[发明专利]一种基于复杂网络的城市公交网络系统构建方法及性能评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于复杂网络的城市公交网络系统构建方法及性能评估方法，属于复杂网络应用的技术领域。

背景技术

复杂网络是指由数量巨大的节点和节点之间错综复杂的关系构成的网络结构，即有着足够复杂的拓扑结构特征图。其特点主要包括：网络规模庞大、连接结构复杂、节点复杂、网络时空演化过程复杂、网络连接稀疏等。复杂网络被广泛应用于电力、运输、交通、人工智能等多个领域。

城市公交网络系统作为交通系统的重要组成部分，提高公交网络资源利用率对于解决交通拥堵问题至关重要，合理分析公交网络特性并提出交通策略也能有效解决城市居民的出行等问题。如今，对于城市公交网络系统的研究日益深入，但现有技术中还没有明确、易行的基于复杂网络的公交网络建模方法，也没有明确的性能评估方法评判公交网络系统各个站点间的相互联系及网络的性能优劣。

中国专利公开号CN105206037A公开了一种公交线路分析方法和系统。该方法是对比原有公交线路与调整后的公交线路的公交运营情况，即该方法是在“改变了公交线路”的前提下提出来的，并不适用于公交线路不变动的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于复杂网络的城市公交网络系统构建方法。

本发明提供一种上述城市公交网络系统的性能评估方法。

发明概述：

本发明利用复杂网络的基本理论及算法构建城市公交网络，首先采集公交各个线路及其通过的站点信息数据，然后对公交数据进行数据预处理，对各个站点进行编号对应，以各站点为节点，以相邻节点的通行线路为边，建立复杂网络模型。本发明还根据公交网络实际特性分析网络性能，提出更有效、更明确的性能评估方法，有利于提出更符合交通需求的公交策略。

术语说明：

Pajek：是大型复杂网络分析工具，是用于研究目前所存在的各种复杂非线性网络的有力工具。Pajek在Windows环境下运行，用于带上千乃至数百万个结点大型网络的分析和可视化操作。

度：某节点的度为与该节点相连的节点的数量。

度分布：整个复杂网络中，各个节点的度的分布情况及概率分布。

边：表示两个相邻节点的连接关系，分为无权边和有权边。

最短路径：从源节点到目的节点所经过距离最短的路径，共有条最短路径，N为网络中节点的数量。

网络直径：网络中所有最短路径的最大值。

平均最短路径：复杂网络中所有节点对之间的最短路径的平均值。

连通：若网络中任意两节点都存在路径相连，则该网络为连通网络，只有连通网络才有平均最短路径，若网络不连通，平均最短路径为∞。

节点介数：某节点的节点介数为复杂网络中所有最短路径中经过该节点的路径的数目占最短路径总数的比例。

聚类系数：某节点的聚类系数被定义为它所有相邻节点之间的实际连接数目占可能的最大连接边数目的比例，网络的聚类系数C则是所有节点簇系数的平均值，即复杂网络中节点聚集程度的系数。

紧密度中心性：节点通过最短路径与其他节点的接近程度，反应了各节点在整个网络中的相对重要性。

本发明的技术方案为：

一种基于复杂网络的城市公交网络系统构建方法，包括步骤如下：

A1)获取公交线路及公交站点数据：

收集并记录每条公交线路的数据，按公交车行进顺序依次记录每一条公交线路所通过的公交站点并对每条公交线路中的公交站点按公交车的行进顺序进行顺序编号；

所述表格用于后续进行构建城市公交网络系统的复杂网络。

A2)对公交线路数据进行预处理：

删除同一公交线路中相同的公交站点；删除不连续的公交线路；将公交站点作为复杂网络中的节点，将具有公交线路通过的两个相邻公交站点间的线路作为复杂网络中的边；

为保证复杂网络不含有环路，影响静态特征的计算分析，将同一公交线路中的相同公交站点删除，仅保留每条线路中的相异公交站点；

不连续的公交线路中的公交站点有缺失；删除不连续的公交线路，使整个城市公交网络是连通网络，便于分析网络特性。

计算同一对相邻公交站点间通过不同公交线路的数量；记两相邻公交站点i与公交站点j之间通过的不同公交线路数为N_ij；现实当中两相邻公交站点可能会有多条不同公交线路同时经过；

A3)构建城市公交网络系统的复杂网络；