朵玉娟

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)

0 引 言

近年来，城市公共交通快速发展导致城市道路资源紧缺，城市交通也愈发拥堵。因此，政府和社会各界都开始鼓励公共交通的发展。另外，公共交通也因其费用低易乘坐成为了乘客首选的出行方式。

目前，国内外关于公交系统的研究较多。Sullivan[1]等运用GIS对等时线地图进行了可行性分析，提出了选择最佳路径的分析方法。Andrew[2]以ArcGIS为基础，研究患者乘坐私家车和公交到达就诊点的可达性。匡星[3]考虑距离、安全、票价等因素对城市公交服务水平进行分析，并对长春市的公交服务水平进行评价。王艳天[4]通过TransCAD和BGL软件提出了实现公交线网评价指标的方法，解决了目前研究中理论研究较多、算法难以实现的局面。张欣环[5]根据城市公交线网特点和交通规划模型，对适合研究现有城市公交线网分析的TransCAD软件的模型机理、数据结构和操作流程进行研究，并研究了基于GIS-T的城市公交线网指标评价方法以及城市公交线网优化技术。丁祥祯[6]利用ArcGIS对公交站点、线网进行评价，并通过空间句法理论对昆明市局部区域内的公交线网内的站点和线路进行评价。

1 城市常规公交线路优化系统设计

1.1 系统体系结构设计

系统充分考虑了用户的需求，将数据流分为三大模块，见图1。

图1 系统体系结构

第一层为显示层。主要显示城市常规公交线路优化系统的交互界面，当系统使用者进行查询时，调用中间逻辑层的功能模块，并将查询结果反馈使用者；

第二层为中间逻辑层。主要通过调用相关组件，实现城市常规公交线路优化系统的相关功能。当系统功能模块处理调用请求之后，将查询结果返回显示层。

第三层为数据管理层。主要用于储存和编辑现有地图的相关数据。

1.2 系统功能设计

城市常规公交线路优化系统在对乘客的出行需求进行研究之后，明确了系统最终实现的主要功能为查询编辑功能和常规公交线路设计功能。

(1)查询编辑功能

站点查询：通过查询某一站点，显示通过该站点的所有公交线路信息。

线路查询：通过查询某一线路，显示该线路所有的公交站点。

(2)常规公交线路设计功能

以出行距离最短为目标，最终实现出行最优路径的设计。

2 城市常规公交线路优化系统功能分析

2.1 查询编辑功能

查询编辑功能主要是为了实现居民OD点查询以及线路查询。例如乘客出行查找学府路站时，学府路站点颜色将会发生变化，以此来区别于其他公交站点，并且还会以一定比例在主地图窗口中进行显示。查询成功时，站点信息框中还会显示经过该站点的相应公交线路。当输入站点不存在时，系统将会提示“请检查站点信息，重新输入”。

通过线路查询可以查找所需要的公交线路，和站点查询相同，所查询的公交线路会以一定比例居中并在主地图窗口中进行显示，所查询到的公交线路颜色也会发生一定的改变，引起使用者的注意。当查询成功时，线路信息框中将会显示通过该线路的所有公交站点。当输入线路查询不到时，系统会提示“请检查线路信息，重新输入”。例如，当出行者查询072路公交线路信息时，系统界面如图2所示。

图2 线路查询

2.2 城市常规公交线路设计功能

乘客出行时往往会考虑多种因素，如出行时间、体力消耗、费用等，以使得出行成本最少。不同的乘客出行时出行目的不同，所以对最优路径的选择也是不一样的。由此可见，最优路径不是最短距离的问题，而是引申到费用最短的路径问题和时间最少的路径问题。所以，最优路径是考虑乘客的出行需求、目的以及消耗等因素的一种出行路径选择方式。本系统主要为城市常规公交线路优化系统，所以本系统最优路径主要是实现距离最短，最终实现最优路径的设计。

最优路径的实现主要还是实现路径最短，本系统主要依据Dijkstra(迪杰斯特拉)算法实现最优路径的设计。Dijkstra算法可以用来实现一个节点到其他任意节点的最短路径，特点主要为以起始点为中心，向外进行扩展并扩展到终点[7]。Dijkstra算法是最短路径算法中最具有代表性的，Dijkstra算法又名为单源最短路径，单源是指在一个有向图中，从顶点出发，求解该顶点到所有可到达点之间的最短路径[8]。

城市常规公交线路优化系统主要是利用ArcGIS将兰州市局部区域的公交站点和公交线路信息组织成一个有向通达图，并为所有的站点和线路设置名称以及线路等基本属性[9]。其中，公交线路主要是由一段或者多段线路组成，最终显示一条完整的公交线路。公交站点主要依附公交线路，在站点处对公交线路进行打断，使得路径得以实现[10]。

(1)出行最优路径算法的实现

城市常规公交线路优化系统基于Dijkstra算法得到最优路径的实现步骤如下。

①输入公交线路的起点和终点；

②与起点连接的所有公交站点为集合A，并判断与集合A中距离起点最近的公交站点为a，起点与a之间的路径为L1；

③除起点之外与a连接的所有公交站点为集合B，并判断与集合B中距离a点最近的点为b，a与b之间的路径设为L1；

④重复以上步骤直至达到终点；

⑤获得L0至Ln路径即为最短路径。

(2)最优路径查询的实现

当选择最优路径查询时，最优路径查询界面如图3所示。

图3 最优路径查询

3 结 论

(1)通过分析现有常规公交所面临的问题，以兰州市局部地区公交线网为例，获取相关常规公交站点和线路信息，基于GIS实现了城市常规公交线路优化系统设计。

(2)交通大数据已经成为公共交通发展的需要，互联网数据的获取不仅能够规划人员和政府管理部门，也能高效地规划现有的公交线路，准确高效地对现有公共交通进行相应的调控。

(3)在进行常规公交线路优化时，仅仅只考虑了距离最短，在今后的研究中，还可以考虑出行者的换乘需求，这是本系统在未来进一步需要完善的部分。此外，还可以将3D仿真技术应用到本系统，使系统的可视化性能更加强大。