（系统工程专业论文）公交电动汽车运营信息管理系统研究.pdf

y 7 4 1 1 7 0 摘要 近年来，随着首都北京交通需求的快速增长，机动车保有量大幅 度增加，机动车的大量增加带来了严重的环境污染。作为2 0 0 8 年奥 运会举办地，北京市大气环境的改善将成为国内外各界关注的焦点。 作为城市大气主要污染源的北京市交通污染将成为今后北京市大气 环境改善的主攻方向。并且我国又是石油资源紧缺的国家，人均拥有 资源储量大大低于世界平均水平，目前已经成为世界主要石油进口国 之一，因此改变汽车的能源消耗结构同样具有重大的现实意义。 面对能源和环境的挑战，电动汽车以无( 低) 排放污染、噪声低、 易于操纵和维修、运行成本低、安伞有效等优点，逐渐被世界各国所 重视，它是解决石油资源紧缺和环境污染的有效途径，可以预见电动 汽车必将成为未来汽车工业发展的主流。我国十五“8 6 3 计划”特设 电动汽车重大专项对其关键技术进行研发，推动电动汽车技术发展， 促进电动汽车产业化。为适应电动汽车使用带来的基础设施、管理机 制、运行机制等方面的变化，进行电动汽车小批量试验运行，积累电 动汽车运营经验显得尤为重要。 本文主要是对公交电动汽车运营信息管理系统进行研究，首先分 析了公交电动汽车运营信息管理系统的系统需求、数据流程及所采用 的技术路线；然后对公交电动汽车运营信息管理系统的网络结构、总 体功能结构以及系统采用的通信技术等进行详细设计：然后详细设计 了公交电动汽车运营信息管理系统的数据库结构和用于信息预测的 灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) ；最后详细设计和实现了公交电动汽车运营 统计分析子系统，方便管理人员对公交电动汽车运营信息进行管理。 关键词：电动汽车；管理系统；狄色预测；g m ( 1 ，1 ) a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ef a s tg r o w t ho ft h et r a f f i cd e m a n d i nb e i j i n g ， t h er e c o v e r a b l ea m o u n to fm o t o rv e h i c l ei n c r e a s e sb yal a r g es c a l e ，w h i c h h a sb r o u g h tt h es e r i o u se n v i r o r m a e n t a lp o l l u t i o n a st h eh o s tp l a c eo f2 0 0 8 o l y m p i cg a m e s ，t h ei m p r o v e m e n to ft h ea t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n to f b e i j i n gw i l lb e c o m e t h ef o c u st h a tt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lb o t hp a y c l o s ea t t e n t i o nt o i nt h ef u t u r e ，t h em a i nd i r e c t i o n o f i m p r o v i n g a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tw i l ls o l v et h eu r b a nt r a f f i cp o l l u t i o nt h a ti st h e p r i m a r yp o l l u t i o n s o u r c eo fb e i j i n g a tt h es a m et i m e ，t h ep e t r o l e u m r e s o u r c e so fo u rc o u n t r ya t ei ns h o r ts u p p l ya n dt h ea v e r a g er e s o u r c e r e s e r v e sa r el o w e rt h a nt h ea v e r a g el e v e li nt h ew o r l d o u rc o u n t r yh a s a k e a d yb e c o m eo n eo ft h em a i np e t r o l e u mi m p o r t e r s a tp r e s e n t ，s ot o c h a n g e t h ee n e r g y c o n s u m p t i o n s t r u c t u r eo fa u t o m o b i l e sh a sag r e a t r e a l i s t i cm e a n i n gt o o f a c i n gt h ec h a l l e n g e so ft h ee n e r g ya n de n v i r o n m e n t ，b e c a u s e e l e c t r i c a u t o m o b i l e sh a v el o t so fa d v a n t a g e s ，s u c ha sl e s s p o l l u t i o n ，l e s sn o i s e ， e a s i e rt oh a n d l ea n dm a i n t a i n ，l o w e ro p e r a t i o nc o s t s ，s a f e t ya n d e f f i c i e n c y , e t c n o wm o r ea n dm o r ec o u n t r i e sh a v ep a i da t t e n t i o nt ot h ee l e c t r i c a u t o m o b i l e t od e v e l o pt h ee l e c t r i ca u t o m o b i l ei st h ee f f e c t i v ew a yt o s o l v et h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n ds h o r to fp e t r o l e u mr e s o u r c e s w e c a n p r e d i c tt h a tt h ee l e c t r i ca u t o m o b i l ew i l lb e c o m e t h em a i n s t r e a mo ft h e a u t o m o b i l ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e t h e r eh a d m a j o rp r o j e c t s o nt h ee l e c t r o n i ca u t o m o b i l et or e s e a r c ha n dd e v e l o pk e y t e c h n o l o g i e si n t h ef i f t e e n p l a n t h ea i mi s t o p r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c a u t o m o b i l e st e c h n o l o g ya n dt op r o m o t et h ei n d u s t r i a l i z a t i o no fe l e c t r i c a u t o m o b i l e s f o ra d a p t i n gt h ec h a n g e so fb a s i cf a c i l i t i e s ，m a n a g e m e n t m e c h a n i s ma n d o p e r a t i o nm e c h a n i s m ，i ts e e m sv e r yi m p o r t a n tt ol a i nt h e e l e c t r i ca u t o m o b i l ea n da c c u m u l a t et h e o p e r a t i n ge x p e r i e n c e t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e st h em a n a g e m e n ts y s t e mo ft h ee l e c t r i c b u so p e r a t i n g i n f o r m a t i o n f i r s t l ya n a l y z i n gt h es y s t e md e m a n d ，d a t af l o w 2 a n dt e c h n o l o g yr o u t e so ft h em a n a g e m e n ts y s t e mo ft h ee l e c t r i c b u s o p e r a t i n gi n f o r m a t i o n s e c o n d l yd e s i g n i n g t h en e t w o r ks t r u c t u r e ，t h e w h o l es y s t e mf u n c t i o ns t r u c t u r ea n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt h a ti s a d o p t e db y t h e m a n a g e m e n ts y s t e m o ft h e e l e c t r i cb u s o p e r a t i n g i n f o r m a t i o n t h e nt o d e s i g n t h ed a t a b a s es t r u c t u r eo ft h em a n a g e m e n t s y s t e mo ft h ee l e c t r i c b u so p e r a t i n gi n f o r m a t i o na n dt h eg r e yf o r e c a s t m o d e l f i n a l l yd e s i g n i n ga n dr e a l i z i n g t h e a n a l y s i ss u b s y s t e mo ft h e e l e c t r i cb u so p e r a t i n gi n f o r m a t i o ni nd e t m l i tc a nh e l pa d m i n i s t r a t i v e s t a f f st om a n a g et h eo p e r a t i n gi n f o r m a t i o no f t h ee l e c t r i cb u s k e y w o r d s ：e l e c t r i ca u t o m o b i l e ；m a n a g e m e n ts y s t e m ；g r e yf o r e c a s t g m ( 1 ，1 ) 3 第一章绪论 1 绪论 1 。1 论文背景及研究意义 近年来，随着首都城市交通需求的快速增长，机动车保有量大幅 度增加，到2 0 0 3 年8 月已经超过2 0 0 万辆。机动车的大量增加带来 了严重的环境污染，据环保部门监测显示，机动车的尾气排放已经成 为北京市大气污染的一项主要来源。尽管北京市近年来花大力气治理 大气环境，并己耿得了阶段性成果，但目前北京的大气污染仍较为严 重，机动车排放对大气污染的贡献率仍在6 0 左右，因此治理北京机 动车排放污染是改善北京空气质量的主要任务之一。 众所周知，北京已经成功获得2 0 0 8 年奥运会的举办权，北京市大 气环境的改善将成为国内外各界关注的焦点。作为城市大气主要污染 源的北京市交通污染将成为今后北京市大气环境改善的主攻方向。为 此，对城市交通环境提出了更高、更严的要求。北京市城市交通必须 走“绿色交通”之路。 我国又是石油资源紧缺的国家，人均拥有资源储量大大低于世界 平均水平，目前已经成为世界主要石油进口国之一。因此改变汽车的 能源消耗结构更具有重大的现实意义。 与燃油汽车相比，电动汽车的优点主要有以下三个方面： ( 1 ) 低尾气排放及噪声污染，有效改善环境质量。 ( 2 有利于调整和改善能源消耗结构。 ( 3 ) 有利于提高能源利用率。 电动汽车具有无( 低) 排放污染、噪声低、易于操纵和维修、运 行成本低、安全有效和易于安装电子设备等优点，在环保和节能上具 有不可比拟的优势，它的应用和推广是解决燃油汽车过度依赖石油资 源、污染环境的有效途径。 面对能源和环境的挑战，电动汽车成为未来汽车工业发展的主流。 我国十五“8 6 3 计划”特设电动汽车重大专项对其关键技术进行研发， 推动电动汽车技术发展，促进电动汽车产业化。为适应电动汽车使用 带来的基础设旌、管理机制、运行机制等方面的变化，进行电动汽车 第一章绪论 小批量试验运行，积累电动汽车运营经验显得尤为重要。 论文以国家8 6 3 计划中的“北京市工况下电动汽车运行考核试验研 究”课题为依托，对公交电动汽车运营信息管理进行研究，并通过建立 公交电动汽车运营信息管理系统来辅助运营，把通信技术、计算机技 术和卫星定位技术等应用到公交运营管理中，提高工作效率，使公交 运营做到车辆可视、可控，为将来公交电动汽车的商业化运营进行有 意义的尝试。 1 2 本文主要工作 从国内外电动汽车的整体发展情况看，电动汽车技术研究已经取 得了很大进步，但是缺乏针对电动汽车投入公交运营的运营信息管理 系统的研发，本文主要做了如下工作： 分析公交电动汽车运营信息管理系统的需求、数据流程及所采用 的技术路线。 设计公交电动汽车运营信息管理系统网络结构、总体功能结构以 及系统采用的通信技术等。 对公交电动汽车运营信息管理系统的数据库进行设计。 对用于预测故障费用、故障发生时间等信息的预测模型进行设计。 详细设计公交电动汽车运营统计分析子系统。 公交电动汽车运营统计分析子系统的程序实现。 1 3 本文框架 第一章为绪论部分，主要介绍了论文的选题背景及研究意义、主 要工作及论文的框架。 第二章为公交电动汽车运营信息管理系统分析部分，主要阐述了 公交电动汽车运营信息管理系统的需求、数掘流程、系统开发所采用 的技术路线等内容。 第三章为公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计部分，主 要是详细阐述公交电动汽车运营信息管理系统中用于维修费用、故障 2 第一章绪论 发生时间预测的灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) 。 第四章为公交电动汽车运营信息管理系统数据库设计部分，主要 是详细论述了公交电动汽车运营信息管理系统数据库的建立过程。 第五章为公交电动汽车运营信息管理系统总体设计部分，介绍公 交电动汽车运营信息管理系统的设计原则、系统网络设计、总体结构 设计以及系统通信协议设计等内容。 第六章为公交电动汽车运营统计分析子系统开发与实现部分，详 细介绍了公交电动汽车运营统计分析子系统的功能结构、处理流程及 实现结果等。 第七章为总结与展望部分，对公交电动汽车运营信息管理系统应 用后的效果进行评价，并提出改进的方向。 第一二章公交电动汽车运营信息管理系统分析 2 公交电动汽车运营信息管理系统分析 2 。1 公交电动汽车运营信息管理系统需求分析 系统需求分析是系统开发工作中最重要的环节之一，是从用户最 初的非形式化需求到满足用户要求的软件产品的映射过程。它实际上 是一个对用户意图不断进行揭示和判断的过程，其目的在于细化、精 化软件的作用范围，确定拟开发软件功能和性能、约束、环境等。睇1 根据项目要求，系统功能要求如下： ( 1 ) 科学合理的收集、存储、转发试验的原始数据。主要包括； 存储车载设备传来的车辆的实时运行信息。 存储车载设备记录的公交电动汽车运行信息。 向监控终端转发实时数据。 向中心通信控制器发送信息。 记录工作日志。 ( 2 ) 实现车辆运行远程监控。主要包括： 实现单车运行实时监控 实现多车运行同时监控。 实现车辆报警处理。 实现车辆运行轨迹回放。 ( 3 ) 实现车辆运营统计分析功能。主要包括： 实现整车技术性能统计分析 实现电池技术性能统计分析 实现车辆运行实时动态分析 实现电池组放电情况动态分析 实现故障维修费用、故障发生次数等信息的预测 实现信息查询及输出 ( 4 ) 系统应该具有良好的安全性和可靠性，便于进行维护。 ( 5 ) 系统应该具有友好的用户界面，用户操作简单方便。 4 第一章公交电动汽车运营信息管理系统分析 2 2 系统数据流程分析 系统数据来源包括三部分，分别是：( 1 ) 公交电动汽车运行时的 整车数据和电池放电及运行状态数据；( 2 ) 充电站采集到的电池充电 数据；( 3 ) 工作人员手工记录的信息。 其中整车数据和电池放电及运行状态数据的传输办法是车载设备 通过g s m 网络以短消息的形式把数据发送到监控中心的通信控制 器，然后通过网络把数据传送到消息服务器，消息服务器从串口接收 到数据后，执行两部分的任务，一是把数据解包后存储在数据库服务 器上的数据库中；二是把解包前的数据发给各个监控台，然后各个监 控台把数据解包后各自选择自己需要的数据进行处理。车载信息采集 设备本身能够存储一定数量的数据，工作人员可以使用u s b 设备很 容易地把数据下载下来，然后由消息服务器上的消息转发与通信控制 系统自动导入到数据库中。整个系统的数据流程图( d f d ) 如图2 1 所示。 图2 - - 1 公交电动汽车运营信息管理系统数据流程图 第二章公交电动汽车运营信息管理系统分析 2 3 技术路线选择 系统丌发前首先要选择适合的技术路线，适合的技术路线不仅能 够减少系统开发费用，而且能够为系统成功开发提供足够的支持，并 能有效保证系统的质量。选择技术路线包括系统选择系统开发所采用 的系统体系结构、数据库系统、开发工具和丌发方法等。 3 1 2 3 1 系统体系结构 客户，服务器( c s ) 结构是9 0 年代开始流行的一种体系结构，在 c s 结构下，应用系统被分成客户机和服务器两部分，应用处理由客 户端完成，数据访问和事务处理由服务器承担。1 4 】吲 6 3 u ( 1 ) 客户 从进程的观点来看，客户是一道请求服务的进程，也是一道重定 向进程，将用户请求重新定向到一个服务器上进行处理。客户进程是 主动的，由它首先发出请求给服务器，并以与服务器的对话的始终为 该进程的始终。 ，从系统的观点来看，客户是一个相对独立的系统，它与用户直接 打交道，其外层主要完成界面表示，内层完成请求服务与对请求结果 的加工处理；客户系统通过管理与用户的所有交互作用把服务器和网 络对用户隐蔽起来，仿佛整个应用只是在局部执行而没有使用其他的 进程、机器和网络。 从整体平台的角度来看，客户是一个软硬件的综合平台，它可以 是任何台式计算机，带有合适的c p u 、内存、系统软件、应用软件， 具有网络访问能力。 ( 2 ) 服务器 从进程观点来看服务器是一道接受请求并提供所请求的服务的 进程，是一道响应进程。服务器进程是被动的，由来自客户进程的请 求的到来所触发。通常服务器进程一直在运行，为多个客户进程提供 服务，这些服务或者由服务器迸程直接提供，或者由服务器进程为每 个客户请求生成的进程提供。 从系统的观点来看，服务器是另一个相对独立的系统，它专门用 6 第二章公交电动汽车运营信息管理系统分析 于高效地执行服务功能，如提供高速大容量存储、较强的数据处理、 并发协调多个应用等等。服务器不直接与用，i 打交道，它提供后台服 务。 从整体平台的角度来看，服务器也是一个软硬件的综合平台，它 一般是高档工作站、小型机、大型机，并且具有多用户、多任务处理 能力，以充分实施其服务功能。 ( 3 ) c s 计算 c ，s 计算是一种软件协作方式，一个复杂的计算任务被划分为两 个部分，分配到两个进程中，其中一个进程称为客户进程，另一个是 服务器进程。客户进程根据用户要求形成服务请求，并向服务器进程 发送此请求；服务器进程接受服务请求，在对此请求进行必要的分析 后，调用服务处理模块( 可能是另一个处理进程) 实现请求服务，处理 完成后，将处理结果返回给客户进程。 客户进程在提交请求后，可能处于两种状态：一是等待请求结果； 二是继续客户进程的执行，但随时可以接收服务器返回的处理结果。 客户的这两种请求方式分别称为同步方式和异步方式。如果客户机的 操作系统是多任务的，则系统客户进程可采用异步请求方式，当服务 器正在处理请求时，客户系统可以做其他的工作，这个工作可以与服 务器正在进行的处理没有联系；当服务器将请求结果返回时需要一种 中断机制来中断正在进行的客户进程。 客户进程接收到请求结果后，根据实际要求继续对这些数据作相 应处理，并将最终结果返回给用户( 屏幕显示、打印结果等) 。 来自多个客户的请求可能同时到达服务器，当一个请求到达时， 服务器可能正在处理来自另一个客户的更早到的请求，服务器必须提 供对这些请求的排队装置或并发处理它们。 c s 计算模式实现了一种协作处理，这种协作处理实质上是一种 特殊的分布式处理，资源和处理分布于两个( 或多个) 逻辑上分离的计 算机系统中。从c s 的逻辑关系来看，客户程序和服务器程序只是 在功能上的分离协作，不一定在物理上分离，客户、服务器完全可以 存在于一个多任务系统中，共同在一台物理机器上运行。f 8 】 9 】 7 第二章公交屯动汽车运营信息管理系统分析 c s 计算的处理流程如图2 2 所示。 图2 2c s 模式计算流程图 c s 结构其优点体现在： ( 1 ) 可靠的数据完整性和安全性控制； ( 2 ) 高效的联机事务处理性能； ( 3 ) 很好的开放性和易扩充性； ( 4 ) 高效的应用程序开发。 c s 结构的应用系统易于扩展，处理效率更高。但这种模式具有 内在缺陷，即客户端具有平台相关性；随着应用逻辑和程序界面占用 越来越多的硬件资源，客户端变得越来越“胖”；客户端管理复杂， 维护困难。为解决c s 模式的内在缺陷，出现了三层c s 模式结构， 这种模式把传统c s 结构中客户端的应用逻辑分离开来，形成一个单 一的应用服务器，从而大大降低客户机对硬件的要求，使系统更容易 扩展。c s 模式的体系结构如图2 3 所示。 8 第二章公交电动汽车运营痔息管理系统分析 信息查询、更新、维护 w i n d o w s 用p i w i n d o v s j | p a c t i r e 控件、c o m 阜阜 一 应用服务器 业务服务组件 d c ( 】 i l c o m l 0l 调用存储过程、视图 jt 存储过程、视图、触发器、表 上t 数据库服务器 幽2 - - 3c s 模式体系结构图 结合系统需求及实际情况，公交电动汽车运营信息管理系统采用 客户服务器( c s ) 模式。系统由客户端、服务器端和连接支持三部 分组成，其中客户端由运行车辆监控子系统的p c 机和运行公交电动 汽车运营统计分析子系统的p c 机组成；服务器端由运行消息转发与 通讯控制子系统的服务器和存储数据的数据库服务器组成；连接支持 负责透明地连接客户与服务器，完成数据通信功能，采用t c p i p 协议 提供可靠、安全的连接。【1 0 3 1 1 1 m 1 2 3 2 数据库选型 随着数据库的应用越来越普及，应用的环境越来越复杂，用户对 数据库技术的要求也就越来越高。面对十分活跃的数据库软件市场， 如何针对具体的应用环境，在对数据库的性能、编程的难易、价格和 用户需求迸行综合评价后，选择满足时间需求、适合系统发展的数据 库产品，是数据库选型时遇到的一个普遍关心的问题。以往的数据库 技术结构可以分为4 种类型：【l 习 ( 1 ) 宿主式体系结构：在这类系统中，多个用户分时共享主机，该 机器支持所有用户的应用。 9 第二章公交电动汽车运营信息管理系统分析 ( 2 ) 单一式体系结构：这种结构多为单用户系统或p c 机。在同一 时阳j 内一个用户只运行一种应用程序，即把计算机的所有资源用于一 个用户。 ( 3 ) 文件服务器式的体系结构：这是目前基于p c 机的l a n 所普遍 采用的模式。n e t w a r e 将这种技术推向了日趋完善的程度。这种结构 也能为客户机朋艮务器模式提供一个基本的应用平台。 ( 4 ) 客户机艏务器模式：这种模式结合上述几种体系结构的优点， 能够保证运行复杂的网络应用，有足够的能力将处理后的结果通过网 络传输出去，而且能够根据用户需求灵活地配置各种类型的计算机系 统。 在客户机朋瞳务器模式下的数据库与集中式下的数据库相比有如 下的优点： ( 1 ) 多方面的性能改进。第一，它允许数据存储在使用最为频繁、 距离最近的地方，以减少远程传输的迟延；第二，使用客户机服务 器数据库可以减少集中式数据库存在的c p u 或i o 瓶颈；第三，多 数据库可以并行操作，而集中式数掘库的性能主要依赖于主机的性 能。 ( 2 ) 可靠性高。如果运行在集中式系统上的数据库因机器出现故障， 整个系统将瘫痪。而运行在客户机服务器模式下的数据库中，某个 结点或网络的某部分出现故障，系统仍可能运行。 ( 3 ) 本地自治性。每个结点能够独立地管理自己的数据。基于其局 部需求，它能够决定如何构造自己的模式以及授权什么人访问什么数 据，依此来维护局部的控制和对自身资源的主权。而在集中式系统中， 所有资源都是由主机管理的，用户没有自主权。 ( 4 ) 可缩放性。由于一个数据库能够分布在多台机器上，而单台机 器的最大容量已经限制了数据库不能大于其吞吐量。同时，随着数据 库的增大，数据库管理能够透明地将表移到新增的机器上，丽不必将 整个应用移植到更大的机器上。现在运行中的有些数据库实际上是为 集中式应用设计的，从技术和结构上讲，不自2 满足客户枧，服务器模 式的需要。 1 0 第二章公交电动汽车运营信息管理系统分析 本系统采用客户机朋务器模式的数据库系统。目前应用最为广泛 的客户机朋务器模式的关系型数据库管理系统有三种：m ss q l s e r v e r 、s y b a s e 和o r a c l e 。f 1 4 】【1 5 】【1 6 】 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 数据库系统是微软公司开发的一个基于结 构化查询( s q l ) 和客户服务器( c s ) 模型的高性能关系数据库管 理系统，具有许多良好的特性，尤其是最新的版本m i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 ，它可处理的数据量大；具有可伸缩结构，从单处理器到 多处理器的硬件，用以满足未来业务的需要；具有高性能结构，利用 w i n d o w s 操作系统和应用平台可得到更大的传量和更快的响应时间； 方便的系统管理，利用省时的图形化工具，降低了对系统管理员的技 术要求，使系统便于维护；强壮安全的事务处理能力，一旦系统发生 故障，它能保护数据不丢失；网络集成环境，可使用通用的网络和协 议。因此m i c r o s o f ts q l s e r v e r 已经成为许多企业数据库系统的首选 目标。 s y b a s e 具有较大的事务处理能力，是单机板软件开发的首选数据 库，适合于单桌面用户、移动用户以及不超过1 0 0 个用户的网络工作 组，现已广泛应用于金融、电信、交通、运输等部门。另外，s y b a s e 可以作为自带数据库嵌入某些软件中，以处理程序运行中涉及到的数 据。 o r a c l e 是基于客户机，服务器结构的大型数据库，具有强大的信息 管理功能，它可处理的数据容量大，系统功能全面，而且安全管理和 数据恢复机制较完善。在大中型企业的m i s 系统开发中，要求数据 处理量大、速度高。o r a c l e 数据库正是以其具有的特点，适应了存储 容量大、数据运算速度快的要求，成为被众多企业，尤其是电力企业 采用的关系型数据库。 综合考虑目前阶段公交电动汽车的数量、数据库性能、开发效率 及成本等因素，本系统使用关系数据库，服务器端数据库管理系统选 择m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 。 2 3 3 开发工具选择 为保证系统具有良好的开放性和安全性，选用目前流行的v b6 0 第二章公交电动汽车运营信息管璀系统分析 和v c + + 6 0 等可视化丌发工具实现混合编程，缩短开发周期、降低 丌发成本、提高运行效率，以便更好地满足用户地需求。 ” 【1 8 】【1 9 v b 6 0 是m i c r o s o f t 公司推出的一个集成开发环境；是一种快速 丌发程序( r a p i d a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ) 工具；它具有简单易学、 功能强大、语法简单、执行代码率高、软件费用支出率低、见效快和 易于扩充等优点，而且v b6 0 具有集成的可视化数据库工具，它提 供一整套工具以在任何程序中集成数据库，可以和s q l s e r v e r 、o r a c l e 等当今主流数掘库系统搭配构建高性能的数据库应用程序。但是v b 6 0 同时也存在一定缺陷：运行速度慢，尤其明显地反映在对文件、 数组、字符串等数据类型的操作上：对系统底层硬件的控制能力弱。 v c + + 6 0 也是m i c r o s o f t 公司推出的可视化集成开发环境，是当 今世界上最流行的开发工具之一。利用v c + + 6 0 开发应用程序具有 如下优点：效率高、无界面时程序小、占用系统资源少：功能强大， 其实时控制、指针和系统级功能尤为突出。但是v c + + 6 0 在开发过 程中有一些缺点：开发周期长、调试不方便、对开发环境要求较高， 界面设计不方便、报表设计困难等。综合考虑两者的优缺点，本系统 选择v b 和v c 两种开发工具混合编程的开发方式，以便提高系统开 发效率、系统的质量及运行效率。 2 3 4 开发方法选择 为成功开发一个大型系统，必须有某种方法作为指导，有条不紊 地、分阶段地完成大量的设计任务，保证每一阶段交付的软件功能都 有明确的定义，在其数据模型、系统功能流程和业务需求分析确定后， 本系统设计采用了系统生命周期法和原型法相结合的原则。【2 0 】【2 1 】【2 2 1 系统开发的生命周期可划分为若干个相互区别又彼此联系的阶 段，每个阶段的工作都以上一阶段的工作为前提，并在每阶段使用 规定的方法、技术和工具，编写规定的文档资料，以便对各阶段的工 作过程和成果进行检查控制，以加快速度、降低成本、保证系统开发 质量、满足用户要求。系统开发生命周期如图2 4 所示。 第一二章公变电动汽车运营信息管理系统分析 n j 用软件 图2 4 系统开发生命周期t 作流程 生命周期法是建立在系统要求必须事先静态地精确定义这个前 提下，但是电动汽车运行考核试验课题是一个具有研究与探索性质的 项目，系统开发初期并不能精确定义需求，在开发阶段有可能会提出 不同的需求，鉴于此原因，决定采用原型法进行辅助弥补了这一缺陷。 原型法是一种用模型驱动的系统开发技术，其精髓在于系统的需求定 义不是在系统的设计和实现之前精确地一次完成，而是贯穿于整个开 发过程中，逐步精确与完善。在开发过程中，经过与用户业务人员和 计算机管理人员相互座谈，系统经过“修改一审查一再修改”的多次 反复，最终使得系统完全能够满足用户的需求。系统原型法如图2 5 所示。 图2 5 系统原型法工作步骤 可用软件 第二三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 3 公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 “凡事预则立，不预则废”，预测是人类社会的一项重要的认识活 动，是数理统计中一种定量预测方法，它可以对已经发生的现象的数 量方面进行描述和分析研究，总结经验教训，为今后的管理工作提供 借鉴。预测分为定性预测和定量预测。定性预测是根据积累的经验和 掌握的情况进行直观预测，多采用调查研究方式进行。而定量预测则 着重从事物的数量入手，运用数学模型进行估计和推算，在分析数据， 找出变动规律的基础上，建立和选定数学模型，确定参数值，推算和 预测数量。 2 3 1 定量预测的方法很多，比如专家预测法、指数平滑法、移动平均 法、时间序列法、回归分析法、灰色预测法、神经网络、遗传算法等。 本文选择使用灰色预测方法对公交电动汽车运营信息管理系统 中的设备维修费用、故障次数、故障发生时间等进行预测。 3 。1 灰色预测模型 我们把信息完全明确的系统称为白色系统；信息完全不明确的系 统称为黑色系统；信息部分明确、部分不明确的系统称为灰色系统。 严格说来，灰色系统是绝对的，而白色系统和黑色系统是相对的。一 般预测方法如线性回归分析、时间序列预测、可靠性工程等缺点在于 需要大量统计数据，建立在概率统计基础上，从数据中找出有规律的 东西，计算量大，要求分布较典型，如果不作数据铲除误差的平滑处 理，还有较大的误差，这就是一般预测方法的局限性。而灰色理论认 为：少而零乱的数据，它是有序的、有内在规律的，灰色理论把一切 随机变量看作是一定范围内的灰色量，对灰色量不是像概率统计一样 从找统计规律的角度，通过大样本量进行研究，而是用数据处理的方 法( 灰色理论称为数据生成) ，将杂乱无章的原始数据整理成规律较强 的生成数列再作研究。用灰色理论建模一般采用三种检验方式，分别 为残差大小，后验差检验、关联度检查。灰色理论建立的模型不是原 始数据模型，而是生成数据模型。因此，灰色理论的预测数据，不是 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设汁 直接从生成模型得到数据，而是还原后的数据。狄色理论在我国最早 由著名教授邓聚龙先生于1 9 8 2 年提出，现在已经广泛应用到管理、 社会经济、气象、生态、生物、水利等系统中。 2 4 1 2 5 1 灰色模型g m ( 1 ，1 ) 是灰色预测的基础，其预测步骤为： ( 1 ) 列出预测对象的历史发展时间序列，并对其进行一次累加， 发现规律，寻找趋势，判别数据序列适合何种灰色模型具体的设置 为：设有数列x 有n 个观察值x 。( 1 ) ，x ( 。( 2 ) ，x ( 。( n ) ，对 其作一次累加生成得到新的数列x 1 1 与x 柳关系为 i x ”( d = z x 。( n ( f = 1 2 ，n ) m = l 由公式3 1 展开可知 x 1 ( 1 ) = x o ( 1 ) x 1 ( 2 ) = x 1 ( 1 ) + x 0 1 ( 2 ) ( 3 - 1 ) ( 3 - 2 ) ( 3 - 3 ) x o ( n ) = x 1 1 ( 行一1 ) + x o ( h ) ( 3 4 ) ( 2 ) 根据函数关系，建立相应的形式方程，函数关系为 d x m + a x ( 1 ) ：雠( 3 - 5 ) 盘 它是一阶一个变量的微分方程模型，时间响应函数为： x s o ) = 【x l ( 0 ) 一兰p 叫+ 兰，( = o ，l 2 ，n ) ( 3 6 ) a口 离散响应为： x ( i ，& + 1 ) = 【x - ( o ) 一旦p 一础+ 竺，( 七= 1 , 2 ，胛+ 1 )( 3 7 ) 口a 其中a 、u 为待估参数。 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 ( 3 ) 辨识设立方程中的参数a 、u ，求取具体数值。由第二步中 的离散形式展开可知： k 2 1 ，x ( ( 2 ) = 卜i x ( 1 ( 1 ) + x ( 1 ( 2 ) 】) + “( 3 - 8 ) k = 2 ，x ( 。( 3 ) = “ 一i x ( 1 ( 2 ) + x ( 1 ( 3 ) + “( 3 - 9 ) k = 2 ，x ( n ) = 口( 丢 x ( 1 ( n ) + x ( 1 ( n + 1 ) l + “( 3 - 1 0 ) 那么，两个待估参数表示的向量形式为：三： a , u 1 7 ，按最小二乘 法解，求得0 = ( b r 丑) 一1 8 7 匕，其中 b = 一争) ( 1 ) + ) ( 2 ) 】1 一l i x ( 1 ) ( 2 ) + 玳3 ) 1 ： 一i x l ( n 一1 ) + x ( 1 ( h ) 1 ( 3 1 1 ) 匕= i x o ( 2 ) ，x o ( 3 ) ，x o ( n ) 】7 ( 3 1 2 ) ( 4 ) 将求取的参数代入第二步预测模型进行预测，并列出预测结 果的时间序列x o 。 ( 5 ) 对预测结果进行检验，证明预测模型是否可行，判别是否要 进行残差修正。 灰色预测模型的检验一般采用三种检验，即残差、关联度和后验 差检验。 残差检验 残差又有绝对和相对误差两种如果绝对误差用( f ) 表示，相对 误差用q 。( f ) 表示，则有： 1 6 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 o = x o ( f ) 一x o ( f ) ( 3 1 3 ) 硝0 ) ( 0 = p ( f ) j - o o ( 3 _ ，4 ) 判断标准是如果相对误差不超过2 ，便认为模型可行。 关联度检验 关联度是事物之间、因素之间关联性的“量度”，如果用数学形式 表述则为序列忸j 。( i ) ) 与序列忸( 耐的关联度系数。序列扛( 埘与 序列忸( f ) ) 的关联度系数为： = 号黠群 仔嘲 式中( f ) = x ( f ) 一x ( f ) i ，m i n a ( i ) n 叠4 , n ，m a x a ( ) 为 最大值，盯为分辨系数，在0 与1 之间选取，一般取5 0 ，即o - = 0 5 。 关联度为； 2 主j 善0 女( 力 坼为样本数) ( 3 一蜘) 一般当o - ：0 5 时，7 。0 6 8 ，可以认为预测结果满意，证明模型 基本上对满足历史数据序列进行了较高精度的模拟。 后验差检验 后验差检验包括计算残差的方差比c 和小误差概率p 。方差比c 的计算公式为： c = f 3 1 7 ) 其中： 残差方差s ? 2 未了善( 占) ( f ) 一s 佃) ) 2 ， 均值 n l 百 1 7 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 一1 h 1 h s = 二i = 1 ( f ) ；原始数据方差晶22iln nj 1 蕃( x ( ) 一x ) 2 ，均值一 。 一= 两= 去喜蹦f ) ，小误差概率p 胁r 算公式为 p = 叫l 孽( ) 一q l o 9 5 0 8 0 o 7 0 o ，6 5勉强合格 0 7 00 6 5 不合格 ( 6 ) 通过以上检验，如果相对误差、关联度、方差比、小误差概 率等都在允许范围内，则既明建立的模型可行，否则应进行残差修正， 至此gm 0 ，1 ) 的建模已完成。预测流程如图3 1 所示。 2 6 1 2 7 】 2 8 】 利用g m ( 1 ，1 ) 建模时，在预测维修费用时，取每年的维修费用 建立初始数据序列x ；在预测故障发生时间，取故障间隔时间建立 初始数据序列x 卿，第一次故障的时间间隔取为0 ，以后顺序是与上 次故障发生时间之间的时间间隔；预测故障次数时取每年发生的故障 次数建立数据序列x “。 1 8 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 图3 一l 预测流程图 1 9 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 3 2 实例计算 由于公交电动汽车运营信息管理系统刚刚建立，未能得到足够的 故障次数、故障间隔时问及维修费用等方面的数据，所以本文选择了 某企业的历史数据进行实例计算，以便检验灰色预测模型是否适用。 某企业1 9 8 31 9 8 9 年设备维修费用的实际支出数额如表3 - - 2 所 示。 1 年份( f )1 9 8 3 1 9 8 41 9 8 5 1 9 8 61 9 8 71 9 8 8 1 9 8 91 f 费i l j ( y ) 1 1 3 61 1 7 41 0 3 8 1 0 7 91 1 7 61 3 0 01 6 0 8 j 选择1 9 8 3 1 9 8 5 年的基础数据预测1 9 8 6 年的情况，计算过程为： ( 4 ) 数据生成处理 原始数列xo ( f ) ： 1 1 3 6 ，1 1 7 4 ，1 0 3 8 ) 经过累加生成处理后得到x ( f ) ： 1 1 3 6 ，2 3 1 0 ，3 3 4 8 】 ( 2 ) 建立数据矩阵b ，匕 由b = 一扣( 1 ) + x 1 1 ) ( 2 ) 】 一i x 1 ( 2 ) + x ( 1 ( 3 ) 】 ； 一i x ( 1 1 ( n 一1 ) 十x ( 1 ( h ) 】 匕= i x o ( 2 ) ，x o ( 3 ) ，x 吣( n ) 7 得 b = 瞄2 8 2 91 1 = li i 一 e = 黝 ( 3 ) 求三，4 ，“ 第三章公交电动汽车运营信息管理系统关键模型设计 南a = ( 口7 曰) _ 1 8 7 e 得： 三= k “r = 0 1 2 2 9 6 61 3 8 5 8 6 9 8 0 7 a= 0 1 2 2 9 6 6 ah = 1 3 8 5 8 6 9 8 0 行“( 4 ) 建立模型 把上面得到的a ，“的值代入 x (