張博　徐秀月

摘要：近年來，我國的城市規(guī)模逐漸擴大，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)不能滿足人們對出行次數(shù)與質(zhì)量的要求：不能及時知曉交通堵塞程度而改變出行計劃，無法提前了解需要乘坐的公共交通工具何時到站等。為此，我們設(shè)計了一款A(yù)pp，以彌補公共交通的不足，對推動公共交通運營模式創(chuàng)新，滿足人們出行需要、加快交通模式升級、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

中圖分類號：TU247 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1009-5349（2020）16-0250-03

當今，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、低價的特點成為上班族、學生及大部分人群的首選出行方式，它在減輕污染的同時，還緩解了城市交通堵塞的問題。但當下的公共交通運營管理已不能滿足公眾對出行的需求。為此，我們希望通過一款A(yù)pp彌補公共交通系統(tǒng)的不足，如候車時間過久、支付車費不便等問題。用戶通過智能設(shè)備下載App可以提前了解公交車的相關(guān)信息及路況，高效率出行，節(jié)約自己的寶貴時間。

一、緒論

（一）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國的智能交通研究晚于其他國家，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、物流信息平臺和靜態(tài)交通管理三大ITS系統(tǒng)。由此可見，智能交通系統(tǒng)在我國得到越來越廣泛的運用。

20世紀90年代初，美國、日本等國在完善“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略基礎(chǔ)上，首次應(yīng)用了“智能運輸”理念。美國采用實時調(diào)度理論和實時信息發(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;日本通過標準化乘客服務(wù)系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，為乘客提供查詢等服務(wù);歐洲國家利用公交優(yōu)先和專用車道等戰(zhàn)略，提升其本土的公共運營效率。

（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時信息;使用戶查詢到最優(yōu)的乘坐方案，節(jié)省出行時間;改變乘客在站點等候的被動地位，使其及時了解實時路況，發(fā)揮主動性;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;實時提供精確的定位，及時更新站點信息;開設(shè)論壇和反饋功能，使用戶及時了解官方權(quán)威信息及路況，并根據(jù)用戶的需要進行反饋和交流;保護用戶的隱私及財產(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，給人們帶來較差的乘車體驗等一系列的乘車問題。隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，人們更依賴移動智能設(shè)備。為縮短出行時間、提升出行質(zhì)量、獲取簡便的出行方式，更多人選擇通過網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)的信息。針對上述情況，各種應(yīng)用軟件問世，解決了人們在出行中的問題。以問卷調(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、地鐵等公共交通出行。多數(shù)人認為，選擇公共交通雖方便，但缺少良好的體驗。（見圖1）

（二）功能性分析

1.實時性

及時獲得有效的信息對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獲取相關(guān)信息，并及時發(fā)布給用戶，使用戶及時了解路程時長、換乘方式、附近周邊、所需費用等相關(guān)信息，為用戶提供全面、高效的出行方式，供用戶選擇。

2.準確性

很多時候，用戶并不熟悉附近的公交站點，但可以用智能設(shè)備的App所提供的位置服務(wù)（LBS）對自己所在的地點定位。智能設(shè)備的App以用戶的位置為原點確定用戶的經(jīng)緯度坐標，通過蟻群算法分析篩選得出距離用戶較近的公交站點，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)，清楚地了解當前公共交通的情況，準確預(yù)計到達時間，合理分配自己的時間。但問題并不是絕對的，好多外部因素會使問題的結(jié)果具有多樣性，因此在考慮預(yù)測公共交通到達站點的時間時，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造成了很大的麻煩。對于一款應(yīng)用軟件而言，安全性是用戶最關(guān)心的問題。這里的安全性包括軟件系統(tǒng)的安全性、后臺維護人員管理員權(quán)限的安全性、保護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，才能更好地運行，方便用戶的使用。當然，軟件交互，但并不意味著沒有獨立性。軟件開發(fā)要“高聚合，低耦合”，只有當聚合性較高、耦合性較低時，其獨立性才較好。因此在開發(fā)時，各個功能模塊間需要有獨立性，同時通過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，為人們提供較為簡便、舒適、高效的服務(wù)。想做好一款軟件也應(yīng)聽取民意，滿足人們的需求，及時對應(yīng)用軟件的布局、功能等進行修改。因此軟件也應(yīng)該具備強大的開發(fā)、儲存、處理功能，致使軟件在后期能根據(jù)用戶的需求進行相應(yīng)的修改。

（三）非功能性分析

1.全民性

（1）“私人定制”個性化設(shè)置。軟件在設(shè)計的過程當中，不僅應(yīng)考慮以青年為主體的出行人群的需求，還應(yīng)針對手機操作不嫻熟的人群進行特定分析，設(shè)定單獨的程序使用入口。首次登錄時每個人針對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行支付，每天只關(guān)注自己到市場、公園的交通路線的道路擁堵情況、不同時段線路內(nèi)公交車的座位空閑情況。下次登錄自動記憶常用功能，過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。根據(jù)用戶當前的位置以及每天的行程路線，自動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，不需要主動學習使用。

（3）自動記憶行為習慣。根據(jù)用戶使用App的習慣，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App后根據(jù)設(shè)定常用路線自動打開該模塊并按照以往查詢的線路直接查詢。如果客戶累計多日重復(fù)關(guān)注幾條線路的情況，那么系統(tǒng)會智能地將這些線路列為用戶查詢的首選項。

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

（5）兒童專區(qū)。針對兒童團體，App支持智能手表打開，將兒童使用的主要功能封裝，保證兒童出行時也可使用。

2.包容性

程序在前期調(diào)研階段針對“一體化出行”做深刻了解，并通過社會調(diào)研將各行業(yè)人群分別做出詳細的調(diào)研報告。“一體化出行”不僅適用于日常出行人群，還對特有社會服務(wù)人群有著至關(guān)重要的作用。例如：救護車、火警等急救類社會服務(wù)群體，有針對性地設(shè)定了專門的服務(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)計耗時、中途應(yīng)急路線更改方案等。通過大數(shù)據(jù)快速計算最優(yōu)路線，同步通知相關(guān)路線的所有公交車輛、私有車輛提前讓出應(yīng)急專用車道或公交專用車道，做出社會響應(yīng)。

3.便民性

便民性自古便是政策推行的良方，因此無論從程序的推廣，還是功能操作的便捷性來講，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)的手機下載;同時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，盡力簡化操作步驟，支持文字輸入、語音輸入等滿足各類使用人群。后續(xù)我們會同各省市區(qū)的公交公司、出租車營運公司、加油站等進行支付對接，支持支付寶、微信、銀聯(lián)等主流支付方式，讓用戶切身體會程序的便民含義。

4.兼容性

現(xiàn)今社會，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。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備的活動從而適應(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)的標準或約定的軟件屬性;軟件在該軟件環(huán)境中用來替代制定的其他軟件的機會和努力有關(guān)的軟件屬性。

兼容性的衡量指標大多來源于可見兼容性評判標準，如操作系統(tǒng)兼容性、硬件設(shè)備的兼容性等。項目產(chǎn)品在研發(fā)的過程中針對各種操作系統(tǒng)、機型都需要兼容性測試。針對低內(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)定性很難通過建模的方式計算，不同維度、應(yīng)用場景功能的穩(wěn)定性需要用不同的衡量杠桿進行計算。例如常規(guī)的地圖輔助類軟件的穩(wěn)定性較強，因為它們關(guān)注得更多的是程序的容錯率，容錯率高自然程序穩(wěn)定性高，但準確率相對偏低。對此，程序的設(shè)計初衷更傾向于阿里云的執(zhí)行標準，在計算分析相關(guān)功能大數(shù)據(jù)時，不會降低準確性來提高運行效率和穩(wěn)定性;而是建立云端計算平臺，采取空間換時間的方式，在不影響軟件運行效率和穩(wěn)定性的同時，保證數(shù)據(jù)的準確性。因為南北方不同地區(qū)針對云服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)兼容性不盡相同，我們會有針對性地在不同地區(qū)選擇不同的云服務(wù)器運營商，而運營商的選擇同樣會在阿里云、華為云等穩(wěn)定性強并且售后穩(wěn)定的重點企業(yè)中選取。

三、系統(tǒng)設(shè)計

（一）查詢模塊

查詢模塊包括三個功能，分別為：公共交通的線路查詢、預(yù)計到達的時間預(yù)測以及附近的標志性建筑查詢。（見圖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以及到達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，通過蟻群算法或Floyd算法計算出距離用戶最近的公共交通站點，用戶根據(jù)自己的需要選擇公共交通站點，并連入相關(guān)的地圖導(dǎo)航對用戶進行指引。其次，用戶查詢到達目的地的公共交通乘坐方案時，一般都會通過轉(zhuǎn)乘到達目標地點。當然轉(zhuǎn)乘也存在多種情況：一為乘客選擇最短路徑來實現(xiàn)自己的出行，可采用蟻群算法、Floyd算法、遺傳算法等實現(xiàn);二為乘客選擇最短時間實現(xiàn)自己的出行，可采用SSTF算法、SCAN算法實現(xiàn);三為乘客選擇最簡潔的換乘次數(shù)實現(xiàn)自己的出行，可采用深度優(yōu)先算法實現(xiàn)。在計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)自己的實際需要進行選擇。

2.預(yù)計到達時間

通常提起計算時間，常規(guī)的方法為路程/速度，當然這是理想狀態(tài)下的計算。在現(xiàn)實生活中，一定存在影響到達時間的外界因素。例如：天氣情況、高峰時段人流量過多造成時間過長、高峰時段路況擁堵造成的時間不確定等情況。上述情況均會多于理想的到達時間，造成預(yù)計時間不精準。為了精準的預(yù)測公共交通到達目的地及到達乘客所需乘坐站點的時間，可使用一些模型來輔助計算到達的時間增加其精準性。在模型的選擇中，可以采用回歸預(yù)測模型、灰色預(yù)測模型、時間序列模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機模型。上述模型各有利弊，我們需要根據(jù)需求進行選擇。

3.附近標志性建筑查詢

附近標志性建筑查詢功能適用于查詢標志性建筑觀光的用戶及不了解城市布局的用戶。標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、廣場供用戶選擇游玩;二是為用戶提供應(yīng)急的地點定位，如醫(yī)院、廁所等場地。用戶在查詢需要到達目的地時也會在地圖中標注標志性建筑物，使用戶明確路線，避免過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

信息模塊包括三個功能，資訊功能、論壇討論功能以及反饋功能。資訊功能是專門用于實時發(fā)布官方、權(quán)威信息的平臺，在提前預(yù)測到臺風或風雪預(yù)警等或道路上發(fā)生交通事故意外狀況時，用戶能夠?qū)崟r收到消息并及時做出相應(yīng)的調(diào)整。論壇討論功能是為用戶提供的一個交流平臺，此功能可使用戶發(fā)布相關(guān)信息與用戶交流。平臺對論壇交流功能進行管理，避免用戶發(fā)布不實言論。反饋功能用于用戶發(fā)現(xiàn)平臺不能滿足用戶的需求時，用戶向平臺反饋，平臺給予及時的回應(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不需要考慮用戶需要到達的站點以及中途需要換乘等一系列問題。有為老人和兒童設(shè)計的支付方法。老人通過平臺的認證無須支付，兒童通過智能手表進行支付。

（四）個人信息模塊

個人信息模塊包括兩個功能，用戶個人信息管理功能以及授權(quán)管理功能。用戶個人信息管理功能是管理個人姓名、性別、年齡、生日、手機號碼、所在地、昵稱等信息。同時平臺加強用戶個人信息的安全管理，防止用戶的個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時，只顯示用戶的昵稱及所在地以保護用戶的信息。授權(quán)功能是專用于用戶在進行“一體化出行”時所需要授權(quán)給支付寶、微信、銀聯(lián)等以方便用戶進行支付，用戶可以隨時綁定或解綁。

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，通過蟻群算法、Floyd算法計算出距離用戶最近的公共交通站點，采用SSTF算法、SCAN算法計算最短時間路線，使用深度優(yōu)先算法來實現(xiàn)以最簡潔的換乘次數(shù)出行。為了更加精準地預(yù)測公共交通到達目的地及到達乘客所需乘坐站點的時間，我們采用一系列數(shù)學模型輔助計算到達的時間來增加精準性，更接近實際出行的狀況。同時支持所有的智能設(shè)備的下載。支持各類小程序快捷入口，在程序的操作上確保簡潔性。支持文字輸入、語音輸入滿足各類使用人群。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)信號較差的區(qū)域會造成信息的延遲與阻隔;用戶在網(wǎng)絡(luò)信號較差的區(qū)域支付，會造成無法成功支付的現(xiàn)象，影響用戶的出行時間。

由于專業(yè)知識和水平有限，在某些方法的解決及算法上都有不足之處;由于時間有限，沒有反復(fù)商榷及推敲相關(guān)功能是否還存在更好的解決方法。在未來的工作生活中，也會加強學習與思考。

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責任編輯：趙世鵬