（计算机应用技术专业论文）基于mapx的城市公交问路系统的设计与实现.pdf

中文摘要 中文摘要 随着城市规模的扩大和提倡建立节约型社会的需要，公共交通逐渐成为人 们出行的主要手段。如何能够详细及时地提供公交信息，为广大乘客提供出行 决策，是非常有必要研究的内容。基于m a p x 的城市公交问路系统( a ni n q u i y s y s t e mf o ru r b a np u b l i ct r a f f i cb a s e do nm 即x ，以下简称i s u p t ) 就是为此设 计的。 本文在分析了公交线路网络的特性、公交线路的形式、公交站点的邻近关 系和乘客的换乘心理的基础上，提出了一种改进的公交换乘算法，并给出了 i s u p t 系统的功能设计和数据库设计，以及制作电子地图的关键步骤。i s u p t 系统的特点之一是提出了一种结合路况信息、出行时间、公交车间隔时间、换 乘时间等的最短时间的查询；特点之二是提出了记录查询历史的方法，通过记 录查询历史为下次查询同样内容提供快速参考。 i s u p t 系统实现了建筑物归属地查询、站点查询、线路查询、站站直达车 查询和动态较短时间查询，并能结合电子地图上显示结果，模拟显示道路路况 信息；i s u p t 还实现了公交信息的维护和管理。系统使用a c c e s s 数据库，在 v b 平台上应用m a p x 控件实现。 关键词：公交问路系统电子地图m a p x a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t ya n dt ob u i l dt h es a v i n gt y p es o c i e t y , t h ep u b l i c t r a f f i cb e c o m e sam a i nw a yf o rp e o p l et ot r a v e l s oi ti sv e r yn e c e s s a r yt os t u d yo n h o wt op r o v i d ed e t a i l e dt r a f f i ci n f o r m a t i o ni nt i m e t h ei n q u i r ys y s t e mf o ru r b a n p u b l i ct r a f f i c ( i s u p t ) b a s e do nt h em a p xi sd e s i g n e df o rp e o p l et om a k ed e c i s i o n t h i sp a p e ra n a l y s e st h ef e a t u r e so ft h ep u b l i ct r a f f i cr o u t en e t w o r k ，t h es t y l eo f t h ep u b l i ct r a f f i cr o u t e ，t h er e l a t i o n s h i po fs t a t i o nt os t a t i o na n dt h ep s y c h o l o g yo f p a s s e n g e r s t r a n s f e r a n dt h e np r o p o s e sa ni m p r o v e dt r a f f i ct r a n s f e ra l g o r i t h m t h i s p a p e rd e s c r i b e st h ei s u p ts y s t e m sf u n c t i o nd e s i g na n dd a t a b a s ed e s i g na n dt h ek e y s t e p sw h e nm a k i n ga ne l e c t r o n i cm a p o n eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fi s u p ti st og i v e a l lt i m er e l a t e di n q u i r ym e t h o dc o m b i n i n gr o a ds i t u a t i o n ，t r a v e lt i m e ，t h eb u si n t e r v a l t i m ea n dt r a n s f e rt i m e a n o t h e rc h a r a c t e r i s t i co fi s u p ti st o p r o p o s eaq u i c k l y i n q u i r ym e t h o db yr e c o r d i n gt h eh i s t o r i c a li n q u i r y i s u p ts y s t e ma c c o m p l i s h e st h ec o n s t r u c t i o ni n q u i r y , t h es t a t i o ni n q u i r ya n dt h e l i n ei n q u i r y i ta l s oc a np r o v i d et h eb u si n f o r m a t i o nf r o mo n es t a t i o nt oa n o t h e r d i r e c t l ya n dt h ed y n a m i cs h o r t e s tt i m ei n q u i r y , a n dc a nd i s p l a yt h ei n q u i r yr e s u l t so n e l e c t r o n i cm a pa n dd i s p l a yt h er o a ds i t u a t i o n t h ei s u p ts y s t e ma l s oc o m p l e t e dt h e m a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c eo ft h eb u si n f o r m a t i o n t h es y s t e mi sr e a l i z e db yv b a n dm a p x k e y w o r d s ：i n q u i r ys y s t e mf o ru r b a np u b l i ct r a f f i c e l e c t r o n i cm 印 m a p x 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 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能满足人们的日常需要，但在实时性方面差些，数据不能做到及时更新，不能 将道路状况对出行的影响结合到查询中，给出行者提供出行线路选择的参考j 。 本文主要是对现有的公交问路系统现状加以分析，设计了基于m a p x 的城 市公交问路系统( a ni n q u i r ys y s t e mf o ru r b a np u b l i ct r a 伍cb a s e do nm a p x ，以 下简称i s u p t ) 。该系统针对目前的公交问路系统功能加以改进，提出了一种结 合路况信息、出行时间、公交车间隔时间、换乘时间等的基于时间的查询；提 出了记录查询历史的方法，通过记录查询历史为下次查询同样内容提供快速方 法，同时在系统中使用电子地图辅助显示查询信息。 第一章公交问路系统开发背景 1 1 2 公交问路系统现状 西方国家( 如美国、日本等) ，在城市公交网络系统上投入了极大的财力，构 建了利用计算机网络和先进的通信系统的智能运输系统i t s ( i n t e l l i g e n c e t r a n s p o r ts y s t e m ) ，从而实现了大范围内全方位发挥的实时、准确、高效的运输 综合管理，使人、车、路密切配合，和谐统一，大大改善了交通环境。国内在 这方面的起步较晚，但是各地政府都给予了极大的重视，相继建立了网上公交 查询系统。很多城市在网上建立了公交车的查询系统，有的辅以二维和三维的 电子地图，如杭州、西安、上海，有的则给出了更为全面和方便的查询内容， 如北京市电子地图可以根据景点查询出行方案。 为满足用户需求，提供更加方便快捷的查询手段，更好的人机交互功能， 城市公交问路系统应具备如下几个特点： 1 查询方式多样化：可以通过各种方式进行查询：通过电话、网络、 触摸屏系统、下载的软件查询。 2 查询内容丰富：可以查询线路的详细信息如发车时间、途经站点、 车票；可以查询出行路线如直达车和换乘车；可以查询建筑物附近的站点，即 归属地查询。 3 查询结果显示直观：已经实现带有电子地图的软件查询方式，还有 具有立体效果的城市道路网络查询系统。 4 路况信息实时直播：以实时实景照片方式显示道路状况，每隔两分 钟会更新一下网页。网站同时提供了道路交通网上直播，但要求浏览者的速度 至少达到1 5 0 k b p s 。 目前的公交车查询系统一般具有如下功能： 1 线路查询：给出公交车的线路所经过的站点名； 2 公交站点查询：给出经过该站点的所有公交车的车次信息； 3 建筑物查询：给出经过该建筑物的所有公交车的车次信息； 4 直达车查询：只查询出直达车的信息，若无，则提示没有直达车； 5 换乘车查询：有些可以给出换乘两次，三次，甚至多次的方案。 虽然目前我国的公交问路系统总体上具备并实现了这些功能，但针对具体 的查询系统来说，查询效果不甚理想。主要存在以下一些问题： 1 多数查询系统的形式单一，覆盖面较小：虽然总体查询系统方式多， 2 第一章公交问路系统开发背景 但针对具体的某个查询系统则形式单一，覆盖面小。 2 数据存储结构不够合理，不易扩充。 3 多数没有地图显示能力，不够直观。 4 咨询方式单一，没有充分发挥现有的各种通信资源。 5 查询结果不能满足城市交通实时变化。 6 大多数系统基于点对点的查询，智能化程度较型1 1 。 针对以上问题，i s u p t 系统旨在设计一种合理的数据库，在实现公交问路 系统基本功能的基础上，将城市的路况信息加入查询分析中，从而给出结合交 通实时情况的出行方案，利用电子地图辅助显示城市道路信息。 1 1 3 公交问路系统前景 城市公交问路系统的应用前景非常看好。随着城市规模的不断扩大，城市 道路建设的不断变化，人们需要一种能够提供比较好的出行信息和方案的查询 系统，以满足日常生活的需要。同时对绝大多数喜爱自助旅游的游客或经常出 差的工作人员，能够掌握目的地的第一手交通出行资料，是非常有用的。随着 奥运会的来临，越来越多的外国人会产生来中国观看奥运会和旅游的想法，喜 欢自助游的人们会选择比较便宜的方式来旅游，他们都有查询城市道路和公交 信息的需求，需要获取建筑物归属地及公交信息。 由于城市路况信息不断变化，如何能够及时掌握这一资讯? 这迫切需要一 种更加方便的手段；如何能够在道路堵塞的情况下，及时调整出行线路，缓解 交通压力，节约时间? 这需要在城市公交问路系统方面做进一步的探讨。由此 可见，城市公交问路系统具有非常良好的社会需求，在现有功能的基础上如果 能加入基于时间的查询，更好地辅助人们制定出行决策，将会具有更好的发展 前景。 第二节本文主要工作和内容安排 城市公交查询系统能够帮助出行者快速地选择出行方案，从而提升出行者 的效率。目前，国内对交通查询系统进行的研究已经有很多，本设计旨在提出 一个利用时间求出较短时间路线的查询算法，设计并实现了一个公交问路系统， 3 第一章公交问路系统开发背景 能够进行2 次以内公交换乘的查询；实现了利用电子地图辅助显示查询结果， 直观了解线路状况。 本文详细分析了公交问路系统的现状，设计与实现了一个基于m a p x 的公 交问路系统i s u p t ( a ni n q u i r ys y s t e mf o ru r b a np u b l i ct r a 衔cb a s e do nm a p x ) 。 i s u p t 系统实现了建筑物归属地查询、站点查询、线路查询、站站直达车查询 和动态较短时间查询，并能结合电子地图显示结果；i s u p t 还实现了公交信息 的维护和管理。该系统使用a c c e s s 数据库，在v b 平台上应用m a p x 控件实 现。 i s u p t 特点在于提出了一种结合路况信息、出行时间、公交车间隔时间、 换乘时间等的基于时间的查询；提出了记录查询历史的方法，通过记录查询历 史为下次查询提供快速方法。 本文首先对公交数据加以分析和组织，主要分析了公交线路网络的特性， 给出了公交线路的形式，分析了公交站点的邻近关系和乘客的换乘心理，同时 给出了公交换乘算法并对其加以改进。接着本文给出了i s u p t 系统功能设计和 数据库设计，给出了i s u p t 系统中各功能模块的算法，详细阐述了基于时间的 查询算法，并给出了实现电子地图过程中的关键技术，以及如何将数据在电子 地图上显示。最后提出了该系统存在的问题，以及可以进一步研究的方向。 4 第二章公交数据的分析与组织 第二章公交数据的分析与组织 第一节公交网络的分析 数据是地理信息系统的核心部分，数据组织结构设计决定了系统功能实现 的程度。公交查询系统需要的实用数据有两类，分别是空间信息与线路信息。 2 1 1 空间数据库与公交网络的空间数据库分析 一、空间数据库简介 空间数据结构，是g i s 的基石，g i s 通过地理空间拓扑结构建立地理图形的 空间数据模型并定义各空间数据之间的关系，从而实现地理图形和数据库的结 合。空间实体是地理图形的抽象模型，主要包括点、线、面三种类型。任何点、 线、面实体都可以用直角坐标点x 、y 来表示。点可以表示成一组坐标( x ，y ) ， 对于线和面，则均被表示成多组坐标( x l ，y 1 ；x 2 ，y 2 ：；x 。，y 。) 。空 间索引是查询空间实体的一种机制，通过空间索引，能够以尽量快的速度查询 到给定坐标范围内的空间实体及其所对应的数据。 空间数据结构是一种分层存放的结构。用户可以通过图形分层技术，根据 自己的需求或一定的标准对各种空间实体进行分层组合，将一张地图分成不同 图层。采用这种分层存放的结构，可以提高图形的搜索速度，便于各种不同数 据的灵活调用、更新和管理。 空间信息是指一个地区地表的建筑物、道路、地形等信息，或者地下的管 道之类的信息。它体现一个地区的空间状态。在地理信息系统中，使用空间数 据库来存储空间信息。在空间数据库中，数据库的重要工作是设计地理元素的 表现形式。 作为g i s 空间数据库设计工作的一部分，用户要指定要素该如何合理的表 现。例如，地块通常用多边形来表达，街道在地图中是中心线( c e n t e r l i n e ) 的形 式，水并表现为点等等。这些要素组成要素类，每个要素类都有共同的地理表 现形式。每个g i s 数据集都提供了对世界某方面的空间表达，包括：基于矢 量的要素( 点、线和多边形) 的有序集合，诸如数字高程模型和影像的栅格数 5 第二章公交数据的分析与组织 据集，网络，地形和其它地表，测量数据集，其他类型数据，诸如地址、地名 和制图信息。 除了地理表现形式以外，地理数据集还包括传统的描述地理对象的属性表。 许多表和空间对象之间可以通过它们所共有的字段( 也常称为“关键字”) 相互关 联。就像它们在传统数据库应用中一样，这些以表的形式存在的信息集和信息 关系在g i s 数据模型中扮演着非常关键的角色。 空间关系，比如拓扑和网络，也是一个g i s 数据库的重要部分。使用拓扑 是为了管理要素间的共同边界、定义和维护数据的一致性法则，以及支持拓扑 查询和漫游( 比如确定要素的邻接性和连接性) 。拓扑也用于支持复杂的编辑， 和从非结构化的几何图形来构建要素( 例如用线来构建多边形) 。 g i s 将空间数据组织成一系列的专题图层和表格。由于g i s 中的空间数据集 具有地理参考，因此它们具有现实世界的位置信息并互相叠加。 在一个g i s 中，同类型的地理对象集合被组织成图层，例如地块、水井、 建筑物、正射影像以及基于栅格的数字高程模型( d e m ) 。明确定义的地理数据 集对于一个实用的地理信息系统是相当重要的，同时专题信息集合使用层来组 织，这是g i s 数据集一个关键的思想。 数据集可以用于表达： 原始量测值( 例如卫星影像) 经过解译的信息通过空间分析和建模处理而得来的数据 通过层之间共同的地理位置，可以很容易地得到多个层之间的空间关系。 g i s 使用普通的对象类来管理这些简单的图层，同时凭借一套功能丰富的工 具获取数据层之间的关键联系。 g i s 会使用通常是来自不同组织机构，并且具有各种表现方式的大量数据 集。因此对于g i s 数据集，重要的是： 使用简单并易于理解 易于同其他的地理数据集结合使用 能够被有效地编辑与校验 能够形成具有内容详实，使用和目标描述明确的清晰文档 任何g i s 数据库或者用基于文件的数据组织方式都遵循这些共同的原则与 概念。每个g i s 都需要有一个机制依据这些原则来描述地理数据，并且通过一 套综合的工具来使用和管理此信息。 6 第二章公交数据的分析与组织 二、公交网络的空间数据库 公交网络的空间信息，公交网络由一系列的站点及连接站点的公交线路组 成。在地理信息系统中，表示公交网络的空间信息，采用矢量地图的方式。矢 量地图与位图不同。它的数据是用数学语言描述的，进行自由变换时不会产生 变形。在矢量地图上，点、线、面等数据均作为对象存在。 g i s 中矢量地图是按图层组织的，利用图层组织数据有如下的优点：将相 同类型的对象建立在一个层上，便于管理，查找时可以针对该层进行查找，从 而减轻查找的工作量。 根据图层组织的特点，将公交网络信息分为站点图层、街道图层、公交线 路图层。公交站点图层存储每个公交站点的信息，街道图层用于存储该地区的 街道信息，公交线路图层用来显示出行线路所经过的路段信息。其中公交站点 图层是使用点对象表示的，街道图层和公交线路图层均使用线对象表示。 为使电子地图显示更贴合现实，结合该地区的地理特征，可以建立有关地 形信息的图层：河流层存储该地区每条河流的信息，草地层存储该地区绿地的 信息，建筑物层存储该地区建筑物的信息。河流图层和草地图层使用面对象表 示，建筑物图层使用点对象表示。 2 1 2 公交线路信息 公交线路信息是指公交线路与公交站点之间的对应关系，公交线路对应沿 途停靠的站点，公交站点对应该站停靠的线路。在本系统中，公交线路信息能 够体现出该线路的具体信息：如该线路的起始站、终点站、途经站点，途经主要 建筑物，该线路在不同站点的不同发车时间，发车间隔时间等信息。 公交线路的形式是进行公交信息数据的组织与存储的关键。公交线路形式 有单线往返型，往返线路不一致型和环路型。如图2 1 所示，其中图( a ) 为单线往 返型，图( b ) 为往返线路不一致型，图( c ) 为环路型。 7 第二章公交数据的分析与组织 ( a ) 单线往返型 l i - i _ _ l l l i _ i _ i l l l - l i l i l l o ( b ) 往返不一致型 ( c ) 环形 图2 1 公交线路形式 其中( a ) 单线往返型表示公交车上下行所经过的站点是一致的。 ( b ) 往返不一致型，上行和下行时公交车所经过的站点不一样。 ( c ) 环形，表示公交车所经过的路线是环形，比如城市环线上的车辆，只向 一个方向行驶或双向行驶。 除了上述三种基本形式外，还有其组合形式，如局部环路型。 2 1 3 公交站点的抽象 在公交网络中，公交站点连接着经过该站点的多条公交路段。由于同一条 公交线路上两个方向的站点和不同公交线路上的站点分布情况较为复杂，所以 必须对其进行一定的分析，抽象成网络中的节点。 公交站点的抽象有以下几种情况： 1 同一公交线路两个方向上的同名站点，在空间位置上不重合，必须抽象 成一个节点。不同方向同名站点抽象如图2 2 所示，其中图( a ) 为实际公交线路 站点示意图，图( b ) 为抽象成一个节点。 + 一1 r ( a ) 实际公交线路示意图 ( b ) 抽象成一个节点 图2 2 不同方向同名站点的抽象 2 不同公交线路的紧邻站点的抽象。 车的真实情况，提高路径查询的正确性。 8 其目的是模拟人们在不同线路之间换 在实际换乘中，乘客一定范围内的步 第二章公交数据的分析与组织 行是允许的，也是必须的。以两条公交线路为例，不同线路紧邻站点的分布如 图2 3 所示，对不同线路的站点位置完全重合的，视为同一点，抽象成同一个站 点，统一站点名，如图2 3 ( a ) ：对两个站点不重合，但在同一道路上紧邻的， 抽象成一个节点，如图2 - 3 ( b ) ；在两条道路交叉口的各自道路上紧邻的，抽象 成一个节点，如图2 3 ( c ) 【3 1 。 2 1 4 公交道路信息 ( c ) 图2 3 不同线路紧邻站点的分布 城市公交道路信息是用来判断行车时间的一个重要因素。当道路堵塞时， 经过该站点的公交车会延长该段的行驶时间，乘客可以考虑选择能够到达目的 地而且道路畅通的行车方案，从而快速到达目的地。当有多条线路可以选择时， 可以根据路况信息分别计算每条线路所需要的行驶时间。公交部门可以根据路 况的堵塞情况调度公交车。因此，公交道路信息对出行者和管理者均有一定的 参考意义。 路况可以根据车辆的多少分为：畅通、一般、较慢、非常慢、完全堵塞五 种情况。在计算行车速度时，路况畅通时则按照公交车的规定车速计算，一般 则认为按照公交车规定车速的7 5 的车速计算，较慢则按照公交车规定车速的 5 0 计算，非常慢按照公交车规定车速的2 5 计算，完全堵塞则车速为0 ，需要 耐心等待路段畅通。不同道路状况下车速对照情况如表2 1 所示： 表2 1 不同道路状况下车速对照情况表 路况畅通 一般 较慢非常慢 堵塞 车速定速定速木o 7 5定速木0 5定速水o 2 50 公交车所经过的线路是由站点与站点的分段道路构成的。对于上行和下行， 公交车行驶方向相反，所以在存储分段信息时必须加以区分，可以通过设置不 同的编号来表示。 9 第二章公交数据的分析与组织 第二节公交乘客换乘方案的研究 乘车路线的查询是指在公交网络中任意两个站点之间选择最优出行路径。 对于道路交通网络中两点间最短路径的搜索，目前已有许多成熟的算法，但该 类算法一般不能直接运用于公交网络的路径选择，主要是因为公交乘客在选择 出行路线时不仅要考虑距离，还要考虑换乘次数。空间上距离最短的路径，对 于公交乘客来说并不一定是最合理的路径。相关的公交出行心理调查也显示， 换乘次数多少是公交乘客在出行时考虑的一个重要因素。因此，合理地描述公 交网络中的换乘现象，是设计公交网络最优路径搜索算法的关键。 2 2 1 公交网络换乘类型分析 两条公交线路间的换乘按照换乘站点重合程度的不同，可以分为同站换乘 与步行换乘两种。结合两线路位置关系的特点，又可进一步划分为下列四种类 型： ( a ) 同站换乘类型1 ( b ) 同站换乘类型2 ( c ) 步行换乘类型1 图2 4 两条公交线换乘类型示意图 a ) 同站换乘类型l ( 见图2 4 ( a ) ) 两条公交线路相交于一点，并在该点同时存在公交站点，乘客可在此站点 进行直接换乘； 1 0 第二章公交数据的分析与组织 b ) 同站换乘类型2 ( 见图2 4 ( b ) ) 两条公交线路拥有一部分重合的路段( 即公交线路“共线 的情况) ，在重 合路段的公交站点上，乘客可进行两线路间的直接换乘； c ) 步行换乘类型1 ( 见图2 4 ( c ) ) 两条公交线路相交于一点，但在该点不同时存在公交站点，乘客需要步行 在两线路距离较近的车站间进行换乘。该换乘类型多见于城市道路大型交叉口 附近的车站； d ) 步行换乘类型2 ( 见图2 4 ( d ) ) 两条公交线路不直接相交，但两线路上有相距较近的公交站点，乘客可以 在这些站点间通过步行进行换乘，该类换乘多存在于相距较近的平行街道上运 行的公交线路之间。 上述四种换乘类型是两条公交线路间最基本的换乘类型，公交网络中更为 复杂的换乘关系均可归结为这四种换乘类型的组合或扩展【4 】。 2 2 2 公交乘客换乘心理分析 在我国城市居民出行的方式有公共交通、个体交通和步行方式。出行选择 是交通出行者在特定交通环境下心理和行为的综合反映。影响交通出行者出行 选择的因素有很多，如出行时间、出行费用、出行延时、道路状况等1 7 j 。对于公 交乘客而言，也需要分析其出行心理。 公交换乘问题的实质就是给出起始点和目标点，给用户提供乘车方案。所 谓乘车方案是一个站点、线路的交替序列，该序列说明从起点出发乘坐何线路， 途中如何换乘，直至到达终点。人们在选择公交线路时考虑的因素很多，如乘 车是否最方便( 换乘次数最少，行走距离最短) ，乘车费用是否便宜，乘车时间 是否最少等。因为乘客的目的是在最短时间内以最小代价到达目的地。如果转 车次数增加，则由此引起的不可预知的因素也会大大增加，如下趟车到来的时 间、路况，转车时需要步行的距离等，从而引起途中时间的延长。因此人们出 外活动时，希望能提供多种乘车方案。调查显示，多数人出行时主要考虑的因 素为：首先是乘车是否方便( 转车次数要少) ，其次是时间和费用要少。由于多 数城市已采用无人售票及单一票制，所以转乘次数最少则代价也最小【8 】。 研究者通过对公交乘客的出行心理进行研究，其结果表明，“换乘次数是 第二章公交数据的分析与组织 大部分公交乘客在选择出行路线时首先考虑的因素，其次是出行耗时和距离长 短。而出行耗时与换乘的次数、等车的时间、公交车沿途停靠站点耗时、道路 状况以及距离的长短密切相关。 多数情况下乘客会优先考虑选择直达车，如果直达车行车路线比较远或者 道路阻塞的情况下，则考虑一次换乘快速到达目的地。基于此，本系统旨在给 出直达车的路线与估计所需时间，一次换乘的路线和估计所需时间。当方案比 较多时，则分别给出直达车和换乘方案中前三个时间最短的方案供乘客选择， 由乘客自由选择乘车方案。如果一次换乘仍不能到达目的地，则考虑二次换乘， 则这时只给出换乘方案，不考虑时间等因素。 第三节公交换乘算法研究 2 3 1n 次公交换乘算法 n 次公交换乘算法是找出出发站到目的站之间的乘车方案。假设乘客欲从a 点乘公交车去b 点。假设距离a 点最近的站是a ，距离b 点最近的站是b ，则a 站与b 站之间的公交车状况有以下几种9 1 0 1 ，这里假设最多换乘二次： ( a ) a 站与b 站有n 条直达车( b ) a 站与b 站换乘一次 ( c ) a 站与b 站换乘两次 图2 5a 站与b 站乘车情况 1 2 第二章公交数据的分析与组织 根据人们的出行习惯，首先按照直线距离搜索的方式，检索出离a 、b 直线 距离最近的起始站点a 、目的站点b ；接着看a 站是否有直达b 站公交车。如 图2 5 ( a ) 所示，如果有直达线路，则马上选择直达公交车。如果存在不止一条直 达线路，则给出所有直达车信息作为乘车方案；如果没有直达线路，如图2 5 ( b ) 所示，则考虑换乘一次车的方案：即经过a 站的车与经过b 站的车有没有交叉 点c ? 如果有，则可以选择在c 处转车到达b 站；如果经过a 、b 站的公交线 路没有交叉点，如图2 5 ( c ) 所示，则要考虑先乘坐经过a 站的某一路车到某一c 站，再看经过c 站点的车与经过b 站点的公交车是否有交叉点d ? 如果有就再 到d 站转车，两次转车可到达终点b 站；如果没有，则需要转乘三次或三次以 上才可到达目的地。在上述情况中，如果存在不止一种的选择方案，则再考虑 沿途道路的堵塞情况，站点数的多寡，等待时间，换乘时间等多方面因素，选 择最佳的乘车方梨1 1 】。该算法流程图如下所示： 图2 6n 次公交换乘算法流程图 1 3 第二章公交数据的分析与组织 2 3 2 算法的改进 在实际的查询中，有些站点之间的路线信息可能会被多次查询，因此可以 考虑对查询的结果进行存储，建立基于某站点的查询表，这样当以后再次进行 查询的时候，可以首先考虑从该站点相关的查询表之间取出乘车方案，再结合 当时的路况信息，时间信息查询即可，从而提高查询效率。如果相关的查询表 还没有，就在该次查询后建立该站点的查询历史记录，以备下次查询使用。 假设由a 站到达b 站，算法描述如下： 1 查询a 站到b 站的直达车，首先从查询历史表中看有无该查询的历史 记录及其方案，如果有则可以直接取出使用，算法结束。否则转向2 。 2 查询历史表中没有历史记录，则执行查询。查询是否有直达车，如果有 直达车，则求出直达车方案，并将结果记录在查询历史表中，如果没有 直达车，则利用前面描述的算法，计算一次换乘时的乘车方案，并将所 有方案记录在查询历史表中。结合时间路况等信息，给出一次换乘时的 时间最短的方案。 3 如果一次换乘不能从a 站到达b 站，则给出二次换乘的方案，并将所 有方案记录在查询历史表中。结合站点最少的信息，给出二次换乘方案。 引入查询历史表后的流程图如下所示： 1 4 第二章公交数据的分析与组织 图2 7 引入查询历史表后的换乘方案流程图 通过引入查询历史表，可以减少查询时间。查询历史表的产生是动态的， 随着用户的操作进行，该表会越来越大。鉴于目前存储器比较便宜，比较容易 实现大容量存储，牺牲空间换取时间还是值得的。通过记录哪些查询记录经常 被使用，可以知道乘客的活动区间集中在什么地点，从而可以为公交部门决策 分析提供数据。 1 5 第三章i s u p t 系统设计 3 1 1 系统需求描述 第三章i s u p t 系统设计 第一节系统需求分析 该系统的使用者分为普通乘客和系统管理员两类。 普通乘客希望利用该系统查询线路的信息，站点的信息，站站直达或换乘 等信息，希望能够将查询的信息打印，出行时如果只知道附近建筑物，希望能 够查出其附近的站点。 系统管理员希望能够对线路、站点的信息进行添加、删除等维护，希望能 够利用该系统方便的录入路况信息，能够管理电子地图的图层，在电子地图上 增加或修改地物信息。 不管是普通乘客还是系统管理员，都希望利用该i s u p t 所具备电子地图功 能，查询对地图上的两点间距离，查询区域面积，查询范围，查询地物，并能 支持对地物的模糊查询和精确查询，希望该i s u p t 系统能够提供放大、缩小、 拖放、鹰眼等功能，保存查询结果，打印地图等功能。 基于上述分析，该城市公交问路系统主要实现如下用户需求： 1 线路查询：用户选择公交线路，查出该线路所经过的站点，主要建筑物 的信息，并在电子地图上显示该线路： 2 站点查询：用户选择站点，查询该站点信息，并给出经过该站点的全部 公交线路，附近建筑物的信息，在电子地图上显示该站点的位置； 3 站站查询：选择出发地，选择目的地，进行站站查询。如果存在直达车， 给出直达车信息。不管有没有直达车，进行动态较短时间查询，给出时 间最短的前三个方案，并在电子地图上显示方案所经过的线路； 4 公交信息维护：更新线路信息，更新站点信息，更新路况信息； 5 地图信息查询：查询地图上任意两点间的距离，任意区域的面积，查询 某点附近指定范围的地物信息，使用模糊查询和精确查询快速定位地 物，能够以放大、缩小、拖动等方式查看地图内容，具备鹰眼功能：即 1 6 第三章i s 切叮系统设计 查看电子地图时，利用鹰眼功能以较高的视野查看地图；能模拟显示路 况信息。 3 1 2 系统需求用例描述 该城市公交问路系统功能主要实现如下需求：线路查询、 查询、公交信息维护( 分为线路更新、站点更新和路况更新) ， 其中在站站查询中又可实现直达车查询，动态较短时间查询。 下所示： 站点查询、站站 地图信息查询； 该系统用例图如 一哕 一否 逛酣齄9 ，高磊 图3 1 系统功能j j 例图 第二节系统概念组成与整体结构设计 3 2 1 系统概念组成 该系统概念组成由三部分组成：系统界面、中间的业务处理逻辑层和后台 数据库。 系统界面层：负责定义与用户的交互行为，包括数据的输入格式与输出 1 7 第三章i s u p t 系统设计 格式的设计，用户操作的流程设计。该系统使用v b 实现前台的用户操作界面。 如选择线路进行查询，选择站点名称进行查询，选择始发站和终点站进行查询 等，并在窗体上加载m a p x 控件以实现电子地图的显示功能。用户主要界面有： 系统主界面，用于输入各种查询条件，显示电子地图；地图查询相关界面，是 用于提供查询地图元素的界面；线路更新界面，用于录入、修改、删除线路信 息；站点更新界面，用于录入、修改、删除站点信息；路况信息界面：用于实 时修改路况信息；关于界面，用于显示开发者的相关信息。管理员登陆界面， 用于管理员登陆，从而具备线路更新、站点更新和路况信息维护的功能。 业务逻辑层：实现用户所需要的各种查询的功能，实现系统数据的更新 功能。业务逻辑层从用户界面层获取用户的输入信息，将其作为查询条件传送 给相应的查询事务处理模块，完成查询后，将结果返回给用户界面层。查询事 务处理模块又可以详细地划分为：线路查询模块，站点查询模块，站站查询模 块，电子地图绘制模块；站站查询模块又可以分为动态较短时间查询模块和直 达车查询模块；业务逻辑层从用户界面层获取用户的输入信息，验证其身份后， 通过更新事务处理模块将获取的更新信息写入数据库中。为实现代码的可重用 性，在业务逻辑层可以将某些操作做成过程( 函数) ，在相类似的查询或更新操 作中调用该过程。 电子地图控件与业务逻辑层的整合：采用组件式软件开发模式，将m a p x 控件整合到v b 中。利用m a p x 控件绘制查询出来的行车路线。 数据库访问层：定义与实现了v b 对a c c e s s 数据库的存取操作。 后台数据库：负责定义与实现关系型数据库中所用到的关系和联系。 总结上面的分析可以得到系统概念组成如下图所示： 图3 2 系统概念组成图 1 8 第三章i s u p t 系统设计 3 2 2 系统整体结构设计 该系统的整体结构由三部分构成：系统界面、数据库和业务逻辑层。 系统界面分为普通用户界面和管理员界面。普通用户界面包括：系统主界 面，该界面用于设置查询条件，提交查询，显示电子地图，显示查询结果，该 界面具有常用按钮和菜单栏。利用工具按钮可以快速实现对地图的放大、缩小 显示等操作。利用菜单栏除可以实现工具按钮的功能外，提供了对地图进行查 询的功能，同时提供管理员登陆界面等。管理员界面除了具有普通用户的功能 之外，还具有线路更新界面，站点更新界面，路况信息实时录入界面。各窗体 具体设计如下： 1 主界面f o r m m a i n ：包括菜单栏，工具按钮栏，4 个f r a m 和2 个m a p x 控件。4 个f r a m 分别用于设置查询站点信息的条件，查询车次信息的条件，查 询归属地的条件，站站查询的条件。使用下拉列表框选择车次站点、始发站和 目的站，以防止输入不正确的站名或车次，导致无法查询出结果。2 个m a p x 控 件用于分别用于显示电子地图和实现鹰眼功能。菜单栏主要包括文件i 工具i 地图l 图层f 查询i 系统维护i 帮助这几个子菜单。当普通用户进入该系统时，系统维护下 的线路更新、站点更新和路况更新功能是不可用的，只有管理员权限的用户可 以使用更新功能。按钮主要是从子菜单中选出常用功能的命令。 2 管理员登陆界面：输入正确的用户名和密码，点击“登陆”按钮，就可 以使用系统维护的全部功能。 3 线路更新界面：输入线路的名称，途经站点的名称，可以对数据库中该 线路的信息进行维护。 4 站点更新界面：输入该站点的名称，该站点的详细信息，可以对数据库 中该站点的信息进行维护。 5 路况信息录入：选择路段，设置道路交通状态。 6 关于界面：软件作者信息，版本信息，联系方式等内容。 数据库中的表主要用来存储公交车车次信息，站点信息，线路信息，用户 信息，路况信息。其中公交车车次信息主要包括公交车车次及所经过站点编号， 发车时间，时间间隔等信息。站点信息主要包括车站的名称，途经该站点的公 交车车次，该站点附近的典型建筑物或设施，该站点的坐标信息。线路信息主 要包括该线路的起点和终点，上下行信息，该线路由哪条子线路经过，途经站 1 9 第三章i s u p t 系统设计 点信息，线路的交通状况。用户信息包括用户名，密码。路况信息存储在子线 路信息中，给出线路的子线路的交通状况。 业务逻辑层主要分为如下几部分：数据库的连接，获取查询条件用于查询， 在地图上绘制线路或站点，数据库更新模块，动态较短时间查询算法。 3 2 3i s u p t 功能划分与模块设计 由前面分析可知，i s u p t 系统功能主要包括：线路查询、站点查询、建筑 物归属查询、站站直达查询、站站动态较短时间查询、线路更新、站点更新、 路况更新，地图查询。 该系统主要分成如下几个模块：线路查询模块，站点查询模块，站站查询 中的动态较短时间查询模块，站站直达车查询模块，线路更新模块、站点更新 模块、路况更新模块。如图3 3 所示。 图3 3i s u p t 系统模块示意图 2 0 第四章i s u p t 数据库设计与实现 第四章i s u p t 数据库设计与实现 4 1 1 数据库中的关系 第一节数据库概念设计 i s u p t 主要实现的查询功能有：线路查询、站点查询、站站之间直达车查 询、动态较短时间查询，显示路况信息。系统主要实现的更新功能是：线路更 新、站点信息更新、路况实时信息更新。对该系统进行需求分析并引出数据库 概念设计。 1 线路查询与更新的用户需求分析 用户操作：选择线路编号 系统操作： 给出该线路所经过的全部站点的名称； 在地图上显示其所经过的路线； 给出该线路的首次发车时间，末班车时间，间隔时间。 分析： 所经过站点的名称，可以根据所经过站点的编号查询给出，因此需要另一 个表用来记录所有站点的编号和名称，以及站所处的地理位置等信息。 由于在公交系统中同一线路上行与下行途经站点可能会不同，这里需要加 上一个属性上行或下行。 由于某些车的始发站可能会因为时间的不同而有所改变，这里特别加上了 始发站编号。 在地图上绘制所经过的路线时，需要根据站和站之间的道路信息来绘制， 因此设置一个表记录站站之间子路段的信息。对于线路实体而言，需要具备的 属性是该线路的编号，发车站编号，途经站点编号，首次发车时间，末班车时 间，间隔时间，间隔时间，上行或下行。故与线路有关的线路实体和线路时间 实体结构设计如下： 线路( 线路编号，途经站点编号，子路段编号，上下行) 线路时间( 线路编号，发车站编号，首发车时间，末班车时间，间隔时间) 2 1 第四章i s u p t 数据库设计与实现 线路实体e r 图如下所示： 图4 1 线路实体e r 图图4 2 线路时间实体e r 图 2 站点查询需求分析 用户操作：选择某个站点名称 系统显示： 途经该站点的所有公交车的线路编号： 该站点附近的建筑物等地理信息。 分析： 当用户选择站点时，可以在地图上显示该站点，需要知道该站点的x ，y 坐 标信息，另外可以给出该站点的相关信息和附近建筑物的名称。 站点( 站点编号，站点名，x 坐标，y 坐标，站点信息，附近建筑物) 站点实体e r 图如下所示： 图4 3 站点实体e r 图 3 站站查询需求分析 用户操作：选择始发站，选择目的站，点击直达车查询或动态