城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行圖編制模擬系統(tǒng)

許王燕

（同濟(jì)大學(xué)電信學(xué)院，上海 201800）

近年來(lái)隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和地面交通的日益擁堵，發(fā)展軌道交通成為了解決城市交通問(wèn)題的重要途徑。而列車(chē)運(yùn)行圖是軌道交通中指揮列車(chē)運(yùn)行的依據(jù)，它作為城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)輸組織的工作計(jì)劃與調(diào)整基礎(chǔ)，意義重大[1][2]。因此，一個(gè)能夠清晰展示列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃的運(yùn)行圖對(duì)于軌道交通的正常運(yùn)行具有重要的意義。

城市軌道交通在運(yùn)行過(guò)程中受到眾多因素的影響，比如，軌道上的列車(chē)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)列車(chē)晚點(diǎn)，甚至多趟列車(chē)連帶晚點(diǎn)等意外情況，所以在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不可避免的會(huì)發(fā)生偏離原定計(jì)劃的現(xiàn)象。因此，調(diào)整修改運(yùn)行圖的功能是一個(gè)設(shè)計(jì)良好的運(yùn)行圖鋪畫(huà)編制系統(tǒng)的必備模塊。

本文詳細(xì)闡述了一個(gè)基于MFC的文檔編碼結(jié)構(gòu)，使用面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，?shí)現(xiàn)了城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行圖的鋪畫(huà)和調(diào)整的程序。最后給出了本程序在上海軌道交通八號(hào)線(xiàn)上的仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

1 列車(chē)運(yùn)行圖編制模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

總體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)的維護(hù)，也有利于系統(tǒng)以后的功能擴(kuò)展。在系統(tǒng)中，車(chē)站計(jì)劃員和工作站操作員要實(shí)時(shí)了解列車(chē)的運(yùn)行情況，并在需要的時(shí)候?qū)\(yùn)行進(jìn)行調(diào)整操作，因此運(yùn)行圖部分關(guān)鍵技術(shù)包括列車(chē)運(yùn)行圖編制、列車(chē)運(yùn)行圖調(diào)整、列車(chē)運(yùn)行圖輸出及數(shù)據(jù)管理四部分[3]。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

軟件采用MVC三層架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)層、控制層和視圖層。其中數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)庫(kù)、XML文件的交互，為控制層提供數(shù)據(jù)?？刂茖迂?fù)責(zé)接受用戶(hù)的控制信息并對(duì)數(shù)據(jù)層提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。視圖層負(fù)責(zé)運(yùn)行圖的鋪畫(huà)和展示工作。

其中視圖層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，列車(chē)運(yùn)行圖涉及許多方面的編圖數(shù)據(jù)(列車(chē)信息、車(chē)站信息、線(xiàn)路信息、車(chē)庫(kù)信息、列車(chē)時(shí)刻表信息和圖形顯示信息等)的處理和結(jié)果輸出的處理(編調(diào)圖數(shù)據(jù)庫(kù)管理、運(yùn)行圖人工調(diào)整、運(yùn)行圖輸出、列車(chē)時(shí)刻表輸出以及指標(biāo)統(tǒng)計(jì))，這些都在控制層中完成[5][8]。

2 系統(tǒng)框架和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用了MFC的文檔/視圖結(jié)構(gòu)為框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。主要圖形數(shù)據(jù)放在CGraphDoc類(lèi)（從CDocument派生的文檔類(lèi)）中；在CDisplayView視圖（運(yùn)行圖顯示與調(diào)圖視圖）中用圖形數(shù)據(jù)對(duì)象提供的接口對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示輸出，即顯示/打印運(yùn)行圖，并在調(diào)圖操作時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行修改；在CGraphView視圖（站名與區(qū)間信息視圖）中，同樣調(diào)用圖形數(shù)據(jù)對(duì)象接口顯示車(chē)站和區(qū)間信息。由于車(chē)站信息也是運(yùn)行圖的一部分，兩視圖顯示的位置必須一致，二者就依賴(lài)于文檔類(lèi)中的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一。

（2）運(yùn)行圖調(diào)整子系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)調(diào)整系統(tǒng)包含這樣一些功能：運(yùn)行圖圖形顯示和操作，運(yùn)行線(xiàn)的調(diào)整，周轉(zhuǎn)關(guān)系的調(diào)整，調(diào)整約束檢測(cè)，和其他一些輔助功能[4]。

圖2描述了運(yùn)行圖調(diào)整子系統(tǒng)的模塊框架以及各個(gè)子模塊之間的相互關(guān)系，圖中細(xì)箭頭標(biāo)示控制流，粗箭頭表示數(shù)據(jù)流。該調(diào)圖子系統(tǒng)與主系統(tǒng)之間只有數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)，是松耦合結(jié)構(gòu)，因此只要數(shù)據(jù)通訊接口統(tǒng)一，該調(diào)圖子系統(tǒng)完全可以整合到任何編圖系統(tǒng)框架之下。在調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部，分為顯示和調(diào)整兩大模塊，顯示模塊完成運(yùn)行圖圖形顯示和操作，調(diào)整模塊完成運(yùn)行線(xiàn)的調(diào)整，周轉(zhuǎn)關(guān)系的調(diào)整，這兩個(gè)個(gè)模塊均以運(yùn)行圖對(duì)象為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)對(duì)象則根據(jù)TimeTable生成。顯示與調(diào)整模塊兩者互不干涉的完成顯示和人工干預(yù)的功能，但兩者常常需要通信，因?yàn)檎{(diào)整?；谶\(yùn)行圖顯示。

圖2 運(yùn)行圖調(diào)整子系統(tǒng)的模塊圖

（3）運(yùn)行圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由運(yùn)行圖的組成元素可以將運(yùn)行圖作為一個(gè)大的對(duì)象(TrainGraph)，其內(nèi)部包含了運(yùn)行圖網(wǎng)格(Grid)、運(yùn)行線(xiàn)（Train Line）、周轉(zhuǎn)線(xiàn)（Circulation）、到發(fā)時(shí)刻點(diǎn)等對(duì)象。運(yùn)行圖的所有相關(guān)操作都要通過(guò)運(yùn)行圖對(duì)象來(lái)完成。因此可設(shè)計(jì)各對(duì)象的關(guān)系如下圖3。

圖3 運(yùn)行圖內(nèi)部對(duì)象關(guān)系

這個(gè)結(jié)構(gòu)是符合一般運(yùn)行圖編制軟件的普遍要求的，運(yùn)行圖中的元素是可增加的，而且具有較好的可擴(kuò)展性，不論是用面向?qū)ο蠡蚍敲嫦驅(qū)ο蟮恼Z(yǔ)言都可以很容易實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，運(yùn)行圖在接收參數(shù)TimeTable后，就由TimeTable產(chǎn)生了運(yùn)行線(xiàn)集合并保存在鏈表中。其內(nèi)部到發(fā)時(shí)刻保存在數(shù)組中，周轉(zhuǎn)線(xiàn)沒(méi)有獨(dú)立成為一個(gè)對(duì)象，而是作為運(yùn)行線(xiàn)的一個(gè)屬性。

所以設(shè)計(jì)時(shí)所有顯示及調(diào)圖操作基本上都圍繞這兩個(gè)類(lèi)：

CtrainGraph類(lèi)：負(fù)責(zé)整幅運(yùn)行圖的操作，包括建立運(yùn)行圖對(duì)象、格式設(shè)置、顯示比例設(shè)置、繪制整幅圖、車(chē)站及區(qū)間信息顯示等操作。

CtrainLine類(lèi)：其對(duì)象表示運(yùn)行圖中各段線(xiàn)路。該類(lèi)負(fù)責(zé)線(xiàn)路的繪制、擦除，提供調(diào)圖操作所需的必要接口。

（4）運(yùn)行圖的輸出與調(diào)整。①運(yùn)行圖信息。本設(shè)計(jì)利用XML文件保存運(yùn)行圖顯示和運(yùn)行圖調(diào)整的內(nèi)容，在主系統(tǒng)與子系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)和信息是由參數(shù) TimeTable來(lái)關(guān)聯(lián)的，TimeTable是從XML讀取的一種保存了運(yùn)行圖顯示和運(yùn)行圖調(diào)整內(nèi)容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。XML文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)如下所示：

＜TimeTableLists＞

＜Name＞時(shí)刻表 1＜/Name＞ //時(shí)刻表名稱(chēng)

＜TimeTable＞

＜ID＞801＜/ID＞ //列車(chē) ID

＜Record＞

＜Line＞39＜/Line＞ //運(yùn)行線(xiàn)路

＜Platform＞HTM-PS23＜/Platform＞ //?？空九_(tái)名

＜Arrival＞05∶14∶00＜/Arrival＞ //到站時(shí)間

＜Departure＞05∶14∶00＜/Departure＞ //離站時(shí)間

＜/Record＞

……

＜/TimeTable＞

＜TimeTable＞

……

＜/TimeTable＞

＜/TimeTableLists＞②運(yùn)行圖顯示。圖3描述了運(yùn)行圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的從屬關(guān)系，運(yùn)行圖的顯示模塊是建立在運(yùn)行圖對(duì)象結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上的，首先對(duì)各對(duì)象實(shí)現(xiàn)各自的OnDraw()函數(shù)，運(yùn)行圖顯示則通過(guò)運(yùn)行圖對(duì)象的OnDraw()函數(shù)調(diào)用其內(nèi)部各對(duì)象的OnDraw()來(lái)完成。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，在運(yùn)行圖對(duì)象（CTrainGraph）中實(shí)現(xiàn)運(yùn)行圖顯示的方法。通過(guò)運(yùn)行圖坐標(biāo)原點(diǎn)在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（CTrainGraph的屬性m_OrgPoint）就可以完成設(shè)備坐標(biāo)系與運(yùn)行圖坐標(biāo)系的映射。Time2Point()與Point2Time()函數(shù)完成了時(shí)間到運(yùn)行圖橫坐標(biāo)的映射。

③運(yùn)行圖調(diào)整。運(yùn)行圖的調(diào)整模塊是運(yùn)行圖系統(tǒng)另一重要的模塊。目前，人機(jī)交互方式在圖形界面下仍然以鼠標(biāo)+鍵盤(pán)為主[11]。雖然很多新人機(jī)交互技術(shù)層出不窮，像手寫(xiě)筆或觸摸屏的發(fā)展，然而鼠標(biāo)+鍵盤(pán)+圖形界面元素（菜單、按鈕等）完全可以對(duì)運(yùn)行圖精確調(diào)整[9][10]。所以每個(gè)調(diào)整圖行的操作，包括運(yùn)行圖的縮放，添加、刪除和移動(dòng)運(yùn)行線(xiàn)，增加和刪減停站，變更區(qū)間運(yùn)行時(shí)分等等，都可以分解為一系列連續(xù)或獨(dú)立鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的操作。拿平移運(yùn)行線(xiàn)舉例來(lái)說(shuō)，它可以是下面一系列鼠標(biāo)操作：按下左鍵選定運(yùn)行線(xiàn)-＞拖動(dòng)運(yùn)行線(xiàn)-＞放開(kāi)完成拖動(dòng)，也可以是鍵盤(pán)操作：選擇運(yùn)行線(xiàn)-＞輸入平移位移量-＞確定完成修改。運(yùn)行圖調(diào)整模塊的設(shè)計(jì)如下圖4所示：

圖4 運(yùn)行圖調(diào)整模塊設(shè)計(jì)

其中GraphCommand類(lèi)提供了鼠標(biāo)按下、移動(dòng)，鍵盤(pán)等操作的通用接口，子類(lèi)繼承、實(shí)現(xiàn)這些接口。

另一個(gè)重要的類(lèi)是Memory，它記錄了操作之前的運(yùn)行圖狀態(tài)，是為了完成撤銷(xiāo)及恢復(fù)的操作。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，調(diào)整操作對(duì)象均從GraphCommand對(duì)象繼承，子操作具體實(shí)現(xiàn) GraphCommand的接口，調(diào)用時(shí)只需通過(guò)GraphCommand指針完成，例如鼠標(biāo)移動(dòng)消息響應(yīng)函數(shù)OnMouseMove()：

void CmyView ∶∶ OnMouseMove ( UINT nFlags, CPoint point){

……

if(m_pGraphCommand != NULL){

BOOL bRet = m_pGraphCommand -＞OnMouseMove( nFlags, ScrollPos, point，… );

}

……

}

調(diào)用前只需確定 m_pGraphCommand的具體操作，如m_pGraphCommand = &DeleteLine；則調(diào)用平移運(yùn)行線(xiàn)操作的OnMouseDelete()。

3 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

為了證實(shí)上述程序的有效性，我們選擇上海軌道交通 8號(hào)線(xiàn)2008年列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表的計(jì)劃數(shù)據(jù)，并將其保存為結(jié)構(gòu)如表1、表2、表3所示的TimeTable。使用前述程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理，得到圖5所示的列車(chē)運(yùn)行圖。

圖5所顯示的列車(chē)運(yùn)行圖中，橫坐標(biāo)代表時(shí)間，縱坐標(biāo)代表列車(chē)所經(jīng)過(guò)的具體車(chē)站，紅色代表上行計(jì)劃線(xiàn)，藍(lán)色代表下行計(jì)劃線(xiàn)，粉紅色表示實(shí)際上行線(xiàn)，淺綠色表示實(shí)際下行線(xiàn)。在時(shí)間軸上的水平線(xiàn)是周轉(zhuǎn)線(xiàn)。從圖中可以看出，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整模塊調(diào)整后實(shí)際運(yùn)行線(xiàn)與計(jì)劃運(yùn)行線(xiàn)之間還是有一定偏差，這時(shí)可以運(yùn)用調(diào)整模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖謩?dòng)調(diào)整包括跳停、扣車(chē)、調(diào)整運(yùn)行時(shí)分等方法。

從圖中可以看出，此種方式能夠繪制出表達(dá)清晰的列車(chē)運(yùn)行圖。

表1 時(shí)刻表信息

表2 時(shí)刻表信息 （續(xù)）

上海地鐵8號(hào)線(xiàn)用于以上系統(tǒng)后所顯示的部分運(yùn)行圖如圖8所示。

圖5 上海地鐵8號(hào)線(xiàn)模擬運(yùn)行圖

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