[发明专利]一种基于GIS的公交路径规划方法

摘要

一种基于GIS的公交路径规划方法，首先，针对公交路径问题，对分析现阶段公交由于路径规划不合理而引起的延时到站、超载、拥堵、公交重复率高和乘客坐车难等弊端，以及车容量、道路状况、人口密度分布的一系列影响因子,针对获取整个城市的矢量地图和数据，建立道路网络数据集；其次，借助GIS的空间网络分析技术，结合Dijkstra蚁群混合优化算法，建立科学合理的公交路径方法。本发明提供一种使乘客出行效率较高的公交路径规划方法。

主权项

1.一种基于GIS的公交路径规划方法，所述生成方法包括以下步骤：A1、数据的采集与处理，采集的数据包括客流量数据、乘客密度数据、公交站点数据、始发站时间和道路的信息数据，将其制作成交通网络数据集；A2、建立公交网络拓扑模型，将城市实际的公交网络抽象为拓扑性质的网络图，对公交站点的空间位置关系进行分析，将满足可以步行换乘的公交站点进行合并，将其抽象为同一换乘节点，设计原则如下：A2.1在同一条线路但方向不同的同名站点合并为同一换乘节点；A2.2在不同线路重合的同名站点合并为同一换乘节点；A2.3在不同线路但距离在步行范围内的同名站点或异名站点合并为同一换乘节点；A3、建立公交网络搜索模型，公交网络搜索模型是对拓扑模型的进一步抽象，需要建立在拓扑模型的基础上，搜索模型和拓扑模型的含义不同，两点之间边的关系在拓扑模型中表示有线路连接，而在搜索模型中表示两点间能否直达；A4、创建公交网络搜索模型的赋权图，其赋权图为：H＝(W,S,Rμ,v,Tμ,v)，其中，W＝{wa|1≤a≤m}代表节点集合，m为最多节点数；S＝{sb|1≤b≤n}代表边的集合，n为边的最多条数；Rμ,v表示两点之间是否直达，Tμ,v表示两点间的线路数，μ,ν表示两个相邻的节点；Rμ,v,Tμ,ν的权值取值表达式为：A5、规划最短路径，采用前驱节点算法为基础，利用ArcGIS Pro平台，结合Dijkstra算法寻找每一个节点的前驱节点，假设在公交搜索模型的赋权图H中有节点I→X，节点之间的所有最短路径求解步骤如下：A5.1求节点X的所有前驱节点：开始执行Dijkstra(H,I,X,P)算法求在赋权图H中节点X的前驱节点，假设可求得节点X有三个前驱节点，分别为：若从节点I到节点IX和VI所要经过的节点数d(P)＝1；若从节点I到节点IV所要经过的节点数d(P)＝2，则节点X在最短路径上的前驱节点为{IX,VI}，将其存储到线性表PrevList之中，表示为PrevList(X)＝{IX,VI}；A5.2分别求节点VI和IX的前驱节点：同步骤A5.1假设可求得VI的最短路径上的前驱节点为{V}；节点IX的前驱节点为{V,VIII}；A5.3分别求节点V和VIII的前驱节点：同步骤A5.1,假设可以求得其前驱节点为I，因为I为起点，则至此算法结束；求得I→X的最短路径为(I,V,VI,X)、(I,V,IX,X)、(I,VIII,IX,X)；A6、计算乘客出行的时间成本，乘客每次乘坐公交出行的一个完整的时间链包括步行到站时间、离站时间、等车时间、车内运行时间以及不同线路间的换乘时间等，总的出行时间T表述为：T＝W1T1+W2T2+W3T3+λW4T4    (3)式(3)中，T1为步行时间；T2为乘客在公交站的等车时间；T3为乘的坐时间；T4为换乘的消耗时间；λ为换乘的次数；W1、W2、W3、W4表示时间的权重值；步行速度V₁和步行距离D₁是影响步行时间的主要因子，其关系式表示为：公交站点的等待时间和发车频率F相关，其关系式表示为：公交车的乘坐时间与公交车的行驶速度V₂、行驶路程D₂和中途停顿时间T₅相关，其关系式表示为：换乘总耗费时间与换乘的等待时间T₂和换乘公交站点之间的距离D₃相关，因此，乘坐公交的出行时间成本表达式进行如下表述：式(4)中，f为步行路线的非直线系数；fo为等待时间的修正参数，根据此式计算出乘坐任意线路公交出行所花费的时间；A7、规划最优路径，通过A5中计算的几条最短路径结合A6中求解出的最小出行的时间成本，规划出乘客花费时间少、出行路径短的一条最优路径。