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轨道交通收费数据模拟生成软件的设计和实现毕业论文
轨道交通收费数据模拟生成软件的设计和实现毕业论文
题目轨道交通收费数据模拟生成软件的设计和实现
__院（系）_专业
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姓 名
指导教师
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起止日期
设计地点
轨道交通收费数据模拟生成软件的设计和实现
摘要
近年来，随着经济的快速发展，作为城市交通建设中重要的组成部分——轨道交通建设也得到快速的发展。
城市轨道交通是一种安全、舒适、快捷、准时、环保的大能力客运交通工具。
其中，自动售检票（AFC）系统是其中最为重要的组成部分，是体现和衡量轨道交通信息化水平的重要标志。
在进行轨道交通的各种软件、票卡设计时需要轨道交通实际收费原始数据作参考和验证，而各城市轨道交通的相关原始收费数据保密程度是很高的，这就迫切需要能自己生成在各种条件下的模拟原始收费数据。
本设计能够模拟生成在各种条件下地铁进出站时所产生的收费原始数据，并将数据保存备份。
该系统采用模块化设计思想，具有界面友好、操作方便、交互灵活特点，已具备基本的数据产生及保存功能。
本系统主要实现了以下几个功能：
①参数设置，包括：
线路站点图，票卡种类设置，票率设置，数据生成周期，人流总量设置，人流量分布设置等；②票价计算，主要是利用Dijkstra算法智能查询最短路径并根据南京当地地铁收费标准进行票价的规定；③收费数据的生成，根据每一次的收费数据，按照一定的格式输出收费信息，包括时间，起始站点，到达站点，乘客选择的路径，经过的站点数，票价等；④统计报表的生成，主要根据设置的数据生成周期，同步的产生已规定好的报表格式，将各个参数写入并且保存。
关键词：
Dijkstra算法，自动售检票系统，收费文件，报表，C#窗体应用程序
RAILTRAFFICCHARGEDATASIMULATIONGENERATIONOFSOFTWAREDESIGNANDIMPLEMENTATION
Abstract
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofeconomy,urbantrafficconstructionasanimportantcomponentpartoftherailtrafficconstruction-hasalsobeenfastdevelopment.Urbanrailtransitisasafeandcomfortable,rapid,ontimeandenvironmentalprotectionofgreatpowerpassengertraffictools.Amongthem,theautomaticfarecollection（AFC）systemisoneofthemostimportantpartofthemeasureistoreflectandrailtrafficinformationlevelofimportantsymbol.Inrailtransitinthevarioussoftware,designneedridesrailtrafficactualchargesfororiginaldataforreferenceandverification,andtheurbanrailtransitrelevantoriginalfeedataconfidentialdegreeishigh,itisurgenttoneedtobeabletogenerateitsowninvariousconditionssimulatedoriginalfeedata.Thisdesigncansimulategenerationinvariousconditionsinandoutofthesubwaystationwhichchargeoforiginaldata,andwillsavedatabackup.
Thesystemadoptstheideaofmodulardesign,hasfriendlyinterface,easyoperation,interactiveflexiblecharacteristics,alreadyhasbasicdatatocreateandsavefunction.Thissystemmainlyrealizedthefollowingfunctions:
①parametersSettings,including:
linesitemap,rideskindsSettings,ticketratesetting,datagenerationcycle,thetotalflowsetting,streamdistributionsetting;②thefarecalculationisthemainDijkstraalgorithmintelligentinquiresaccordingtotheshortestpathandnanjinglocalsubwayfaresontheprovisionsofthechargestandard;③chargedatageneration,accordingtoeachchargedata,accordingtocertainformatoutputchargeinformation,includingtime,startsite,arrivedatthesite,passengerschoosepath,aftersitenumber,fares,etc.;④thegenerationofstatisticalreports,mainlybasedonthedatagenerationcycleset,synchronousgenerationhasstipulatedgoodreportformat,willwriteandsaveallparameters.
KEYWORDS:
Dijkstraalgorithm,automaticfarecollectionsystem（afc）chargingdocuments,reports,C#applicationform
第一章绪论
1.1引言
轨道交通自动售检票（AutomaticFareCollection，AFC）系统是城市轨道交通的重要组成部分，特别针对我国人口众多、客流量大的应用特点，自动化的轨道交通售检票系统及其可重复使用的智能lC车票，可以大大加快乘客购票和进出站时间，提高客运量及提供人性化服务。
在当今轨道交通AFC系统中“一卡通”是AFC系统的发展方向,IC卡技术的应用促使地铁收费系统与其他公共交通收费系统共用一张卡进行收费。
为使AFC系统稳健发展,提出保证系统顺利实施和高效运作需要把握的关键和相应措施。
在地铁大系统中,自动售检票系统（AFC系统）以其高度的智能化设计,扮演着售票员、检票员、会计、统计、审计等角色,以数据收集和控制系统实现了票务管理的高度自动化。
随着电子技术的高速发展,自动收费系统理念和技术也发生了巨大变化,一卡通、电子钱包等便利手段的应用愈来愈普及。
本设计主要是根据轨道交通（主要是地铁）AFC完成轨道交通运营管理中的售检票及清分功能，因为它直接由乘客打交道，是城市交通的重要窗口，所以它也是轨道交通的重要组成部分。
轨道交通AFC系统由轨道交通清结算中心系统（CCHS）、线路中心系统（LCC）、车站系统（SC）、终端设备（SLE）和票卡组成。
CCHS、LCC和各SC系统都有其各自的局域网，系统通过一个专用传输网络来连接。
在进行轨道交通的各种软件、票卡设计时需要轨道交通实际收费原始数据作参考和验证，而各城市轨道交通的相关原始收费数据保密程度是很高的，作为开发商很难获得相关数据。
这就迫切需要能自己生成在各种条件下的模拟原始收费数据。
1.2轨道交通系统发展现状
改革开放以来, 我国城市规模和经济建设飞速发展, 城市化进程日益加快, 城市人口急剧增加, 100 万人口以上的大城市已有34 个, 其中300 万以上的有8 个。
这些大城市一天的客运高峰期间, 旅客高度集中, 流向大致相同, 低运量的交通工具已远远不能满足民众出行的需要。
而采取城市轨道交通系统, 发展多层次、立体化、智能化的交通体系, 是从根本上改善交通需求的重要战略措施之一。
在当今社会，节能环保在全球范围内越来越被重视并且得到许多实际应用。
节能、环保、便捷与准时的大众化交通工具——城市轨道交通正受到全球各个大中城市的青睐，尤其在非洲、亚洲，像埃及开罗、新加坡、泰国曼谷和印度新德里等国家和城市都相继建成城市轨道交通。
我国城市轨道交通的建设始于20世纪60年代的北京地铁，于1965年开工，1969年建成通车，全长40km，采用人工售检票方式。
直到20世纪90年代，我国城市轨道交通建设进入了快速发展期，建设规模之大是世界城市轨道交通发展史之最。
经过10多年的建设，截至2006年年底，己有北京、上海、天津、广州、深圳等10座城市共建成20多条轨道交通线路，总运营里程达504.63km。
经初步预测，到2020年左右，我国将有近20个城市要建设城市轨道交通，总建设里程可达1500kln。
预计到2050年，中国城市轨道交通线路总长将超过4500km。
自动售检票系统是国际化大城市轨道交通运行中普遍应用的现代化联网收费系统，随着自动售检票系统的启用，乘客现在可以通过各入口处的自动售票机购买电子票。
目前上海、北京、广州、天津、深圳、南京等大城市的轨道交通地铁站都广泛使用了AFC系统作为重要客运管理应用，更多的应用场合包括电影院，体育馆，歌剧院，火车站，机场等。
1.3自动售检票系统研究概况
本设计研究的是轨道交通系统收费数据模拟生成软件，涉及到具体的收费数据，因此所涉及的系统软件需要缜密、完善、健壮以及可移植可拓展性。
在此我们需要先了解轨道交通系统的一些构成，然后了解本次设计所需要用到的技术、开发环境、重点难点的解析，所以需要先查阅相关资料了解最新的工程背景，从而能使软件更切合实际的运用到实际工程中。
随着线路的不断增加,AFC（automaticfarecollection,自动售检票）系统正逐步进入网络化建设阶段。
为了提高AFC系统的运行效率,降低建设成本,提高服务水平,保证轨道交通的经济效益和社会效益,需要编制线网AFC系统技术规程。
在南京的AFC技术规程制定的过程中,业主对技术规程制定小组采用目标管理和过程控制相结合,对关键技术进行攻关,保证技术规程的正确性、可行性、适用性、完整性、可扩展性和先进性[1]。
因此AFC系统所有的设计需要遵照技术规程，从而达到各个承包商产品的兼容性、互联互通性。
城市轨道交通车票从发行机构及应用范围来分,有一卡通和一票通种、一卡通由城市公共交通行业指定部门来发行,适应整个城市所有的公共交通行业;一票通由轨道交通行业指定部门来发行,用以实现轨道交通线路间无障碍换乘。
对于一票通车票,根据票种属性的不同,常分为两类。
第一类,单程类车票,仅单程有效使用,一般包括普通单程票、纪念单程票、出站票、往返票及带行李单程票等;第二类,储值类车票,可多程有效使用,根据需要可充值再使用,一般包括储值票、计次票、限期票、区域票、员工票等[2]。
由此我们了解到各种票卡，从而对计费软件的算法有一定的帮助。
AFC系统是一个综合性很强的专业系统，一般由中央清分系统（ACC）、线路中央计算机系统（LCC）、车站计算机系统（SC）、车站现场设备（SLE）和车票五层结构体系组成，涉及机械、电子、微控、传感、计算机、网络、数据库和系统集成等多个方面的技术，其中AFC应用系统软件是最核心的技术，它不仅要集成所有售检票设备信息，还要对车票和现金等实物进行管理，涉及车站管理、收益管理和车票管理等各个环节，是实现AFC系统集成的关键环节[3]。
由此可知，AFC系统的构建需要各个领域各个专业的紧密配合，才能完善。
从运行效果来看,票卡业务内置型读写器更适合网络化运营的需要。
该读写器对票卡数据结构、安全密钥、处理流程、交易数据生成、交易验证码计算、交易审计数据生成等处理过程封装在装置内部,避免上述数据的外漏,有效地保护了轨道交通核心数据安全。
该读写器的参数化设置便于对AFC系统统一管理,降低了系统升级维护成本[4]。
这种内置型读写器增加了核心数据的安全性，是当前AFC系统所必须要解决的关键问题。
票卡库存管理系统是典型的信息管理系统，其实施过程主要包括后台数据库的建立和维护以及前端应用程序的开发两个方面。
对于前者要求建立起数据一致性和完整性及数据的安全性，而对于后者则要求应用程序功能完备、易使用等特点。
经过分析使用微软公司VisualB开发工具，利用其提供的各种面向对象的开发工具，尤其是ADO性能方便而简洁操纵数据库的智能化对象，短期内开发出可行的系统[5]。
ACC是AFC系统最上层的管理中心,将承担轨道交通票卡发行、票务收入的汇总、清分、资金划拨和线网AFC系统的运行联动、监督,同时还负责处理一卡通车票在轨道交通中应用的清分和管理,以及对整个线网客流信息的汇总分析。
ACC的基本职能包括收益清分、运营管理、票务管理、分析决策等。
1）收益清分。
主要是指制定并实施清分规则,实现轨道交通各线之间、轨道交通领域与其他行业领域之间的收益清分。
2）运营管理。
主要指客流量、票卡流向、重大故障等线网级运营状况的监视,管理线网属性、密钥、票价参数、车票种类、费率表、乘客服务界面等相关参数,并进行汇总和转发。
3）票务管理。
包括票种的发行计划、票卡初始化与分拣、库存、调拨、注销销毁等。
4）分析决策。
指充分利用清分系统数据平台中的信息资源,为政府决策部门的决策制定提供准确、丰富的数据支持[6]。
多线路的线网情况下存在换乘客流。
无障碍换乘模式下，进出站之间有换乘时，交易数据无法反映乘客的实际换乘路径。
进出站之间的换乘路径可能有多种选择，本文选择南京地铁清分模型采用的最佳路径，作为视同乘客选择的实际换乘路径，将有换乘的行程信息拆分成在各个线路上的乘坐信息。
如果有需要，也可以在此基础上调整，对进出站之间的不同的换乘选择根据权重按比例拆分。
为根据进站时间推算换乘时间，可以采用为同一线路内任意两站设定行车时长矩阵参数的方法，来计算首次换乘后次路径的进站时间。
但是这样处理时，如果行车密度小时间间隔较长，根据进站时间加行车时长计算得到的换乘时间误差比较大，而且列车行车时间、停靠时间有调整时，需要同步调整行车时长矩阵参数。
考虑到计算断面客流一个很重要的目的是为行车组织提供参考，所以不采用行车时间矩阵参数的方法，直接用列车运行时刻表来作为换乘时间计算依据，进一步把按时间段分布的客流，具体推算到每一趟列车上，产生比较实际实用的算法[7]。
1.4论文主要工作和内容
本论文的主要工作是开发一款地铁收费数据模拟生成的软件，主要工作包括系统的需求分析、系统功能设计、体系结构设计和程序代码设计，同时对最短路径查询方法进行研究，在建立了其数学模型的基础上，运用Dijkstra算法求解路径问题，实例证明该方案切实可行。
本论文共有六章，组织如下：
第一章绪论主要介绍了课题背景以及轨道交通系统特别是自动售检票系统的国内外发展现状，然后说明了本论文的主要工作和内容。
第二章着重介绍模拟收费系统的总体设计方案，在需求分析的基础上给出了各功能模块的数据形成过程，完成了功能设计工作。
第三章确定整个软件框架的体系结构，进行了软件开发工具的选择，在软件编程思想指导下进行模块的界面设计和代码实现。
第四章介绍了几种最短路径建立数学模型的方法以及其各自的原理。
重点介绍了本系统使用的Dijkstra算法。
第五章系统各个功能的代码实现以及智能查询最短路径的问题。
数据库的建立以及最后通过实例结果对比，说明算法的可行性和优异性。
第六章对论文所做的工作进行总结，并对下一步的工作进行了展望。
第二章模拟收费数据系统需求分析及功能设计
2.1系统需求
需求分析是系统开发最重要的一步，对于模拟收费数据而言，需求分析就是充分了解用户对系统提出的要求，通过对实际当中的工作流程以及查阅文献资料进行了解。
2.1.1软件需求
●具有参数设定功能
包括线路站点图、票卡种类设置、票率设置（系统内部）、数据生成周期设置、人流总量设置、人流量分布设置。
●具有文件存储功能
能够存储起末站点、票卡种类、票价、所属线路等重要数据。
●具有浏览功能
包括浏览各个站点及主要站点确定路径的正确性等内容。
●具有生成报表功能
根据数据生成周期生成统计报表。
●票价分析功能
根据始末站点以及对路径的统计，按照相关规定产生票价。
●系统功能
提供友好的用户界面、时间显示、退出系统及确认等基本的系统功能以及较高级的数据备份功能和界面美化。
2.1.2系统业务流程
整个计费清分系统流程大致为如下4个过程
（1）票卡种类确定
（2）车站售检票设备
（3）车站计算机系统
（4）线路中央计算机系统
（5）城市轨道交通清分系统
如图2-1所示，轨道交通AFC系统由轨道交通清结算中心系统（CCHS）、线路中心系统（LCC）、车站系统（SC）、终端设备（SLE）和票卡组成。
CCHS、LCC和各SC系统都有其各自的局域网，系统通过一个专用传输网络来连接。
图1-1系统主要流程图
2.1.3原始表格及其数据形成样式
一、收费数据表
编号
时间
起始站点
到达站点
票卡种类
票价
实收
找零
二.统计报表格式
时间段
编号
收费金额
总费用
二、登陆用户管理
用户名
密码
2.2系统功能设计
系统功能设计是系统开发过程中的一个重要阶段。
功能设计工作应该自顶向下的进行，首先设计总体结构，然后逐层深入，直至进行每一个模块的设计。
根据整个系统的需求分析，设计一个实用化的地铁模拟收费数据管理系统，下文将对主要开发部分作详细介绍。
内置用户名和密码
地铁模拟收费软件系统
用户信息确认
参数设定
计费系统
数据生成与保存
确认用户名和密码
地铁线路图描述
票卡种类设定
数据生成周期设定
计费算法以及数据
系统内置票率设定
生成周期时间报表
生成当前计费数据
人流总量设定
人流量分布设定
图2-2系统框架
2.3本章小结
本章完成了需求分析的任务，对整个系统的功能自上而下逐个模块进行了设计，并且初步设定了生成数据的类型及参数。
第三章模拟收费数据系统的实现
3.1系统体系结构选择
任何一个应用系统，从单机系统到复杂的网络计算，它都由三部分组成：
显示逻辑部分（表示层），事务处理逻辑部分（功能层）和数据处理逻辑部分（数据层）。
表示层的功能是实现与用户的交互，功能层的功能是进行具体的运算和数据的处理，数据层的功能是实现对数据库中的数据进行查询、修改、更新等任务。
按照当前流行的程序设计方法，可以将数据库应用程序分为两类，一类是两层结构的数据库应用系统，另一类是多层结构的数据库应用系统。
两层结构的数据库应用程序有两种构造方式，这就是客户/服务器（C/S）结构与浏览器/服务器（B/S）结构，可形象地表示为图3-1所示。
C/S结构中显示逻辑和事务处理逻辑部分均被放在客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务器端。
两层C/S数据库体系结构如图3-2所示：
图3-1两层数据库应用程序
图3-2两层C/S数据库体系结构图
相对于采用B/S的浏览器和服务器模式，采用C/S模式有如下优点。
图3-3应用系统C/S结构图
（1）网络负荷较轻。
B/S采用了逻辑上的三层结构，但在物理上的网络结构仍然是原来的以太网或环形网。
这样，第一层与第二层结构之间的通信、第二层与第三层结构之间的通信都需占用同一条网络线路，网络通信量大。
而C/S只有两层结构，网络通信量只包括Client与Server之间的通信量，网络通信量低。
所以，C/S处理大量信息的能力是B/S无法比拟的。
（2）响应速度较快。
由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。
（3）安全性高。
由于C/S采用配对的点对点的结构模式，并采用适用于局域网、安全性比较好的网络协议（例如NT的NetBEUI协议），安全性可得到较好的保证。
C/S一般面向相对固定的用户群，程序更加注重流程，它还可以对权限进行多层次校验，提供了更安全的存取模式，对信息安全的控制能力很强。
一般高度机密的信息系统采用C/S结构适宜。
而B/S采用点对多点、多点对多点这种开放的结构模式，并采用TCP／IP这一类运用于Intemet的开放性协议，其安全性只能靠数据服务器上管理密码的数据库来保证。
3.2软件开发工具的选择
由于本课题是基于C/S模式的系统，我们先主要是在期刊网与万方数据库查阅前辈们所做的案例，看看人家是运用什么技术，什么开发平台。
通过别人的设计，他们应用ASP.NET技术实现网络环境下的轨道交通收费系统的设计管理，利用MicrosoftVisualStudio.NET工具作为开发平台，结合使用ASP.NET技术+SQLServer数据库，使用C#作为编程语言、采用ADO.NET技术进行数据库操作，结合B/S模式的工作原理及特点，并以此为理论技术依据阐述了基于Web的轨道交通收费管理系统的结构设计和具体的实现过程，采用面向对象的编程方法，设计了基于.NET的轨道交通收费信息管理系统。
系统开发数据库采用SQLSERVER2000。
系统部署需满足的软件环境为WINDOWSSERVER2000或2003、IIS6、.NET2.0。
在另外一个设计系统中提出了一种基于B/S模式采用ASP.NET和Web数据库技术的通用公路收费管理系统实现方案。
C#（CSharp）是微软（Microsoft）为.NETFramework量身订做的程序语言，微软公司在2000年6月发布的一种新的编程语言。
C#拥有C/C++的强大功能以及VisualBasic简易使用的特性，是第一个组件导向（Component-oriented）的程序语言，和C++与Java一样亦为对象导向（object-oriented）程序语言。
Csharp（音标[∫a:
p]）（又被简称为"C#"）是微软公司在2000年6月发布的一种新的编程语言，并定于在微软职业开发者论坛（PDC）上登台亮相。
C#是微软公司研究员AndersHejlsberg的最新成果。
C#看起来与Java有着惊人的相似；它包括了诸如单一继承、界面、与Java几乎同样的语法，和编译成中间代码再运行的过程。
但是C#与Java有着明显的不同，它借鉴了Delphi的一个特点，与COM（组件对象模型）是直接集成的，而且它是微软公司.NETwindows网络框架的主角。
正是由于C#面向对象的卓越设计，使它成为
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