（机械电子工程专业论文）天津轻轨车辆段运用管理信息系统的研制.pdf

l e 京交通大学颈士学位论文 b a c k 妇c k i n ga l g o r i t h m s f o r t h e o p t i m i z a t i o n o ft a s k s e q u c n c c f u n h e 珊o r c 也et h e s i sd e s c f b e si nd 时a i lt h ev a f i o h si 玎重b 船a t i o ni s s u e a n dq u e f yp l a t f b 釉s ，s 哇棘a s 踵dd i s p l a ys c r e c n ，t o 驻c hs c r c e n ，t c l c p h o n e v o i c ea i l dg s ms h o r tm e s s a g eq u e r ys y s t e m f i n a h y ，t h ed a t a b a s ed c s i 印 b 硒e do no r a c l e9 ia i i dt h ed a l aa c c e s sm e t h o d so fa d o n l 玎a r eb r i e n y i n t r o d u e e d c n f r e n t l y ，啦es y s l e md e s l 酵b a sa l i l l o s tb nc o m p l e t 瞳a 弧dt h e i n s t a l l a t i o na n df i e l dt e s tw e r cf i 】【l i s h e di no c t o b e r2 0 0 5 t h et r i a l o p e r a t i o nh a sb e g u ns i n c et h c n t h eu t i l i z a t i o no ft h i ss y s t e mc h a i l g c st h c t r a d i l i o n a lw o r km a n n e ra l l dp f o v i d e se 爿c c t i v ep r o 蝤蹦o nf b rt h e 、矗 e 攒c i e n c yo fc a rd e p o t i tp r o v i d e st h el e a d e r s h i pw t | las c i c n t i f i cb a s i s d u r i n gd e c i s i o nm a k i n g ，a i i da l s o0 f f e r se x p e r i e n c e t 0e s t a b l i s hn e w u n i 蠡e dc o m p r c h e n s i v ei n f o m a t i o nm a n a g c m e n tp l a t f o r m k e yw o 嫩s ：“醇tr a i ll i n e 拓a n s p o n a 畦，m a n a g e m e n ti n f o r l a t i o 珏 s y s l e m ， g e n e t i c a l g o f i m m ，b a c k t r a c k i n ga l g o r i l l m ， l n f o 姗a t i o np l a l f b 咖 概述 第一章摄述 “轻轨车辆段运用管理信息系统”是为了提高车辆段运用安众管 理水平而设计的，系统的研究对象是城市轨道交通车辆段的运用模 式。本章从城市轨道交通及其信息化的发展现状出发，阐述课题选定 的背景及意义：然后介绍系统的研究对象和需求分奉厅，提出系统的总 体设计。 1 1 选题背景及意义 1 1 1 国内外城市轨道交通的发展现状 2 0 世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，世界各国 的城市区域逐澎扩大，城市经济日益发展，城市入口也逐渐上升。由 予漉动人瑟以及遂路车辘的增加，城带交暹量呈急骤增长的态势，机 动车辆增长尤快；城市道路的相对有限憔带来了交通阻塞、车速下降、 事故频繁等一系列问题。行车难、乘车难，不仅成为市民工作和生活 的一个突出问题，而且制约着城市经济的发展。另外，道路上汽车排 放废气、噪声等环境污染问题也愈来愈引起人们的重视。在这样的背 景下，世界各阉纷纷开始采用立体化的快速轨道交通来解决曰益恶化 的城市交遥润题。大城市逐步形成了蟊魏以蟪下铁遭为主体，多种轨 道交逶类黧并存的现代城市轨遂交通毅格局。 世界上第一条地下铁道于1 8 6 3 年在伦敦建成，至今已有1 3 9 年 历史。开始是采用蒸汽机车牵引，经过2 7 年到1 8 9 0 年改为电力举引。 据有关资料统计，从1 8 6 3 年到1 8 9 9 年有7 个城市修建了地下铁道， 从1 9 0 0 年到1 9 4 9 年，世界上又有1 3 个城市修建了地下铁道。二次 世界大战后，伴随着各国城市的快速发展，地下铁道发展极为迅速。 据日本地下铁道协会统计，到1 9 9 9 年全世界已有h 5 个城市建成了 地下铁道，线熬慧长度超过了7 0 k m 。其中英、美、法、德、网、西 北京交通大学硕士学位论文 班牙以及簸罗额等发达国家掰淄2 0 个城市在二次大战瓣开始了遣铁 建设，到1 9 9 9 年来，总里程达2 8 4 0 k m 左右。 由于地下铁道造价昂贵，建设进度受财政和其他因素制约，西方 大城市在建设地下铁道的同时，又重新把注意力转移到地面轨道上 来。利用现代高科技开发了新一代噪声低、速度高，走行部转弯灵活， 乘客上下方便，甚至照顾到老人和残疾人的低地板新型有轨电车。在 线路结构上，也采用了降噪声技术措施。在速度要求较高的线路上， 采用专用车道，与繁忙道黪交叉处，送入半迪下、或舞架交叉，互不 影响。对速度要求不毫的线路，可与道路平齐，与汽车混合运行。 2 l 世纪是中国城市轨道交通的纪元，经济改革会伴随更大的都 市化，促使城市的发展。2 0 0 0 年。中国城市化水平达3 5 ，城市人 喇将达4 亿6 千万。目前，约肖4 0 城市归类为大城市，人口超过1 0 0 万，其中8 个城市人口超过3 0 0 万。城市的交通愈发拥堵，为此越来 越多的城市开始建设地铁轻轨系绕。 1 9 9 5 年上海建铁一号线建成投入运蕾：上海地铁二号线投入运 荣蘑，轨道交遥运营长度达4 0 公零；明臻线一期的运精，使轨遂交 通长度增至6 5 公里。上海轨邋交通至2 0 0 0 年固定投资额已达2 0 6 亿 元，每年建设近1 0 公里。地铁一号线现平均日客运甓约3 3 万人次， 所占公交比重约为4 。历年众臼最大客运量，9 5 年为5 0 3 万人次， 9 6 年为5 l 万人次，9 7 年为4 9 万人次，9 8 年为6 2 2 万人次，9 9 年 为5 1 7 万人次。地铁二号线现平均丑客运量约1 3 万人次，全同最大 客遐量达3 0 万人次。 j 0 京市地铁是国内起步最早、最先投入运营的城露轨道交通设 施。目前，投入运营线路肖l 、2 号线和1 3 号线，设肖车站5 5 座， 遥营遐程总计9 5 公旱。其中，1 、2 号线运营里程5 4 公服，设有车站 4 0 庶，有效同均运量约1 3 0 万人次。2 0 0 2 年客运量4 7 8 亿人次，约 占城市公共交通总运量的l o 。 据报道，“十一五”期闽，北京市将优先发展公共交通，中心城 公必交逐出行比例将达到4 0 。北京市市长王岐山在j t 窳索第十二届 2 人民代表大会第四次会议上说，“十一五”期间，北柬市轨道交邋运 营晕程将达到2 7 0 公里。图1 一l 所示的是未来几年北京市区轨道交 通规划图。 阁l l 北京市区轨道交通规划图 轨道交通的发展，不仅大大方便了沿线居民的出行，并且使周边 地区房地产明显升值，为地两公交带来了“松动效益”，充分体现了 轨道交通的优势，以及在整个城市公共交通的地位。 1 。1 2 国内外城市轨道交通信息他现状 面对地铁建设召益蓬勃发展的局面。如何有效的进行信息的科学 管理，帮勘领导层及时准确魏掌疆各项关键业务信息等，成为当前摆 裁京交通大学硕士学位论文 在人们面前的一个棘手问题。近年来，地理信息系统、全球卫羼定位 系统、遥感等技术的发展，日渐成熟和普及，随着分布式数据库、网 络技术、数据仓库、多媒体技术、海量数据处理及宽带通信等技零豹 突飞猛进，管理信息系统开始应用于解决这些问题。 管理信息系统( m a n a g e m e n tl n f o r i n a t i o ns y s t e m s ，m 1 s ) 是“个以 人为主导，利用计算机硬件、软件、网络通信设备以及其他办公设备， 迸行信息豹收集、传输、由霸工、储存、更新和维护，以企业战略竟优、 提高效益和效率为目的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的 集成化的人机系统。 管理经患系统由四大部传组成，即信息系源、信息处理器、信意 用户和信息管理者。信息源是信息产生地；信息处理器担负信息的传 输、加工、保存等任务；信息用户是信息的使用者，他应用信息进行 决策；信息管理者负责信息系统的设计实现，在实现以后，他负责信 怠系统豹运行释协调。 j r 东嗣本公司于1 9 9 5 年开发了新一代的列车运行管理系统，取名 为c o s m o s 系统，把原先分别开发的调度集中系统、计算机综合管理 系统、裁于线售怠管理系统等系统统一起来，再加入尚未系统纯的运 输计划、维修作业管理、车辆基地作业管理等内容，形成了大的综合 管理系统，包括运输计划子系统、列车调度子系统、设备调度和设备 管理子系统。该系统在综合运用多项先进技术的綦础上，实现了城市 轨道交通剜车驾驶、运行控制、调度指挥的高度彝动化，大大提商了 系统效率，节省了人力和物力。 德国柏林有1 0 0 多年的轨道交通发展历史，目前，主要交通工具 有区域快速火车( r e 誊曲a l p 羚s s ) 、s b 醢n 、u * b 馥n 、有辕电车、 城际闻高速铁路( 1 c e ) 、公共汽车、船为一体的综合交通系统。柏林 地铁为了组织协调不同形式的轨道交通之间，尤其与公共汽车之间的 关系，实现综合交通总体规划与运营管理，借鉴葡萄牙铁路部门的 醵a n s 系统，采用了诗算机硬软件毅技术、数禚麾技术、两络技术 和系统方法，建立力一套究整的管理倍患系统。有效的管理了全长1 5 2 4 公辍，共有1 7 0 个车站，1 4 0 0 多辆，每年地铁客流量达4 亿人次，成 为种市内的最主要的交通工具。 德国汉堡已开通了第一个多媒体地铁车站，壤上的多媒体设备除 了可供乘客自己查询有关交通信息外，还能提供轨l e r n e t 浏览、自动取 款、信用卡结账、当地专门信息查谗等多种服务；最新的地铁车厢内 安装了电视显示屡提供叛翊、交通、天气等信息。 香港地铁公司在建立之初就与美豳木百诫公司合作建立了一套 完赘的管理倍怠系统。后者是其有百年历史的工程管理公司，曾参与 了全球包括纽约第一条氇铁、香港撼铁在内的超过3 0 个地铁项目建 设的咨询篱理工作，在缱铁管理运营方丽有着雄厚的实力和丰富的经 验。自1 9 7 9 年底逐段投入运营，至今已经2 0 多年的时间里，香港地 铁公司以其商效率、高质爨的工作赢褥了同行的尊重。是世界上少数 凡家盈利的地铁 ，源文件管理数 芏牢替甄鞫甄零夥瑟l倒州蓊强妻喜藿韵两翼孙戡秘鞘；鹌锻萤馘麓摹麟 纛搿茎戮势!溪溪墒壤薄棼。裔滗蠢淙臻瞧臻疆专滚逸毳拦鉴翟j琶掘 薛雅爵醛舒誊窭蠡鸳黉舞筠醚静毪酝馥霾籍辇奏耋豢冀蚕gi蠢iil妻薹 薹饕燮霪鎏囊羹妻茎薹；雹嘎渤噬囊露氛融幕霸j 氧照矧蘸蕊鸶载章融澎；悟蠢矧掣瑟翳燃矧蟊引争蓼刘东轻 轨)的运耀管理模式。天津轻轨于2003年10月建成通车，2004年3 月28日试运营，由市区中山门至开发区第八大街，全长约46公里， j e 京交逶大学硕士学位论文 一个月的出乘时间总和不超过1 7 6 小时，但要尽量接近； 一天内如果有两个单乘任务的话，簧使第一个单乘任务的退勤 点和第二个单乘任务的出勤点在同一地，两个任务间隔时间不 小于o 5 小对，馁尽量接近o 5 小时； 司机需要在1 1 ：3 0 1 3 ：0 0 和1 7 ：3 0 1 9 ：o o 两个时阃段内下车 吃饭。 保证司机拥有双休。 o 、管理出勤和退勤 将全体轻轨司机个入信息输入电脑，利用电脑进行人员管理。轻 轨司机的出退和退勤使用光电指纹进行登记，实现了轻轨司机由出勤 到退勤豹一次作业过程豹有序可擦。 、建立信息查询和发布平台 利用大屏幕、触摸屏、语音卡和g s m 模块建立各种信息查询和 发布的平台。 、对各类倍息进行统计 对司机工作时间和走行公里、入员考勤情况等进行统计：记录运 营状况，书写值班员日志，提交各类报表给各级领导。 1 2 3 系统总体设计方案 整个运用管耀信怠系统的功能滚程翔黼l 一3 所示。主要采焉了 c s ( c l i e n t s e r v e r l 软件设计模式。系统首先根据列车运行圈和时刻 表，采用人工智能的算法将每天的工作任务进行合理的分配，再结合 司机配对的结果和曰勤人员的选择进行自动派班，生成一段时间的出 勤计划。然后利用大屏幕、触摸屏、语音卡和g s m 模块建立各种信 息查询和发布的平台。嗣用指纹仪进行出勤和退勤的管理，对司机工 作时间和走行公犀、人员考勤进行统计，对列车乘务员进行安全教育 培训、上爨勰章零凄考核等等。 8 北京交通大学硕士学位论文 第二章系统的总体设计方案 本章主要介绍系统总体的设计方案。首先，介绍系统的网络结构 设计，指出整个管理信息系统的网络硬件组成结构：然后介绍各个结 构中的具体硬件组成，包括大屏幕、触摸屏、电话语音系统和g s m 短 信查询模块；最后简单描述了系统的软件结构和运行开发环境。 2 1 系统网络结构设计 2 1 1 网络拓扑结构 网络拓扑结构是指网络中节点的互连形式。可分为咀下几种拓扑 结构，如图2 1 所示。 ( b ) 总线形( c ) 环形 图2 1 网络拓扑结构酗 星形拓扑：这是一种中央控制系统型结构，一切通信经由中央 控制节点，正像日常生活中的电话系统那样，各分机之间的通信律 经过交换台。这种结构的控制方式简单便宜；缺点是当中央控制节点 有故障时，整个系统就会瘫痪；当通信量增加并要求高速通信时，中 央控制单元的功能必须扩充，以解决“瓶颈阻塞”问题。 总线型拓扑：在这种结构中，所有节点其享一个公共物理通道 总线。这种结构的特点是：网络不封闭，很容易增加新的节点， 甚至用中继器连接多个总线，形成无根树形结构；节点间通过总线直 接通信，速度快，延迟和开销小：某个节点故障对整个系统的影响相 接通信，速度快，延迟和开销小；某个节点故障对整个系统的影响相 1 0 北京交通大学硕士学位论文 点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。 圈2 5 触摸屏分压器原理图 了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进 行偏置。将它的一边接v r e f ，另一边接地。同时，将未偏置的那一 层连接到a d c ( 微控制器的片上模数转换器) 的高阻抗输入端。当触 摸屏上的压力足够大，使两层之问发生接触时，电阻性表面被分隔为 两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与 接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置 层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。 2 2 3 语音查询系统 通过语音查询子系统，员工可以拨打电话来查询自己的工作安排。 系统使用了北京天羚公司的语音卡产品，如图2 6 所示。t e l e l i n k 系列的电话语音卡是使用在p c 个人电脑上的多媒体语音界面 卡，每片卡上具有2 线或4 线的 语音处理功能，并且可同时安装 孝兰竺雩语耄三套哩二竺| p 三。三 图。一。天羚语音卡示意图 人电脑上。是开发语音系统的极 。 。一 好平台。 电话语音卡与驱动程序之间沟通是借助于语音中断线( i r o ) 及 共用内存。先确认主机上没有其他硬件没有使用相同的中断线( m q ) 1 6 为 系统豹总体设计方案 及盎存区域，面且其他嫒卡也必须没有健用到相同的朔i 端口地址。 如果电话有传真功能还需要设定传真中断和地址。语音卡硬件设定如 表2 2 所示。如果安装多块语音卡，所肖语音卡需要设定相同的姻 端口地址、传真中断线( 1 r q ) 、语音中断线( i r q ) 及共粥内存遗址。 表2 2 语音卡硬件设定 f卡号 o 语音i o 端口地址 3 6 0 h l共用内存 ) o o h f传真i o 地址 2 e 8 h i传真中断线( i r q ) 1 0 2 2 4g s m 短信系统 建立一个仓业内部的短信平台，就鲁前来看，大致上有三种建设 方案： 1 、通过互联网或专线接入移动运营商短售中心或短信网关。 2 、通过互联网或专线接入中间服务运营商的短信中心( 新浪、网 易等s p 服务商) 。 3 、通过g s m 调制解调器接驳计算机发送短消息。 目订两种方式的优点是短消息发送速度快、短信容量大、成功率和 可靠性商，对予大规模短镶发送溺户和短信服务援供商来说，是 毫较 好的一种方案。但是，如果一个企业的短消息发送景不是很大的话， 使用这种接入方案投资比较大，性价比不舞，丽最使用这种方案调试 周期长，数据保密性差。同时，向移动嘲络运营商申请短信网关号也 是比较困难( 中国移动和中国联通都限制了对短信网关号的申请) 。 第三种方案则是通过g s m 调带8 解调器接驳计算机，这样组成的 一个系统就相当于一个网络中的一个手机。因此，不需要向网络运营 商或者s p 申请短信接入瓣关号。所戬，对予短消惠发送量相蹿较小 的企业( 每次发送对象在1 0 0 0 人以下) ，用第三种方案建立短信平台 是最女j f 的选择。 1 7 北京交通大学硕士学位论文 种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过浏览器实 现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现， 形成所谓三层结构。 三层结构是将业务逻辑独立出来。不论是在业务逻辑的更新与维 护上，还是对于客户端与数据层的执行效率上都有很大的帮助。三层 结构中客户端程序要修改时，例如更改操作界面，就必须将新版客户 端程序安装到所有的客户端计算机上，在客户端维护上仍然非常不方 便。另外业务逻辑层需要大量运算资源，往往会造成整个系统的瓶颈。 因此，可以将业务逻辑层再加以分层，分层负责各类型运算处理，形 成多层结构。 b s 结构，主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏 览器的多种s c r 啦语言( v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t ) 和a c t i v e x 技术，用 通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并 节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。随着w i n d o w s 将 浏览器技术植入操作系统内部，这种结构更成为当今应用软件的首选 体系结构。显然b s 结构应用程序相对于传统的g 蠢邀鏊鍪羹饕蠢鍪 誉j 萎霉磊鬻j 匿霪| 堇公誓囊雾蚕瑟雕囊磊薹慧釜攀耐淄淄j 奏篙要薹萋满意 辆誊灞篓溪受羹j 囊蔼隧怒要奏囊基酏魏之一。 往此我们利用遗传算法牺糕部分优化，在满足任务要求属性的前 提下，使线路的配对遮剿最优，即使一个任务中的两个分侄务之问的 间隔尽量接近3 | 0 分 x 北京交通大学硕士学位论文 根据辍鞔司乘人员换黍管理和司乘人员豹配餐的要求，司机需要在 l l ：3 0 1 3 ：0 0 和1 7 ：3 0 1 9 ：0 0 两个时间段内下车屹饭，结合司机单 趟值乘时间需小于5 小时，日值乘时间需小于9 小时的要求，我们将 目运行对闻分为5 节，如图3 一l 掰示。 任务的划分具有多样性，从天津轻轨现行运行网可以着出，一列 车几乎每半小时将经过一个换乘点。艨以，以中午换乘时段 1 1 ：3 0 一1 3 ：o o 为例，每节侄务可能的取值省3 种。将各列车分为5 节， 则全部n 列车可能的分节取值组合有3 4 “秘。显然全郏加以讨论将不可 能，故而采用如下所示的方法，牺牲部分优化条件，具体步骤如下： ( 一) 、对所有车次进行分类 将同运营对渊小于5 小时的单独作为一个任务来执行。荐将早上 发车和午后发车的分开来处理。午后发车只需划分两节，而早上发车 的则需要划分为5 节。 、单列车处理 将譬上发车的n 列车依次编号为l n ，因为要实现如图3 一l 所 示的配对，若n 为奇数，则选出运行时问簸短的l 辆车单独处理。即 在如图3 一l 所示的四个分段区间内找到a l 、a 2 、a 3 、a 4 ，得到任务配 对为： 任务1 ：a o a i ，a 2 一a 3 ：任务2 ：a l a 2 ，a 3 一a 4 ： 任务3 ：a 4 一a 5 ： o 、偶数列牵配对处理 在剩余的列车两两配对，选出其中一维两列车p l 程在p - 上找 到大于8 ：o o 到达“胡家网”的点，然后在弛上找到大于这个点3 0 分 钟到达“胡家园”的点。以同样的方法，找到所有8 ：o o 一9 ：3 0 内它们 到达“胡家霞”和“新立镇”的点。比较厨从中选繇两个最优豹点a t 和b ，判断规则如下： 这孤个点的到站地点应该稠阃( 都是“胡家园”或“瓤立镇”) ； b 一点的时刻应该比a - 点的时刻晚3 0 分钟； 垂动派班管理系统麴设计 者生存，不适应者淘汰的自然法则。 最优化的问题分为两类，求嗣标函数全局竣大值或最小值。目标 函数，( x ) 到适应度函数f ( x ) 的转换方法如下： 对于求最大使的问题： 瞅，t m 墨怒麓冀 争， 式中，c 。为一个适当的相对较小的数。 对于求最小值的问题： 邓，* 任“吖芸怒：乏 式中，c 。为一个适当的相对较大的数。 3 ，选择操作 投据适者生存原刘选择下一 代的个体。在选择时，以适应度 为选择原则。适应度较高的个体， 繁殪下一代的数鹾较多；适应度 较小的个体，繁殖下一代的数目 较少；甚至被淘汰。这样，就产 生了对环境适应能力较强的后 代。蹿予闷题求解角度来讲，就 是选择出和最优解较接近的中问 解。 4 交叉操作 对予逸中用于繁殖下一代的 个体，随机地选择两个个体的相 同位置，按交叉概率p 。( 一般取 o 4 一o 9 9 ) 。在选巾豹位置实行 交换。这个过程反映了随机信息 交换；目的在于产生新的基因组 图3 2 简单遗传算法框图 _寐交避大学硕士学位论文 合，也即产生新的个体。交叉时，可实行单点交叉或多点交叉。5 变异操作 根据生物遗传中基鬻交冥豹骧理，以变异概率p。对某些个体的某 率p。与生物变异极小的情况一致，所以，p。的取值较小，一般取 o，000lo1。 单靠变异不能在求解中得到好处。但是，它能保证算法过程不会 产生无法进化的单一群体。因为在所有的个体一样时，交叉是无法产 生新的个体的，这时只能靠变异产生新的个体。也就是说，变异增加了全局优像的特质。6 终止条件 当最优个体的适应度达到给定的阀值，或者最优个体的适废度和 群体适应度不秀上升时，则算法的迭代过程收敛、算法结束。黉则，用经过选择、交叉、变异所得到的新一代群体取代上一代群体，并返 回到第2步即选择操作处继续循环执行，直到完成终止进化代数丁(一般取100一500)次进化。如图33所示了遗传算法的执行过程。1变异为9图33遗传算法的执行过程掏汰45提高122，3交黑产生6。7 自动派班管理系统的设计 3 。1 3 利用遗传算法优化任务配对 利用遗传算法优化任务配对的具体步骤如下： ( 1 ) 、编码并初始化种群 设n ( n 为偶数) 列车的编号依次为l n ，采用n 元向量编码方 式，即以n 列的编码排列的顺序进行编码，对排序楣邻的两辆列车进 行配对组合，编码向黧的可能值例如： 1 ，2 ，3 ，n ； 2 ，1 ，5 ，n ； n ，2 ，3 ，1 ； 1 ，n ，3 ，2 ； 1 ，2 ，n ，6 】；等等。这种编码的优 点在于符合有意义编码原则，同时利用赝求解闯题的专门知识。对于 编码向量为 n ，2 ，3 ，4 ，”1 ，1 的配对方案为( n ，2 ) 、( 3 ，4 ) 、 ( n 一1 ，1 ) 两两配对，及前面的车取第l 节和后面车的第2 节配对。取 种群丈，l 、材= 4 0 ，以隧机方法产生个体。 ( 2 ) 、计算适应度函数 日标函数为全部配对任务节之间的休息时间值之和，根据上面的 描述，双节任务换乘休息时同越接近o 5 小时越好。故面目标函数为 所有间隔时间之和，即： 4 月，2 - 1 f ( z ) = z 8 ) ( 3 - 3 ) ，i l - = 0 其中，根摄经验设定z ( j ) 如公式3 4 所承。毫：川k 表示个体中的 第( 2 z + 1 ) 条线路在第i 个分割线附近最优化点的时刻值。其中 墨= 9 ：3 0 ，瓦= 1 3 ：0 0 ，正= 1 6 ：0 0 ，五= 1 9 ：0 0 。 z ( f ) = 2 ，+ 2 ) i f ( 2 “1 ”，当2 ，+ 坤墨 2 l o ， 当f ( 2 + l ，霉，k ，+ 2 ) j 霉 2 7 0 ， 娄f ( 2 “玲 誓 ( 3 4 ) l o ， 当& 2 “妒2 ￥都不存在 9 0 ， 当：j + l p 、2 m 臻鏊。1 。戥崖窝骂 “翁嚣阁铺誊； ! l i 。i 一薹；。；i i 鋈l 一一一 爨 自动派班管理系统的设计 后的分量互换，得到的两个新的个体中均有重复豹编码“l ”或“n ”， 均为无效的个体。 为克服上述问题，系统采用“自交叉变异”舞子。随机产生两个 在l n 之闯的整数u 、v ，将母体中的个体分量u 和分量v 互换位置 得到新的个体。 ( 5 ) 、停止准剩 因为任务配对优化算法的频繁调用，在此采取两种停止准则。一 种是当最大进化代数大于5 n 时，另夕 种是当适应度的平均值大于 预设值g s 。时； g 畔) 吒。( 3 7 ) 通过g a 算法的优化处理，找到最优的个体届，再根据3 1 1 所述 的任务分割方法将运营任务进行划分。 3 1 4 手动修改任务划分结果 通常计算机豹运幸子较为死板，鲁动翅分豹结采氇不是l 的最 优。为使划分任务的结果更具灵活性，特地设计了人工修改任务划分 结果的操作。如图3 4 所示，为部分饫务划分结果。 盈3 4 手动修改任务划分界面 用户可以对其进行：“修改”，修改红框选中的任务内容：“分割”， 根掘换乘点和时闯噬邀瞪一燮霞鞴鲁每五鞲翁捌施氍瑗j + 善意87 雅 北京变透大学硕士学位论文 中相嗣车次的两个相衔接的任务， 交换两个任务的位赞； “新建”， 是否符合标准。 将其合并成为一个任务；“交换”， 新建任务组；“捡焱”，检套任务的 3 2 利用闺溯算法优化任务序列 3 2 1 利用任务序列生成出勤计划 假设任务分解盾每天共有m 个任务，这1 1 1 个任务的对闻有的长、 有短，有早班也有中班、晚班。同时，为了保证司乘人员工作一段时 闻屠享有双体日，每天还必须安排n 个体息任务。为保证相对公平， 通常实行轮班制，即n + m 个司乘人员在n + m 个不同的任务( 工作任务 + 体息任务) 中轮班。为满足司机每月累计工作少于1 7 6 小时的法定 臻求，则 锄+ 。1 ：二旦堕塑：垦三堕三( 3 鼬l ，抖+ n j 一 i ，- 6 。 1 7 6 将这n + m 个任务排成一个序列，轮班制的执行如表3 一l 所示。 寰3 1 司机轮班濂淳裘 日期 霹机 第l 天第2 天第n 天第n 十l 天 第1 人任务l任务2任务n任务l 第2 人任务2任务3任务l任务2 第n 1 人 任务n 1任务n任务n 一2任务n l 第n 人任务n任务1 任务n 一1任务n 在轮班工作状态中，在第l 天中，第】个员工完成饪务l ，第2 个员工完成任务2 ，第n 个员工完成任务n 。第2 天轮过1 个 任务，第1 个员工完成任务2 ，第2 个员工究成任务3 ，第n l 自动派班管理系统的设计 回溯寻找合适的任务。如果数量大于零，链入解序列。 如图3 9 所示，为整个 搜索空间中的一个分枝树。 双向箭头表示回溯，表现在 如果选择任务失败，返回上 一步重新选择新节点。当搜 索第4 个任务时，如果为工 作任务，根据表3 2 的任务 连接要求，首先选择“e ”， _ j ：| 于e 任务个数不为o ，则 选择第4 个任务为“e ”。开 始搜索第5 个任务，但a 、d 、 c 的个数都已经为o ，所以第 4 个任务为“e ”不合适，重 新开始搜索，选第4 个任务 为“c ”就这样得出一个 可行解d c a b e 。 、搜索近似解 图3 9 回溯算法示意图 当搜索到第一个任务的最后一个衔接条件，还不能得到可行解的 话，需要找一个可以代替的近似解。将比较得到的最长的失败解序列， 作为近似解的一部分。在这种情况下，用剩余的衔接条件重新搜索一 个解序列。将两个解序列组成一个近似解。 因为回溯算法以深度搜索为主，所以它的时间复杂度近似看作深 度搜索的时间复杂度。如表3 2 所示，设共有七类任务。搜索树的 层数为m + n ，每一层的选择是新节点衔接条件中的任务数量，即1 、 2 、m 。该算法的时间复杂度是1 2 ”d 。 3 2 5 手动修改任务序列和出勤计划 和手动修改任务划分结果一样，系统也设计和手动修改任务序列 自动派班管理系统的设计 3 3 毒勤与退勤管理 3 3 1 出退勤管理 正常情况下，使用指纹仪进行出 退勤管理，系统所使用的u a r e u 4 0 0 0 指纹仪如图3 一l l 所示。该指 纹仪是髫翦世界上最薄豹光学系 统，只有6 m m ，表瑶采溺了颦硬的 光学材料并喷以专利防薄膜，输出 图象最高可达7 0 0 d p i ，不仅比对性 能优越，更是极佳的指纹录入设备。 图3 一1 1 指纹仪外形图 它能够自动读取指纹图像，并通过 u s 8 接口把数字化的指纹图像传送到计算机，同时提供了相关的软件 开发工具。 在进行窭退勤管理之前，先将全体轻轨司概豹镥纹信意输入电 脑，每一个指纹信息由一个3 0 0 字节的数组表示。出退勤时，首先选 撵耍出勤的员工，从数据库中调出他的指纹信息，然后与本次采样的 结果相比对。 在进行出退勤前，运转值班员需用酒精检测仪检测出勤人员是否 饮酒，判断身体状况和耪神状态是否适合出勤等各种情况。如果其不 台遥崮勤或者迟到，剐镬蠲蘩班人虽进行出勤。考惑到仪器可能损坏， 同时设计了“强制出勤”，傻正常的工作不受仪器损坏的影响，系统 部分界面如图3 1 2 所示。 4 l 北京交通大学硕士学位论文 出瞧勘_ h e 诂舞方式 是，香允怦正常出勤 馈露过量 ，鼻俸状貅隹 匿二j ，精神状况币隹 一其他广j 正i 出堰髓 衙i r l 礴鞴穰 7 揸测信息一 i i 正l 蝴+ 。警话互冀t 话菪“ 警斑姓名t 群 瞽斑蜥 。一 强制鄹： l 强制蛐 图3 1 2 山退勤管理部分界面 3 3 2 出退勤状态的统计 出退勤之后，需对员工的出退勤情况进行统计，例如迟到、早退、 替班、工时、走行里程等等。各类数据的统计使用水晶报表( c r y s t a l r e p o r t s ) 来完成。它是微软蛐a is t u d i o n e t 上标准的报表产生工具， 具有在n e t 平台上创建具有交互式和演示文稿质量的报表功能，可以 装载到w i n d o w s 和w 曲平台上。 报表功能可以被紧密地集成到n e t 应用程序中。报表可以包括内 置交互性创建一种清晰有效的流程，让一个报表满足许多不同个 体的所有需求。而且，报表( 或报表的一部分) 可以被嵌入到w b f d 、 p o w e r p o i n t 等m i c r o s o f to f ! f i c e 文件中，或在这些文件之间安全共享。 生成的报表也可以导出为w o r d 或p d f 格式。 报表的显示利用c r y s t a l r e p o n e w e r 控件加载报表文件( 。r p t ) 来实现。通过一个数据集d a t a s e t 绑定报表文件来加载数据。图3 1 3 就是0 5 年7 月2 3 号至0 5 年1 2 月2 3 号替班情况的部分报表。 4 2 蹦哥轰慧鬻瓣盏驾登怒絮。 羔塑一一墅： 矍：当 鳖鎏兰羔墼篓 童熊整誊望垄壶銎 翔辑辅辨勰 鞘钵0 嚣：繁莲 毋：7 ：舶醚群磅 懈孵l 霄 f 存舆糟f 薄 蟮擎 2 h nl | 璃 0 2 1 j 蜻涛瓣旧 牺建雠 1 l 艇瓣茑i 豫 姻j l 静p 昂 2 m | in ； n 船舶馆09 雕 、诲 ? o 1 i 孵 m 1 t 蝣 蛐 1 0 磐带i | ： _ 2 - “舯 肄l l 鞭删档皑1 5 i ：f 摊 2 【0 8i o 甜 静f 番 i l 站秘齄挑 图3 1 3 替班出勤情况报表 j 5 。，1 2 撺譬辔穗 弼斟艘壤酵弼 蚺： 6 ：辅瞧姥畿 0 5 ：鹃， 2 链蹬骰 坤0 ，警捧 j 5 4 8 ：摊謇辐 iz t i ：辩 慢蘸证 北京交通大学硕士学位论文 划流程。 如果记录过长，则采用滚动和分页两种显示方法。利用计时器控 件( t i m n o t i c e ) 控制显示一羼逶知翡时间；另一诗辩器控 牛( 弧m o v e r ) 控制滚动速度。滚动显示：每经过t i m o v e r 的间隔时间，r i c h t e x t b o x 向上移动一行的高度。熬页显示：缚经过t i m n o t i c e 的间隔时间， r i c h t e x t b o x 向上移动一屏的高度。如果当前汜录一屏幕就能最示完， 等待西m n o t i c e 疑隔b 重间邸可显示下一条记录。 豳4 3 通知指示显示流程圈 北京交通大学硕士学位论文 页面。翅圈4 5 _ | ；f 示。 蚓4 5 最新通知界面 此外，“工作安排”用于查询司机未来7 日的工作计划；“员工劳 保”用于查询司机的劳保信息：“作业制度”用于查询公司关于各类 日常工作中的制度信息等等。 4 。2 。2 每翻一腥 公司定潮对员工进行考试。 安排地点，准备考卷。一系列 工作需要提前完成，还需要有 阅卷人员。现在赢接在触摸屏 上进行“每日一题”测试。员 工我自己合适熬时问答题测 试，答完题瓣，电藏润卷，立 即公布答题结果和考试答案。 有利于员工提高学习效率，不 浪费资源。 答题之前，利用如图4 6 所示的数字键盘输入工号和密 码，以确定答牒人。“每酲一题” 原来进行一次考试，需要组织人员， 圈4 6 “每嚣一题”数字键盘 信息的发布和查询 短消息发送实体( s h o nm e s s a g ee n t i t y ，s m e ) 大致可分为两种类 型：一种是移动电话或特定的短消息收发设备等移动设备，即用户通 过直接使用移动电话或特定的短俏息收发设备，将短消息内容经由移 动通信网络中的基站等设施，发送到短消息业务中心，再由短消息业 务中心将该短消息内容转发到目标地址；另一种类型是通常所说的外 部短消息实体( e x t e m a ls h o nm e s s a g ee n t i t y ，e s m e ) ，即基于t c p i p 协议网络或x 2 5 网络进行短消息发送的短消息应用系统( s m s a p p l i c a t i o ns y s t e m ，例如w a p 代理服务器、e m a i l 网关或其它消息 网关等) ，这些系统既可以通过短消息点对点协议( s h o nm e s s a g ep e e r t op e e r s m p p ) 等将短消息内容直接发送到短消息业务中心，也可以 通过像中国移动短消息点对点协议( c h i n am o b i l ep e e rt op e e r ，c m p p ) 等接人互联网短消息网关( i n t e r n e ts h o nm e s s a g eg a t e w a y ，i s m g ) ， 再通过该网关接人短消息业务中心，最后，再由短消息业务中心将短 消息内容转发到目标地址。 目前国内的短消息业务基本上都属于第二种类型。第二种类型的 短消息传递，实际上是通过一系列短消息通讯协议的转换来实现的。 4 4 2a t 指令 g s mm o d e m 利用a t 命令进行操作，a t 指令分为两种模式：基 于a r 命令的t e x t 模式和基于a r 命令的p d u 模式。t e x t 模式的命令 方式比较简单，发送和读取短消息都不用进行特别的编码和解码。但 是t e x t 只能传送英文短信息( 纯文本格式) 。p d u 模式则支持中文短 消息的发送，但是p d u 格式短消息的发送和接收要进行相应的编码 和解码，比起t e x t 模式来说要复杂一点，不过通用性强。与s m s 有 关的g s m a = r 指令如表4 一l 所示。 表4 1 g s m 0 7 0 5a t 指令表 a t 指令功能 a t + c m g c发山一条短消息命令 a t + c m g d删除s i m 卡内存的短消息 5 3 北京交通大学硕士学位论文 a r + c m g f选择短消息信息格式；0 一p d u ：卜文本 列出s i m 卡中的短消息p d u t e x t ：0 一未读，卜已读， a t + c m g l 2 一待发，3 一已发，4 一全部的 a t + c m g r读取短消息 订+ c m g s发送短消息 a r + c m g w向s i m 内存中写入待发的短消息 a t + c m s s从s i m 内存中发送短消息 a r + c n m l显示新收到的短消息 a t + c p m s选择短消息内存 a t + c s c a短消息中心地址 a t + c s c b选择蜂窝广播消息 a t + c s m p设置短消息文本模式参数 p 汀+ c s m s选择短消息服务 利用t e x t 模式发送和接收短消息的操作方法如下所示。 ) a t + c s c a ：+ 8 6 1 3 8 0 0 1 0 0 5 0 0 ( 设置短信息中心号码) ) a t + c m g f = 1 ( 设置l 为t e x t 模式，o 为p d u 模式) ) a t + c m g s = 8 6 1 3 8 1 0 x x x x x x ( 发送一条短信息) ) t h i si sat e s ts m s !( 编写短消息内容) ) a t + c m g r = 1 ( 读取索引号为1 的短消息) p d u 编码的格式则分发送和接收两种格式。 1 、p d u 发送格式 手机号码和短消息中心号码的p d u 编码的转换方式为奇偶对换。 而短消息内容的编码是将字符转换成为u n i c o d e 码，然后格式化成 1 6 进制。其中英文字符和数字字符转换成u n i c o d e 码只有两位，不 足四位。则应该在英文字符和数字字符的u n i c o d e 码前面补上“o o ”， 凑足4 位，避免产生错误的编码。 p d u 格式发送短消息的操作例程如下： ) a t + c s c a = + 8 6 1 3 8 0 0 1 0 0 5 0 0 ( 设置短信息中心号码) ) p 口+ c m g f = o( 设置0 一p d u 模式l t e x t 模式) ) a t + c m g s = 3 5 ( 发送短消息的长度：固定的p d u 编码为1 5 个字符长度，加“北京交通大学b j t u ”2 0 个字符长度) 5 4 信息的发布和查询 )0 8 9 1 6 8 3 1 0 8 1 0 0 0 0 5 f 0 1 1 0 0 0 d 9 1 6 8 3 1 1 8 6 0 9 7 9 0 f 3 0 0 0 8 0 0 1 4 5 3 1 7 4 e a c 4 e a 4 9 0 1 a 5 9 2 7 5 8 6 6 0 0 4 2 0 0 4 a 0 0 5 4 0 0 5 5 ( 短消息内 容为“北京交通大学b j t u ”) 2 、p d u 接收格式 p d u 格式读取短消息的操作 ) a t + c m g f = 0 ( 设置0 一p d u 模式卜t e x t 模式) ) a t + c m g r = 1( 读取短消息索引号为1 的短消息) p d u 接收格式的短消息中心地址、发送手机号码和短消息内容编 码的格式与p d u 发送格式的编码是完全一样的。不过，接收短消息多 了一串服务中心时间戳( s c t s ) 的编码，具体解码方式如下：首先， 将编码分离出来：接着，进行奇偶位交换；最后，写出日期形式。 接收过来的短消息分为两类：一类为具有中文字符的短消息，短 消息中心会把它的编码形式自动设为1 6 位编码，即p d u 编码的数据 编码方案位( d c s ) 为0 8 ，然后发送给手机；一类是不具有中文字符 的短消息，短消息中心则会把他的编码形式自动设为7 位编码，即p d u 编码的数据编码方案位( d c s ) 为0 0 ，然后发送给手机。其中7 位编 码的解码和1 6 位编码的解码方式是不同的。7 位的g s m 码要转换成 为8 字节的o c t e t 码才能正常发送出去。转换方法为把后一个编码的 字