[发明专利]基于GIS的最大最短路径长度的公交网络整体换乘性能优化方法

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GIS的最大最短路径长度的公交网络整体换乘性能优化方法。

背景技术

在Watts和Strogatz关于小世界网络模型和Barabási和Albert关于无标度网络模型的两项开创性的工作提出后，许多专家学者对存在于不同领域的实际网络进行了复杂网络的拓扑特征等进行了积极实证研究。经过广泛的实证研究分析，许多具有不同网络拓扑结构的模型被提出且对其进行了深入的特性分析等。

近年来，利用复杂网络理论研究交通网络已成为当前热点，国内外的许多专家学者投入到复杂网络的研究工作当中来，Amra和Sen等对世界航空网络和印度铁路网的交通网络进行了小世界特性的实证分析。吴建军和杨旭华都对也对中国主要城市公交网络进行了实证分析，吴建军对北京公交网络的效率进行了研究；杨旭华等提出了具有随机重叠派系结构的公交网络模型。这些实证分析和理论成果为复杂网络在交通方面的应用提供了优秀的理论基础和实践前提。

城市公交网络性能影响对乘客的服务质量，国际上通过站点候车时间作为衡量服务质量的指标。杨新苗等通过对乘客的问卷调查对乘客心理进行了分析，出行换成次数是大多数乘客考虑的首要因素，其次是“出行时间”和“出行距离”等因素。因此，公交网络的平均换乘次数和平均换乘时间是成为衡量中国公交网络性能的指标。

在公交网络性能提升方面，许多专家学者都是根据客流量对网络进行调整，通过在公交网络中增加线路和增加站点进行，从而达到对公交网络的服务性能的提升，这些调整方式都没有从公交网络全局出发的局部调整。基于复杂网络理论，从网络的整体性能考虑出发，对网络拓扑结构进行调整，提出了改善网络性能的建模方法，从而达到网络在全局范围内的换乘性能和服务性能得到提高，然而这种从网络整体拓扑结构考虑的优化算法并不多。

本发明基于复杂网络理论，从网络的整体性能和网络整体拓扑结构考虑出发，提出改善公交网络整体换乘性能的公交网络优化算法。运用程序，从开源公交网站www.mapabc.com上获取城市公交的实际数据，包括所有的线路信息和站点信息等；运用真实数据对整个公交网络的拓扑结构进行优化，优化可以实现公交网络平均换乘次数降低，公交网络直径可控，提高网络的聚类程度等；本发明可以直接应用到公交网络拓扑结构优化中，进而达到公交网络整体性能和服务质量的提升，吸引更多市民选择公交出行，提高公共交通网络的出行分担率，达到缓解城市交通压力的目的。

发明内容

为了克服现有公交网络优化的局部调整的局限性和不足，且对公交网络进行建设过程中未从网络的整体考虑出发所带来的局限性，本发明提出了从网络整体性能考虑出发的一种基于GIS的最大最短路径长度的公交网络整体换乘性能优化方法，该方法只需对公交网络的少部分线路进行调整，就能对网络的整体性能有很大的提高。

基于GIS的最大最短路径长度的公交网络优化方法，是根据公交网络的自然生长过程提出的一种优化方法，也就是将公交线路顺序的加入到原始公交网络中，每次加入一条，然后判断此时原始公交网络的最大最短路径长度是否大于阀值L_max，如果不符，对新加入到公交网络中线路进行调整，调整过程根据GIS获得的站点和线路数据对需要调整的站点和替换站点间的距离进行限制，站点间距离不能超过阀值s_max，使得调整后的原始公交网络的最大最短路径长度小于等于L_max，且调整后的站点符合线路的存在的实际情况，也就是说调整后的线路要符合真实行车规律。

公交原始网络的定义：公交网络的形成是一种生长过程，随着城市的不断扩大，公交线路也在不断增多，本优化方法是模拟公交网络的自然生长过程，每生长一条线路，就判断此线路是否需要优化；每次加入新线路之前的所有线路群称为原始公交网络，直到加入现有的最后一条公交线路形成公交网络为止。

本发明解决其技术问题所采用的技术具体步骤是：

步骤1：将公交网络中的公交线路按照线路的节点度之和进行由大到小进行排序，待优化网络W。根据原始公交网络数据对线路和站点进行编号，并进行匹配，同时根据线路排序结果建立SpaceL矩阵。

步骤2：设定公交网络最短路径长度最大值L_max，调整站点与替代站点间最大距离s_max。