毕业设计论文-地铁线路智能查询系统的设计与实现文档格式.doc

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Abstract

Theintelligentquerysystemdevelopmentofurbansubwayinarelativelybackwardlevel,thepassengerscangetinformationwayveryfew,inordertosolvethisproblem,speedupthedevelopmentofurbansubwayinformatization,thecitysubwaylineintelligentquerysystemisdesigned.SubwaylineintelligentquerysystemisthecombinationoftheMAStechnologyandWebtechnology,basedonthesubwaylineintelligentquerysystemcaneasilysubwaystationsrouteinformationqueryandtheoptimaltransferbetweenstationandstationroutequery,whichfacilitatespeople'

stravelchoice.PapermainlystudiesbasedonMASbuildingsubwaylinesoftheintelligentquerysystemabouttechnologyandthesubwaylineintelligentalgorithmcombinedwithantcolonyalgorithmdesign.Theapplicationofantcolonyalgorithmisahotresearchtopicinthefieldofartificialintelligenceinrecentyears,inthefieldofengineeringapplication,thecomputersimulation,etcaresolvedalotofpracticalproblems.Inthedesignprocess,theauthorfirstlyintroducestheprinciple,characteristicsofantcolonyalgorithm,andanalyzesthedevelopmentsituationofurbansubwaypassengerinformationsystem.Secondly,intheintroduction,theresearchonthebasisofpredecessors'

researchresults,combinedwiththeintelligentalgorithm,intheapplicationofintelligentsystemisstudied,includingthecomponent,rulechanges,pheromoneupdate,convergencetest,thesampledatamodificationandsoonseveralimportantsteps.Atthesametime,thepaperanalyzesthepsychologicalcharacteristicsofsubwaypassengers,andonthisbasis,thefusionofpassengerschoosesubwaylinedecisionfactors,basedonthetransfernumberanddurationofthesubwayroutechoicemodel,andcompletethedesignofthesystem.Systemusingthetechniqueofdynamiccachetocommonmetrolinesintothecache,cangetveryhighspeed.Softwaredesignmoreaccordwiththeactualsituationofmetrooperation,givefullconsiderationtotheactualrequirementsofdifferentsubwaypassengers,hasthestrongpracticalapplicationvalue.Theexperimentalresultsindicatethatthealgorithmcanmaketheexpertsystemtoensureaccurately.Butbecauseofthecomplexityoftheparameterselectioninintelligentalgorithm,canbeinthelaterpracticeinspectionrulesandparameterswereoptimizedbycontinuingtoset,moreperfectresults.

KeyWords:

Subwaylines;

Intelligentquery;

Designandimplementation

目录

第1章绪论………………………………………………………………………1

1.1课题研究的目的和意义…………………………………………………………

1.2现有地铁查询现状及国内外换乘算法研究分析……………………………

1.2.1美国APTS研究…………………………………………………………

1.2.2日本APTS研究…………………………………………………………

1.2.3欧洲APTS研究…………………………………………………………

第2章地铁线路智能查询系统分析………………………………………………

2.1地铁信息查询系统结构分析……………………………………………………

2.2乘客出行心理分析…………………………………………………………………

2.3地铁信息查询系统工作流程分析………………………………………………

2.4地铁系统分析………………………………………………………………………

2.4.1地铁站点分析……………………………………………………………

2.4.2地铁线路分析……………………………………………………………

2.4.3地铁网络的抽象…………………………………………………………

2.5换乘方案的分析……………………………………………………………………

2.6本章小结……………………………………………………………………………

第3章蚁群算法…………………………………………………………………………

3.1蚁群算法的发展历程………………………………………………………………

3.2蚁群算法的基本原理………………………………………………………………

3.3蚁群算法模型及其参数选择……………………………………………………

3.3.1蚁群算法的模型…………………………………………………………

3.3.2蚁群算法的参数选择……………………………………………………

3.3.3蚁群算法的改进…………………………………………………………

3.4蚁群优化算法模型…………………………………………………………………

3.5本章小结………………………………………………………………………………

第4章系统的设计………………………………………………………………………

4.1系统的设计目标……………………………………………………………………

4.2地铁线路智能优化数学模型……………………………………………………

4.3系统的平台与结构设计…………………………………………………………

4.3.1系统的平台………………………………………………………………

4.3.2系统概要结构设计………………………………………………………

4.3.3系统数据库的设计与实现……………………………………………

4.3.4系统查询详细实现………………………………………………………

4.4结合蚁群算法计算地铁网络最短路径…………………………………………

4.5查询决策过程………………………………………………………………………

4.6本章小结……………………………………………………………………………

第5章系统实现和测试………………………………………………………………

5.1用户界面设计的原则……………………………………………………………

5.2地铁线路智能蚁群算法实现……………………………………………………

5.3数据库查询过程……………………………………………………………………

5.4地铁线路智能算法查询结果分析………………………………………………

5.5系统测试……………………………………………………………………………

5.6本章小结……………………………………………………………………………

第六章总结与展望………………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………………………

致谢………………………………………………………………………………………………

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

城市发展日新月异，城市规模与面积不断的扩大，公交线路也日渐增多，给人们出行带来了极大的便利，但是公交线路的增加，也给人们选择最佳的出行线路造成一定的困难，因此，开发智能化的城市公交线路信息查询系统非常的必要，它不仅可以给市民游客的乘车提供向导，节省大量的时间，减少拥堵，同时可以体现出一个城市公交信息数字化和信息化的发展水平。

1.2现有地铁查询现状及国内外换乘算法研究分析

随我国城市地铁乘客信息系统的发展处于一个落后的水平,广大乘客可以获得信息的方式很少,地铁信息的完整性和准确性得不到保证,而且还没有专门的机构负责信息的发布和管理。

除去在北京等少数大城市,乘客可以通过某些站点的电子站牌获得一些地铁车辆的信息以外,其它中小城市“出行中”的乘客不能得到任何实时信息。

总而言之,我国乘客在出行中无论是“静态线路信息”还是“动态实时信息”都很难获得。

我国城市交通虽然以“地铁优先”为发展的指导思想，出台并实施了一系列的交通发展战略和政策，但是我国城市的公共交通系统还是存在着诸多的问题与失误。

以北京市和上海市为代表，作为全国率先推进地铁优先发展策略的城市，“地铁低吸引率”的现象，让地铁优先这一策略的实现面临着考验。

城市的公共交通为何难以让出行的居民满意？

“地铁优先”这一符合我国城市交通发展规律、符合国情政策，为何难以实现？

究其原因，当前城市公共交通现状的表现是难以让出行者放心选择。

目前，国内外都极其重视智能公共交通系统（APTS）的发展，APTS已经进入了综合管理的时代，这个时代的特点是十分强调APTS的信息采集、处理、集成和输出的服务。

传统地铁系统中出现的道路和车辆状况不明、靠经验调度、缺乏乘客信息服务等问题在近年开发的新一代智能公共交通系统（APTS）中已经得到了很大的改善。

1.2.1美国APTS研究

美国城市公共交通管理局（UMTA,UrbanMassTransportationAdministration）率先开展了智能公共交通系统（APTS）的研究。

经过现场的试验，UMTA关于APTS的评价是：

“APTS可以显著提高公共交通的服务水平，吸引更多的出行者采用公交和合乘的出行模式，从而带来了减少交通拥挤，空气污染和能源消耗等一系列的社会效益”。

根据1998年美国运输部的联邦公共交通管理局（FTA）出版的“APTS发展现状”，美国的APTS主要研究基于动态公共交通信息的实施调度理论和实时信息5现一个网上地铁线路查询系统，并结合所学知识撰写毕业论文。

该系统可以提供多条地铁线路和多个地铁站点之间的路线查询服务，而且可以根据需要提供最短路线、最少换乘路线等线路规划。

整个课题可分为五个阶段：

第一阶段，查阅各方面的资料，对系统的需求进行分析，明确系统的功能需求并形成需求分析。

同时明确换乘算法，对蚁群算法进行改进，并进行实验分析，使之适合本系统的需要。

第二阶段，提出系统的设计方案，对系统进行概要设计。

查阅资料，对比分析当前的各种技术，并结合自己的能力和系统的需求找到合适的开发技术。

然后，再在这个基础上构建系统的开发环境，并对构建好的开发环境进行测试和调整配置，使之能高效、正常地运行，为以后的顺利开发奠定基础。

第三阶段，本阶段一个重要的任务是设计和分析查询的算法，分析系统在各个层次上的数据流程，完成系统的查询系统功能的设计和后台管理的设计，并对这个设计进行评审。

根据设计好的系统结构和数据流，设计系统的数据。

分析各阶段的结果，设计数据库模型实现数据库，在数据库中录入少量测试用数据。

第四阶段，主要完成整个系统代码的编写，并完善其中最重要的最佳路径选择算法，并对其进行优化处理，提高系统的执行效率。

然后根据这个阶段对系统的测试情况适当的增加或者减少系统的功能，增加系统的易用性。

建立一个网络环境下的智能地铁查询系统，确定本系统建设总目标如下：

①建立动态页面，使用户能通过网络查询

②建立智能地铁系统，使之能够查询出两点之间地铁线路的最优方案，包括路程的长短、具体时间段内道路的畅通情况、所需花费等。

③借鉴国内外的先进做法，研究动态问题，即在某具体时间段内所花费时间最短的换乘方案

第五阶段，这个阶段是系统设计的最后一个阶段，本阶段的主要任务是美化系统的界面，增加系统界面的友好性和易用性，并对系统的功能进行全面的测试，修改设计中的错误。

总结整个系统的设计和实现的整个过程，并撰写毕业论文，准备论文答辩。

2发布理论，以及使用先进的电子、通讯技术提高地铁效率和服务水平的实施技术。

具体包括地铁管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等几方面的研究。

其中地铁管理主要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、地铁运营软件和交通信号优先。

1.2.2日本APTS研究

日本城市公共交通智能化的发展经历的了三个阶段：

上世纪七十年代末开始应用公共汽车定位系统——公共汽车接近现实系统；

上世纪八十年代末开始应用公共交通运行管理系统，其中包括乘客自动统计，运行监控；

进入上世纪九十年代，由于机动车数量的增长和严重交通拥挤的影响，要保持正常的行车速度是十分困难的，由此引起的公共交通的不便性和不可靠性导致乘客数量的急剧减少。

因此，东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（CTCS），旨在改进公共汽车的服务，重新赢得乘客。

在CTCS中，公共交通运营管理是一个基本的框架，其目的是通过掌握运行的状况以及积累乘客数据而实现平稳的公共交通运营服务。

他将运营中的公共汽车和控制室之间建立信息交换，并利用诱导和双向通讯的方法，将服务信息提供给公共汽车运营人员和驾驶人员，同时这些信息也通过进站汽车指示系统和地铁与铁路接驳信息系统提供给乘客。

公共交通综合管理系统包括累计运行数据、乘客数据、监控公共汽车运营和乘客服务等功能，其中乘客服务功能中包括进站汽车指示、信息查询和公共交通与铁路接驳信息提示。

1.2.3欧洲APTS研究

欧洲许多的国家同我国一样具有悠久的历史，老城市的街道一般都比较狭窄。

但是，他们通过实施地铁优先策略，设立地铁专用道，为地铁车提供优先通行信号，布设智能地铁监控与调度系统等措施，提高地铁车辆的运行速度和地铁服务质量以吸引公众乘坐地铁为出行模式，从而有效的缓解了城市交通压力，解决了城市交通问题，并取得了明显的社会经济效益，这些经验尤为值得我国借鉴。

地铁车、地铁等公共运输工具已经成为人们重要的出行手段，城市地铁体系是城市交通的主导力量，是城市交通结构中的重要组成部分，发展公共交通对维持城市经济的正常运转、社会发展、方便城市居民生活有重要的全局和先导性作用。

随着城市化进程的加快，地铁半径进一步扩大，不同的路段地铁工具的收费、发车间隔、拥挤程度等各不相同。

这些因素给人们出行路径的选择造成了一定的影响。

这种情况在大城市尤为突出[1]，不合理的出行方案白白浪费乘客的时间，后果是人们对地铁系统怨声载道。

第二章地铁线路智能查询系统分析

目前国际上比较流行和领先的是由Google提供的GoogleMap线路查询。

Google对其GoogleMapsroute-findingproject并未披露过多算法细节。

但大部分人都猜测其使用的是改良过的以A*搜索算法为基础的Contractionhierarchies算法，这是一种在图形平面上，有多个节点的路径，求出最低通过成本的算法。

A*搜索算法像Dijkstra算法一样，可以找到一条最短路径；

也像BFS一样，进行启发式的搜索。

在此算法中，g（n）表示从起点到任意顶点n的实际距离，h（n）表示任意顶点n到目标顶点的估算距离。

因此，A*算法的公式为：

f（n）=g（n）+h（n）。

这个公式遵循以下特性：

如果h（n）为0，只需求出g（n），即求出起点到任意顶点n的最短路径，则转化为单源最短路径问题，即Dijkstra算法。

如果h（n）<

=“n到目标的实际距离”，则一定可以求出最优解。

而且h（n）越小，需要计算的节点越多，算法效率越低。

可以看出，这种算法也和Dijkstra算法有类似的运算量大的问题，但Google结合自身的MapReduce分布计算系统，可以利用庞大的计算服务集群迅速完成运算，从而保证在海量地图数据的基础上提供便捷的线路查询功能。

而根据选取的成本不同：

以时间为成本、以距离为成本、以换乘次数为成本、以车资为成本等等，该算法可以提供多功能查询的能力

另一方面，Google依托其强大的信息收集和检索能力，可以近实时的修改地图数据中的道路通畅与拥堵数据，这样结合启发式搜索的参数，可以优化线路查询的结果。

这种动态查询结果大大优于传统的静态线路查询系统。

地铁信息查询系统属于智能交通系统（IntelligentTransportationystem，简称ITS系统）的子系统-先进的出行者信息系统（AdvancedTravelerInformationSystems，简称ATIS）的范畴，发展此系统的一个最重要的目的是通过为出行者提供准确、及时的地铁乘坐信息查询服务，从而方便出行者的出行。

地铁信息查询系统可以帮助用户进行地铁线路、站点信息、地理位置信息的查询，同时，用户可以通过输入出发点和目的地，查询到地铁乘坐方案，从而为用户的出行提供了帮助。

2.1地铁信息查询系统结构分析

2.1.1时刻表查询

2.1.1.1首末班车时刻表查询

图1

如图1所示，地铁运营时刻表每日都在变化，并且新时刻表会提前一周左右的时间确定，用户可通过登录该系统，选择“首末班车时刻表查询”选项来查询一周内最新的首班车时间和末班车时间。

2.1.1.2当日整条线路时刻表查询

在该模块，用户可以查询当日任何一个时段的时刻表。

例如：

从鼓楼乘坐地铁到新街口，预算在9点06分之前到，用户只需要在起始站与终点站选项框内分别选择一号线鼓楼站以及一号线新街口站，其次在周一至周日之间选择具体时间，并点击查询，随后便可查询出所选当日一号线鼓楼站至一号线新街口站的时刻表。

此时时刻表显示9点01分10秒钟鼓楼站有一班地铁，到达新街口站是9点05分44秒，用户则可以选择乘坐9点01分10秒钟的这班车，并且在9点01分之前进入鼓楼站站台等候。

2.1.2换乘查询

2.1.2.1地铁线路换乘查询

地铁目前三条线路，分别为一号线、南延线及二号线，换乘车站分别为安德门车站、新街口车站及元通车站。

用户可通过输入起始站与终点站查询换乘方式。

2.1.2.2公交换乘查询

图2

如图2所示，用户可通过选择线路及站点来查询站点周边的公交换乘线路。

以地铁一号线元通站为例，查询结果如图3所示：

图3

2.1.3票价查询

图4

如图4所示，用户可在此功能模块输入起始站及终点站，查询此路程的地铁票价。

以地铁一号线奥体中心站至二号线孝陵卫站为例，查询结果如图5所示：

图5

2.1.4地铁线路查询

2.1.4.1地铁已有线路便民查询（充值业务点及无障碍助残通道）

图6

如图6所示，由于地铁车站部分站点设有金陵通充值业务点与综合业务办理点，在此功能模块内，用户可以查询已有线路包含哪些站点及站点周边情况，并且可以查询哪些车站提供金陵通IC卡充值业务，哪些站点设有金陵通综合业务点。

通过此在线查询的方法，免去了用户去现场咨询的麻烦。

另外地铁开通的爱心助残无障碍通道服务，是帮助残疾人士及需要帮助的乘客乘坐残疾电梯（直达电梯）使用的，每个车站的电梯设置位置不同，通过残疾电梯乘坐地铁的购票方式