公共交通一体化出行App的设计与研究

张博　徐秀月

摘要：近年来，我国的城市规模逐渐扩大，出行成为人们工作、生活必不可少的环节。但传统的公共交通模式已经不能满足人们对出行次数与质量的要求：不能及时知晓交通堵塞程度而改变出行计划，无法提前了解需要乘坐的公共交通工具何时到站等。为此，我们设计了一款App，以弥补公共交通的不足，对推动公共交通运营模式创新，满足人们出行需要、加快交通模式升级、提升公共交通行业的创新水平具有重要意义。

关键词：公共交通 Floyd算法 蚁群算法

中图分类号：TU247  文献标识码：A  文章编号：1009-5349（2020）16-0250-03

当今，城市公共交通已成为人们生活中密不可分的一部分，其快捷、低价的特点成为上班族、学生及大部分人群的首选出行方式，它在减轻污染的同时，还缓解了城市交通堵塞的问题。但当下的公共交通运营管理已不能满足公众对出行的需求。为此，我们希望通过一款App弥补公共交通系统的不足，如候车时间过久、支付车费不便等问题。用户通过智能设备下载App可以提前了解公交车的相关信息及路况，高效率出行，节约自己的宝贵时间。

一、绪论

（一）国内外研究现状

我国的智能交通研究晚于其他国家，但是发展迅速。北京、上海、广州等城市相继建设了先进的智能交通系统。其中，北京建立了道路交通控制、公共交通指挥与调度、高速公路管理和紧急事件管理四大ITS系统;广州建立了交通信息共用主平台、物流信息平台和静态交通管理三大ITS系统。由此可见，智能交通系统在我国得到越来越广泛的运用。

20世纪90年代初，美国、日本等国在完善“公交优先”战略基础上，首次应用了“智能运输”理念。美国采用实时调度理论和实时信息发布理论为核心的公共交通系统，向乘客提供相关的信息;日本通过标准化乘客服务系统和硬件系统，为乘客提供查询等服务;欧洲国家利用公交优先和专用车道等战略，提升其本土的公共运营效率。

（二）研究意义

本研究旨在使用户掌握所在城市的公共交通的实时信息;使用户查询到最优的乘坐方案，节省出行时间;改变乘客在站点等候的被动地位，使其及时了解实时路况，发挥主动性;为用户提供可供选择的最优支付方式，满足各年龄段用户的需求;实时提供精确的定位，及时更新站点信息;开设论坛和反馈功能，使用户及时了解官方权威信息及路况，并根据用户的需要进行反馈和交流;保护用户的隐私及财产安全，提高安全性。

二、系统分析需求

（一）用户需求分析

随着物质生活水平的日益提高，人们已不再满足于温饱状态，更注重生活上的享受，人们对于出行次数与出行质量的要求也有所提升。但公共交通的线路与数量有限，且受其他因素影响，给人们带来较差的乘车体验等一系列的乘车问题。随着网络的迅速普及，人们更依赖移动智能设备。为缩短出行时间、提升出行质量、获取简便的出行方式，更多人选择通过网络获取相关的信息。针对上述情况，各种应用软件问世，解决了人们在出行中的问题。以问卷调查为例，在出行交通工具的选择上，大多人倾向于乘坐公交车、地铁等公共交通出行。多数人认为，选择公共交通虽方便，但缺少良好的体验。（见图1）

（二）功能性分析

1.实时性

及时获得有效的信息对于人们做决策有着非常重要的作用。在公共交通的选择上也需要及时获取相关信息，并及时发布给用户，使用户及时了解路程时长、换乘方式、附近周边、所需费用等相关信息，为用户提供全面、高效的出行方式，供用户选择。

2.准确性

很多时候，用户并不熟悉附近的公交站点，但可以用智能设备的App所提供的位置服务（LBS）对自己所在的地点定位。智能设备的App以用户的位置为原点确定用户的经纬度坐标，通过蚁群算法分析筛选得出距离用户较近的公交站点，供用户选择并引导其前往。

3.预估性

在用戶选择路线后，App可使用户掌握主导权，清楚地了解当前公共交通的情况，准确预计到达时间，合理分配自己的时间。但问题并不是绝对的，好多外部因素会使问题的结果具有多样性，因此在考虑预测公共交通到达站点的时间时，也要考虑外部因素的影响。

4.安全性

如今信息和网络发展迅速，不法分子盗取用户的信息给人们造成了很大的麻烦。对于一款应用软件而言，安全性是用户最关心的问题。这里的安全性包括软件系统的安全性、后台维护人员管理员权限的安全性、保护用户信息的安全性等。

5.交互性

应用软件只有各功能相互交互、相互协作，才能更好地运行，方便用户的使用。当然，软件交互，但并不意味着没有独立性。软件开发要“高聚合，低耦合”，只有当聚合性较高、耦合性较低时，其独立性才较好。因此在开发时，各个功能模块间需要有独立性，同时通过接口也要使各模块交互。

6.反馈性

各种软件的研发初衷都是服务于人民，为人们提供较为简便、舒适、高效的服务。想做好一款软件也应听取民意，满足人们的需求，及时对应用软件的布局、功能等进行修改。因此软件也应该具备强大的开发、储存、处理功能，致使软件在后期能根据用户的需求进行相应的修改。

（三）非功能性分析

1.全民性

（1）“私人定制”个性化设置。软件在设计的过程当中，不仅应考虑以青年为主体的出行人群的需求，还应针对手机操作不娴熟的人群进行特定分析，设定单独的程序使用入口。首次登录时每个人针对自己的日常需要选择相关的便民服务功能，如有老人证的不需要进行支付，每天只关注自己到市场、公园的交通路线的道路拥堵情况、不同时段线路内公交车的座位空闲情况。下次登录自动记忆常用功能，过滤掉不常用的其他复杂功能。

（2）“引导式操作模式”人性化体验。根据用户当前的位置以及每天的行程路线，自动分析用户的行程轨迹，提示用户是否要查询常用的道路拥堵情况和车辆信息。采用引导式思维帮助用户快速掌握程序操作，不需要主动学习使用。

（3）自动记忆行为习惯。根据用户使用App的习惯，智能记忆用户的重复操作，减少不必要的使用步骤。例如：老人打开App后根据设定常用路线自动打开该模块并按照以往查询的线路直接查询。如果客户累计多日重复关注几条线路的情况，那么系统会智能地将这些线路列为用户查询的首选项。

（4）语音识别。针对部分手机打字不娴熟或不会打字的人群，可使用设备虚拟键盘语音录入，系统根据用户录入的语音信息智能匹配搜索用户需求。针对部分地区方言也有一定的兼容性，保证各地人群的快捷操作，同时在下载程序时，选择常用语音，针对各种区域性语音和国际主要通用语言分别定制不同的程序操作模板。

（5）儿童专区。针对儿童团体，App支持智能手表打开，将儿童使用的主要功能封装，保证儿童出行时也可使用。

2.包容性

程序在前期调研阶段针对“一体化出行”做深刻了解，并通过社会调研将各行业人群分别做出详细的调研报告。“一体化出行”不仅适用于日常出行人群，还对特有社会服务人群有着至关重要的作用。例如：救护车、火警等急救类社会服务群体，有针对性地设定了专门的服务模块，快速定位解救地址并呈现所有路线的路况、距离、预计耗时、中途应急路线更改方案等。通过大数据快速计算最优路线，同步通知相关路线的所有公交车辆、私有车辆提前让出应急专用车道或公交专用车道，做出社会响应。

3.便民性

便民性自古便是政策推行的良方，因此无论从程序的推广，还是功能操作的便捷性来讲，都要做出最优的方案。在程序的推广上，支持华为商店、Iphone Store、应用宝等所有操作系统的手机下载;同时支持所有的智能软件下载，支持小程序快捷入口。在程序的操作上，尽力简化操作步骤，支持文字输入、语音输入等满足各类使用人群。后续我们会同各省市区的公交公司、出租车营运公司、加油站等进行支付对接，支持支付宝、微信、银联等主流支付方式，让用户切身体会程序的便民含义。

4.兼容性

现今社会，智能设备已经融入人们的生活，因此，兼容性也成为衡量一款软件好坏的重要指标。兼容性包含很多必要的属性：软件的安装不需采用有别于为该软件准备的活动从而适应不同的规定环境有关的软件属性;软件遵循可移植性有关的标准或约定的软件属性;软件在该软件环境中用来替代制定的其他软件的机会和努力有关的软件属性。

兼容性的衡量指标大多来源于可见兼容性评判标准，如操作系统兼容性、硬件设备的兼容性等。项目产品在研发的过程中针对各种操作系统、机型都需要兼容性测试。针对低内存电子设备的应用流畅性也做出了最低限度的可行性分析。

5.稳定性

软件的稳定性很难通过建模的方式计算，不同维度、应用场景功能的稳定性需要用不同的衡量杠杆进行计算。例如常规的地图辅助类软件的稳定性较强，因为它们关注得更多的是程序的容错率，容错率高自然程序稳定性高，但准确率相对偏低。对此，程序的设计初衷更倾向于阿里云的执行标准，在计算分析相关功能大数据时，不会降低准确性来提高运行效率和稳定性;而是建立云端计算平台，采取空间换时间的方式，在不影响软件运行效率和稳定性的同时，保证数据的准确性。因为南北方不同地区针对云服务商的网络兼容性不尽相同，我们会有针对性地在不同地区选择不同的云服务器运营商，而运营商的选择同样会在阿里云、华为云等稳定性强并且售后稳定的重点企业中选取。

三、系统设计

（一）查询模块

查询模块包括三个功能，分别为：公共交通的线路查询、预计到达的时间预测以及附近的标志性建筑查询。（见图2）

1.公共交通线路查询

用户使用公共交通线路查询可以查询到距离用户最近的公共交通站点以及到达目的地所需要的乘坐方案。首先，应用软件先取得用户所在位置的权限，以用户所在位置为中心，通过蚁群算法或Floyd算法计算出距离用户最近的公共交通站点，用户根据自己的需要选择公共交通站点，并连入相关的地图导航对用户进行指引。其次，用户查询到达目的地的公共交通乘坐方案时，一般都会通过转乘到达目标地点。当然转乘也存在多种情况：一为乘客选择最短路径来实现自己的出行，可采用蚁群算法、Floyd算法、遗传算法等实现;二为乘客选择最短时间实现自己的出行，可采用SSTF算法、SCAN算法实现;三为乘客选择最简洁的换乘次数实现自己的出行，可采用深度优先算法实现。在计算出上述三种情况的转乘情况后，为用户一一列举，用户根据自己的实际需要进行选择。

2.预计到达时间

通常提起计算时间，常规的方法为路程/速度，当然这是理想状态下的计算。在现实生活中，一定存在影响到达时间的外界因素。例如：天气情况、高峰时段人流量过多造成时间过长、高峰时段路况拥堵造成的时间不确定等情况。上述情况均会多于理想的到达时间，造成预计时间不精准。为了精准的预测公共交通到达目的地及到达乘客所需乘坐站点的时间，可使用一些模型来辅助计算到达的时间增加其精准性。在模型的选择中，可以采用回归预测模型、灰色预测模型、时间序列模型、人工神经网络模型、支持向量机模型。上述模型各有利弊，我们需要根据需求进行选择。

3.附近标志性建筑查询

附近标志性建筑查詢功能适用于查询标志性建筑观光的用户及不了解城市布局的用户。标志性建筑查询分为两部分，一是为用户提供附近的商圈、公园、广场供用户选择游玩;二是为用户提供应急的地点定位，如医院、厕所等场地。用户在查询需要到达目的地时也会在地图中标注标志性建筑物，使用户明确路线，避免过站或找不到位置的情况，也满足了用户的其他要求。

（二）信息模块

信息模块包括三个功能，资讯功能、论坛讨论功能以及反馈功能。资讯功能是专门用于实时发布官方、权威信息的平台，在提前预测到台风或风雪预警等或道路上发生交通事故意外状况时，用户能够实时收到消息并及时做出相应的调整。论坛讨论功能是为用户提供的一个交流平台，此功能可使用户发布相关信息与用户交流。平台对论坛交流功能进行管理，避免用户发布不实言论。反馈功能用于用户发现平台不能满足用户的需求时，用户向平台反馈，平台给予及时的回应，并做出一定的改善。

（三）支付模块

支付模块包括两个功能，交通支付功能以及其他支付功能。交通支付功能满足“一体化出行”，用户在乘坐公共交通时用相关支付功能支付，包括支持支付宝、微信、银联等主流支付方式。用户在使用支付功能时不需要考虑用户需要到达的站点以及中途需要换乘等一系列问题。有为老人和儿童设计的支付方法。老人通过平台的认证无须支付，儿童通过智能手表进行支付。

（四）个人信息模块

个人信息模块包括两个功能，用户个人信息管理功能以及授权管理功能。用户个人信息管理功能是管理个人姓名、性别、年龄、生日、手机号码、所在地、昵称等信息。同时平台加强用户个人信息的安全管理，防止用户的个人信息遭到泄露而导致一些不必要的麻烦。用户在信息模块论坛功能各抒己见时，只显示用户的昵称及所在地以保护用户的信息。授权功能是专用于用户在进行“一体化出行”时所需要授权给支付宝、微信、银联等以方便用户进行支付，用户可以随时绑定或解绑。

四、总结与展望

（一）总结

本文关于城市公共交通一体化出行指南App的设计与研究，以满足公众的需求为主要目的;考虑到用户的目的地选择、路径选择、交通方式选择等，通过蚁群算法、Floyd算法计算出距离用户最近的公共交通站点，采用SSTF算法、SCAN算法计算最短时间路线，使用深度优先算法来实现以最简洁的换乘次数出行。为了更加精准地预测公共交通到达目的地及到达乘客所需乘坐站点的时间，我们采用一系列数学模型辅助计算到达的时间来增加精准性，更接近实际出行的状况。同时支持所有的智能设备的下载。支持各类小程序快捷入口，在程序的操作上确保简洁性。支持文字输入、语音输入满足各类使用人群。支持支付宝、微信、银联等主流支付方式，增添其便民性。

（二）不足与未来展望

在互联网主导我们生活的今天，如果在网络信号较差的区域会造成信息的延遲与阻隔;用户在网络信号较差的区域支付，会造成无法成功支付的现象，影响用户的出行时间。

由于专业知识和水平有限，在某些方法的解决及算法上都有不足之处;由于时间有限，没有反复商榷及推敲相关功能是否还存在更好的解决方法。在未来的工作生活中，也会加强学习与思考。

参考文献：

[1]高名佳.城市创意交通App《穿梭》的UI交互设计[D].天津：天津科技大学，2017.

[2]庞铖.基于ios平台的智能出行App的设计和实现[D].北京：北京邮电大学，2017.

[3]宋翠颖.信息即时交互下的公交路径选择方法研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[4]谢玲.公交到站时间预测及换乘机制的研究[D].苏州：苏州大学，2014.

责任编辑：赵世鹏