城市轨道交通辅助设计系统的设计与实现

申 嵋，倪少权，郭秀云

（1.西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 611756；2.西南交通大学 交通运输与物流学院，成都 610031）

城市轨道交通辅助设计系统的设计与实现

申 嵋1，倪少权2，郭秀云2

（1.西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 611756；2.西南交通大学 交通运输与物流学院，成都 610031）

根据城市轨道交通发展的需要，城市轨道交通辅助设计系统的研发对城市轨道交通规划和运营组织工作具有重要意义。系统采用Visual C++6.0进行开发。通过对系统的功能需求、总体设计、编程实现进行说明，并以客流出行距离比例的统计分析为例进行测试，验证了系统的可行性。

城市轨道交通；客流；出行距离；MFC

城市轨道交通具有容量大、速度快、污染小、安全准时等技术优势，能够较好地解决大、中城市日益增长的交通供需矛盾问题。正是这种需求使得城市轨道交通行业面临巨大的发展机遇。城市轨道交通规划及运营组织工作项目繁多，逻辑复杂，工作量大，到目前为止主要还是依靠手工进行。研发城市轨道交通辅助设计系统不仅能够极大地减少工作量，提高工作效率，而且可以规范作业流程，避免人为错误，提高可靠性，对城市轨道交通规划和运营组织工作具有重要意义。本文结合城市轨道交通的特点，从系统的功能需求、总体设计、编程实现和测试进行了说明，采用MFC编程在VC++6.0环境下完成系统功能开发。文章以系统统计客流出行距离比例为例，进行编程实现和测试来验证系统的可行性。

1 系统需求分析和目标

1.1 用户需求分析

随着城市的发展，城市轨道交通规划及运营组织工作项目繁多，逻辑复杂，工作量大。城市轨道交通辅助设计系统是集城市轨道交通规划和运营组织管理工作各环节于一体的管理信息系统，取代手工作业方式，规范作业流程，帮助用户简单、快捷、准确地完成各项工作，提高工作效率和经济效益。根据用户的特点，得到了以下的需求。

（1）城市轨道交通运营组织资料管理：建立城市轨道交通运营组织数据库，将城市轨道交通运营组织工作所需的线路车辆数据、各项技术条件和标准、各功能子系统运行结果纳入数据库进行管理。

（2）客流数据分析：对输入的客流数据进行统计分析，指标计算，图形绘制，以及生成其它类型的客流数据。

（3）城市轨道交通车辆选型和编组方案的辅助设计：根据用户输入的线路及客流分析结果数据，计算各项指标，辅助用户选择车辆和编组方案。

（4）城市轨道交通交路设计：根据客流特征分析结果数据计算交路方案的各项指标，辅助用户设计交路，并按设置格式输出交路图。

（5）城市轨道交通行车计划编制：根据客流分时比例数据和交路数据，以用户指定的方式自动生成行车计划。

（6）城市轨道交通配线设计：提供绘制各种配线的功能，并根据用户设置格式自动生成配线图。

（7）城市轨道交通能力计算：根据配线形式及各项参数计算线路通过能力、折返站折返能力和出入段能力。

1.2 设计目标

基于对系统用户需求的分析以及城市轨道交通的特点，设计与实现基于MFC的城市轨道交通辅助设计系统，帮助用户简单、快捷、准确地完成各项工作。具体设计目标如下：

（1）符合实际运用需要，可以满足城市轨道交通规划及运营组织工作项目的需求；

（2）采用规范、一致、易理解的VC++编程语言格式；

（3）建立友好、简洁、合理、便于操作的界面；

（4）能够进行图形绘制，使得所需信息直观地呈现在用户面前，并且所有客流数据图形均能够以CAD格式保存。

2 系统设计

2.1 系统功能设计

城市轨道交通辅助设计系统应具备以下的功能。

（1）基础数据管理及维护

负责管理、维护和更新城市轨道交通运营组织技术资料数据库，提供数据的录入、导入、增加、删除、修改、自动生成、查询、统计等功能，生成相关接口文件、报表文件。

（2）客流特征分析

可以录入、导入、增加、删除、修改、自动生成客流数据，生成客流数据指标统计文件，根据客流数据绘制各种图形，并以指定文件格式输出。

（3）车辆选型及列车编组方案比选

根据线路区间数据和客流数据辅助用户完成车辆选型。自动生成车辆编组方案，并计算各个方案的比选指标。

（4）列车运行交路设计

根据客流数据计算适合的交路折返站点，计算交路方案的评价指标。绘制交路图，并以指定文件格式输出。

（5）车站配线辅助设计

可以在各个车站进行各种类型配线的增加、删除、修改，并能自动绘制线路车站配线图，并以指定文件格式输出。

（6）自动编制列车全日行车计划

根据客流分时比例参数和用户指定的标准时段自动生成列车全日行车计划，并能够手动调整。

（7）系统能力自动计算

根据线路区间数据以及线路车站配线数据，自动计算线路的通过能力、折返站折返能力、出入段线的出入能力。

2.2 客流输出要求

（1）客流特征指标

客流特征指标如表1所示。

表1 客流特征指标表

（2）车站上下客流量图

可以选择折线或者柱状图形；横轴为车站名；纵轴为客流人数，单位：万人；能够以CAD格式输出。

（3）区间断面客流图

柱状图形；横轴为车站名；纵轴为客流人数，单位：人；以阴影线标示出最大断面客流量所在区间；能够以CAD格式输出。

（4）线路换乘客流图

曲线图形；横轴表示主要描述线路，东西向为下行方向；纵轴表示换乘线，南北向为下行方向；横轴和纵轴将图面分为四个象限，每个象限两条带方向箭头的曲线表示本象限坐标轴代表的运行方向的线路间的客流换乘人数。单位：人；能够以CAD格式输出。

（5）客流乘坐站数比例图

柱状图形；横轴为乘坐站数；纵轴为乘坐站数对应客流人数占客流总量的比例，单位：%；能够以CAD格式输出。

（6）客流出行距离比例图

柱状图形；横轴为出行距离；纵轴为出行距离对应客流人数占客流总量的比例，单位：%；能够以CAD格式输出。

（7）组团客流交换图

椭圆表示组团，组团内部客流交换标示在椭圆内部；相邻组团间的客流交换用直线表示；不想邻的组团间客流交换用连接两个代表组团的椭圆的曲线表示；交换线上的注释格式：人数（单位万）/比例；能够以CAD格式输出。

（8）客流分时比例图

折线图形；横轴为指定时期的时段；纵轴为时段内的客流比例，单位：% ；能够以CAD格式输出。

3 系统实现和测试

3.1 系统实现

经过对系统需求分析和系统功能设计，系统采用面向对象的设计方法，采用MFC编程在VC++6.0环境下完成，总体采用单文档、多框架结构，由1个主框架模块和7个子系统框架模块构成。系统结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

每个子系统功能由一个对应子框架来实现，组成一个子程序模块。主框架程序模块负责管理公共基础数据结构的生成和各个子程序模块的转换。每个模块包含一个框架类和基本视图类。8个模块共用一个文档类。

由图1可知，城市轨道交通辅助设计系统主要由数据管理子系统、客流分析子系统、车辆选型列车编组子系统、列车运行交路子系统、列车运行计划子系统、车站配线子系统和能力计算子系统组成：（1）数据管理子系统完成城市轨道交通线路、车辆等基础数据的建立、修改维护工作；（2）客流分析子系统完成客流数据的分析和绘制图形工作；（3）车辆选型列车编组子系统用以辅助用户针对不同特点的线路选择适宜的车辆功能以及给出编组方案并进行指标计算分析；（4）列车运行交路子系统完成交路的增删改功能以及交路方案的指标计算评价；（5）列车运行计划子系统完成车辆行车计划的自动生成功能，并提供手工修改功能；（6）车站配线子系统完成自动绘制及输出线路车辆配线图工作；（7）能力计算子系统辅助用户计算在指定列车编组情况下的各项能力指标。

各子系统模块间对应业务流程如图2所示。数据管理模块管理线路基础数据（包括车站数据和区间数据）、客流预测结果输入数据。客流分析模块使用客流预测结果输入数据生成客流分析结果数据。列车运行交路模块的输入数据为线路基础数据、客流预测结果输入数据、客流分析结果数据、车辆选型列车编组输出数据。而它输出的列车运行交路数据和它的输入数据一起作为列车运行计划模块的输入数据。车站配线模块输出的数据作为系统能力计算模块的输入数据。

3.2 系统测试

根据已经建立的系统结构，对客流分析子系统进行说明，并以客流分析子系统的测试为例，进行系统功能测试，用以验证设计方法的正确性与有效性。

3.2.1 客流分析子系统功能设计

客流分析子系统的主要功能为客流数据建立、分析和图形绘制，功能结构如图3所示。

（1）数据导入功能：系统能够导入客流OD（交通起止点客流量）表、车站上下客流表、区间断面客流表、线路换乘客流表、全日客流分时比例表。导入的每一种客流数据表都必须符合系统指定的相应格式。

图2 子系统间业务流程图

图3 客流分析子系统功能结构示意图

（2）数据修改功能：对每一种类型的数据，用户都可以按照需要手工编辑修改部分数据项。

（3）数据生成功能：数据生成功能支持从客流OD数据表生成车站上下客流数据、乘坐站数数据、出行距离数据、组团交换数据；可以从车站上下客流数据生成区间断面客流数据。

（4）统计分析功能：系统可以根据客流OD表、车站上下客流表或者区间断面客流表计算出全日客运总量、全日负荷强度、全日周转量、全日平均乘距、早高峰客运总量、早高峰单向最大断面客流、晚高峰客运总量、晚高峰单向最大断面客流等统计指标。

（5）图形绘制功能：系统提供车站上下客流图、区间断面客流图、车站换乘客流图、乘坐站数客流图、出行距离客流图、组团交换客流图、全日客流分时比例图的自动绘制。其中车站上下客流图可以选择绘制折线图或者柱状图，还可以选择绘制上行到达、上行发送、下行到达、下行发送、总到达、总发送中任意两个数据。

客流分析子系统的客流数据导入支持文件导入方式。对于一条线路的客流数据来说，最基本的是客流OD数据。有了客流OD数据可以生成车站上下客流数据、区间断面客流数据、乘坐站数统计数据、出行距离客流数据和组团交换客流数据。车站上下客流数据和区间断面客流数据也可以通过文件导入。

计算客流指标的逻辑如下：根据用户设置里的选项，指定设计年度的线路长度可以由区间数据相加得到，也可以由区间两端车站的中心里程相减得到。指定设计年度的全日客运总量可以由该设计年度的全日客流OD表人数、全日车站上下客流或者全日区间断面客流人数相加得到。指定设计年度的全日负荷强度计算由对应设计年度的全日客运总量除线路长度得到。全日周转量由客流OD表所有OD人数和对应OD区间长度的乘积之和得到。全日平均乘距由全日周转量除以客运总量计算得到。文件输出采用通用的DXF格式。

3.2.2 客流分析子系统功能测试

根据客流OD表及车站表，以2 km为间隔统计0-2 km、2-4 km、…的出行客流数量。分别统计早期、中期和晚期的全日、早、晚高峰的客流数据。测试时遵循以下步骤。

（1）导入客流数据

系统支持多种客流数据的EXCEL格式文件导入，包括客流数据OD表、车站上下客流表、断面客流表、换乘客流表、全日客流分时比例表。

下面为导入客流OD表的示例：

点击菜单，选择“导入OD数据”菜单项。系统弹出打开文件对话框，要求用户选择要导入的EXCEL数据文件。点击打开确定文件后，系统弹出导入对话框，要求用户选择导入数据的设计年度和时期。用户点击OK确定后，若是数据文件格式正确，数据导入后，系统发出导入成功提示；若是数据文件格式不正确，则发出错误提示。

（2）生成客流数据

根据OD表和车站表生成客流出行距离数据：系统弹出对话框要求用户输入操作的线路和时期、时段。默认线路为当前线路。默认所有的时期时段全部生成。

（3）客流数据表

选中指定时期、指定时段的客流出行距离数据后，可以直接修改出行距离对应的客流人数和客流人数所占客流总量的比例，如图4所示。

图4 客流出行距离比例表图

（4）客流图形绘制

当用户在数据窗口改变选择的数据类型时，图形窗口自动显示对应数据类型的图形，有车站上下客量图、区间断面客量图、换乘线路客量图、客流乘坐站数图、客流出行距离图、组团客流交换图、客流分时比例图。所有的图形都可以保存为dxf格式的CAD图形。

客流出行距离比例图的横轴表示客流出行距离，纵轴为客流人数占客流总量的比例，如图5所示。

图5 客流出行距离比例图

通过对客流分析子系统的测试结果，发现能达到对客流数据进行统计分析的目标，满足设计要求。

4 结束语

随着经济的快速发展以及城市化进程的迅速推进，研发城市轨道交通辅助设计系统不仅能够极大地减少工作量，提高工作效率，而且可以规范作业流程，避免人为错误，提高可靠性，对城市轨道交通规划和运营组织工作具有重要意义。本文结合城市轨道交通的特点，对系统的功能需求、总体设计、编程实现和测试进行了说明，采用面向对象的数据库编程方法，通过对数据进行封装，保证了数据在强关联环境中的有效性，编制结果（包括内部数据输出）正确，数据访问准确迅速。城市轨道交通辅助设计系统是集城市轨道交通规划和运营组织管理工作各环节于一体的管理信息系统，取代手工作业方式，提高了工作效率和经济效益。

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责任编辑付 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，在读硕士研究生；倪少权，教授。