[发明专利]一种基于有向随机游走的公交网络建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络科学和公共交通领域，特别是指一种基于有向随机游走的公交网络建模方法。

背景技术

城市公共交通是城市发展中非常重要基础设施之一，是维持城市畅通有序的根本所在。当前我国处在城市化进程的高峰期，城市人口急剧增加，拥堵现象日益增多，依据各国的发展经验，城市公共交通总是滞后于城市的发展。城市公交网络，由于具有规模大、覆盖范围广、调度灵活且运输量大的特点，在城市公共交通中占据主导地位。通过对其深入研究，再现城市公交网络的演化发展模型，在此基础上探索交通网络的时空复杂性和演变机理，有利于缓解和预防交通拥堵以及优化网络结构和提升网络运营效率。

相对于传统上单一地利用道路状况和客流信息的研究方式，目前越来越多学者从网络拓扑结构出发来研究城市公交网络，并取得了丰富的理论成果。在国外，Sienkiewicz和Holyst研究了波兰22个城市的公共交通网络的复杂特性，并应用复杂网络统计学的方法，进行相关的仿真和对比研究，发现城市公交网络都具有明显的小世界特性和分级组织（hierarchically organized）特性；基于复杂网络的研究方法，Levinson H.S和Zimmerman S对城市街道网络进行了研究，以实际路网作为对象，并说明了此类网络具有小世界特性；Seaton和Hackett计算出两个城市列车线网的平均最短路径长度、平均节点度的聚类系数，并通过相互之间的比较研究证实网络结构对于小世界特性的影响。在国内，杨旭华等通过实证，分析了公交网络中的重叠派系特征，构建了城市公交网络模型，同时研究了城市公交网络中的传播特性，并给予了理论说明；黄海军、高自友、吴建军等通过对城市交通系统复杂性和网络流量分配进行研究，也发表了很多关于公交网络方面的著作。

关于公交网络建模方法的研究。随机游走的方法通常被用来构建城市公交网络模型，例如，C.von Ferber和T.Holovatch等通过对实际网络进行考察，按照随机游走的方法构建了城市公交网络模型；方志耕等对他们的方法进行了部分改进，在构建模型时，在一定程度上考虑了站点间距的问题。我们研究发现实际的公交网络中存在两大重要的空间特性：一、站点间的路段长度具有随机性但相差不大，呈现出正态分布；二、线路走向极具方向性，且相邻路段的方向总是尽可能地保持一致。这里的“路段”是指一条线路中相邻两站点间的线段。可以说，在一定程度上，构建与实际相符的公交网络模型，是研究公交网络其他问题的基础。然而，目前提出的城市公交网络构建方法，只能在拓扑结构上再现公交网络的部分特征，而难以得到与实际相符的空间特性。

发明内容

为了克服现有的公交网络建模方法无法再现路段长度具有随机性且呈现正态分布、线路走向极具方向性且相邻路段的方向总是尽可能地保持一致的空间特性的不足，本发明提供一种可再现上述空间特性的基于有向随机游走的公交网络建模方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术具体步骤是：

一种基于有向随机游走的公交网络建模方法，包括以下步骤：

步骤一：在二维平面中，构建公交网络的第一个站点；

步骤二：构建当前加入线路的一个路段，

2.1）从现存网络中随机选择一个站点S₁，并随机产生一个方向D；

2.2）用正态分布normal(ν，θ)产生一个随机数dis作为路段的长度，并从S₁站点开始沿方向D延伸dis个单位作为站点S₂的坐标；

2.3）调整S₂的坐标至其最近的整数坐标位置，如果S₂位置原来不存在站点，则构建新站点；如果S₂与S₁位置相同，则返回步骤2.2）；

2.4）连接站点S₁和S₂，作为当前加入线路中的一个路段，确定路段的两个方向D₁和D₂，其中D₁为由S₁指向S₂，D₂为由S₂指向S₁；