公共交通信息化可提高公交、地铁等公共交通的服务质量和效率^[1]。从实际应用来看，GIS已成为公共交通信息化最有效的方法^[2]。交通GIS是集空间和非空间信息于一体，可支持地图测量、数据测量、实时采集、空间分析和专家知识库等空间数据库的计算机集成网络，能够管理和评估城市道路、公共交通网络、车站设施、基础数据和公交运营商信息^[3]。基于GIS的城市公交系统可展现公交的总体分布^[4]、在线分析和评估预测，为合理布局提供数据支撑^[5]。根据空间实体和非空间信息特征，GIS数据模型可将数据组织到不同的基本运算单元(如点、线、面、网等)中，并通过定义拓扑关系和约束条件来描述实体关系^{[6, 7]}。因此，数据模型设计是公共交通GIS研究和开发的基础。

本文提出的公共交通数据模型可以实时建立城市公交系统并创建线路，该模型能够实现分离道路层和线路层的功能。利用站点数据和站点线路生成道路层，结合站点映射中心线来生成公共交通线路层，并通过中心线相邻站点寻找最优路径，该模型可提高线路生成的准确性，并为城市交通GIS的线路分析提供数据支撑。

1 管理对象分析

城市公共交通管理对象分为物理实体和数据实体。物理实体包括道路网络、公共交通设施、线路、车辆和客运分布等客观对象^[8]。数据实体主要是公交日常运营管理数据，如出行时间表、IC卡使用数据、流量统计、销售数据和人员管理数据等^[9]。

道路网络是所有交通信息系统的基础，道路网络建模包括弧节点数据模型(平面或非平面)^[10]、行驶方向模型、车道模型等。数据实体通常以数据库表的形式存在，并且每个数据库表通过关键字相关联。

1) 公共交通设施。①站台：公交车站两侧成对设置。根据实际客运量和地理位置，可分为枢纽、起止点和普通场地3种类型。其中，枢纽通常位于交通繁忙且人口众多的市中心，对城市管理和运营影响很大。②车站：主要指停车场和维修场所。根据车辆数量和起止时间，停车场用于停放需要管理和调度的公交车。

2) 线路。城市公交线路是每条公交线路的定向物理路径，也是城市交通中最重要的组成部分。公交线路分为单向线路和环形线路。其中，单向线路包含上行线路和下行线路；环形线路是指围绕某一区域闭合运营车辆共同组成的环行运输系统。根据固定的顺序和通过的站点，可确定公交线路的空间位置和形态。

在数据模型中，一条线路通过的站点和路段可交替连接。①场地：场地是乘客上下车的位置。实际上，场地是站台在某一特定线路上的投影，其位置根据相应的场地而定。事实上，不同的公交线路可能重叠，多条线路可能通过同一个场地，即站台和场地有一对多的关系。②路段：路段是相邻车站之间的线段，也是公交线路的基本单元。同时，还是沿着公路中心线中两个相邻车站的连接。图 1给出了公交车相关对象之间的关系。

3) 操作信息。公共交通运营信息是与应用业务数据紧密相关的公交GIS信息，其包括频率规划、客运量和乘客收入等数据。公交运营的实际表现体现在车辆存储和组织、各线路收发类别、时刻表、运营时间间隔、运营里程管理、线路业务量和运营收入等多个方面，因此，公共交通运营信息随线路变化也会相应改变。

4) 评估指标。城市公交线路运营应按照一般规定和标准进行规范。公交宏观指标主要涉及7个因素：运营网络总长度、车辆入场率、公交出行比例、公交站点覆盖率、转换系数、线路密度和线路重复系数。这些因素随着运营时间的变化而变化，这些运营时间段反映了城市公共交通分布密度、服务区域、公共出行便利性等整体状况。

2 数据模型设计 2.1 整体模型

公共交通信息集城市基础设施和城市道路网络的数据信息。图 2给出了公共交通信息的数据模型。

在模型中，站点数据是从实际站台中抽象出来的，其中，站台可以看作是线路中的节点。每个站点都有一个独特的站台，通过其空间地理位置记录并用点特征表示。枢纽站点对应比较复杂的站台属性信息数据，且通常用多边形元素表示。所有与该站台相关的站点都与位置密切相关，停车和维护领域相对独立，可以单独表示。

2.2 公共交通管理对象的数据表示

公交管理中的数据内容包括公交站点、线路、线路网络和辅助业务数据4部分。

1) 公交车站数据包含场地和车站两部分。车站和公交枢纽站点的辅助属性信息比较复杂，负责记录车辆数量及其位置和覆盖面积，这将有助于车辆管理和公交运营分析。首站、末站和中途站这是每条线路的连接点，且只涉及到运输线条并以点为特征有助于记录实体的空间位置。

2) 每条公交线路数据不仅记录了所有通过站点的关系，还记录了大量的公共交通专业数据。这将直接影响到公交系统的运行分析和综合评估。因此，该模型使用数据库表来存储数据。实际上，公共交通拥有上行线路和下行线路。交通线路不完全相同，有些线路是单线循环网络。该模型将每条线路作为一个闭环，记录上行线路和下行线路中每个通过的站点编号。

3) 公共交通网络利用当前站点数据、当前站点和线路点实体坐标记录相关数据，由此生成线路网络数据信息，记录站点和线路的拓扑关系。因此，这些数据存储在网络元素结构中。单线循环网络如图 3所示，图中，A₁、B₁、C₁为上行线路站台名，A₂、B₂、C₂为下行线路站台名，a₁、b₁、c₁为上行线路站台场地名，a₂、b₂、c₂为下行线路站台场地名。

图 3中，虚线代表公交车通过的站台线路。上行线路和下行线路形成一个闭环线路，且公交线路与道路中心线重叠。因此，为了清楚地显示上行线路和下行线路，图 3中已经完成了迁移处理。在生成线路的过程中，站台将顺序映射到中心线，然后寻找相邻站点的最短路径，其中bc₁和bc₂在拐点处添加控制点连接单线循环网络所生成的车站，从而最终获得路径。

4) 公共交通。辅助数据主要包含运营信息数据和宏观信息数据。运营数据包括公交IC卡数据，公交车流量分布数据和现有公交网络数据。宏观数据包括公交车数量、公交出行比例、公交出行网络密度、公交非线性系数、公交线路覆盖率、传递系数等。大量的属性信息可以存储在运营信息和宏观信息数据库表中。

2.3 辅助业务数据和线路网络生成过程

公交数据与车站和线路密切相关，这构成了公交网络数据模型。本文提出了以下关联数据来确保线路网络数据的合理性和完整性。①线路和车站：在一条线路上有许多车站，目前的公交线路和当前车站形成一对多关系；②线路和线路网络：车站线路表记录了通过车站的每一辆公交车的全部车站信息，从而生成一条作为城市公交网络基础的公交线路。公交线路和线路网络形成多对一的关系；③线路和单线：城市公交线路构成公交线路网络，每条公交线路对应于网络中的一条线路；④场地和车站：每个车站上有多条线对应每条线的场地，车站和场地形成一对多的关系；⑤运营信息和线路：运营信息基于特定线路中不同运营时间段相同目的地的运营线里程数、客运量、乘客数据和交通收入。

图 4描述了线路网络生成的具体流程。

3 数据模型实现 3.1 数据库组织

基于数据模型设计公交相关宏观信息需要分别记录车站数据、线路数据、场地线路信息、公共交通网络、站点数据和辅助数据。其中，辅助数据中的运行信息与线路数据分开存储，场地线路信息与线路数据相关。

① 车站数据：记录车站的编号、名称、位置、类型及其车站场地；②线路数据：依次记录指定线路、停靠站点、首末班车时间和车辆间隔时间，它还记录各种属性信息，如线路长度、线路车辆总数、售票形式和全线速率、平均运输距离和非线性系数；③场地线路信息：记录每条线路上对应的场地信息，此外，它也记录线路长度和非线性系数，此表记录并存储车站和线路的相关性；④公共交通网络：记录所设计的每条线路以及该线路上所有车站编号和几何信息，交通网络由车站数据和站点之间线路的对应关系表组成，它记录了所有公交线路的地理空间位置和拓扑关系；⑤站点数据：记录停车场和维修场地的数据且数据相对独立，负责记录空间和属性；⑥辅助数据：公交运营信息和宏观信息存储公交运营相关属性，操作信息与线路和时间相关联。

3.2 相关实现

根据所建立的数据库组织，有些道路数据相互独立，有些是相互关联。数据模型中的数据表之间的相关性：车站与线路数据和线路数据通过站点编号和序号进行关联，车站与线路数据和车站数据通过车站序号进行关联，车站数据和线路数据通过站点编号字段连接，线路网络数据和车站数据通过目标字段关联，运营信息和线路数据关联，宏观评估数据、停车场数据和修车厂数据独立存在于数据模型中。

3.3 数据库实现

1) 数据输入。车站数据和线路数据是公交系统的基础。将每个车站数据和线路数据输入到用户提供的数据库中，客流分布数据和站点信息可以在建立的表格文件或系统中输入；宏观评估信息的历史数据可以直接手动输入到数据库，公交运营过程中，所产生的新数据信息可以通过系统功能添加。

2) 实时生成。公交线路是最重要的数据，线路是在站点线路记录上生成。车站信息按顺序记录一条线路上所通过站点之间的对应关系，这些线路是由线路顺序传递的车站信息记录生成。根据所记录的线路、公交车序号和通过车站序号，可利用车站信息中的序号查找到相关车站的空间信息和位置，并依次连接所有的线路来生成道路网络。同时，每条线路都保存在线路数据文件中，并利用所有单线循环网络构成整个线路网络。图 5给出了单线循环网络的最终结果。站点名称依次在线路上标记，上行线路和下行线路标记为不同的颜色。

4 结束语

城市公共交通是城市经济发展和人民生活的公益事业，也代表了市政建设的现代化程度。本文介绍了一种新型城市交通地理信息数据模型，可以实时建立和维护路网。实现了道路层与线路层的分离，生成的线路不依赖于原始道路网络，利用站点映射到中心线的线路场地，使得线路的地理位置更加准确，并使得线路生成只与车站位置和路况有关，系统管理人员可以添加，删除和修改道路信息，而不会影响公交系统的线路生成。除了基本的GIS数据处理功能外，系统还存储和管理公交系统中的车站的数据、运营信息和宏观信息，便于有效组织城市公共交通规划和信息管理。