jīng)濟性減少運能的浪費，緩解以至從根本上解決城市公交緊張的狀況.具有重

13、要而現(xiàn)實的意義。公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是公共文通系統(tǒng)工程的一個重要組成部分.對于任何一個城市的公交通系統(tǒng)其網(wǎng)絡(luò)布局的優(yōu)劣是決定該系統(tǒng)品質(zhì)的主要因素之一。因此在規(guī)劃或設(shè)計公共交通網(wǎng)絡(luò)時，必須考慮以下目標(biāo)對公交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化: 1.為更多的乘客提供服務(wù)。2.使全體乘客的總出行時間更小。3.路交線網(wǎng)的效率最大。4 .保證適當(dāng)?shù)墓痪€網(wǎng)密度。5.保證線網(wǎng)的服務(wù)面積率.減少公交盲區(qū)。所以城市公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個多目標(biāo)規(guī)劃的問題但這些目標(biāo)不是全部獨立的。處理這個多目標(biāo)問題有多種方法，本文采用先對一個核心目標(biāo)求最優(yōu)解對其他目標(biāo)以約束條件形式獲得可行解或保留多個最優(yōu)解，進(jìn)行多目標(biāo)分析。公交線網(wǎng)優(yōu)化具有受影響因素多、過程復(fù)雜

14、、客流分布不固定等特點, 因此, 建立模型前應(yīng)對實際情況進(jìn)行概括和簡化。本文在分析優(yōu)化實際過程的基礎(chǔ)上, 假設(shè)居民公交出行需求是固定的, 考慮居民公交出行需求, 規(guī)劃目標(biāo)為乘客換乘次數(shù)和線路通過的站點數(shù)最少, 由此獲得公交線網(wǎng)優(yōu)化模型:式中: 1, 2權(quán)重系數(shù), 且1>2 ;n公交網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的數(shù)量;TNij公交網(wǎng)絡(luò)內(nèi)從節(jié)點i到節(jié)點j的可能最少換乘次數(shù);ODij從節(jié)點i到節(jié)點j的客流量;Nij從節(jié)點i到節(jié)點j所經(jīng)過的可能最小站點數(shù);增加1次換乘相當(dāng)于減少的站點數(shù);L公交網(wǎng)絡(luò)內(nèi), 單條線路的長度;qx非直線系數(shù);Qk線路k的斷面流量;Qkmax線路k的最大斷面流量Qkmin線路k的最小斷面流

15、量;bn線路斷面客流的不均勻系數(shù);公交線網(wǎng)密度;T城市中95%居民出行單程的最大時耗模型中, 第一個約束條件是線路長度約束。根據(jù)城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范的要求和大城市的實際情況, 上限取15 km; 考慮到公交運營要求,下限取5 km 。第二個約束條件是非直線系數(shù)約束。對于一般城市, 其值取1.151.20為宜; 對于單條公交線, 應(yīng)不大于1.4。第三個約束條件是單線載客容量限制。線路斷面最大流量計算方法如下:Qkmax=60CxlkXcr/hk式中: Cx不同車型的客容量( 人) , 一般單節(jié)公交車為72人, 鉸接車為129人, 雙層公交車為120人, 中巴車為26人;lk線路的滿載率, 高

16、峰時一般取0.85,平峰時取0.60;Xcr線路重復(fù)影響系數(shù), 其中Xc是和某條線路重復(fù)的最大線路條數(shù), 它們之間關(guān)系如下: hk高峰小時發(fā)車間隔, 單位為s考慮到公交運營要求, 線路斷面流量也不應(yīng)小于線路斷面最小流量。第四個約束條件是斷面客流量不均勻系數(shù)約束, 其bn計算如下:bn=maxQs/Q式中: Qs線路第s個斷面的客流量(人);Q線路平均斷面流量(人)。第五個約束條件是公交線網(wǎng)密度約束。公交線網(wǎng)的密度是指城市有公交線路服務(wù)的每平方公里用地面積上有公交線路經(jīng)過的道路中線的長度, 它反映了城市公交線網(wǎng)的規(guī)模。當(dāng)公交車保有量一定時, 公交線網(wǎng)密度過高或過低都會造成非車內(nèi)時間的增加。在線網(wǎng)

17、優(yōu)化過程中, 線網(wǎng)的規(guī)模不可能無限制地增大, 因此增加了線網(wǎng)密度的上限約束max, 它是和城市規(guī)模和客流量相關(guān)的函數(shù)。第六個約束條件TTmax是居民出行時耗約束。城市中95%居民出行單程的最大時耗上限影響城市公共交通方式的選取, 因此, 應(yīng)將它作為線網(wǎng)優(yōu)化模型的約束條件之一。綜合來說, 模型體現(xiàn)了公交網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原則和各種客觀條件的制約, 從道路網(wǎng)開始就剔除了不合理的線路走向; 線長約束和非直線系數(shù)約束大大地減少了點對之間的線路; 斷面客流量的約束保證了線路的通暢和線網(wǎng)的合理性; 同時, 由于線路形成的初始線網(wǎng)集中, 所以在模型中加入了公交線網(wǎng)密度約束和居民出行時耗約束, 剔除了部分不滿足約束的

18、線網(wǎng)。這樣, 模型通過節(jié)點、線路、線網(wǎng)的重重限制, 使可行線網(wǎng)的數(shù)量減少, 并在優(yōu)化階段消除了不必要的計算。3.3公交線路起迄站點確定根根據(jù)城市交通規(guī)劃理論和方法一書中提出的公交線路起迄點確定方法,當(dāng)某一交通小區(qū)的高峰小時總發(fā)生量或總吸引量大于小區(qū)內(nèi)中間站點的總運載能力時,該小區(qū)就應(yīng)設(shè)立起迄站點.通常,中間站點的運載能力可表示為:NH= TH×FH,其中,NH為中間站點的高峰小時的運載能力;TH為高峰小時平均每車從中間站點上下的乘客數(shù);FH為高峰小時經(jīng)過中間站點的所有線路的組合頻率.起迄點站的運載能力Nst=Tst,h×Fst,h/K0,其中,Nst為起迄站點高峰小時運載能

19、力;Tst,h為高峰小時平均每車滿載時乘客數(shù);Fst,h為高峰小時線路出車頻率;K0為線路最大斷面流量和起迄點斷面流量之比.若交通小區(qū)i內(nèi)的總發(fā)生量或總吸引量Ti>NH×Ni,Ni為交通小區(qū)i內(nèi)中間站點數(shù)量,則該小區(qū)還需設(shè)置N個起迄站點,N的計算公式為(N-0.5)×Nst< Ti-NH×Ni(N+0.5)×Nst.確定起迄站點后,可按最短出行時間的路線作為起迄站點間的線路走向,形成所有起、迄點間一一配對的備選公交線路網(wǎng);進(jìn)一步根據(jù)線路上的直達(dá)客流量確定每條線路的出車頻率.3.4公交系統(tǒng)的效績評價 前面的算法設(shè)計也是公交效績評價系統(tǒng)的基本組成

20、部分。通過對公交系統(tǒng)的效績評價,可以反映公交的運營效果,考核公交的管理水平,從而為公交系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運營提供決策支持.圖是針對公交系統(tǒng)而建立的一個多層次綜合評價指標(biāo)體系,它的準(zhǔn)則層由設(shè)施水平、服務(wù)水平和效益水平構(gòu)成.設(shè)施水平指標(biāo)分別從建設(shè)周期、公交車輛擁有率、站點覆蓋率、線路網(wǎng)密度這四個方面反映快速公交系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模、發(fā)展基礎(chǔ)及潛力;服務(wù)水平指標(biāo)從快捷、方便、準(zhǔn)時、舒適、安全等方面反映其運營特征和管理水平;效益水平指標(biāo)從百車公里成本、百車公里收入和乘客滿意度方面反映快速公交系統(tǒng)的綜合效益.指標(biāo)層由項指標(biāo)構(gòu)成,評語層下的評語結(jié)果由優(yōu)秀、良好、中等、一般、較差這5個等級來評判.其結(jié)構(gòu)圖如圖公交系統(tǒng)的效績評價1、公交站點覆蓋率2路網(wǎng)密度城市范圍內(nèi)由不同功能、等級、區(qū)位的道路，以一定的密度和適當(dāng)?shù)男问浇M成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3、運行速度：V=L/t4、乘客平均候車時間：利用調(diào)查加權(quán)求平均值5、換乘率為第j個樞紐的換乘效率評價指數(shù),式中v=(vL,vM,vc,vQ)T0、u(uE,uT)T0輸入輸出指標(biāo)的權(quán)重向量。如適當(dāng)選取u和v可使hj1.0,并且hj越大說明第j個樞紐的換乘效率越高6、運行準(zhǔn)點率：實際到站時間和計劃到站時間的平均差距,以及它的標(biāo)準(zhǔn)偏差。7、全路程時間:需考慮旅程節(jié)省的時間、各站各