（信号与信息处理专业论文）公交调度模型与公交信息管理数据统计的研究与实现.pdf

摘要 论文采用模块化的思想对公交车信息管理和统计系统进行设计。按 照功能的不同，将其分为一个模型和两个大模块：公交车调度模型、 公交信息播报器线路制作模块和信息管理与统计模块。播报器线路制 作模块又分为五个小模块：线路管理、用语管理、站点管理、数据采 集和线路烧制。信息管理与统计模块也分为七个小模块：模拟运行圈、 线路统计报表、运行数据采集、模拟图编辑、报表参数设定、串口设 置和播报器参数设定。 论文深入研究了公交指挥调度系统的现状和存在的问题。针对存在 的问题，论文建立了一个公交车调度模型。该模型定义公司收入、等 待时问、拥挤程度三个目标函数，采用多目标优化思想，求出这三个 函数的最优解。 模块的开发采用j a v a 语言和a c c e s s 数据库，通过j d b c o d b c 桥 连接。如车顶机、车内机和g p s 数据采集器等硬件设备由安徽富煌和 利时公司提供。实现了数据库的合理设计，大模块下的小模块通过与 数据库的连接这个接口实现统一，两大模块通过无线数传模块接口实 现连接。并实现了这些模块的基本功能。 总之，在整个设计和实现的过程中，本研究注重科研课题的继承性， 不仅集成了已经成熟的科研成果，还建立了更有效合理的调度模型， 设计了信息管理和统计系统。 关键词l 智能交通，公交调度，数学模型，g p s ，j d b co d b c 1 醯8 c r t a t i 锄a d o p 坞m o d i l a l i t y 岫u g h w a yt od c s i 弘t h es y s t e mo f b u s 蜘a l i m 蛐a g e m e n t 柚d 鼬i s 雠a 棚柑细gt ot l l ed i 疵删埘o f f l i n c i i o n s ，i t i sd i v i d 甜i n t o 蛐cm 矾e ia n dt w ol a r g em 矾u l 髂：b 略 d i s p a i d l i n gm 0 d m c 、u m a k i n go f 琢塔m 髓蜘萨舅l m a d c a s tm a 西j n e 、 h 如聊a t i 。咀m 锄a 窖咖锄t 柚ds t a 趣啦m d d i l l e a n du 吐m a 垴她m o d e i i n d u d 酷f i v cs m a nm o d u l 髂：l j n em 锄g c m c n t 、m 懿a g em 叫a g 哪硎、 s t a t i m 柚a g e n l c t 、d a d ao d l l c 商柚dl j f i ”1 n ：胁l a l i m 锄a 筘m e n t 强ds t a t i s t i cm o d u l ca l s oi n c l u d es c v e ns m a l lm o d u l ： s j m u l a t i o nr u n n i n gm a p 、l m es t a t i s t i cr e p o i t s 、r u 皿i n gd a t ac o l t c c t i o n 、 s i m u i a t 妇im a pe d i t i o n 、r c p a r t s 碡蜘c es c n i n g 、s e r i a lp 0 r ts 眦h ga n d m e s s a g cm a c h i 鹏r c f 暇l s e n i n g t l l i sd i s s c n a t j o nf u n h e fi n v e s t i g a t e st i i ea c l u a l i t y 柚de x i s t i n gp f o b l e m o fb u sd i s p 眦l i i n gs y s t 锄nd i g 鹏am o d c la i m j n ga tt h ep m b l e m s 1 km o d e ld e f m e st h e eo b j t i v ef 1 1 n d i o 璐：c o m p a n yp r o m 、d c g r e eo f p 蹈s e n g e rc o n g e s t 、_ i h cw 硫i n gf b rb u s a n dt i l e m o d e la d o p t s m u l t i p u r p o s e0 p t i m a lm e t l l o dt og c tt h eo p t i m a la n s 、r t h ed c v e l o p m e n to fm o d u l ca d 叩t sj a v a1 卸g i i a g e 姐da c c e 站 d a t a b 鹋e a n dt l l e ym a k ec o 加e c t i o nb yj d b c 0 d b c 1 1 i eh a r d w a 托 e q u i p m e n ts c h 勰m a c h i n eo nb 璐t o p 、 i nb u sa l l dg p sd a t ac o l l e c t b n m a c m i sp m v i d 嗵b ya n h w c if u h u 柚gh e l i s l l i c o m p 皿y m di t i m p l 锄t st h cd 髂i 印o fd 砒a b a 辩t h c s m a l lm o d u l a 他m i t e db y t l l ei n t c r f a c eo fd a t a b 舔e t 1 l c 似r ol a r g em o d u l e sa 托m l e 鼬c db yw i r c l 髂s d a t an 柚s m i s s i m o d l i l c a n di m p l e m e n tt h cb 鹞i cf i i n n b no ft l l c 辩 m o d u k s k n c l 吲曲，t h i st h 嚣i sp a y sm o 比啪啪6 t o 袖c r i t a b l ec h m c i e r o ft h ep l o j o c t ，n o to m y i n t e j 野st h em 锄。出t h a th v ea l 】f e a d yb e u s e d ， b u ta l s 0d 蛳am o d u l co fb 鸺d i s p 咄斌n g 、as y s f c m0 fh 向m a t i 衄 m 蛆a 舒m 锄t 强ds t a t i s t i c - k e y w o r d s ：n s ，b u sd j s p a t c h j n 舀m a 也锄a t i c sm o d c l g p s ，j d b d o d b c m 独创性声明 y8 7 9 8 6 6 本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京 交通大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献已经 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名壑逸 日期：型年三月业日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论 文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。论文中 所有刨新和成果归北京交通大学计算机与信息技术学院 所有。未经许可，任何单位和个人不得拷贝。版权所有， 违者必究。 本人签名：垫酞 日期：型年互月土日 第一章综述 1 1 论文的选题背景 1 1 1 智能交通系统的发展背景 智能交通系统( s ，i n t c l l i g e n t n 蛐s p o f t 甜i s y s t c i n s ) 【1 的发展是 现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展 的基础。由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、 全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人 们对交通需求越来越高，n s 便成为现代社会经济发展的客观要求。 旅客：需要可靠的出行信息来减少旅行时间与旅行压力、提高安全 性与可靠性；以及高质量的运输服务与便捷的支付手段。 企业：需要提高运营效率与服务质量。 政府：需要更好地利用现有的交通运输基础设施，提高安全性和改 善环境。 驾驶员：需要最新的交通信息、及时的危险警告、推荐最佳的行车 线路、适宜的速度限制、在不利的道路与天气条件下，对司 机的有效支持、对紧急情况的快速反映。 这些越来越高的交通需求是传统交通运输系统所难以满足的。而智 能交通系统的发展恰恰适应了现代社会经济发展的客观要求。 我国r r s 的发展起步较晚，7 0 年代以来，从国外引进、消化了一些 项目，并进行了一些i t s 或类r r s 基础项目的研究和应用。7 0 年代中 至8 0 年代初，主要是进行城市交通信号控制试验研究；8 0 年代中至 9 0 年代初，在一些大城市引进和消化城市交通信号控制系统，如上海 弓l 进澳大利亚s c 系统，北京引进英国的s c 0 0 t 及南斯拉夫的 北京交通大学硕士学位论文 偶a n s ：7 f 交通信号控制系统；实现了一些高速公路监控系统、高 等级公路电子收费系统和路边信息服务系统，如广佛高速公路监控系 统、首都机场高速公路电子收费系统。年代中以来，开始研究部门 n s 发展战略和地理信息系统( g 玲，g 掣a p h i ch 胁m a l i s y s t e m ) 、 全球定位系统( g p s ，g l 曲a lp 伪i t i i n gs y 咖m ) 、电子数据互换( 删， e l e c t r i cd 啦h 把f c l l a n 黔) 在交通中的应用等，重视交通信息网络的 建设，如交通部的公路智能运输系统发展战略研究、铁道部1 m i s 、 d m i s 等信息系统开发。公路和桥梁管理在基础数据库和道路交通量和 气象数据采集等方面经过多年的努力，也已取得明显的进展。 1 1 2 智能交通系统提供的服务 智能交通系统是采用信息技术、计算机技术、控制技术等手段对传 统交通运输系统进行改造，从而达到增强系统运行效率，提高系统的 可靠性和安全性，减少能源消耗和对自然界的污染等方面的目的。智 能交通系统将对未来世界产生深刻的影响，同时也对交通运输工程学 科的研究人员提出了新的挑战。智能交通系统能提供如下服务【5 l ： 1 出行者信息服务 在家中或在任何地方的人均可使用个人出行帮助系统来获得自 己所需的相关信息，以帮助他选择出符合其出行预算和时间要求 的交通工具与出行路线。 在行程中，导航系统将引导司机到达目的地，司机将不断地接收 到前方有关交通状况的信息。司机与外界完全相通，出行变得容 易、安全和舒适。 2 高效的快速应急服务 在出现紧急状况时，r r s 可以对事故发生地进行迅速与精确的定 2 综述 位，并且可以根据出事车辆传感器所提供的数据，选择合适的应 急设备。从而最大限度地拯救人的生命。 3 减少交通阻塞，提高交通安全 与n s 控制中心相连的路况监控设备对路网交通状况进行实时监 控，借助人工智能的帮助，控制中心将所连续监控的路网信息进 行整合处理，从而提出整个路网的优化运行方案。与此同时，司 机接收到与路网优化运行方案相应的引导信息。他可以根据引导 信息选择行车路线，从而大幅度提高现有路网基础设施的使用效 率和安全性。 4 高质量低成本的快货运输 n 1 s 强大的网络效能可以给整个社会提供高质量低成本的快货运 输。一方面，运营者可以运用n s 综合不同的运输模式，选择出 能够及时运抵货物的最低成本的承运方案，并据此向货主提供承 运报价：另方面货主可以根据不同运营者各自的承运方案与报 价进行合理选择。 5 方便快捷的支付手段 作为无现金社会的扩展，交通运输服务要求实现更加方便快捷的 电子支付手段。智能卡将被广泛用来支付过路费及停车费等，从 而代替现金支付。当车辆处于行驶过程中时，可以通过用户与n s 支付中心可靠的无线通讯来完成交易。 1 1 3 信息化公交系统的出现 中匡智能交通发展重点关注的方向之一，是信息化公共交通系统f 6 】。 信息化公共交通系统是通过以信息技术等对传统公共交通系统进行技 术改造，从技术上落实公共交通优先发展的战略，提高公共交通系统 3 北京交遗大学硕士学位论文 的服务水平和管理水平，争取实现在城市客运交通中占有较大的运量 分担比椤i ，达到城市土地空阆资源、能源的高效使用，保证系统的安 全运行，提供高品质的客运服务。它具备如下功臆特征： 1 具有公交运行基础数据的采集能力和手段，保证系统的数据源基 础。这些基础数据包括：以公交站点上下客人数为主的交通需求 数据、公交车辆运行车速及站点停靠时间数据、车辆驾驶状态数 据等。考虑到公交运行的特殊性，这些数据的采集主要由公交车 辆车载设备承担。 2 有效的数据管理和分析能力，包括操作型数据管理和分析型数据 管理。其目的是保障日常运营的高效管理、规划和调度的科学 决策分析，以及对公众提供高质熏的信息咨询服务。 3 对用户友好、高效的信息发布能力，包括为公众提供公交信息服 务( 例如车辆到站时间预测、车辆满载状态情况通报、根据起始 位置和服务要求的出行路线查询等) ，对管理者提供实时系统状 态查询、历史数据分析服务，支持决策者制定交通发展政策及规 划的宏观信息分析等。 4 支持科学管理和决策所必需的系统仿真分析和系统状态预测能 力。 与上述功能要求相适应的软硬件技术中，许多单项技术已经相对成 熟( 例如利用g p s 的车辆定位技术、测定车辆操作状态的黑匣子技术、 根据站点上下客人数的公交站点o d ( o f i g h “n dd c s 虹n a t i ，反推) 技 术等，部分技术则是在成熟技术基础上展开应用开发( 例如利用l c 卡 设备采集各站点上下车人数) 。 需要注意的是这些技术的简单堆砌并不能构成真正有效的系统，需 要通过技术集成才舱 句成真正的信息化公共交通系统。系统技术集成 4 的核心问题，是在建立行业性系统规范的基础上，建立合理的系统信 息组织结构，沟通子系统之间的信息联系，最后形成支持公交发展战 略确定、公交系统规划、公交系统运营管理和对公众提供信息服务的 系统“神经网络”。 1 1 4 公交调度研究现状 随着我国经济建设的不断发展 城市的规模越来越丈，城市化的进程 越来越快，城市交通将会成为一个越来越受人们关注的问题。如何解 决城市居民的出行问题，缓解城市的交通堵塞，将是每个城市管理者 必须要面对和解决的问题。在城市交通问题中，首要问题是公共交通 问题，公交优先已经成为人们的共识。 如何缓解城市交通堵塞，为人们提供快速便捷、舒适的公共交通环 境是一个世界性的问题。基于这样的课题，近十凡年来n s 领域的研 究取得了丰硕的成果，有的产品已经得到应用。根据我国的实际情况， 我国的许多单位也在r r s 领域进行了大量卓有成效的探索，有的研究 成果也得到了良好的应用。但是，在城市公交系统中，如何推广应用 智能系统，对公交车辆进行有效的指挥调度和监控管理，还是一个远 没有解决的问题。我国不少有实力的城市都曾经尝试组建公交指挥调 度系统，但都没有取得成功。其原因为： 1 我国的道路交通是一个典型的混合流。道路上往往是机动车、 自行车、三轮车和行人等交织在一起，构成个十分复杂的交 通流景状况。同时，有些人法律意识淡薄、无视交通法规，给 交通管理造成了更大的压力。这些问题使得城市交通管理成为 一个非常复杂的课题。 2 一些城市在构思公交指挥调度系统时，常常求大求全，使得系 s 北京交遥大学硕士学位论文 统规模过于庞大、系统功能过于复杂、资金难以落实、系统难 以实现。 3 公交系统经济状况不好，常年靠财政补贴生存。随着体制改革 的深化，公交部门的经营状况有了很大改观，但仍然难以投入巨 大资金来建立功能齐备、系统复杂的指挥调度网络。 4 在考虑公交车辆指挥调度的时候，过于重视总公司对车辆调度 和监管的功能，忽略了车队的功能。 5 对于公交车辆运行状况的基础数据几乎一无所知，因此无法对 车辆配置、线路配置、调度进行科学合理决策。 对于我国的公交车辆指挥调度问题，本论文进行了大量市场调研工 作，对公交车辆的运营状况有了较为深刻的了解。我国公交有如下特 点： 1 公交公司在实际运营过程中，真正对车辆进行指挥调度的是车队 调度员，而不是分公司领导，更非总公司的领导。所以，最为急 迫的是给车队管理者提供一套行之有效的智能调度系统和监管设 备，以提高指挥调度的有效性。 2 我国公交车的行车密度比较大。正常情况下，前后车辆的时间间 隔不超过十分钟，这不同于西方发达国家。西方发达国家的私家 车多，公共交通相对不受重视，行车密度很小。因此，需要对公 交车的运营进行科学的分析计算，给出合理的行车密度，以减低 车辆放空的概率，减少道路压力，提高运营效益。 3 我国的公交车司机的工作压力非常大，在车辆行驶过程中，他们 不仅要驾驶车辆，还要观察前门上的乘客是否交费、后门有没有 下车的乘客、开关车门、按报站器报站。特别是按报站器看似 简单的操作，其实司机压力很大。按报站器总是在进站和出站的 6 时候，情况十分复杂，常常出现安全事故。因此，有必要采用智 能化自动报站，以减轻司机的劳动强度，减少安全隐患，保障行 车和乘客安全。 4 公交公司不是交通管理部门，因此在公交车辆行驶不畅、道路 堵塞时，调度人员是无能为力的。即使有很好的指挥调度网络， 也无法发挥指挥调度的作用。因此，真正有用的是对公交车辆 行驶规律的掌握，以便制定行之有效的应急预案。但是，目前 我国的公交部门对车辆行驶的规律了解不多，积累的数据很少。 数据采集也是依靠很少的人力，进行非常不完备的统计。因此， 有必要向公交部门提供可以自动进行数据采集和统计分析的设 备，以加快数据积累的步伐，提高数据采集的合理性和权威性。 5 在我国公交系统中，每年都有不少安全事故发生。其中很多事 故原本可以通过加强监控面避免发生，但目前的公交管理者还 没有有效的办法来监控司机的行驶状况。因此，有必要为公交 管理部门提供对车辆运行进行监控的设备，以提高管理者的监 管力度，减少安全事故。 6 我国公交部门在配置每条线路的车辆及不同时段投入运营的车 辆时，没有科学的决策依据。基本是凭经验决策，往往会造成 投资的不合理。 1 2 论文的意义及主要工作 1 2 1 论文的意义 目前，城市公共交通的重要性已越来越被人们所认识。城市公共交 通阋题如果处理不好，格会给我们的社会经济发展带来巨大的损失， 7 北京交通大学硕士学位论文 也将制约我国的城市发展因此进行城市公共交通问题的研究已经刻 不容缓因此，研究智能公交调度，开发智能公交调度系统具要很重 要的意义，下面从学术性和实用性两方面进行分析。 l 。学术性 先进性在于本课题立足于信息网络发展的大潮流，以信息化管 理为核心的公交车调度系统是大家关注的焦点，国内外都在积极 的投入到智能交通系统的研究与开发中。 前瞻性在于运用计算机和数字通讯技术，建立适合公交公司日 常业务的管理信息系统，其功能是客观地处理和分析来自信息采 集层的公交营运信息，开发智能公交信息播报系统，智能公交信 息管理软件。 创造性在于采用模块化思想设计和实现智能管理系统。不但充 分利用了已有的科研成果，还实现了很多新的功能。并且，设计 了规范的模块接口，使得功能模块可以很好的交互；设计的公交 车调度模型可以为智能交通的继续开发，提高调度效能提供了良 好的基础平台。 2 实用性 实用性体现在本论文所研究的内容已经应用在安徽合肥市的 1 1 0 路公交线路上，目前处于试验阶段。并且由于实现时采用的 是模块化鳙程思想，所以各模块功能清晰，很容易进行移植。一些 模块已在多种环境下应用，椤i 如公交调度模型，公交信息播放器模 块可以用于与之类似的应用中。 8 1 2 2 论文主要工作 本论文结合安徽富煌和利时公司的智能交通调度系统项目介绍了 智能交通的发展、现状及趋势；研究了g p s 技术、离数数学模型的建 立、j a v a 及j d b c 技术、数据库技术。充分理解模块化设计的优势， 并采用模块化设计思想设计和实现了公交信息管理和统计软件。 本论文主要完成了以下工作： 1 提出并设计了公交车调度模型。 2 完成了智能公交信息管理和统计，包含如下模块： 智能公交信息播放器线路制作：结合富煌和利时公司提供的硬件 设备，实现出入站名的自动播放功能、公交车运行中必要的温馨提 示及安全用语的自动播放功能。 智能公交信息管理与统计系统：对富煌和利时公司采集的公交运 营数据，以c l i e 州s e r v e r 模式，用j 吖a 语言，a c c e s s 数据库，并 把智能公交信息播放器线路制作模块接合起来，开发信息管理软 件。把运营数据以报表、曲线的形式直观显示出该公交车到达各 站的时间、上下车人数、进出站速度、行车总时间等信息。 1 3 论文的结构 论文共分为五章。第一章综述，介绍了智能交通的发展背景和历 程，公交车调度现状和本论文的意义及主要工作。 第二章：简单介绍该论文涉及到的技术，包括g p s 、n s 通信方 式、离散数学模型、j a v a 技术等等。通过本章的内容，我们可以对公 交车信息管理系统涉及的技术有个大致的了解。 第三章：详细描述了公交车调度模型的建立过程。 9 北京交通大学硬士学位论文 四、五章是论文的核心部分，第四章对智能公交信息播报器线路 制作模块的设计和实现过程进行详细描述。包括工作原理、硬件介绍、 数据库设计等。 第五章：对智能公交信息管理与统计软件的设计与实现过程进行 了详细描述。 第六章：对整个论文工作傲一总结。 1 0 智能公交所涉及的关键技术 第二章智能公交所涉及的关键技术 2 1g p s 在交通系统中的应用 2 1 1 概述 随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管 理和合理调度、车辆的指挥和安全管理已成为交通系统中的一个重要 问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由调 度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出 车辆所在的大概位置，而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位 甚至迷路。因此，从调度管理和安全管理方面，其应用受到限制。g p s 定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实 时的定位能力。驾驶员通过车载g p s 接收机能够随时知道自己的具体 位置。通过车载电台将g p s 定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥 中心便可及时掌握各个车辆的具体位置，并在大屏幕电子地图上显示 出来。目前，用于交通系统的主要有：车辆g p s 定位与无线通信系统 相结合的指挥管理系统、应用g p s 差分技术的指挥管理系统。 2 1 2 车辆g p s 定位管理系统 车辆g p s 定位管理系统p l 主要是由车载g p s 自主定位，结合无线通 信系统对车辆进行调度管理和跟踪。已经研制成功的有车辆全球定位 报警系统、警用g p s 指挥系统等。分别应用于城市公共汽车调度管理、 风景旅游区车船报警与调度、海关、公安、海防等部门对车船的调度 1 l 北京交遥大学硕士学位论文 与监控。 车载部分的主要功能有： 1 定位信息的发送功能。0 p s 接收机实时定位并将定位信息通过 电台发向监控中心。 2 数据显示功能。将自身车辆的实时位置在显示单元上显示出来。 如经度、纬度、速度、航向。 3 调度命令的接收功能。接收监控中心发来的调度指挥命令，在 显示单元上显示或发出语音。 4 报警功能。一旦出现紧急情况，司机启动报警装置，监控中心立 即显示出车辆情况、出事地点、车辆人员等信息。 车辆g p s 定位属于单点动态导航定位其定位精度约为1 0 0 m 量级。 为了提高定位精度，可采用差分g p s 技术。 2 1 3 应用差分g p s 技术的车辆管理系统 若采用一般差分g p s 技术，每辆车上都应接收差分改正数，这样 会造成系统过于复杂，所以实际应用中多采用集中差分技术。 工作原理【1 0 l ：每一辆车都装有g p s 接收机和通信电台，监控中心 设在基准站位置，坐标已知并且精确。基准点上安置g p s 接收机，同 时安装通信电台、计算机、电子地图、大屏幕显示器等设备。工作时， 各个车辆上的g p s 接收机将其位置、时间和车辆编号等信息一同发送 到监控中心。监控中心将车辆位置与基准站g p s 定位结果进行差分求 出差分改正数，对车辆位置进行改正，计算出精确坐标，经过坐标转 换后，显示在大屏幕上。 这种集中差分技术可以简化车辆上的设备。车载部分只接收g p s 信 号，不必考虑差分信号的接收。而监控中心集中进行差分处理、显示、 智能公交所涉及的关键技术 记录和存储。数据通信可采用原有的车辆通信设备，只要增加通信转 换接口即可。 由于差分g p s 设备能够实时地提供精确的位置、速度、航向等信息， 车载g p s 差分设备还可以对车辆上的各种传感器( 如计程仪、车速仪、 磁罗盘等) 进行校准工作。 2 2 数学理论 2 2 1 离散数学模型 1 一阶自回归模型【“1 随机过程k 在t 时刻的值至少部分地和( t - 1 ) 的时刻的值相关， 这种模型称为一阶自回归模型，定义如下： 若k ) 满足差分方程t + a 。= # ，其中a 为常数，矗f 为( 平稳) 随机过 程，则称k 为一阶自回归过程，记为a r ( 1 ) 。 2 滑动平均过程模型【1 i i 如果随机过程k 可表示为乓一6 6 t + 舡。4 + + k 。，其中 6 0 ，6 。，k 为常数，扛，) 为纯随机过程，贝i j k 称为m 阶滑动 平均过程m a ( m ) 。 3 自回归滑动平均过程模型m 1 更一般的过程是用( n 阶) 自回归模型和( m 阶) 滑动平均的混 和模型来描述，称a r m a ( n ，m ) 过程，它满足 + 口l - l + + - 一一+ 6 l s r _ l + + 吒，其中q ，6 i 为常 数，扛1 ，2 ，n 。k 为( 平稳) 随机过程。 北京交遥大学顼士学位论文 2 2 2 多目标优化 多目标最优化【蜢- 哪是在一定约束下希望使得多个目标都能达到最 优。在现实生活中，很多问嚣都要求多个目标最好，或者是妥协最好。 比如买车，要便宜，又要省油，还要快。但是一般来说，多个目标同 时达到最优的情况是不存在的。 多目标最优化的数学描述如下： m 证( ( 对，2 0 ) ， o ) ) 工dc r s j ( g ；o ) s0 ，f 一1 2 3 ，m ；_ i i f g ) 一o ，j - 1 ，2 3 ，p ，p n ) 式中d 为设计变量x 在欧式空间彤的取值范围，称为可行域；“s t ” 为约束条件。即优化设计的数学模型包括三因素：设计变量x 、且标函 数f 辑) 和约束条件既o ) o ， ，o ) t o 。 多目标首先要解决的一个问题是解的存在性问题。其次它要解决怎 么来求解的问题。如果问题有解，求解的一个最简单的方法是称为所 谓的标量化方法，或者说是权重方法。它首先对每个目标赋一个权重， 然后把所有的目标乘上权重然后累和作为一个目标，然后再与原问题 在相同的约束下求解。问题的解是原问题的一个解( 称为口a r e t o 解) 。 不断的改变权重的安排，就可以求得不同的最优解。 另外种方法叫做b e 咖n 方法。它只考虑问题的其中一个目标， 而其它目标要求它们小于一定的值。然后再与原问题相同的约束下来 优化这个目标。可以证明，这样求得的一个最优解也是原问题的最优 解。 2 2 3 中心极限定理 概率论中有关论证随机变量之和的极限分布为正态分布的定理称 1 4 智能公交所涉及的关键技术 为中心极限定理。若被研究的随机变量可以表示为大量独立随机变量 之和，且每个随机变量对总和只起微小的作用，则可以认为此随机变 量服从正态分布。 林德伯格( u n d e b e 豫y w ) 定理嘲 设随机变量序列x ，z ：，以，相互独立，服从同一分布，且 删嘶啪细k - 测随机蛾。譬的 分布函数e 0 ) 满足 磐只m 瓣眠鲫4 丘去百一 j 这个定理通常称为“独立同分布中心极限定理”。公式2 1 右端就是标 准正态分布的分布函数中“) ，所以该定理表明，当撑一。时，随机变 量k 的分布将趋于标准正念分布( o ，1 ) 。由此可见，当n 充分大时， 独立同分布的个随机变量置，肖：，x 一之和毛，三e 将近似 地服从正态分布o p ，阼口2 ) 。 例如，进行某种观测时，不可避免地有许多客观的和人为的随机因 素影响着我们的观测结果。这些因素中的每一个都可能使观测的结果 产生很小的误差，然而由于所有这些误差共同影响着观测结果，于是 我们得到的是一个“总的误差”。所以，实际观测得到的误差可以看 作是一个随机变量，它是很多数值微小的独立随机变量的总和，根据 林德伯格定理，这个随机变量应该服从正态分布。 北京交遗大学硬士学位论文 2 3 数学建模 1 数学模型 数学模型是对于一个特定的对象为了一个特定的目标，根据事 物的内在规律，做出一些必要的假设，运用适当的数学工具，得到 的一个数学结构。 2 数学模型的桥梁作用 3 数学建 数学建模的过程可用流程图图2 1 所示： 2 4j d b c 技术 图2 1 数学建模流程图 j a v a 语言作为纯粹的面向对象的高级语言，以其特有的高效性、跨 智能公交所涉及的关健技术 平台性、健壮性、安全性使其成为目前最流行的网络通信和服务器应 用程序的开发工具，j 2 、j 2 s e 和j 2 e e 构成了一个完整的开发工具 体系，可以针对不同的使用平台编写各种应用程序，在大型网络服务 器和电子商务等企业级应用程序的设计和开发方面具有明显的技术优 势。其中以j 2 e e 平台技术最具代表性，它为企业应用的设计、开发、 集成以及部署提供了一条基于组件的实现途径和一个多层次分布应用 设计模式、重用组件的能力，统的安全模式、灵活的交易控制，为 搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系统提供了良好的机制。 本论文采用j 2 e e ，j 2 e e 适用于在服务器端j a v a 语言程序的开发兼 程序运行平台。利用j a v a 中j d b c ( j a v ad a t a b 髂ec o n n c c t i v i t y ，j a v a 数 据库连接) 技术，进行c 幅结构丌发。 j d b c 是一种可用于执行s q l ( s t 兀l c t u r e do u e r yb n g u a g e ，结构化 查询语言) 语句的j a v aa p i ( a p p l i c a t j o np r o 孕岫m i n gi n t e r f a c e ，应 用程序设计接口) 。它是由一些j a v a 语言编写的类和接口组成的。j d b c 为数据库应用歼发人员提供了一种标准的应用程序设计接口，使开发 人员可以用纯j a v a 语言编写完整的数据库应用程序。同时，j a v a 语言 程序还可以通过j d b c 来访问计算机上已经定义了的o d b c ( 0 p e n d a t a b a s ec 0 n n e c l i v j t y ，开放数据库连接) 数据源。j d b c 和o d b c 都 是用于执行s q l 语句的a p i 。 在j “a 语言中j d b c a p l 主要用来连接数据库和直接调用s q l 命令 执行各种s q l 语句，使用j d b ca p i 可以很容易地把s q l 语句传送到 任何关系型数据库中，利用j d b ca p l 可以执行一般的s q l 语句、动 态s q l 语句以及带矾和叫t 参数的存储过程。j d b ca p i 是数据库 应用的基础，它建立了j a v a 语言数据库应用程序同各种不同数据库的 沟通机制。 1 7 北京交通大学顼士学位论文 j 妃a p l 是由通用的j 肺c 驱动程序管理器、驱动程序、连接器、 执行s q l 命令的语句和获取数据库数据结果几部分组成。驱动程序管 理负责装载和管理各个数据库软件商提供的正确的数据库驱动程序， 即将j a v a 语言应用程序连接到正确的j d b c 驱动程序上，驱动程序负 责并存取数据库数据( 访问数据库) ，连接器负责j 吖a 语言应用程序同 数据库的连接，交互连接信息。 j d b c 包含两部分与数据库独立的a 烈，一个是面向程序开发人员 的j d b ca p l ；另一个是面向底层的j d b cd r i v e ra p l ( 驱动a p d 。j a v a 语言程序通过j d b ca _ p i 访问j d b c 驱动程序管理器，j d b c 驱动程序 管理器再通过j d b cd r j v e r a p i 访问不同的j d b c 驱动程序，从而实现 对不同数据库系统的访问。j d l 蛇主要完成3 个任务：通过连接器与数 掘库建立连接；调用j d b c a p i 发送s q l 语句；处理数据库返回结果。 由于a 髓e s s 数据库系统没有相应的j d b c 驱动程序的数据库系统， j a v a 特意在j d k 中设计了一种特殊的驱动程序，即j d b c - 0 d b c 桥， 该驱动程序支持j d b c 通过现有的o d b c ( o p e nd a t a b a c o n n e c t i v i t y ) 驱动程序访问数据库系统。通过j d l 蛇o d b c 桥，j a v a 语言程序访问 数据库系统的工作流程如图2 2 所示： 智能公变所涉及的关键技术 lj a v a 数据库应用程序 l j 。b c a p i 应用函数调用 。 数据 lj 。b c 驱动器管理器 j d b d o d b c 桥 数据 i o d b c 驱动器管理器 s q l 命令 数据 ( 一 1 l 物理数据库( 数据库操作系统) 一 图2 2 通过j d b c o d b c 访问数据库 2 5 数据库技术 2 5 1 数据库简介 数据库：指一个关于某一特定主题或目标的信息集合。利用数据库， 人们可以为自己建立起诸如地址簿、收支表、电力分配等各种各样的 信息集合并进行有效和切实的管理和安捧。数据库需要借助于数据库 管理系统( d b m s d a t a b a m 锄a g e m ts y s t e m ) 才能发挥功能。 数据库管理系统：指对数据库信息进行存储、处理和管理的系统。 如果在数据库管理系统中，根据用户定义的关系来存储、处理和管理 数据库信息，这样的数据库管理系统称为关系型数据库管理系统。本 北京交遥大学硕士学位论文 论文使用a 瓒鹞数据库，a 懿实际上是一个基于关系型数据库的数 据库管理系统。a e 豁属于m i a 咄o 茄的套件，可以为各级别用 户查找、管理和共享数据提供一种简单的方法，在w i n d 佣r s 操作系统 中运行。血默s s 的数据库元素是字段和记录。数据库工作表分为行和 列，行称为记录，列称为字段。 2 5 2a c c c s s 数据库的功能 1 数据库中包含多个表，每个表可以分别表示和存储不同类型的信 息。 2 通过建立各个表之问的关联，从而将存储在不同表中的相关数据 有机地结合起来。 3 用户可以通过创建在一个表或多个数据表中检索、更新和删除记 录，并且可以对数据库中的数据进行各种计算。 4 通过创建联机窗体，用户可以直接对数据库中的记录执行查看和 编辑操作。 5 通过创建报表，用户可以将数据以特定的方式加以组织，从而达 到分析可打印的目的。 2 5 3 创建数据库 1 创建数据库的两种方法：一种是使用“数据库向导”，用户可以 在系统提供的数据类型中做出选择。另一种是创建一个空的数据 库，由用户根据自己的需要添加相应的内容。 2 a c 。c 鹞数据库的扩展名：m d b 3 创建表的三种方式 智麓公交所涉及的关键技术 使用向导创建表：用户根据向导提供的字段可以直接选择。 使用设计器刨建表：用户可以定义一个或多个字段作为主键。 使用输入数据创建表：可以直接输入数据创建一个新表。 2 5 4 数据库设计 数据库设计c l q 是一项涉及多学科的综合性技术，又是项庞大的工 程项目。“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库建设的基 本规律。技术与管理的界面( 称之为“干件”) 十分重要。数据库建设 是硬件、软件和于件的结合。这是数据库设计的特点之一。数据库设 计应该和应用系统设计相结合，也就是说，整个设计过程中要把结构 ( 数据) 设计和行为( 处理) 设计密切结合起来。 下面介绍一下数据库设计的基本步骤： 按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程。将数 据库设计分为以下六个阶段。 需求分析： 概念结构设计： 逻辑结构设计： 物理结构设计； 数据库实施： 数据库运行和维护： 数据库设计开始之前，首先必须选定参数设计的人员，包括系统分 析人员、数据库设计人员和程序员、用户和数据库管理员。系统分析 和数据库设计人员是数据库设计的核心人员，他们将自始至终参与数 据库设计，他们的水平决定了数据库系统的质量。用户和数据库管理 员在数据库设计中也是举足轻重的，他们主要参与需求分析和数据库 北京交通大学硬士学位论文 的运行维护，他们的积极参与不但能加速数据库设计，而且也是决定 数据库设计质量的重要因素。程序员则在系统实施阶段参与进来，分 别负责编制程序和准备软硬件环境。 如果所设计的数据库应用系统比较复杂，还应该考虑是否需要使用 数据库设计工具和c a s e 工具以提高数据库设计质量并减少设计工作 量，以及选用何种工具。下厩介绍一下各个阶段的具体工作： 1 需求分析阶段 进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求( 包括数据 与处理) 。需求分析是整个设计过程的基础，决定了在其上构建 数据库大厦的速度与质量。需求分析做得不好，甚至会导致整 个数据库设计返工重做。 2 概念结构设计阶段 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进 行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体d b m s 的概念模型。 3 逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计是将概念结构转换为某个d b m s 所支持的数据模 型，并对其优化。 4 数据库物理设计阶段 数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的 物理结构( 包括存储结构和存取方法) 。 5 数据库实施阶段 在数据库实旌阶段，设计人员运用d b m s 提供的数据语言及其 宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制 与调试应用程序，组织数据库入库，并进行试运行。 6 数据库运行和维护阶段 1 莨公交所涉及的关键技术 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统 运行过程中，必须不断地对其进行评价、调整与修改。 设计一个完善的数据库应用系统是不可能一蹴而就的。它往往是上 述六个阶段的不断重复。这个设计步骤即是数据库设计的过程，也包 括了数据库应用系统的设计过程。在设计过程中把数据库的设计和对 数据库中数据处理的设计紧密结合起来，将这两个方面的需求分析、 抽象、设计和实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完 善两方面的设计。事实上，如果不了解应用环境对数据的处理要求， 或没有考虑如何去实现这些处理要求，是不可能设计一个良好的数据 库结构的。按照这个原则，对数据库中整个数据库的设计步骤可用图 2 3 来表示： 2 5 5 在o d b c 中配置a c c e s s 数据库步骤 数据库应用程序在使用o d b c 管理数据库时，首先需要做的工作就 是在0 d b c 管理器中对数据库进行登记注册和连接测试，该项工作即 指配置o d b c 数据源，数据源即指数据库位置、数据库类型以及o d b c 驱动程序等信息的集成。在配置0 d b c 数据源过程中，o d b c 配置程 序要求使用者输入一个数据源。只有在o d b c 管理器中配置好数据源 并且通过连接测试后，才能使用j a v a 高级语言开发和调试，并通0 d b c 来管理数据库的数据库应用程序。 在0 d b c 管理器中配置m a k e u n c m d b 数据库步骤如下所示： 1 在w 如d o w s 操作系统“控制面板”中启动0 d b c 管理器程序。 2 在o d b c 管理器中单击“添加”按钮，出现创建新数据源界面。 3 在0 d b c 管理器创建新数据源选择a c c e s s ( + m d b ) 数据源。出现 安装a 搬胬数据库界面。 北京交通大学磺士学位论文 4 在安装a 嘴数据库界面中单击数据库区域的“选择”按钮， 选择数据库( i k c i j n c m 曲) ，在数据源名处为该数据源命名。 5 设置登录数据库名和密码后，单击“确定”，则完成a 瞄鼹数据 库在0 叩c 管理器中的配置。 2 6 小结 本章重点介绍了g p s 、j d b c 和数据库技术，特别是数据库的设计 过程。通过本章的内容，我们可以对智能交通信息处理和数据库有个 大致的了解，这些知识为后面章节内容的具体实施提供了保障。 图2 3 数据库设计步骤 击 析阶段 j r _ 一 概念设 计阶段 十 逻辑设 计阶段 物理设 计阶段 数据库 实施阶段 第三章公交车调度模型的建立 3 1 问题分析 一个优秀的公交车调度方案必须同时考虑到乘客和公交公司的双 方利益