本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和公共交通領(lǐng)域，特別是指一種基于空間網(wǎng)絡(luò)的具有公共自行車子網(wǎng)的公交網(wǎng)絡(luò)建模方法。

背景技術(shù)：

作為一種低價、健康和環(huán)保的出行方式，公共自行車共享系統(tǒng)(PBSS)的數(shù)量增長迅速。迄今為止，全世界已經(jīng)有超過數(shù)百個城市建立了PBSS。PBSS使用方式靈活，通常使用者可以從任意一個自助停靠點(diǎn)借出自行車，使用后在任意自助停靠點(diǎn)歸還，從而成為傳統(tǒng)城市公交模式(比如公交巴士和地鐵)的一種補(bǔ)充方式。目前，研究新建立的PBSS的性能及其優(yōu)化方法引起了學(xué)者們的關(guān)注，并已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。比如，de Chardon等人利用公共自行車站點(diǎn)使用量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來評估公共自行車每天的利用情況，Gosse,C.Alec等人利用稀疏數(shù)據(jù)對在時間和空間上公共自行車網(wǎng)絡(luò)的使用情況進(jìn)行性能評估；Winters,Meghan等人利用統(tǒng)計(jì)方法提出了一種可以找到適合騎行環(huán)境區(qū)域的方法，F(xiàn)rade,Ines等人提出了一種最大覆蓋位置的自行車站點(diǎn)配置算法，Chen,Jingxu等人對公共自行車系統(tǒng)的站點(diǎn)提出了布局定位以及優(yōu)化的方法。

PBSS一般都嵌入到已有的城市公交網(wǎng)絡(luò)(UPTN)所處的空間中，和UPTN共同組成新的城市公交網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是一種空間網(wǎng)絡(luò)，空間網(wǎng)絡(luò)是一種具有空間屬性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)嵌入在所處的空間中，每個節(jié)點(diǎn)和邊都有自己的空間(地理)位置，這種空間位置的約束對網(wǎng)絡(luò)的屬性有著重要的影響。在真實(shí)世界中，許多和地理位置相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)屬于空間網(wǎng)絡(luò)，如Internet、電力網(wǎng)絡(luò)、航空網(wǎng)絡(luò)和道路網(wǎng)絡(luò)等。城市公交網(wǎng)絡(luò)由于站點(diǎn)和線路都具有空間位置，因此屬于典型的空間網(wǎng)絡(luò)。此外，新公交網(wǎng)絡(luò)往往由PBSS、巴士子網(wǎng)和地鐵子網(wǎng)組成，這些子網(wǎng)之間存在明顯的相互影響和相互作用，而不是相互獨(dú)立，屬于典型的耦合空間網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)典型的公交空間網(wǎng)絡(luò)往往存在高峰時期公共資源配置不足、換乘規(guī)劃不合理等問題，導(dǎo)致出行效率降低，影響用戶出行體驗(yàn)。因此，加入考慮了空間特性的公共自行車系統(tǒng)使得資源得以充分利用，同時為功能出行提供了更加豐富的選擇需求。公共自行車在短距離公共出行的方式方面具有公共交通無可替代的很多優(yōu)點(diǎn)，能很好的彌補(bǔ)城市居民短路程出行的要求，同時彌補(bǔ)了現(xiàn)存公共交通方式在短距離出行方面的不足，建立了層次豐富性更強(qiáng)、體系更加完善的從“門”到“門”的城市公共交通系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的公交網(wǎng)絡(luò)建模方法沒有充分考慮公共自行車及其空間特性對公交網(wǎng)絡(luò)性能的影響，本發(fā)明基于多層空間網(wǎng)絡(luò)提出了一種準(zhǔn)確性高、考慮公共自行車子網(wǎng)的公交網(wǎng)絡(luò)建模方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)具體步驟如下：

一種基于空間網(wǎng)絡(luò)的具有公共自行車子網(wǎng)的公交網(wǎng)絡(luò)建模方法，包括如下步驟：

步驟一：城市公共交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和收集，包括公交巴士站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息、公交線路中兩兩站點(diǎn)之間位置和長度，以及公共自行車站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息數(shù)據(jù)；

步驟二：構(gòu)建加權(quán)有向的空間公交網(wǎng)絡(luò)模型SSP，該網(wǎng)絡(luò)模型的節(jié)點(diǎn)為具有經(jīng)緯度信息的公交站點(diǎn)；兩個站點(diǎn)如果同時位于一條公交線路，則這兩個站點(diǎn)之間就有連邊，該連邊反映相應(yīng)公交線路的方向，其權(quán)值為兩站點(diǎn)之間公交線路的實(shí)際長度；

步驟三：構(gòu)建加權(quán)無向的空間步行網(wǎng)絡(luò)模型SSW，在SSW中，節(jié)點(diǎn)為具有空間位置信息的公交站點(diǎn)，任意兩個歐式距離小于閾值T_w的站點(diǎn)之間有連邊，連邊的權(quán)值為兩點(diǎn)之間的歐氏距離，其中閾值T_w為短距離步行的最大值；

步驟四：構(gòu)建加權(quán)無向的空間自行車網(wǎng)絡(luò)模型SSB，在SSB中，節(jié)點(diǎn)為具有空間位置信息的公共自行車公交站點(diǎn)，任意兩個歐式距離小于閾值T_B的站點(diǎn)之間有連邊，連邊的權(quán)值為兩點(diǎn)之間的最短道路路徑長度，其中閾值T_B為短距離自行車騎行的最大值；

步驟五：把每一公交站點(diǎn)與其距離位于預(yù)設(shè)最大距離之內(nèi)的所有公共自行車站點(diǎn)的位置，都合并為該公交站點(diǎn)的位置，這樣SSB網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)也是公交站點(diǎn)；SSP、SSW和SSB三個網(wǎng)絡(luò)因?yàn)橛泄蚕淼墓徽军c(diǎn)而耦合在一起，成為三層耦合空間公交網(wǎng)絡(luò)模型。

本發(fā)明的有益效果為：建立起符合實(shí)際的、同時考慮傳統(tǒng)公交、公共自行車和短距離步行的空間公交網(wǎng)絡(luò)模型，在此基礎(chǔ)上可以為乘客提供更為多樣和準(zhǔn)確的公共交通工具出行方案，有助于提高乘客滿意度和城市路網(wǎng)運(yùn)行效率。

附圖說明

圖1是具有空間特性的公交網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖2是加權(quán)有向的空間公交網(wǎng)絡(luò)模型SSP的示意圖。

圖3是加權(quán)無向的空間自行車網(wǎng)絡(luò)模型SSB的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參照圖1～圖3，一種基于空間網(wǎng)絡(luò)的具有公共自行車子網(wǎng)的公交網(wǎng)絡(luò)建模方法，包括以下步驟：

步驟一：城市公共交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和收集，包括公交巴士站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息、公交線路中兩兩站點(diǎn)之間位置和長度，以及公共自行車站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息數(shù)據(jù)；

步驟二：構(gòu)建加權(quán)有向的空間公交網(wǎng)絡(luò)模型，該網(wǎng)絡(luò)模型的節(jié)點(diǎn)為具有經(jīng)緯度信息的公交站點(diǎn)；兩個站點(diǎn)如果同時位于一條公交線路，則這兩個站點(diǎn)之間就有連邊，該連邊反映相應(yīng)公交線路的方向，其權(quán)值為兩站點(diǎn)之間公交線路的實(shí)際長度。如圖1所示，圖中有3條公交線路組成的公交路線圖，不同形狀線條表示不同的公交線線路，箭頭表示公交車的行駛方向，箭頭上的數(shù)值表示權(quán)值，即公交線路的長度(km)。其中4號站點(diǎn)表示兩條公交線路的共享站點(diǎn)。圖2表示根據(jù)圖1構(gòu)建的加權(quán)有向空間公交網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟三：構(gòu)建加權(quán)無向的空間步行網(wǎng)絡(luò)模型SSW，在SSW中，節(jié)點(diǎn)為具有空間位置信息的公交站點(diǎn)，任意兩個歐式距離小于閾值T_w的站點(diǎn)之間有連邊，連邊的權(quán)值為兩點(diǎn)之間的歐氏距離，其中閾值T_w為短距離步行的最大值。如圖1中的3和5兩點(diǎn)(相距0.2km)；假設(shè)一位乘客要從站點(diǎn)1到6，按照傳統(tǒng)的公交換乘方法，要在兩條公交線路的共享站點(diǎn)4換乘，公交車的行駛路線為1-2-4-5-6，行駛路程長度為7km；但是因?yàn)?和5兩點(diǎn)只有很短的距離0.2km，乘客可以從站點(diǎn)3步行至站點(diǎn)5，實(shí)現(xiàn)異站換乘，公交車的行駛路線為1-3-5-6，行駛路程長度為3.8km，減少了公交車的行駛路程長度；

步驟四：構(gòu)建加權(quán)無向的空間自行車網(wǎng)絡(luò)模型SSB，在SSB中，節(jié)點(diǎn)為具有空間位置信息的公共自行車公交站點(diǎn)，任意兩個歐式距離小于閾值T_B的站點(diǎn)之間有連邊，連邊的權(quán)值為兩點(diǎn)之間的最短道路路徑長度，其中閾值T_B為短距離自行車騎行的最大值。如圖3所示，為簡化模型的復(fù)雜性，我們把某一公交站點(diǎn)附近300米之內(nèi)的所有公共自行車站點(diǎn)的位置，都合并為該公交站點(diǎn)的位置。公交站點(diǎn)S1附近的自行車站點(diǎn)B1，B2，B3，其地理位置都被認(rèn)定為S1的位置；公交站點(diǎn)S2附近的自行車站點(diǎn)B4，B5，B6，其地理位置都被認(rèn)定為S2的位置；則S1和S2附近的自行車站點(diǎn)距離均為S1和S2之間的最短道路路徑長度；

步驟五：把每一公交站點(diǎn)與其距離位于預(yù)設(shè)最大距離(預(yù)設(shè)最大距離為300米)之內(nèi)的所有公共自行車站點(diǎn)的位置，都合并為該公交站點(diǎn)的位置，這樣SSB網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)也是公交站點(diǎn)；SSP、SSW和SSB三個網(wǎng)絡(luò)因?yàn)橛泄蚕淼墓徽军c(diǎn)而耦合在一起，成為三層耦合空間公交網(wǎng)絡(luò)模型。

如上所述，本實(shí)施的具體實(shí)現(xiàn)步驟使本發(fā)明更加清晰。在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。