申 嵋,倪少權(quán),郭秀云
(1.西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都 611756;2.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,成都 610031)
城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
申 嵋1,倪少權(quán)2,郭秀云2
(1.西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都 611756;2.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,成都 610031)
根據(jù)城市軌道交通發(fā)展的需要,城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)城市軌道交通規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)組織工作具有重要意義。系統(tǒng)采用Visual C++6.0進(jìn)行開發(fā)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的功能需求、總體設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明,并以客流出行距離比例的統(tǒng)計(jì)分析為例進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
城市軌道交通;客流;出行距離;MFC
城市軌道交通具有容量大、速度快、污染小、安全準(zhǔn)時(shí)等技術(shù)優(yōu)勢(shì),能夠較好地解決大、中城市日益增長(zhǎng)的交通供需矛盾問(wèn)題。正是這種需求使得城市軌道交通行業(yè)面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇。城市軌道交通規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)組織工作項(xiàng)目繁多,邏輯復(fù)雜,工作量大,到目前為止主要還是依靠手工進(jìn)行。研發(fā)城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅能夠極大地減少工作量,提高工作效率,而且可以規(guī)范作業(yè)流程,避免人為錯(cuò)誤,提高可靠性,對(duì)城市軌道交通規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)組織工作具有重要意義。本文結(jié)合城市軌道交通的特點(diǎn),從系統(tǒng)的功能需求、總體設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)和測(cè)試進(jìn)行了說(shuō)明,采用MFC編程在VC++6.0環(huán)境下完成系統(tǒng)功能開發(fā)。文章以系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)客流出行距離比例為例,進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)和測(cè)試來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。
1.1 用戶需求分析
隨著城市的發(fā)展,城市軌道交通規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)組織工作項(xiàng)目繁多,邏輯復(fù)雜,工作量大。城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是集城市軌道交通規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)組織管理工作各環(huán)節(jié)于一體的管理信息系統(tǒng),取代手工作業(yè)方式,規(guī)范作業(yè)流程,幫助用戶簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確地完成各項(xiàng)工作,提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)用戶的特點(diǎn),得到了以下的需求。
(1)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織資料管理:建立城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織數(shù)據(jù)庫(kù),將城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織工作所需的線路車輛數(shù)據(jù)、各項(xiàng)技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)、各功能子系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果納入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。
(2)客流數(shù)據(jù)分析:對(duì)輸入的客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,指標(biāo)計(jì)算,圖形繪制,以及生成其它類型的客流數(shù)據(jù)。
(3)城市軌道交通車輛選型和編組方案的輔助設(shè)計(jì):根據(jù)用戶輸入的線路及客流分析結(jié)果數(shù)據(jù),計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo),輔助用戶選擇車輛和編組方案。
(4)城市軌道交通交路設(shè)計(jì):根據(jù)客流特征分析結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算交路方案的各項(xiàng)指標(biāo),輔助用戶設(shè)計(jì)交路,并按設(shè)置格式輸出交路圖。
(5)城市軌道交通行車計(jì)劃編制:根據(jù)客流分時(shí)比例數(shù)據(jù)和交路數(shù)據(jù),以用戶指定的方式自動(dòng)生成行車計(jì)劃。
(6)城市軌道交通配線設(shè)計(jì):提供繪制各種配線的功能,并根據(jù)用戶設(shè)置格式自動(dòng)生成配線圖。
(7)城市軌道交通能力計(jì)算:根據(jù)配線形式及各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算線路通過(guò)能力、折返站折返能力和出入段能力。
1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)
基于對(duì)系統(tǒng)用戶需求的分析以及城市軌道交通的特點(diǎn),設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MFC的城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),幫助用戶簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確地完成各項(xiàng)工作。具體設(shè)計(jì)目標(biāo)如下:
(1)符合實(shí)際運(yùn)用需要,可以滿足城市軌道交通規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)組織工作項(xiàng)目的需求;
(2)采用規(guī)范、一致、易理解的VC++編程語(yǔ)言格式;
(3)建立友好、簡(jiǎn)潔、合理、便于操作的界面;
(4)能夠進(jìn)行圖形繪制,使得所需信息直觀地呈現(xiàn)在用戶面前,并且所有客流數(shù)據(jù)圖形均能夠以CAD格式保存。
2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具備以下的功能。
(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理及維護(hù)
負(fù)責(zé)管理、維護(hù)和更新城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織技術(shù)資料數(shù)據(jù)庫(kù),提供數(shù)據(jù)的錄入、導(dǎo)入、增加、刪除、修改、自動(dòng)生成、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能,生成相關(guān)接口文件、報(bào)表文件。
(2)客流特征分析
可以錄入、導(dǎo)入、增加、刪除、修改、自動(dòng)生成客流數(shù)據(jù),生成客流數(shù)據(jù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)文件,根據(jù)客流數(shù)據(jù)繪制各種圖形,并以指定文件格式輸出。
(3)車輛選型及列車編組方案比選
根據(jù)線路區(qū)間數(shù)據(jù)和客流數(shù)據(jù)輔助用戶完成車輛選型。自動(dòng)生成車輛編組方案,并計(jì)算各個(gè)方案的比選指標(biāo)。
(4)列車運(yùn)行交路設(shè)計(jì)
根據(jù)客流數(shù)據(jù)計(jì)算適合的交路折返站點(diǎn),計(jì)算交路方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)。繪制交路圖,并以指定文件格式輸出。
(5)車站配線輔助設(shè)計(jì)
可以在各個(gè)車站進(jìn)行各種類型配線的增加、刪除、修改,并能自動(dòng)繪制線路車站配線圖,并以指定文件格式輸出。
(6)自動(dòng)編制列車全日行車計(jì)劃
根據(jù)客流分時(shí)比例參數(shù)和用戶指定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)段自動(dòng)生成列車全日行車計(jì)劃,并能夠手動(dòng)調(diào)整。
(7)系統(tǒng)能力自動(dòng)計(jì)算
根據(jù)線路區(qū)間數(shù)據(jù)以及線路車站配線數(shù)據(jù),自動(dòng)計(jì)算線路的通過(guò)能力、折返站折返能力、出入段線的出入能力。
2.2 客流輸出要求
(1)客流特征指標(biāo)
客流特征指標(biāo)如表1所示。

表1 客流特征指標(biāo)表
(2)車站上下客流量圖
可以選擇折線或者柱狀圖形;橫軸為車站名;縱軸為客流人數(shù),單位:萬(wàn)人;能夠以CAD格式輸出。
(3)區(qū)間斷面客流圖
柱狀圖形;橫軸為車站名;縱軸為客流人數(shù),單位:人;以陰影線標(biāo)示出最大斷面客流量所在區(qū)間;能夠以CAD格式輸出。
(4)線路換乘客流圖
曲線圖形;橫軸表示主要描述線路,東西向?yàn)橄滦蟹较颍豢v軸表示換乘線,南北向?yàn)橄滦蟹较颍粰M軸和縱軸將圖面分為四個(gè)象限,每個(gè)象限兩條帶方向箭頭的曲線表示本象限坐標(biāo)軸代表的運(yùn)行方向的線路間的客流換乘人數(shù)。單位:人;能夠以CAD格式輸出。
(5)客流乘坐站數(shù)比例圖
柱狀圖形;橫軸為乘坐站數(shù);縱軸為乘坐站數(shù)對(duì)應(yīng)客流人數(shù)占客流總量的比例,單位:%;能夠以CAD格式輸出。
(6)客流出行距離比例圖
柱狀圖形;橫軸為出行距離;縱軸為出行距離對(duì)應(yīng)客流人數(shù)占客流總量的比例,單位:%;能夠以CAD格式輸出。
(7)組團(tuán)客流交換圖
橢圓表示組團(tuán),組團(tuán)內(nèi)部客流交換標(biāo)示在橢圓內(nèi)部;相鄰組團(tuán)間的客流交換用直線表示;不想鄰的組團(tuán)間客流交換用連接兩個(gè)代表組團(tuán)的橢圓的曲線表示;交換線上的注釋格式:人數(shù)(單位萬(wàn))/比例;能夠以CAD格式輸出。
(8)客流分時(shí)比例圖
折線圖形;橫軸為指定時(shí)期的時(shí)段;縱軸為時(shí)段內(nèi)的客流比例,單位:% ;能夠以CAD格式輸出。
3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì),系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,采用MFC編程在VC++6.0環(huán)境下完成,總體采用單文檔、多框架結(jié)構(gòu),由1個(gè)主框架模塊和7個(gè)子系統(tǒng)框架模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
每個(gè)子系統(tǒng)功能由一個(gè)對(duì)應(yīng)子框架來(lái)實(shí)現(xiàn),組成一個(gè)子程序模塊。主框架程序模塊負(fù)責(zé)管理公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的生成和各個(gè)子程序模塊的轉(zhuǎn)換。每個(gè)模塊包含一個(gè)框架類和基本視圖類。8個(gè)模塊共用一個(gè)文檔類。
由圖1可知,城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、客流分析子系統(tǒng)、車輛選型列車編組子系統(tǒng)、列車運(yùn)行交路子系統(tǒng)、列車運(yùn)行計(jì)劃子系統(tǒng)、車站配線子系統(tǒng)和能力計(jì)算子系統(tǒng)組成:(1)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)完成城市軌道交通線路、車輛等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立、修改維護(hù)工作;(2)客流分析子系統(tǒng)完成客流數(shù)據(jù)的分析和繪制圖形工作;(3)車輛選型列車編組子系統(tǒng)用以輔助用戶針對(duì)不同特點(diǎn)的線路選擇適宜的車輛功能以及給出編組方案并進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算分析;(4)列車運(yùn)行交路子系統(tǒng)完成交路的增刪改功能以及交路方案的指標(biāo)計(jì)算評(píng)價(jià);(5)列車運(yùn)行計(jì)劃子系統(tǒng)完成車輛行車計(jì)劃的自動(dòng)生成功能,并提供手工修改功能;(6)車站配線子系統(tǒng)完成自動(dòng)繪制及輸出線路車輛配線圖工作;(7)能力計(jì)算子系統(tǒng)輔助用戶計(jì)算在指定列車編組情況下的各項(xiàng)能力指標(biāo)。
各子系統(tǒng)模塊間對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。數(shù)據(jù)管理模塊管理線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(包括車站數(shù)據(jù)和區(qū)間數(shù)據(jù))、客流預(yù)測(cè)結(jié)果輸入數(shù)據(jù)。客流分析模塊使用客流預(yù)測(cè)結(jié)果輸入數(shù)據(jù)生成客流分析結(jié)果數(shù)據(jù)。列車運(yùn)行交路模塊的輸入數(shù)據(jù)為線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、客流預(yù)測(cè)結(jié)果輸入數(shù)據(jù)、客流分析結(jié)果數(shù)據(jù)、車輛選型列車編組輸出數(shù)據(jù)。而它輸出的列車運(yùn)行交路數(shù)據(jù)和它的輸入數(shù)據(jù)一起作為列車運(yùn)行計(jì)劃模塊的輸入數(shù)據(jù)。車站配線模塊輸出的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)能力計(jì)算模塊的輸入數(shù)據(jù)。
3.2 系統(tǒng)測(cè)試
根據(jù)已經(jīng)建立的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對(duì)客流分析子系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明,并以客流分析子系統(tǒng)的測(cè)試為例,進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試,用以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的正確性與有效性。
3.2.1 客流分析子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
客流分析子系統(tǒng)的主要功能為客流數(shù)據(jù)建立、分析和圖形繪制,功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。
(1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能:系統(tǒng)能夠?qū)肟土鱋D(交通起止點(diǎn)客流量)表、車站上下客流表、區(qū)間斷面客流表、線路換乘客流表、全日客流分時(shí)比例表。導(dǎo)入的每一種客流數(shù)據(jù)表都必須符合系統(tǒng)指定的相應(yīng)格式。

圖2 子系統(tǒng)間業(yè)務(wù)流程圖

圖3 客流分析子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖
(2)數(shù)據(jù)修改功能:對(duì)每一種類型的數(shù)據(jù),用戶都可以按照需要手工編輯修改部分?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)。
(3)數(shù)據(jù)生成功能:數(shù)據(jù)生成功能支持從客流OD數(shù)據(jù)表生成車站上下客流數(shù)據(jù)、乘坐站數(shù)數(shù)據(jù)、出行距離數(shù)據(jù)、組團(tuán)交換數(shù)據(jù);可以從車站上下客流數(shù)據(jù)生成區(qū)間斷面客流數(shù)據(jù)。
(4)統(tǒng)計(jì)分析功能:系統(tǒng)可以根據(jù)客流OD表、車站上下客流表或者區(qū)間斷面客流表計(jì)算出全日客運(yùn)總量、全日負(fù)荷強(qiáng)度、全日周轉(zhuǎn)量、全日平均乘距、早高峰客運(yùn)總量、早高峰單向最大斷面客流、晚高峰客運(yùn)總量、晚高峰單向最大斷面客流等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。
(5)圖形繪制功能:系統(tǒng)提供車站上下客流圖、區(qū)間斷面客流圖、車站換乘客流圖、乘坐站數(shù)客流圖、出行距離客流圖、組團(tuán)交換客流圖、全日客流分時(shí)比例圖的自動(dòng)繪制。其中車站上下客流圖可以選擇繪制折線圖或者柱狀圖,還可以選擇繪制上行到達(dá)、上行發(fā)送、下行到達(dá)、下行發(fā)送、總到達(dá)、總發(fā)送中任意兩個(gè)數(shù)據(jù)。
客流分析子系統(tǒng)的客流數(shù)據(jù)導(dǎo)入支持文件導(dǎo)入方式。對(duì)于一條線路的客流數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),最基本的是客流OD數(shù)據(jù)。有了客流OD數(shù)據(jù)可以生成車站上下客流數(shù)據(jù)、區(qū)間斷面客流數(shù)據(jù)、乘坐站數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、出行距離客流數(shù)據(jù)和組團(tuán)交換客流數(shù)據(jù)。車站上下客流數(shù)據(jù)和區(qū)間斷面客流數(shù)據(jù)也可以通過(guò)文件導(dǎo)入。
計(jì)算客流指標(biāo)的邏輯如下:根據(jù)用戶設(shè)置里的選項(xiàng),指定設(shè)計(jì)年度的線路長(zhǎng)度可以由區(qū)間數(shù)據(jù)相加得到,也可以由區(qū)間兩端車站的中心里程相減得到。指定設(shè)計(jì)年度的全日客運(yùn)總量可以由該設(shè)計(jì)年度的全日客流OD表人數(shù)、全日車站上下客流或者全日區(qū)間斷面客流人數(shù)相加得到。指定設(shè)計(jì)年度的全日負(fù)荷強(qiáng)度計(jì)算由對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)年度的全日客運(yùn)總量除線路長(zhǎng)度得到。全日周轉(zhuǎn)量由客流OD表所有OD人數(shù)和對(duì)應(yīng)OD區(qū)間長(zhǎng)度的乘積之和得到。全日平均乘距由全日周轉(zhuǎn)量除以客運(yùn)總量計(jì)算得到。文件輸出采用通用的DXF格式。
3.2.2 客流分析子系統(tǒng)功能測(cè)試
根據(jù)客流OD表及車站表,以2 km為間隔統(tǒng)計(jì)0-2 km、2-4 km、…的出行客流數(shù)量。分別統(tǒng)計(jì)早期、中期和晚期的全日、早、晚高峰的客流數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)遵循以下步驟。
(1)導(dǎo)入客流數(shù)據(jù)
系統(tǒng)支持多種客流數(shù)據(jù)的EXCEL格式文件導(dǎo)入,包括客流數(shù)據(jù)OD表、車站上下客流表、斷面客流表、換乘客流表、全日客流分時(shí)比例表。
下面為導(dǎo)入客流OD表的示例:
點(diǎn)擊菜單,選擇“導(dǎo)入OD數(shù)據(jù)”菜單項(xiàng)。系統(tǒng)彈出打開文件對(duì)話框,要求用戶選擇要導(dǎo)入的EXCEL數(shù)據(jù)文件。點(diǎn)擊打開確定文件后,系統(tǒng)彈出導(dǎo)入對(duì)話框,要求用戶選擇導(dǎo)入數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)年度和時(shí)期。用戶點(diǎn)擊OK確定后,若是數(shù)據(jù)文件格式正確,數(shù)據(jù)導(dǎo)入后,系統(tǒng)發(fā)出導(dǎo)入成功提示;若是數(shù)據(jù)文件格式不正確,則發(fā)出錯(cuò)誤提示。
(2)生成客流數(shù)據(jù)
根據(jù)OD表和車站表生成客流出行距離數(shù)據(jù):系統(tǒng)彈出對(duì)話框要求用戶輸入操作的線路和時(shí)期、時(shí)段。默認(rèn)線路為當(dāng)前線路。默認(rèn)所有的時(shí)期時(shí)段全部生成。
(3)客流數(shù)據(jù)表
選中指定時(shí)期、指定時(shí)段的客流出行距離數(shù)據(jù)后,可以直接修改出行距離對(duì)應(yīng)的客流人數(shù)和客流人數(shù)所占客流總量的比例,如圖4所示。

圖4 客流出行距離比例表圖
(4)客流圖形繪制
當(dāng)用戶在數(shù)據(jù)窗口改變選擇的數(shù)據(jù)類型時(shí),圖形窗口自動(dòng)顯示對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型的圖形,有車站上下客量圖、區(qū)間斷面客量圖、換乘線路客量圖、客流乘坐站數(shù)圖、客流出行距離圖、組團(tuán)客流交換圖、客流分時(shí)比例圖。所有的圖形都可以保存為dxf格式的CAD圖形。
客流出行距離比例圖的橫軸表示客流出行距離,縱軸為客流人數(shù)占客流總量的比例,如圖5所示。

圖5 客流出行距離比例圖
通過(guò)對(duì)客流分析子系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果,發(fā)現(xiàn)能達(dá)到對(duì)客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的目標(biāo),滿足設(shè)計(jì)要求。
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn),研發(fā)城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅能夠極大地減少工作量,提高工作效率,而且可以規(guī)范作業(yè)流程,避免人為錯(cuò)誤,提高可靠性,對(duì)城市軌道交通規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)組織工作具有重要意義。本文結(jié)合城市軌道交通的特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)的功能需求、總體設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)和測(cè)試進(jìn)行了說(shuō)明,采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)編程方法,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝,保證了數(shù)據(jù)在強(qiáng)關(guān)聯(lián)環(huán)境中的有效性,編制結(jié)果(包括內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出)正確,數(shù)據(jù)訪問(wèn)準(zhǔn)確迅速。城市軌道交通輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是集城市軌道交通規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)組織管理工作各環(huán)節(jié)于一體的管理信息系統(tǒng),取代手工作業(yè)方式,提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。
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責(zé)任編輯付 思
Urban Transit aided Design System
SHEN Mei1, NI Shaoquan2, GUO Xiuyun2
( 1. School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. School of Information and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )
According to the needs of the development of Urban Transit, to develop the Urban Transit aided Design System for planning and operation organization work is of great significance. The System was developed by using Visual C + + 6.0. This article introduced the function demand, system design and programming implementation. The statistical analysis of distance ratio for passenger flow was taken as an example to test, and verify the feasibility of the System.
Urban Transit; passenger flow; travel distance; MFC
U293.5;TP311
A
1005-8451(2016)12-0060-05
2016-05-15
申 嵋,在讀碩士研究生;倪少權(quán),教授。