一种新型的公共交通超级网络构建方法

文档序号:24968030发布日期:2021-05-07 22:37阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

s1:对公共交通网络的gis数据进行空间校正和冗余处理,对处理后的公共交通线路进行打断处理,并将处理后的公共交通线路作为行驶弧;

s2:根据步骤s1产生的打断后的公共交通线路,利用地理数据可视化工具geopandas构建各类模拟现实公共交通中出行路径的虚拟连接弧;

s3:利用地理数据可视化工具geopandas构建地铁站与道路的虚拟连接弧;

s4:构建所有行驶弧、虚拟连接弧的路段阻抗函数;

s5:根据步骤s4得到的路段阻抗函数,将步骤s1-步骤s3产生的所有行驶弧和虚拟连接弧融合成公共交通超级网络;

s6:构建公共交通超级网络拓扑结构,建立计算机语言可识别的公共交通超级网络。

2.根据权利要求1所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s1中,对公共交通网络的gis数据进行处理,具体步骤为:

s1.1:获取常规公交、轨道交通、轮渡、brt及基础道路网络、交通小区质心的gis数据;

s1.2:针对常规公交、轨道交通、轮渡、brt及基础道路网络的gis数据存在偏移问题,以常规公交网络为基础,对其他网络进行空间校正;

s1.3:处理冗余、杂乱站点gis数据;

s1.4:利用站点数据,将相同交通方式的线路数据进行垂直打断,提取断点gis数据。

3.根据权利要求2所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s2中,包括构建各类模拟出行者出行行为的虚拟连接弧,即构建一定距离范围内的交通小区质心与公交站、小区质心与地铁站、公交站与公交线、公交站与道路、地铁站与地铁线、公交站与地铁站的虚拟连接弧,具体步骤为:

s2.1:以所需构建虚拟连接弧的其中一端的点为基础,即基准点,寻找最近的一定数量的断点或基准点,即搜索点,计算这些点的坐标;

s2.2:计算基准点与搜索点间的距离的计算公式为:

其中,x1、y1为基准点横、纵坐标,x2、y2为搜索点横、纵坐标;

s2.3:根据步骤s2.2中所计算的结果,筛选指定距离范围内的搜索点;

s2.4:根据已知坐标构建虚拟连接弧;

s2.5:依据步骤s2.1-s2.4,按照不同种类虚拟连接弧的要求,包括距离、数量,依次构建不同类型的虚拟连接弧。

4.根据权利要求3所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s3包括:

构建地铁站与道路的虚拟连接弧,与s2唯一的区别在于:s2.1中搜索距离基准点最近的搜索点,而s3与创建质心连接杆类似,并非寻找最近的搜索点,而是随机寻找一定范围内的道路断点,然后按照步骤s2.2-s2.4利用地理数据可视化工具geopandas构建虚拟连接弧。

5.根据权利要求1所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s4中,利用地理数据可视化工具geopandas构建各类路段的阻抗函数,具体如下:

式中,c(i,j)为一个od对中路径的综合阻抗;m为组成该路径的m个路段;fk(i,j)为第k个路段(i,j)的费用成本;tk(i,j)为第k个路段(i,j)的时间阻抗;e为一个od对中的所有路段的集合;

s4.1:构建基础道路网络、交通小区质心与公交站、小区质心与地铁站、地铁站与道路、公交站与道路、公交站与地铁站虚拟连接弧的阻抗函数;该类路段没有费用阻抗,只含有时间阻抗,时间阻抗函数表示为:

式中,twalk(i,j)为网络中路段(i,j)的时间阻抗;λwalk为步行路段时间权重折算系数;lwalk(i,j)为路段(i,j)的长度,单位km;vwalk为步行速度,单位km/h;ewalk为步行网络边的集合;

s4.2:构建常规公交路段的阻抗函数;将公交出行的货币费用转移到公交站与公交线路之间的连接弧中,公交网络中不再考虑费用阻抗,仅考虑时间阻抗,表示为:

式中,tbus(i,j)为公交路段(i,j)的时间阻抗;λbus为公交路段时间权重折算系数;lbus(i,j)为路段(i,j)的长度,单位km;vbus为公交路段的旅行速度,单位km/h;ρij为常规公交路段(i,j)的拥挤度系数;ebus为常规公交网络边的集合;

s4.3:构建轨道交通路段的阻抗函数;费用阻抗计算公式如下:

fsub(i,j)=ηsubρsublsub(i,j),(i,j)∈esub

式中,fsub(i,j)轨道交通区段(i,j)的费用阻抗;ηsub为轨道交通路段费用权重折算系数;ρsub为平均每公里费用,单位元/km;lsub(i,j)为路段(i,j)的长度,单位km;esub轨道交通网络边的集合;

时间阻抗函数表示为:

式中,tsub(i,j)为轨道交通路段(i,j)的时间阻抗;λsub为轨道交通路段时间权重折算系数;lsub(i,j)为轨道交通路段(i,j)的长度,单位km;vsub为轨道交通路段的旅行速度,单位km/h;ρij为轨道交通路段(i,j)的拥挤度系数;

s4.4:构建公交站点与公交线路虚拟连接弧的阻抗函数;公交站点与公交线路连接弧时间阻抗主要来源于候车时间,费用阻抗来源于公交车的乘车费用;该连接弧阻抗函数计算公式如下:

fbus_con(i,j)=cbus_connbus_con,(i,j)∈ebus_con

tbus_con(i,j)=λbus_contbus_con,(i,j)∈ebus_con

式中,fbus_con(i,j)为公交站点与公交线路连接弧路段(i,j)的费用阻抗;tbus_con(i,j)为公交站点与公交线路连接弧路段(i,j)的时间阻抗;cbus_con为分摊到公交车上车和下车连接弧的费用,取票价的一半;nbus_con为公交站点与公交线路连接弧路段(i,j)费用权重折算系数;λbus_con为公交站点与公交线路连接弧路段(i,j)时间权重折算系数;tbus_con为平均候车时间;ebus_con表示常规公交站点与公交线路连接弧的集合;

s4.5:构建轨道交通站点与轨道交通线路虚拟连接弧的阻抗函数;该连接弧本身不具有费用阻抗,只具有时间阻抗,时间阻抗分为两个部分,一部分为从轨道交通站点步行至候车点时间,根据步行距离求解,另一部分为候车时间;

式中,tsub_con(i,j)为轨道交通站点与轨道交通线路连接弧路段(i,j)的时间阻抗;λwalk为步行路段时间效用权重折算系数;lsub_con(i,j)为轨道交通站点与轨道交通线路连接弧路段(i,j)的长度,单位km;vwalk为步行速度,单位km/h;λsub_con为轨道交通候车时间权重折算系数;tsub_con为平均候车时间;esub_con表示轨道交通站点与轨道交通线路连接弧的集合。

6.根据权利要求1所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s5包括:

s5.1:对各类行驶弧和连接弧的属性进行处理,赋予其特定属性,如下:

kind=1:为基础道路网络;

kind=2:质心与公交站、质心与地铁站的虚拟连接杆;

kind=3:地铁线路;

kind=4:地铁站与道路的虚拟连接弧;

kind=5:公交线路,包括常规公交线路、轮渡和brt线路;

kind=6:公交站与公交线的虚拟连接弧;

kind=7:公交站与道路的虚拟连接弧;

kind=8:地铁站与地铁线的虚拟连接弧;

kind=9:公交站与地铁站的虚拟连接弧。

s5.2:利用地理数据可视化工具geopandas对kind=2的虚拟连接弧的属性进行处理,添加taz字段,令连接弧继承交通小区编号属性。

s5.3:利用地理数据可视化工具geopandas将处理后的kind=1-kind=9的行驶弧和虚拟连接弧进行融合,构建一个公共交通超级网络。

7.根据权利要求1所述的新型的公共交通超级网络的构建方法,其特征在于,所述步骤s6包括:

构建公共交通超级网络拓扑结构,构建邻接矩阵,建立计算机语言可识别的公共交通超级网络。

8.一种新型的公共交通超级网络的构建装置,其特征在于,包括以下模块:

原始数据处理模块,使用常规公交网络为基准,校核公共交通网络以及基础道路网络;对冗余站点进行处理,相同站点只保留一个,确保站点不在线上;利用处理后的站点打断相应公共交通线路;

虚拟连接弧模块,以站点为基准点,搜索距离最近的一定数量的搜索点;计算所有点的坐标;根据坐标构建虚拟连接弧;

地铁站与道路的虚拟连接弧模块,以地铁站点为基准点,搜索一定距离范围内的道路断点,但并不一定为距离最近的断点;计算所有点的坐标;根据坐标构建虚拟连接弧;

路段阻抗函数模块,用于建立路段阻抗函数模型,表示不同类型线路具有不同成本;

公共交通超级网络模块,根据处理完毕的所有行驶弧和虚拟连接弧,然后进行融合处理,构建一个完整的公共交通超级网络;

公共交通超级网络拓扑结构模块,用于提供计算机语言进行识别,可为使用计算机语言进行路径搜索和网络分配奠定基础。


技术总结
本发明公开了一种新型的公共交通超级网络的构建方法,包括以下步骤:S1:对公共交通网络原始数据进行空间校正和冗余处理;S2:构建公共交通虚拟连接弧,模拟现实世界出行路径;S3:构建地铁站与道路的虚拟连接弧;S4:构建所有行驶弧、虚拟连接弧的路段阻抗函数;S5:构建所有行驶弧和虚拟连接弧融合成的公共交通超级网络;S6:构建公共交通超级网络拓扑结构。本发明考虑了利用传统GIS软件构建公共交通网络的时效和精度所带来的缺陷,提出了一种基于GeoPandas的公共交通超级网络的构建方法,该方法不仅实用性高、实施性强、时效快、精度高,还可应用于最短路径搜索与网络分配预测等场景,能有效地模拟现实世界公共交通出行行为。

技术研发人员:钟鸣;陈丽欣
受保护的技术使用者:武汉理工大学
技术研发日:2020.11.27
技术公布日:2021.05.07
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