城市軌道交通線路優選系統研究與設計

[摘 要] 本文以論述“城市軌道交通線路優選系統”的系統構成、功能與原理為核心，以開發者的角度展開介紹該軟件的設計思想和開發理念以及應用價值。本文共4個部分，對“城市軌道交通線路優選系統”的研究與設計由淺入深進行闡述。

[關鍵詞] 城市軌道交通； VB.NET； Floyd算法； Mapinfo

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 22. 047

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）22- 0074- 02

0 引 言

在上海城市軌道交通網絡化進程的快速推進中，線網日趨交織復雜，耦合度越來越高，運營過程中存在以下問題： ① 不熟悉線路的乘客無法直接獲得換乘信息，造成出行不便，增加了出行時間； ② 為幫助乘客選擇路線，需加大人工引導，降低了地鐵站工作人員效率，增加了運營成本； ③ 存在多種線路換乘選擇時，有可能因為乘客集中選擇某條線路，造成該線路客流量顯著增大，為運營管理和客流管控帶來困難。

軌道交通作為生態型、高技術密集、高端服務型產業，更要依靠信息化技術來服務大眾，以提高自身的服務水平。該“城市軌道交通線路優選系統”的開發，是基于現有的上海城市軌道交通網絡來構建相關框架、模型，是面向乘客的結合線路信息查詢及優選的一款軟件，以實現為乘客提供簡單、快捷、實用的軌道交通信息查詢方式，提升乘客滿意度與出行效率，為運營管理服務提供便利的目的。

1 系統構成

1.1 功能介紹

本系統分為“快速查詢”、“分類查詢”兩個主要模塊。在“快速查詢”界面里輸入起點與終點的站點名稱，點擊“一鍵查詢”即可顯示一張最短路徑線路圖，并可進行放大、縮小查看，若輸入的站點有誤，系統會自動報錯，提示修改；在“分類查詢”界面里共分交通、購物、住宿、旅游、餐飲5個板塊，點擊相應板塊系統可顯示屬于該分類的全部相關地名而非站點（如選擇“交通”，則列表框里會顯示上?；疖囌?、虹橋國際機場、上海南站等交通樞紐；選擇“旅游”，則列表框里會顯示豫園、外灘、田子坊等旅游景點），并可根據需要按由近到遠或搜索熱度排序，雙擊要去的地名即可顯示從松江大學城站到距離該地最近的站點的線路換乘方式、乘坐站數、行駛時間、票價。在“分類查詢”模塊中還包含多線路顯示功能，當換乘方案不止一種時，可以將所有可到達的換乘方式顯示出來供乘客參考選擇。

1.2 開發平臺

開發本系統所用的主要軟件：Microsoft Visual Studio 2005，Mapinfo professional 7，Mapinfo MapX，Adobe PhotoshopCS4。

Visual Studio是微軟公司推出的開發環境，本系統主體在Microsoft Visual Studio 2005平臺上采用VB.NET編寫，整體框架科學合理，給使用者以簡潔醒目的操作體驗。該系統為安裝版的單機exe應用程序，在任何裝有Microsoft .NET Framework的PC操作系統中均可運行。

Mapinfo是一款桌面地理信息系統，一種數據可視化、信息地圖化的桌面解決方案。該軟件用于編寫本系統的線路圖部分，設計思路是通過構造多個圖層，分層顯示信息，從而實現線路的動態模擬。

MapX是一個基于ActiveX（OCX）技術的可編程控件。它使用與MapInfo Professional一致的地圖數據格式，在可視化開發環境中，只需在設計階段將MapX控件植入窗體中，并對其進行編程，設置屬性或調用方法或相應事件，即可實現數據可視化。本系統中，該控件給線路圖嵌入程序框體提供支持，同時將多個圖層整合疊放，為通過程序代碼控制其顯示方式提供支持。

Photoshop是一款圖像處理軟件。本系統界面部分的位圖，即背景、插圖、標題、框體、按鈕等的圖樣設計都是在該軟件下完成的。本系統注重用戶操作體驗，實現了界面的新穎亮麗與頁面布局科學性的統一，窗體元素大小適中，安裝及操作方式與大部分軟件相符合，上手容易。

2 系統原理

2.1 快速查詢

本模塊的功能是為乘客提供最短路徑的圖像顯示。線路圖由Mapinfo繪制，每個站點用一個小圈表示，并添加不同的ID，站間區段按照每條軌道交通規定顏色著色。建立Access數據庫將站點名稱及ID導入，并添加線路內站點序號，便將線路圖與數據庫聯動起來，將以上數據構建矩陣由改進的Floyd算法求得最短路徑，在顯示查詢結果界面的MapX控件中將算得的路徑分層繪制出來，這就實現了最短路徑的圖像顯示。其中站點輸入框采用Inser字段引索，若輸入錯誤信息會彈框提示。在MapX控件上設有集合大小縮放、全圖顯示按鈕的工具欄，方便對線路圖的查看。

2.2 分類查詢

本模塊的功能是為乘客提供直觀目的地的線路查詢，并以表格形式顯示詳細信息。該模塊的設計關鍵是數據庫的應用，將交通、購物、住宿、旅游、餐飲5個項目各自建表，把松江大學城站到各個具體地點的換乘方式、行車用時、乘坐站數、票價一一分類導入5張表中，不同地點編以不同ID，同一地點存在多種換乘時，編以相同ID。使用SQL語句查庫并剔除相同項后，將目的地名稱顯示在TabControl容器里的Listbox控件中。雙擊所選目的地，進入顯示結果界面，將換乘方式、行車用時、乘坐站數、票價作為Datasource顯示在DataGridView控件中，有不止一種換乘方式時，將全部顯示出來。TabControl容器提供兩個選項卡：按由近到遠或搜索熱度對目的地進行排序，前者直接使用SQL語句對乘坐站數進行降序排列即可實現；后者需先在數據庫中增設“點擊次數”列，初始值都為零，每次對某目的地查詢一次，該項加一，再按照點擊次數進行降序排列即可實現既定功能。

2.3 關于Floyd算法的應用

Floyd算法又稱為弗洛伊德算法、插點法，是一種用于尋找給定的加權圖中頂點間最短路徑的算法。Floyd算法相比Dijkstra算法具有更高的效率，在交錯復雜的軌道交通線路中找到最短的換乘方案有著很大的優勢。Floyd算法的核心是利用一個三重循環產生一個存儲每個結點最短距離的矩陣，使用圖的鄰接矩陣來存儲帶權有向圖。該算法的基本思想是：構造n階方陣D（k），令其對角線上的元素都等于0，元素d（k）ij表示點i到點j的路徑長度，k表示運算步驟。路徑長度為兩個點間有向邊的權值，沒有有向邊時，路徑長度為∞，當k = 0時，d（0）ij = A，以后逐步在原路徑中加入其他中間點繼續運算，如果增加中間點后，得到的路徑長度比原來縮短了，則以此新路徑代替原路徑，修改矩陣元素。在本系統的算法程序中，考慮到實際線路中站點間的無差異性，所以令線路圖中的每個站間路段的權都相等，從線路圖的帶權鄰接矩陣A = [a（i，j）]n × n開始，遞歸地進行n次更新，即由矩陣D（0） = A，按一個公式，構造出矩陣D（1）；又用同樣的公式由D（1）構造出D（2）……最后又用同樣的公式由D（n - 1）構造出矩陣D（n）。最后矩陣D（n）的i行j列元素便是i號頂點到j號頂點的最短路徑長度。使用嵌套的for循環結構實現上述運算后，將值在數據庫中查出，并在繪圖語句塊中調用，將結果在MapX控件中繪制出來，這就是“快速查詢”模塊的核心所在。2.4 關于MapX控件的應用

查詢結果所顯示的軌道交通線路圖是由Mapinfo軟件制作的，共3個圖層，最底層為去色的上海城市軌道交通線路圖原圖，以此來作為背景，中間層為路段（以彩色線段表示，各個小段連成完整的線路，但每個小段之間各自獨立，并都有各不相同的ID，以便在代碼中調用），最頂層為站點（以小圓圈表示，每個小圓圈都有一個獨有的ID，以便在代碼中調用）。將3個圖層加載進MapX控件中，在Microsoft Visual Studio 2005中調用。中間層和最頂層的默認可見狀態是Hide，在繪圖語句塊繪制指定線路時，指定線路所對應的路段及站點的可見狀態變為Show，這樣就實現了將所查線路突出顯示出來的效果。如圖1所示，當前所查為七寶—長江南路的路徑，圖層1和圖層2中這一路段ID所對應的點和線段的狀態變為Show，而其余部分處于Hide狀態。

3 結 論

上海作為享譽國際的大都市，外來學習、務工、游玩的人眾多，這迫切需要上海的交通樞紐進一步提高它的服務水平。但是，上海軌道交通作為其中重要的一環，其網絡覆蓋面不斷拓廣的同時，面向乘客的交通信息的獲取方式卻不能緊跟其步伐。目前，仍沒有一款軟件是專門面向城市軌道交通路徑信息查詢、優選而設計的，這一定程度上限制著軌道交通的進一步經營和發展。因此，設計一款涵蓋信息量廣、有針對性并且操作便捷的兼備路徑信息查詢和優選的軟件是非常必要的。本系統結合多方軟件配合，經過合理的模型構建，實現了兩種不同的線路查詢、優選、顯示的功能，為不同需求的乘客帶來了便利。軟件界面美觀、操作簡便、硬盤空間占用極小、運行效率高，體現了人性化、便捷化、智能化宗旨。

主要參考文獻

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[2] 聶佩林，余志，何兆成. 基于MapInfo電子地圖的Paramics仿真基礎路網構建[J]. 系統仿真學報，2008（1）.

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