[发明专利]基于轨迹数据的自行车道线网规划方法

说明书

本发明公开了一种基于共享单车轨迹数据的自行车道线网规划方法，该方法包括建立一个以自行车道连通性和覆盖率为目标，以政府实际成本和施工区域数量为约束条件的优化模型，利用开源地图网站OpenStreetMap获取路网拓扑结构，利用均值滤波对共享单车轨迹数据的异常值进行修正，利用基于权重的几何算法将轨迹数据点匹配到路网上，由此得到每个路段分布的轨迹数量，模型求解中以轨迹数量分布最多的路段为初始解，贪婪算法以目标函数最优实行路网扩张，直至满足最大成本约束。本发明能够充分挖掘共享单车轨迹数据包含的信息规划自行车道线网，在充分满足城市居民的出行需求基础上，提升其慢行的出行体验，对城市慢行交通规划具有重要的意义。

技术领域

本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种基于轨迹数据的自行车道线网规划模型的构建和求解。

背景技术

在移动终端和共享经济的双向驱动下，共享单车以其扩大公共交通服务范围，随骑随停方便快捷，健康环保以及完善城市微循环等优势，成为城市交通继小汽车、公交、地铁之外的第四大出行方式。与共享单车热度逐渐升高相对应的是，城市自行车道和其附属设施设备的不完善。

共享单车轨迹数据不仅反映个人的出行行为，更体现了整个城市的慢行出行需求。轨迹数据具有明显时空特征，一串有效的轨迹数据一般包括时间戳、位置(包括经度纬度高度)、速度和方向等信息。通过进一步挖掘轨迹数据包含的信息，结合路网信息、交通管制条例，分析城市居民出行需求的时空分布特征和城市居民的出行行为特性等信息，为城市交通管理与规划等提供决策支持。

现有的关于自行车道规划的方法大多基于自行车道功能分级分类规划或者基于机非分离的原则规划，没有考虑政府的实际约束和需求。而关于共享单车轨迹数据的文献集中在用户出行行为特征和需求预测上，很少将其应用在城市慢行交通规划中。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决自行车道线网规划未考虑成本约束，连通性目标，经验性规划等问题，本发明提出了一种基于轨迹数据规划自行车道线网的方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于轨迹数据的自行车道线网规划方法，包括以下步骤：

1.一种基于轨迹数据的自行车道线网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、建立以自行车道连通性和覆盖率为目标，以政府实际成本和施工区域数量为约束的优化模型；

B、路网数据获取，利用开源地图网站OpenStreetMap获取路网拓扑结构，进行索引值建设，将经纬度坐标系转化为直角坐标系；

C、轨迹数据处理，删除停滞的轨迹点，利用均值滤波对轨迹点中的异常值进行修正，将经纬度坐标系转化为直角坐标系；

D、根据轨迹点的置信区域确定匹配路段的候选集合，再利用基于权重的几何算法将轨迹点匹配到路网上，获取路段的轨迹数量分布情况；

F、利用贪婪算法求解模型，以轨迹数量分布最多的路段为初始解，以单位成本下最高建设效益为目标扩张路网，直至满足最大成本约束；

G、模型检验，对比轨迹点热力图分布和POI(兴趣点)分布，验证模型可靠性。

进一步地，所述步骤A中，基于政府的实际约束和目标建立自行车道线网规划模型，利用连续自行车道的长度和覆盖轨迹数量量化连通性和覆盖率。

设给定的道路网为G＝(V,E),V表示路段端点集合，E表示路网路段集合，e_i(e_i∈E)表示路段，建立模型的目的就是找到一个路段集合的子集在满足以下2个条件：(1)建设成本约束；(2)施工管理区域数量约束条件的同时，实现最大建设效益。模型表示为：