張博　徐秀月

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，出行成為人們工作、生活必不可少的環(huán)節(jié)。但傳統(tǒng)的公共交通模式已經(jīng)不能滿足人們對(duì)出行次數(shù)與質(zhì)量的要求：不能及時(shí)知曉交通堵塞程度而改變出行計(jì)劃，無(wú)法提前了解需要乘坐的公共交通工具何時(shí)到站等。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款A(yù)pp，以彌補(bǔ)公共交通的不足，對(duì)推動(dòng)公共交通運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新，滿足人們出行需要、加快交通模式升級(jí)、提升公共交通行業(yè)的創(chuàng)新水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：公共交通 Floyd算法 蟻群算法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU247 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1009-5349（2020）16-0250-03

當(dāng)今，城市公共交通已成為人們生活中密不可分的一部分，其快捷、低價(jià)的特點(diǎn)成為上班族、學(xué)生及大部分人群的首選出行方式，它在減輕污染的同時(shí)，還緩解了城市交通堵塞的問(wèn)題。但當(dāng)下的公共交通運(yùn)營(yíng)管理已不能滿足公眾對(duì)出行的需求。為此，我們希望通過(guò)一款A(yù)pp彌補(bǔ)公共交通系統(tǒng)的不足，如候車(chē)時(shí)間過(guò)久、支付車(chē)費(fèi)不便等問(wèn)題。用戶通過(guò)智能設(shè)備下載App可以提前了解公交車(chē)的相關(guān)信息及路況，高效率出行，節(jié)約自己的寶貴時(shí)間。

一、緒論

（一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國(guó)的智能交通研究晚于其他國(guó)家，但是發(fā)展迅速。北京、上海、廣州等城市相繼建設(shè)了先進(jìn)的智能交通系統(tǒng)。其中，北京建立了道路交通控制、公共交通指揮與調(diào)度、高速公路管理和緊急事件管理四大ITS系統(tǒng);廣州建立了交通信息共用主平臺(tái)、物流信息平臺(tái)和靜態(tài)交通管理三大ITS系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，智能交通系統(tǒng)在我國(guó)得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。

20世紀(jì)90年代初，美國(guó)、日本等國(guó)在完善“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略基礎(chǔ)上，首次應(yīng)用了“智能運(yùn)輸”理念。美國(guó)采用實(shí)時(shí)調(diào)度理論和實(shí)時(shí)信息發(fā)布理論為核心的公共交通系統(tǒng)，向乘客提供相關(guān)的信息;日本通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化乘客服務(wù)系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，為乘客提供查詢等服務(wù);歐洲國(guó)家利用公交優(yōu)先和專(zhuān)用車(chē)道等戰(zhàn)略，提升其本土的公共運(yùn)營(yíng)效率。

（二）研究意義

本研究旨在使用戶掌握所在城市的公共交通的實(shí)時(shí)信息;使用戶查詢到最優(yōu)的乘坐方案，節(jié)省出行時(shí)間;改變乘客在站點(diǎn)等候的被動(dòng)地位，使其及時(shí)了解實(shí)時(shí)路況，發(fā)揮主動(dòng)性;為用戶提供可供選擇的最優(yōu)支付方式，滿足各年齡段用戶的需求;實(shí)時(shí)提供精確的定位，及時(shí)更新站點(diǎn)信息;開(kāi)設(shè)論壇和反饋功能，使用戶及時(shí)了解官方權(quán)威信息及路況，并根據(jù)用戶的需要進(jìn)行反饋和交流;保護(hù)用戶的隱私及財(cái)產(chǎn)安全，提高安全性。

二、系統(tǒng)分析需求

（一）用戶需求分析

隨著物質(zhì)生活水平的日益提高，人們已不再滿足于溫飽狀態(tài)，更注重生活上的享受，人們對(duì)于出行次數(shù)與出行質(zhì)量的要求也有所提升。但公共交通的線路與數(shù)量有限，且受其他因素影響，給人們帶來(lái)較差的乘車(chē)體驗(yàn)等一系列的乘車(chē)問(wèn)題。隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，人們更依賴移動(dòng)智能設(shè)備。為縮短出行時(shí)間、提升出行質(zhì)量、獲取簡(jiǎn)便的出行方式，更多人選擇通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)的信息。針對(duì)上述情況，各種應(yīng)用軟件問(wèn)世，解決了人們?cè)诔鲂兄械膯?wèn)題。以問(wèn)卷調(diào)查為例，在出行交通工具的選擇上，大多人傾向于乘坐公交車(chē)、地鐵等公共交通出行。多數(shù)人認(rèn)為，選擇公共交通雖方便，但缺少良好的體驗(yàn)。（見(jiàn)圖1）

（二）功能性分析

1.實(shí)時(shí)性

及時(shí)獲得有效的信息對(duì)于人們做決策有著非常重要的作用。在公共交通的選擇上也需要及時(shí)獲取相關(guān)信息，并及時(shí)發(fā)布給用戶，使用戶及時(shí)了解路程時(shí)長(zhǎng)、換乘方式、附近周邊、所需費(fèi)用等相關(guān)信息，為用戶提供全面、高效的出行方式，供用戶選擇。

2.準(zhǔn)確性

很多時(shí)候，用戶并不熟悉附近的公交站點(diǎn)，但可以用智能設(shè)備的App所提供的位置服務(wù)（LBS）對(duì)自己所在的地點(diǎn)定位。智能設(shè)備的App以用戶的位置為原點(diǎn)確定用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過(guò)蟻群算法分析篩選得出距離用戶較近的公交站點(diǎn)，供用戶選擇并引導(dǎo)其前往。

3.預(yù)估性

在用戶選擇路線后，App可使用戶掌握主導(dǎo)權(quán)，清楚地了解當(dāng)前公共交通的情況，準(zhǔn)確預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間，合理分配自己的時(shí)間。但問(wèn)題并不是絕對(duì)的，好多外部因素會(huì)使問(wèn)題的結(jié)果具有多樣性，因此在考慮預(yù)測(cè)公共交通到達(dá)站點(diǎn)的時(shí)間時(shí)，也要考慮外部因素的影響。

4.安全性

如今信息和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，不法分子盜取用戶的信息給人們?cè)斐闪撕艽蟮穆闊?。?duì)于一款應(yīng)用軟件而言，安全性是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。這里的安全性包括軟件系統(tǒng)的安全性、后臺(tái)維護(hù)人員管理員權(quán)限的安全性、保護(hù)用戶信息的安全性等。

5.交互性

應(yīng)用軟件只有各功能相互交互、相互協(xié)作，才能更好地運(yùn)行，方便用戶的使用。當(dāng)然，軟件交互，但并不意味著沒(méi)有獨(dú)立性。軟件開(kāi)發(fā)要“高聚合，低耦合”，只有當(dāng)聚合性較高、耦合性較低時(shí)，其獨(dú)立性才較好。因此在開(kāi)發(fā)時(shí)，各個(gè)功能模塊間需要有獨(dú)立性，同時(shí)通過(guò)接口也要使各模塊交互。

6.反饋性

各種軟件的研發(fā)初衷都是服務(wù)于人民，為人們提供較為簡(jiǎn)便、舒適、高效的服務(wù)。想做好一款軟件也應(yīng)聽(tīng)取民意，滿足人們的需求，及時(shí)對(duì)應(yīng)用軟件的布局、功能等進(jìn)行修改。因此軟件也應(yīng)該具備強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)存、處理功能，致使軟件在后期能根據(jù)用戶的需求進(jìn)行相應(yīng)的修改。

（三）非功能性分析

1.全民性

（1）“私人定制”個(gè)性化設(shè)置。軟件在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，不僅應(yīng)考慮以青年為主體的出行人群的需求，還應(yīng)針對(duì)手機(jī)操作不嫻熟的人群進(jìn)行特定分析，設(shè)定單獨(dú)的程序使用入口。首次登錄時(shí)每個(gè)人針對(duì)自己的日常需要選擇相關(guān)的便民服務(wù)功能，如有老人證的不需要進(jìn)行支付，每天只關(guān)注自己到市場(chǎng)、公園的交通路線的道路擁堵情況、不同時(shí)段線路內(nèi)公交車(chē)的座位空閑情況。下次登錄自動(dòng)記憶常用功能，過(guò)濾掉不常用的其他復(fù)雜功能。

（2）“引導(dǎo)式操作模式”人性化體驗(yàn)。根據(jù)用戶當(dāng)前的位置以及每天的行程路線，自動(dòng)分析用戶的行程軌跡，提示用戶是否要查詢常用的道路擁堵情況和車(chē)輛信息。采用引導(dǎo)式思維幫助用戶快速掌握程序操作，不需要主動(dòng)學(xué)習(xí)使用。

（3）自動(dòng)記憶行為習(xí)慣。根據(jù)用戶使用App的習(xí)慣，智能記憶用戶的重復(fù)操作，減少不必要的使用步驟。例如：老人打開(kāi)App后根據(jù)設(shè)定常用路線自動(dòng)打開(kāi)該模塊并按照以往查詢的線路直接查詢。如果客戶累計(jì)多日重復(fù)關(guān)注幾條線路的情況，那么系統(tǒng)會(huì)智能地將這些線路列為用戶查詢的首選項(xiàng)。

（4）語(yǔ)音識(shí)別。針對(duì)部分手機(jī)打字不嫻熟或不會(huì)打字的人群，可使用設(shè)備虛擬鍵盤(pán)語(yǔ)音錄入，系統(tǒng)根據(jù)用戶錄入的語(yǔ)音信息智能匹配搜索用戶需求。針對(duì)部分地區(qū)方言也有一定的兼容性，保證各地人群的快捷操作，同時(shí)在下載程序時(shí)，選擇常用語(yǔ)音，針對(duì)各種區(qū)域性語(yǔ)音和國(guó)際主要通用語(yǔ)言分別定制不同的程序操作模板。

（5）兒童專(zhuān)區(qū)。針對(duì)兒童團(tuán)體，App支持智能手表打開(kāi)，將兒童使用的主要功能封裝，保證兒童出行時(shí)也可使用。

2.包容性

程序在前期調(diào)研階段針對(duì)“一體化出行”做深刻了解，并通過(guò)社會(huì)調(diào)研將各行業(yè)人群分別做出詳細(xì)的調(diào)研報(bào)告?！耙惑w化出行”不僅適用于日常出行人群，還對(duì)特有社會(huì)服務(wù)人群有著至關(guān)重要的作用。例如：救護(hù)車(chē)、火警等急救類(lèi)社會(huì)服務(wù)群體，有針對(duì)性地設(shè)定了專(zhuān)門(mén)的服務(wù)模塊，快速定位解救地址并呈現(xiàn)所有路線的路況、距離、預(yù)計(jì)耗時(shí)、中途應(yīng)急路線更改方案等。通過(guò)大數(shù)據(jù)快速計(jì)算最優(yōu)路線，同步通知相關(guān)路線的所有公交車(chē)輛、私有車(chē)輛提前讓出應(yīng)急專(zhuān)用車(chē)道或公交專(zhuān)用車(chē)道，做出社會(huì)響應(yīng)。

3.便民性

便民性自古便是政策推行的良方，因此無(wú)論從程序的推廣，還是功能操作的便捷性來(lái)講，都要做出最優(yōu)的方案。在程序的推廣上，支持華為商店、Iphone Store、應(yīng)用寶等所有操作系統(tǒng)的手機(jī)下載;同時(shí)支持所有的智能軟件下載，支持小程序快捷入口。在程序的操作上，盡力簡(jiǎn)化操作步驟，支持文字輸入、語(yǔ)音輸入等滿足各類(lèi)使用人群。后續(xù)我們會(huì)同各省市區(qū)的公交公司、出租車(chē)營(yíng)運(yùn)公司、加油站等進(jìn)行支付對(duì)接，支持支付寶、微信、銀聯(lián)等主流支付方式，讓用戶切身體會(huì)程序的便民含義。

4.兼容性

現(xiàn)今社會(huì)，智能設(shè)備已經(jīng)融入人們的生活，因此，兼容性也成為衡量一款軟件好壞的重要指標(biāo)。兼容性包含很多必要的屬性：軟件的安裝不需采用有別于為該軟件準(zhǔn)備的活動(dòng)從而適應(yīng)不同的規(guī)定環(huán)境有關(guān)的軟件屬性;軟件遵循可移植性有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或約定的軟件屬性;軟件在該軟件環(huán)境中用來(lái)替代制定的其他軟件的機(jī)會(huì)和努力有關(guān)的軟件屬性。

兼容性的衡量指標(biāo)大多來(lái)源于可見(jiàn)兼容性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，如操作系統(tǒng)兼容性、硬件設(shè)備的兼容性等。項(xiàng)目產(chǎn)品在研發(fā)的過(guò)程中針對(duì)各種操作系統(tǒng)、機(jī)型都需要兼容性測(cè)試。針對(duì)低內(nèi)存電子設(shè)備的應(yīng)用流暢性也做出了最低限度的可行性分析。

5.穩(wěn)定性

軟件的穩(wěn)定性很難通過(guò)建模的方式計(jì)算，不同維度、應(yīng)用場(chǎng)景功能的穩(wěn)定性需要用不同的衡量杠桿進(jìn)行計(jì)算。例如常規(guī)的地圖輔助類(lèi)軟件的穩(wěn)定性較強(qiáng)，因?yàn)樗鼈冴P(guān)注得更多的是程序的容錯(cuò)率，容錯(cuò)率高自然程序穩(wěn)定性高，但準(zhǔn)確率相對(duì)偏低。對(duì)此，程序的設(shè)計(jì)初衷更傾向于阿里云的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算分析相關(guān)功能大數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)降低準(zhǔn)確性來(lái)提高運(yùn)行效率和穩(wěn)定性;而是建立云端計(jì)算平臺(tái)，采取空間換時(shí)間的方式，在不影響軟件運(yùn)行效率和穩(wěn)定性的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因?yàn)槟媳狈讲煌貐^(qū)針對(duì)云服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)兼容性不盡相同，我們會(huì)有針對(duì)性地在不同地區(qū)選擇不同的云服務(wù)器運(yùn)營(yíng)商，而運(yùn)營(yíng)商的選擇同樣會(huì)在阿里云、華為云等穩(wěn)定性強(qiáng)并且售后穩(wěn)定的重點(diǎn)企業(yè)中選取。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）查詢模塊

查詢模塊包括三個(gè)功能，分別為：公共交通的線路查詢、預(yù)計(jì)到達(dá)的時(shí)間預(yù)測(cè)以及附近的標(biāo)志性建筑查詢。（見(jiàn)圖2）

1.公共交通線路查詢

用戶使用公共交通線路查詢可以查詢到距離用戶最近的公共交通站點(diǎn)以及到達(dá)目的地所需要的乘坐方案。首先，應(yīng)用軟件先取得用戶所在位置的權(quán)限，以用戶所在位置為中心，通過(guò)蟻群算法或Floyd算法計(jì)算出距離用戶最近的公共交通站點(diǎn)，用戶根據(jù)自己的需要選擇公共交通站點(diǎn)，并連入相關(guān)的地圖導(dǎo)航對(duì)用戶進(jìn)行指引。其次，用戶查詢到達(dá)目的地的公共交通乘坐方案時(shí)，一般都會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)乘到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。當(dāng)然轉(zhuǎn)乘也存在多種情況：一為乘客選擇最短路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的出行，可采用蟻群算法、Floyd算法、遺傳算法等實(shí)現(xiàn);二為乘客選擇最短時(shí)間實(shí)現(xiàn)自己的出行，可采用SSTF算法、SCAN算法實(shí)現(xiàn);三為乘客選擇最簡(jiǎn)潔的換乘次數(shù)實(shí)現(xiàn)自己的出行，可采用深度優(yōu)先算法實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算出上述三種情況的轉(zhuǎn)乘情況后，為用戶一一列舉，用戶根據(jù)自己的實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

2.預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間

通常提起計(jì)算時(shí)間，常規(guī)的方法為路程/速度，當(dāng)然這是理想狀態(tài)下的計(jì)算。在現(xiàn)實(shí)生活中，一定存在影響到達(dá)時(shí)間的外界因素。例如：天氣情況、高峰時(shí)段人流量過(guò)多造成時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、高峰時(shí)段路況擁堵造成的時(shí)間不確定等情況。上述情況均會(huì)多于理想的到達(dá)時(shí)間，造成預(yù)計(jì)時(shí)間不精準(zhǔn)。為了精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)公共交通到達(dá)目的地及到達(dá)乘客所需乘坐站點(diǎn)的時(shí)間，可使用一些模型來(lái)輔助計(jì)算到達(dá)的時(shí)間增加其精準(zhǔn)性。在模型的選擇中，可以采用回歸預(yù)測(cè)模型、灰色預(yù)測(cè)模型、時(shí)間序列模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機(jī)模型。上述模型各有利弊，我們需要根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

3.附近標(biāo)志性建筑查詢

附近標(biāo)志性建筑查詢功能適用于查詢標(biāo)志性建筑觀光的用戶及不了解城市布局的用戶。標(biāo)志性建筑查詢分為兩部分，一是為用戶提供附近的商圈、公園、廣場(chǎng)供用戶選擇游玩;二是為用戶提供應(yīng)急的地點(diǎn)定位，如醫(yī)院、廁所等場(chǎng)地。用戶在查詢需要到達(dá)目的地時(shí)也會(huì)在地圖中標(biāo)注標(biāo)志性建筑物，使用戶明確路線，避免過(guò)站或找不到位置的情況，也滿足了用戶的其他要求。

（二）信息模塊

信息模塊包括三個(gè)功能，資訊功能、論壇討論功能以及反饋功能。資訊功能是專(zhuān)門(mén)用于實(shí)時(shí)發(fā)布官方、權(quán)威信息的平臺(tái)，在提前預(yù)測(cè)到臺(tái)風(fēng)或風(fēng)雪預(yù)警等或道路上發(fā)生交通事故意外狀況時(shí)，用戶能夠?qū)崟r(shí)收到消息并及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。論壇討論功能是為用戶提供的一個(gè)交流平臺(tái)，此功能可使用戶發(fā)布相關(guān)信息與用戶交流。平臺(tái)對(duì)論壇交流功能進(jìn)行管理，避免用戶發(fā)布不實(shí)言論。反饋功能用于用戶發(fā)現(xiàn)平臺(tái)不能滿足用戶的需求時(shí)，用戶向平臺(tái)反饋，平臺(tái)給予及時(shí)的回應(yīng)，并做出一定的改善。

（三）支付模塊

支付模塊包括兩個(gè)功能，交通支付功能以及其他支付功能。交通支付功能滿足“一體化出行”，用戶在乘坐公共交通時(shí)用相關(guān)支付功能支付，包括支持支付寶、微信、銀聯(lián)等主流支付方式。用戶在使用支付功能時(shí)不需要考慮用戶需要到達(dá)的站點(diǎn)以及中途需要換乘等一系列問(wèn)題。有為老人和兒童設(shè)計(jì)的支付方法。老人通過(guò)平臺(tái)的認(rèn)證無(wú)須支付，兒童通過(guò)智能手表進(jìn)行支付。

（四）個(gè)人信息模塊

個(gè)人信息模塊包括兩個(gè)功能，用戶個(gè)人信息管理功能以及授權(quán)管理功能。用戶個(gè)人信息管理功能是管理個(gè)人姓名、性別、年齡、生日、手機(jī)號(hào)碼、所在地、昵稱(chēng)等信息。同時(shí)平臺(tái)加強(qiáng)用戶個(gè)人信息的安全管理，防止用戶的個(gè)人信息遭到泄露而導(dǎo)致一些不必要的麻煩。用戶在信息模塊論壇功能各抒己見(jiàn)時(shí)，只顯示用戶的昵稱(chēng)及所在地以保護(hù)用戶的信息。授權(quán)功能是專(zhuān)用于用戶在進(jìn)行“一體化出行”時(shí)所需要授權(quán)給支付寶、微信、銀聯(lián)等以方便用戶進(jìn)行支付，用戶可以隨時(shí)綁定或解綁。

四、總結(jié)與展望

（一）總結(jié)

本文關(guān)于城市公共交通一體化出行指南App的設(shè)計(jì)與研究，以滿足公眾的需求為主要目的;考慮到用戶的目的地選擇、路徑選擇、交通方式選擇等，通過(guò)蟻群算法、Floyd算法計(jì)算出距離用戶最近的公共交通站點(diǎn)，采用SSTF算法、SCAN算法計(jì)算最短時(shí)間路線，使用深度優(yōu)先算法來(lái)實(shí)現(xiàn)以最簡(jiǎn)潔的換乘次數(shù)出行。為了更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)公共交通到達(dá)目的地及到達(dá)乘客所需乘坐站點(diǎn)的時(shí)間，我們采用一系列數(shù)學(xué)模型輔助計(jì)算到達(dá)的時(shí)間來(lái)增加精準(zhǔn)性，更接近實(shí)際出行的狀況。同時(shí)支持所有的智能設(shè)備的下載。支持各類(lèi)小程序快捷入口，在程序的操作上確保簡(jiǎn)潔性。支持文字輸入、語(yǔ)音輸入滿足各類(lèi)使用人群。支持支付寶、微信、銀聯(lián)等主流支付方式，增添其便民性。

（二）不足與未來(lái)展望

在互聯(lián)網(wǎng)主導(dǎo)我們生活的今天，如果在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差的區(qū)域會(huì)造成信息的延遲與阻隔;用戶在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差的區(qū)域支付，會(huì)造成無(wú)法成功支付的現(xiàn)象，影響用戶的出行時(shí)間。

由于專(zhuān)業(yè)知識(shí)和水平有限，在某些方法的解決及算法上都有不足之處;由于時(shí)間有限，沒(méi)有反復(fù)商榷及推敲相關(guān)功能是否還存在更好的解決方法。在未來(lái)的工作生活中，也會(huì)加強(qiáng)學(xué)習(xí)與思考。

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責(zé)任編輯：趙世鵬