[发明专利]一种可改善整体换乘性能的城市公共交通网络优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络科学和交通网络领域，尤其是一种城市公共交通网络优化方法。

背景技术

城市公共交通系统是与人们生活息息相关的重要基础设施，其基本任务是为乘客提供安全、方便、迅速、准点、舒适的乘车条件。大力提倡优先发展城市公共交通，是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的必要手段，是城市发展的必由之路。优先发展城市公交，提高公交出行比例，将有利于缓解城市交通所面临的压力。但要提高公交的吸引力，仅仅依靠增加公交线路和公交车辆数量是不够的，还必须从优化公交线网结构和提高公交车辆的运行速度等方面着手。

近年来复杂网络研究的兴起，使人们开始广泛关注网络结构复杂性及其与网络行为之间的关系。要理解网络结构与网络行为之间的关系，并进而考虑改善网络的行为，就需要对实际网络的特征结构有很好地了解，并在此基础上建立合适的网络结构模型。在Watts关于小世界网络，以及Barabás关于无标度网络的开创性工作之后，人们对存在于不同领域的大量实际网络的拓扑特征进行了广泛的实证性研究。交通网络是一个复杂系统，而复杂网络作为复杂系统的重要研究工具之一，为深入研究交通网络的各种特性及动力学过程与拓扑结构间的相互作用等问题，奠定了理论基础。目前，应用复杂网络理论对交通网络特性和网络规划的研究，开始引起人们的研究兴趣。国内外已有很多学者对网络复杂性进行了大量理论研究，有的还从实证的角度进行了相关分析，但就公共交通网络而言，研究成果还相对较少，现有研究工作主要集中在交通网络的实证分析上，研究网络的基本拓扑特性，如度分布、平均最短距离、聚类系数等，也有少量论文提出了交通网络的演化模型。Sienkiewicz等(Sienkiewicz J，Holyst J A.Statistical analysisof22public transport networks in Poland[J].Phys.Rev.E，2005，72(4)：046127.)分析了22个波兰城市公共交通网络的集聚系数、匹配性和介数等特性；Yong-ZhouChen等(Chen Yong-Zhou，Li Nan，He Da-Ren.A study on some urban bus transportnetworks，Physics A-statistical Mechanics and ITS Applications[J].2005，376(1)：747-754.)提出了一个公交网络的演化模型；Xu Xinping等(Xu Xinping，HuJunhui，Liu Feng，Liu Lianshou.Scaling and correlations in three bus-transportnetworks of China.Physics A-statistical Mechanics and ITS Applications[J].2007，374(1)：441-448.)研究了中国3个不同城市的公共汽车运输网的无标度和小世界特性，指出这些网络的度分布，簇团系数和最短路径，并构造了相应的加权复杂网络模型；Yang Xuhua等(Yang X H，Wang B，Wang W L，et al.Research on some bustransport networks with random overlapping clique structure[J].Communications intheoretical physics，2008，50(5)：1249-1254.)提出了具有随机重叠派系结构的公交网络模型，并在中国的几个大城市进行了模型的实证研究。

在公交网络的设计和优化方面，国际上普遍采用站点的平均候车时间作为衡量服务水平的指标。杨新苗等(杨新苗，王炜，马文腾.基于GIS的公交乘客出行路径选择模型[J].东南大学学报：自然科学版，2000，30(6)：87-91.)对公交乘客的出行心里进行了研究，其结果表明，“换乘次数”是大部分乘客出行时首先考虑的因数，其次是出行耗时和距离长短。出行耗时与换乘次数、等车的时间以及距离的长短密切相关。然而目前很多研究者都是从网络的局部性能对公交线路进行优化，提出增加线路和站点等方法来改善公交网络的局部性能，以缩短部分乘客的出行时间。还有从线路优化的角度出发，针对客流等因素对公交网络进行优化。这些方法都是从公交网络的局部出发，对公交线路进行优化，通过增加线路或调整站点等方法来改善公交网络的局部性能，以提高网络局部效率。很少有基于复杂网络理论，从网络的拓扑结构和整体网络性能考虑，提出公交网络的优化方法，以提升公交网络的整体服务性能。