城市公交管理信息系統設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上城市公交管理信息系統設計1 系統開發(fā)的目的及功能需求分析1、1 現狀分析城市交通是城市社會、經濟活動的動脈和紐帶,對城市經濟發(fā)展和人民生活水平的提高起著非常重要的作用。根據國內外城市交通發(fā)展的經驗,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行公共交通系統建立的工作中,普遍遇到的一個問題是:大量的城市基礎要素和交通信息未被充分的表達出來,給城市的現代化管理帶來了諸多困難。如何充分利用現有的城市道路基礎設施,使車和車、車和路、車和乘客相互協調,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,是現代公共交通發(fā)展急需解決的問題?，F代地理

2、信息系統技術的成熟和發(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(GIS)由于其在開發(fā)模式、系統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應根據該城市的具體情況，由多種方式靈活組合，形成多層次的立體網絡、相輔相成、共同承擔市區(qū)公共交通運輸和市郊中短途客運。城市公交系統通常要從不同方面滿足居民的多樣化出行需求，鑒于交通運輸聯合化和服務質量要求的提高，城市公交系統基礎信息平臺應包含各運輸子系統的多類信息， 提供互聯平臺和信息共享融合渠道，實現公交網絡整體效益的最大發(fā)揮。城市公交系統的活動主體主要包括該系統的管理決策者、 營運者和使用者

3、，他們對城市公交系統的基礎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的決策者通常由政府相關行業(yè)管理部門構成， 負責制定、監(jiān)督實施公交系統各層面規(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、經濟發(fā)展信息、 客流統計數據、公交行業(yè)營運報表等( 隨著公交系統信息化、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的營運者通常由公交汽車公司和下屬的分公司構成( 多數分別建立信息體系進行運營、維護) 來滿足日常時刻表制定、 異常事件車輛調度、聯合運輸車輛調度、車輛保養(yǎng)等工作( 隨著公交系統信息化、 智能化的發(fā)展)

4、營運部門建立的信息系統應和基礎信息平臺實現連接) 并成為存儲平臺數據基本表的信息子庫( 基礎信息平臺應具有對相關部門信息子庫進行數據維護、 定義相關視圖及權限的功能。1、2、3公交出行者城市公交系統的使用者是各類乘客，乘客對信息平臺的需求主要體現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)劃產生影響。目前我國城市公交系統使用者獲得的公交信息多數是靜態(tài)信息， 表達方式單一， 獲取手段具有局限性， 乘客應能隨時隨地享受信息平臺提供的服務， 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)布技術和發(fā)布終端到達乘客端。1、3 系統

5、設計原則為實現系統目標,最大限度地滿足相關需求,并有利于系統的進一步擴充和擴展,在進行系統設計時將遵循如下原則:(1)先進性.系統采用目前國際上主流的體系結構,在先進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絡數據進行分析和建模,并采用大型商業(yè)數據庫來存儲、管理數據.(2)實用性. 城市公交管理信息系統開發(fā)的目的是為乘客、公交企業(yè)、管理部門提供準確、及時、優(yōu)化的公交信息。結合業(yè)務流程,滿足各類人員的使用習慣及日常工作的需要,實現“人-軟件-業(yè)務流程”的有機統一.能進行動態(tài)數據的管理,并保持數據的一致性,滿足數據更新及操作響應的實時性要求.(3)可擴充性.系統的信息編碼、系統功能和

6、數據庫結構,留有充分的擴充余地,便于在其基礎上進一步開發(fā),易于擴充其他專業(yè)使用系統.(4)可靠性.采用大型商用數據庫的數據管理、備份功能;及時補充、更新、備份已變動的數據,圖形信息和屬性數據準確可靠.(5)高效性.提供海量數據的快速處理能力.(6)標準化.直接引用現有國家標準、行業(yè)標準或實際工作標準,必要時予以擴充,并考慮利用有關研究成果.(7)完備性.數據庫中存貯的圖形及屬性等信息,應能充分滿足日常工作條件下,系統的正常運行和數據更新的需要.2系統設計該系統的具體開發(fā)過程如圖1所示。2.1系統結構城市交通管理信息系統旨在通過GIS技術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、學決策提供依據。系統應為系統的管理決策者、 營運者和使用者服務。系統功能結構如圖2所示。城市公交管理信息系統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結構：公交營運者和管理決策者 評價系統地圖管理交通服務數據管理綜合查詢運輸調度規(guī)劃預測公交管理(1)公交管理:主要內容包括公交線路、站點、發(fā)車時間等查詢,公交覆蓋率計算、公交專題圖、公交網絡圖等。(2)運輸調度:主要內容包括最短路徑查詢、公交換乘查詢、道路查詢、中長途車站調度系統接口、港口運輸調度等。(3)規(guī)劃預測:主要內容包括道路緩沖分析和設計、站點選址分析和預測、公交線路設置規(guī)劃、停車場規(guī)劃設計、居民公交出行量預測、居民出行總量

8、預測、交通小區(qū)公交車輛配備計算和預測等。(4)綜合查詢:提供了系統非保密數據的多條件高級查詢功能,包括對電子地圖、交通屬性數據、規(guī)劃數據的查詢。(5)交通服務:主要內容包括居民出行指南和交通項目上報審批服務。(6)地圖管理:主要內容包括地理信息系統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)域等地圖信息進行編輯和修改等。（7）評價系統：通過對單個快速公交系統的效績評價,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的規(guī)劃、建設和運營提供決策支持.公交出行者系統結構：城市公交信息管理系統 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定位查詢漫游打印數據導出另存為保存關閉打開全圖功能描述1）、文件管理：文件的打開、關閉、保存、另存為、數據導出、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 以上功能在系統中通過菜單和功能按鈕實現。22界面設計23數據庫設計公交系統的數據庫包括空間數據和屬性數據兩個部分，因此為了系統數據更新和維護的方便，系統數據庫的建立過程分為兩個

10、部分來開展2.3.1 系統數據的選取根據系統數據需求分析的結果，本著保證數據內容完整性強、數據信息的現勢性強、數據精確度高的原則對現行數據進行審查和分析，最后確定以下幾類數據作為本系統數據庫的基礎數據：城市市區(qū)圖、城市地形圖、城市交通旅游圖、城市公交線路調查數據、公交車站站點調查數據等等。2.3.2基礎數據庫的建立一般來講,從公交網絡規(guī)劃和管理的需要出發(fā),公交基礎數據可分為4類:公交網絡數據、公交客流數據、公交行車數據和其他數據,具體框架結構如圖所示。按照GIS標準化的要求,使用GIS軟件MapInfo和關系數據庫Access建立了城市公交網絡信息數據庫,為城市公交研究確立了數據基礎。評價數據

11、3系統關鍵算法的實現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,如果是,則直接進入最后一步,按照路線距離進行排序,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所能直達的所有站點和能直達站點2的所有站點,對這兩個集合求取交集,如果存在交集,則結束迭代,進入最后一步按路線總距離進行排序,否則,仍然繼續(xù)迭代,求取從站點1必須經過1次換乘才能夠到達的站點集合(涉及集合差和并),和能夠直達2的所有站點集合求交,從而得到必須換乘兩次才能到達的乘車方案。交集非空,則結束迭代,進入最后一步;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。對該算法的實現有兩種途徑可供選擇,一是采用主存數據結構,實現集合的快速運算,其中包括快速查找、索引支持以及集合運算等一系列算法;二是直接利用現存商業(yè)數據庫已有的在集合運算方面的優(yōu)秀性能。3.2公交線網優(yōu)化設計城市公交的基本職能主要表現在為生產和生活服務，因此它的基本任務是通過為乘客提供安全、方便、迅速、準點、舒適的乘車條件，最大限度地發(fā)揮現有公共文通設施的營運能力，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、要而現實的意義。公交網絡優(yōu)化是公共文通系統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其網絡布局的優(yōu)劣是決定該系統品質的主要因素之一。因此在規(guī)劃或設計公共交通網絡時，必須考慮以下目標對公交網絡進行優(yōu)化: 1.為更多的乘客提供服務。2.使全體乘客的總出行時間更小。3.路交線網的效率最大。4 .保證適當的公交線網密度。5.保證線網的服務面積率.減少公交盲區(qū)。所以城市公交網絡優(yōu)化是一個多目標規(guī)劃的問題但這些目標不是全部獨立的。處理這個多目標問題有多種方法，本文采用先對一個核心目標求最優(yōu)解對其他目標以約束條件形式獲得可行解或保留多個最優(yōu)解，進行多目標分析。公交線網優(yōu)化具有受影響因素多、過程復雜

14、、客流分布不固定等特點, 因此, 建立模型前應對實際情況進行概括和簡化。本文在分析優(yōu)化實際過程的基礎上, 假設居民公交出行需求是固定的, 考慮居民公交出行需求, 規(guī)劃目標為乘客換乘次數和線路通過的站點數最少, 由此獲得公交線網優(yōu)化模型:式中: 1, 2權重系數, 且1>2 ;n公交網絡內節(jié)點的數量;TNij公交網絡內從節(jié)點i到節(jié)點j的可能最少換乘次數;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所經過的可能最小站點數;增加1次換乘相當于減少的站點數;L公交網絡內, 單條線路的長度;qx非直線系數;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;公交線網密度;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。根據城市道路交通規(guī)劃設計規(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約束。對于一般城市, 其值取1.151.20為宜; 對于單條公交線, 應不大于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線路重復影響系數, 其中Xc是和某條線路重復的最大線路條數, 它們之間關系如下: 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密度約束。公交線網的密度是指城市有公交線路服務的每平方公里用地面積上有公交線路經過的道路中線的長度, 它反映了城市公交線網的規(guī)模。當公交車保有量一定時, 公交線網密度過高或過低都會造成非車內時間的增加。在線網

17、優(yōu)化過程中, 線網的規(guī)模不可能無限制地增大, 因此增加了線網密度的上限約束max, 它是和城市規(guī)模和客流量相關的函數。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, 應將它作為線網優(yōu)化模型的約束條件之一。綜合來說, 模型體現了公交網絡的設計原則和各種客觀條件的制約, 從道路網開始就剔除了不合理的線路走向; 線長約束和非直線系數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的合理性; 同時, 由于線路形成的初始線網集中, 所以在模型中加入了公交線網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。這樣, 模型通過節(jié)點、線路、線網的重重限制, 使可行線網的數量減少, 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)內中間站點的總運載能力時,該小區(qū)就應設立起迄站點.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;FH為高峰小時經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;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內的總發(fā)生量或總吸引量Ti>NH×Ni,Ni為交通小區(qū)i內中間站點數量,則該小區(qū)還需設置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;進一步根據線路上的直達客流量確定每條線路的出車頻率.3.4公交系統的效績評價 前面的算法設計也是公交效績評價系統的基本組成

20、部分。通過對公交系統的效績評價,可以反映公交的運營效果,考核公交的管理水平,從而為公交系統的規(guī)劃、建設和運營提供決策支持.圖是針對公交系統而建立的一個多層次綜合評價指標體系,它的準則層由設施水平、服務水平和效益水平構成.設施水平指標分別從建設周期、公交車輛擁有率、站點覆蓋率、線路網密度這四個方面反映快速公交系統的建設規(guī)模、發(fā)展基礎及潛力;服務水平指標從快捷、方便、準時、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的綜合效益.指標層由項指標構成,評語層下的評語結果由優(yōu)秀、良好、中等、一般、較差這5個等級來評判.其結構圖如圖公交系統的效績評價1、公交站點覆蓋率2路網密度城市范圍內由不同功能、等級、區(qū)位的道路，以一定的密度和適當的形式組成的網絡結構3、運行速度：V=L/t4、乘客平均候車時間：利用調查加權求平均值5、換乘率為第j個樞紐的換乘效率評價指數,式中v=(vL,vM,vc,vQ)T0、u(uE,uT)T0輸入輸出指標的權重向量。如適當選取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,以及它的標準偏差。7、全路程時間:需考慮旅程節(jié)省的時間、各站各