北京交通大学-基于iPhone平台的校园导航系统开发

1基于iPhone平台的校园导航系统开发设计者：栾晓洁，邵轶琦，周荣指导老师：李海鹰(北京交通大学交通运输学院北京100044)摘要：本项目以最短路径理论为基础，综合考虑校园环境的特殊性，以北京交通大学校园为例进行交通流线规划，将校园入口处至目的地的最优路径转化为校园入口处至相应停车场的最优路径来计算，优化机动车流线，分析校园指路标志现状并提出合理建议。在流线设计的基础上，以Xcode为开发工具，以Objective-C为开发语言，开发出一套基于iPhone平台的数字化校园导航系统，并在系统中嵌入规划后的流线，能够以第一视角直观真实地模拟机动车从校门至目的地的全过程。关键词：校园交通；流线规划；导航系统；iPhone；指路标志1引言1.1研究背景高校校园内布局零散而复杂，道路狭窄、交叉口间隔小，单行线、禁行区较多。校园道路系统的许多指路标志不能满足网络化道路交通体系功能的需求，主要表现为：标志设置的连续性差（信息中断）；标志设置的完备性较差；标志设置未实现路径最优化。因此常常会对驾驶员造成误导，影响了行驶的方便性和快捷性，降低了行车效率，不仅影响了校园内的交通畅通，还会对学校形象产生不利的影响。1.2研究意义通过对校园交通流线的规划以及基于iPhone平台的校园导航系统开发，可以有效防止机动车走“冤枉路”，节省了能源消耗，提高了道路的通行能力，对优化校园内的行车组织，保证交通畅通，提升学校形象，有效地管理和引导交通流具有重大意义。1.3研究现状目前，关于交通流线的布设和指路系统的建设多应用于城市道路，对于校园范围的小区域规划涉及很少。城市道路的指路标志规划虽然区别于校园指路标志的规划，但依然有很大的借鉴价值。如文献[1]提出在城市道路网络中，指路标志应为交通参与者提供最直接准确的导向服务，引导OD的最短行车路线，减少车辆在路网中的时间消耗。文献[2]对城市指路标志存在的问题、设置原则以及评价体系进行了研究。文献[7]提出贯彻以人为本的设计理念，因地制宜，结合实际考虑流线的设计和组织，加强流线的通过性和导向性。可以看出，目前研究技术比较成熟的除城市道路流线及指路标志规划外，还有客运综合枢纽流线规划，故本项目借鉴了城市道路流线规划及客运综合枢纽流线规划的部分研究理念。2校园环境下的交通流线规划2.1实地调研通过多次实地调研得到校园平面地图、校区内停车场分布、各条线路长度以及禁行区、单行线布设等信息，并将调研结果用AutoCAD和MapInfo绘制实现，如图2-1。根据实地调研得知，北京交通大学主校区共有5个入口，其中只有3个入口可通行机动车，分别为西门、东南门和逸夫楼旁机动车入口。校园内正规停车场共15个（包括即将建成的学生活动中心停车场B及家属区停车场K）。将15个停车场编号以便表示，并分析各停车场的服务辐射范围，如表2-1。停车场分布示意图，如图2-1。2图2-1北京交通大学校园、禁行区及停车场分布示意图表2-1各停车场编号、位置以及服务辐射范围停车场编号停车场位置服务辐射范围停车场编号停车场位置服务辐射范围A西门体育馆西门体育馆I科学会堂东侧科学会堂西门体育场明湖B学生活动中心学生活动中心第七教学楼办公区G运输设备馆南侧、东侧运输设备馆20号宿舍楼第八教学楼C建筑与艺术楼南侧建筑与艺术系一食堂思源西楼16号宿舍楼二食堂18号宿舍楼信息中心第一教学楼…………………………………………【注】：①上述停车场的整理仅包括有停车线或停车标志的正规停车场，不包括路边随意停放区域；上述服务辐射范围的整理是遵循最短路原则，即若a目的地距离b停车场最近，则b停车场的服务辐射范围包含a目的地。②由于论文篇幅问题，上表未将所有信息列出。通过GoogleEarth对校区内各条线路长度进行测量，示意图如图2-2。图2-2校区内各条线路长度示意图（单位：m）2.2最短路计算通过目前城市道路研究现状分析可以看出最短路径的计算是道路流线规划的重点，也是指路标志规划设计的前提。计算最短路径常用的方法是Dijkstra算法。2.2.1计算思路复杂的道路网络不易直接进行最短路计算，因此需要将问题转化。机动车驶入校区必然需要寻找离目的地最近的停车场来停放机动车，上文已假设各停车场有其相应的辐射范围，3因此可以将校园入口至目的地的最短路径转化为校园入口至相应停车场的最短路径来计算。由于只有西门、东南门和逸夫旁机动车入口可通行机动车，因此分别从机动车由西门、东南门和逸夫旁机动车入口驶入三方面进行计算。据图2-2所示的各条线路长度数据，可分别转化出机动车由各校门驶入的转化图，如图2-3、2-4、2-5。由于J和H停车场距离很近，因此在转化时合二为一。图2-3机动车由西门驶入转化图（单位：m）图2-4机动车由东南门驶入转化图（单位：m）图2-5机动车由逸夫旁机动车入口驶入转化图（单位：m）2.2.2计算结果根据上述转化图，运用Dijkstra算法，很容易便可算出从校园入口处至相应停车场的最短路径，从而得到校园入口处到目的地的最短路径。（1）机动车由西门驶入时表2-2西门驶入时，到各停车场的最短距离单位：m停车场编号最短距离停车场编号最短距离停车场编号最短距离停车场编号最短距离A3.00E57.81I52.49M72.91B27.27F69.24J41.89N109.81C23.21G57.42K81.16O62.09D37.09H41.89L99.62图2-6西门驶入时，到各停车场的最短路径4（2）机动车由东南门驶入时表2-3东南门驶入时，到各停车场的最短距离单位：m停车场编号最短距离停车场编号最短距离停车场编号最短距离停车场编号最短距离A114.16E131.09I109.33M129.75B113.6F142.52J107.56N3.66C102.16G114.26K35.97O118.92D110.37H107.56L156.46图2-7东南门驶入时，到各停车场的最短路径（3）机动车由逸夫旁机动车入口驶入时表2-4逸夫旁机动车入口驶入时，到各停车场的最短距离单位：m停车场编号最短距离停车场编号最短距离停车场编号最短距离（m）停车场编号最短距离A138.27E82.54I88.53M58.63B114.00F71.11J132.04N185.60C118.84G93.44K156.95O88.56D103.26H132.04L33.85图2-8逸夫旁机动车入口驶入时，到各停车场的最短路径从各图中可以清晰地看出到达各停车场的最短路径。3指路标志分析指路标志是向道路使用者传递道路方向、地点和距离，或提供与之相交道路、著名地点、服务区等信息的标志，它能够保证道路使用者快速、畅通、准确地到达目的地，是一种正确引导交通的信息载体，是保证道路交通畅通的安全设施。由于校园内的布局较为零散，需要指路标志容纳大量信息，然而受指路标志大小的限制，不可能为驾驶员提供全面的道路信息，而片面的信息容易误导驾驶员，因此校园指路标志规5划存在其局限性。3.1校区内指路标志现状分析目前，交大校区的指路标志设置极不合理，主要存在以下几点问题：（1）分方向信息指示不明，如图3-1；（2）指示方向不全，信息单一，如图3-2；（3）系统不完整，部分路口无指路标志；（4）指示信息不准确；（5）指路标志未能引导OD的最短行车路线；（6）指路标志摆放位置不适当。图3-1分方向信息指示不明图3-2指示方向不全，信息单一3.2完善建议针对上述问题，提出以下两点建议：(1)指路标志信息应有所侧重。校园指路标志主要服务对象是对校园道路不熟悉的人群，主要包括学生家长、参会领导、演出人员等，他们经常去的地点包括科学会堂、机械楼、红果园宾馆、天佑会堂等，因此指路标志应对上述地点做出重点引导。(2)指路标志应引导OD的最短行车路线。指路标志应引导最便捷的行车路线，减少车辆在路网中的时间消耗。这样可以增加行驶的方便性和快捷性，提高了行车效率。4基于iPhone平台的数字化校园导航系统开发基于iPhone平台的数字化校园导航系统摆脱了道路指路标志的局限性，用户只需选择驶入的校门以及目的地，便能够以第一视角直观真实地模拟机动车从校门驶入至到达目的地的全过，可以更有效地防止机动车被误导走“冤枉路”，节省了能源消耗，提高了道路的通行能力，优化了校园内的行车组织，保证交通畅通。4.1系统展示图标(Icon)，如图4-1。起始界面(Default)，如图4-2。选择界面，如图4-3和图4-4。图4-1图标(icon)图4-2起始界面图4-3选择起讫点界面（一）图4-4选择起讫点界面（二）当未选择起讫点就点击搜索时，系统将自动提示“Pleasechooseaplace”，提示用6户选择起讫点，如图4-5。当系统未录入用户选择的起讫点数据时，系统将自动显示“ThePathisn’tavailable”，来提示用户，如图4-6。图4-5“Pleasechooseaplace”界面图4-6“ThePathisn’tavailable”界面播放画面演示，如图4-7和4-8。当播放至路口处时，画面会停留几秒，并出现指示箭头，引导前进方向，防止转弯时因画面不连续而造成误导，如图4-8。图4-7播放画面演示（一）图4-8播放画面演示（二）4.2系统的不足系统目前处于试验阶段，尚有许多缺陷，可尝试通过各种方式解决，如下：（1）画面播放不够流畅，可通过改善照片拍摄质量来解决；（2）机动车行驶速度不尽相同,可设置不同播放速度选项,以适应不同车速的用户需求；（3）采集的照片中有行人与机动车干扰,影响了播放效果,可通过照片处理技术加工。5总结及前景展望本项目以北京交通大学主校区为例，对校区内的交通流线进行规划，主要分为三个部分：以最短路径等方法为理论基础，对校园环境下的交通流线进行规划研究，优化校园内机动车流线；然后对校园指路标志进行分析并提出合理建议；最后是基于iPhone平台的数字化校园导航系统的开发，在系统中加入规划后的交通流线，使用户能够以第一视角直观真实地模拟机动车从校门驶入至到达目的地的全过程。这套校园导航系统模式有广阔的发展空间，可以适用于多所高校，可以在各高校中加以推广，驾驶员只需选择高校名称以及驶入校门便可根据提示按最优路径行驶。我们相信这套校园导航系统可以为大众所接受，所适用。参考文献[1]潘为民.城市道路交通指路标志规划设计的实践[J].交通规划.2000，20(12)：58-60.[2]孙兴堂.城市道路指路标志系统设计研究[D].长安大学.2009.[3]余同进谢洪新.指路标志信息的设置策略[J].公路交通科技.2008，12：191-193.[4]邓兴栋.城市道路指路标志信息选取方法研究[J].交通科学与工程.2010，26(1)：97-100.[5]蒋海峰.指路交通标志信息分类及发布原则研究[J].公路交通科技.2009，3：31-36.[6]王志和凌云.Dijkstra最短路径算法的优化及其实现[J].软件时空.2007，25(11)：275-277.7[7]崔华伟贾俊芳.铁路客运综合交通枢纽流线特点及组织研究[J].铁道运输与经济.2007，29(5)：26-29[8]赵鹏等.管理运筹学教程.清华大学出版社、北京交通大学出版社:2008