CN101614551A - 步行网建立方法及装置、路径搜索方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步行网建立方法及装置，所述方法包括：在导航路网线数据集中提取出步行道；建立步行设施点与步行道之间的映射关系；将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；根据所述跨街节点对提取出的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网。本发明还公开了一种多模式多标准路径搜索方法及装置。利用本发明，可以依据现有交通网自动构建步行网，为公共出行服务平台提供有效步行导航，进而建立多种交通模式间的连通关系，根据出行者选择的不同标准，提供个性化的出行方案，为公众出行信息服务提供更好的技术支持。

Description

步行网建立方法及装置、路径搜索方法及装置

技术领域

本发明涉及多种出行模式的路径规划技术，特别是一种步行网建立方法及装置，以及一种路径搜索方法及装置。

背景技术

城市交通运输网络涵盖公共汽车、地铁、轻轨等公共交通模式以及出租车、自驾车、自行车、步行等个体交通模式。公众出行过程具有出行模式多样化和出行路线个性化的特点。目前普及的地图网站和公众出行信息平台等应用系统为用户提供了公交换乘、自驾车路线规划等服务，为公众出行提供了便利。但这些应用系统为公众提供的出行路径规划方案存在下列问题：

(1)只支持单一交通模式路径规划

目前与公众出行信息服务相关的商用系统只能提供静态交通环境下的公交/地铁换乘或自驾车路径规划方案，路径规划只能在各自独立的单一模式上进行(将公交和地铁混合为同一模式)，无法获取满足用户特定出行标准的、可能涉及多种交通模式的路径规划结果。

(2)公交换乘的步行引导过程缺乏可行性

步行过程一般不受导航路网行车方向性限制，也不受路况变化的影响。同时，步行过程只能在人行道、人行横道、过街天桥、地下通道等步行设施上进行。而目前与公众出行信息服务相关的商用系统提供的公交换乘路径规划服务中，缺少从出发点到乘车站、中间换乘车站之间、下车站到目的地之间精确的步行路径引导过程。目前的商用系统提供了两种解决方法：一是简单告知用户需要步行连接的两点之间的直线距离和方位；二是在底层导航路网数据库上建立有向拓扑关系，类似车载导航形式提供可通达的步行路径。这两种方法提供给用户的步行指示都缺乏可行性。前者所提供的信息太模糊，不能用于精确的步行引导过程，后者没有考虑步行网与底层车载导航路网之间可能存在的差异，往往得到不实际的步行路径。

发明内容

本发明一方面提供一种步行网建立方法及装置，以解决现有技术中无法提供步行网的问题。

本发明另一方面提供一种路径搜索方法及装置，以解决现有技术中公共出行服务平台无法提供包含有效步行的多模式多标准路径导航的问题，为公众出行信息服务提供更好的技术支持。

本发明提供一种步行网建立方法，包括：

在导航路网线数据集中提取出步行道；

建立步行设施点与步行道之间的映射关系；

将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；

利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；

根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网，所述步行网为无向网络。

优选地，所述在导航路网线数据集中提取步行道包括：

获取道路网车行道集R；

通过屏蔽道路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，得到步行道集合R′。

优选地，所述建立步行设施点与步行道之间的映射关系包括：

对每一个步行设施点i，根据步行设施的语义属性，在步行道集合R′中寻找与之相匹配的步行道，建立映射关系(1:m)，记为M(i)＝{r₁，r₂，...，r_m|r₁，...，r_m∈R′}；

对M(i)中的每一个元素，根据反向车行道属性，判断其对向步行道，若其对向步行道不在M(i)中，则将其对向步行道添加至M(i)中，记为M′(i)；

对每一个步行设施点i，在M′(i)中利用空间临近分析，得出最合适的步行道待扩展对M″(i)。

优选地，所述生成跨街节点和跨街步行道包括：

对每一个步行设施点i，对步行道待扩展对M″(i)中的步行道对做垂线，选取垂足在所做垂线的目标步行道上，并且垂线段之和最小的步行道对为待处理步行道对，垂足为新生成的跨街节点，将新生成的跨街节点存储在跨街节点集合N_r中，并从相关步行道继承属性值；

根据新生成的跨街节点，扩展步行设施点i，使点要素扩展成为线要素，生成跨街步行道，加入步行道集合R′中，并将步行设施点的属性值继承到跨街步行道属性中。

优选地，所述利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道包括：

跨街节点集合N_r中的每一个跨街节点分割原步行道段，生成新的步行道，所述新的步行道保持原步行道名称、类型，并对所述跨街步行道赋予新的标识、起始和终止节点；

将所述新的步行道加入步行道集合R′中。

优选地，所述根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网包括：

根据步行道集合R′中的弧段生成无向拓扑，重建步行道间的连通关系，构成拓扑完整的步行网。

优选地，所述方法还包括：

在兴趣点上完成所述步行网与道路网的模式转换；和/或

通过公交站点完成所述步行网与公交网的模式转换；和/或

通过轨道交通站点完成所述步行网与轨道交通网的模式转换。

本发明提供一种步行网建立装置，包括：

步行道提取单元，用于在导航路网线数据集中提取出步行道；

映射关系建立单元，用于建立步行设施点与步行道之间的映射关系；

跨街步行道生成单元，用于将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；

步行道分割生成单元，用于利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；

拓扑关系建立单元，用于根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网，所述步行网为无向网络。

优选地，所述步行道提取单元包括：

获取子单元，用于获取道路网车行道集R；

屏蔽子单元，用于通过屏蔽道路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，得到步行道R′。

优选地，所述装置还包括：

第一转换单元，用于在兴趣点上完成所述步行网与道路网的模式转换；和/或

第二转换单元，用于通过公交站点完成所述步行网与公交网的模式转换；和/或

第三转换单元，用于通过轨道交通站点完成所述步行网与轨道交通网的模式转换。

本发明还提供一种路径搜索方法，包括：

根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级；

依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段；

按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

优选地，所述方法还包括：

根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。

可选地，所述用户指定的出行路径标准包括以下一项或多项：换乘最少、距离最短、时间最短、费用最低。

可选地，所述不同模式网络包括以下两种或多种：

道路网、公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

优选地，所述依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段包括：

(1)以起点O为搜索中心，以预定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的出发点S_i ^m，存储结果在m模式下的出发集 $O^m=\{S_i^m,...,S_j^m\}$ 中；

(2)以终点D为搜索中心，以预定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的终点S_g ^m，得到m模式下的终点集 $D^m=\{S_g^m,...,S_k^m\};$

(3)如果

并且

则执行步骤(4)；否则执行步骤(6)；

(4)以S_o ^m和S_d ^m为起点和终点，在模式m上进行路径搜索，将得到的路径存储在U^m(i，j)中，其中， $S_o^m\∈O^m,$ $S_d^m\∈D^m;$

(5)分别以O-S_i ^m，S_j ^m-D为起点和终点，在m-1模式中进行路径搜索，然后执行步骤(7)；

(6)以O-D为起点和终点，在m-1模式中进行路径搜索；

(7)重复步骤(1)至步骤(7)，直至得到所有路径段。

优选地，如果不同模式网络具有相同的优先级，则分别在所述不同模式网络上选择最佳路径。

优选地，所述按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径包括：

从输入起点O开始至终点D结束，依次连接路径行进过程中涉及到的出行模式，组成出行路径。

本发明还提供一种路径搜索装置，包括：

优先级设定单元，用于根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级；

路径段选择单元，用于依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段；

路径生成单元，用于按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

优选地，所述装置还包括：

选择输出单元，用于根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。

可选地，所述不同模式网络包括以下两种或多种：

道路网、公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明改善了传统公众出行服务平台中，仅能提供单一模式单一标准出行服务的局面，能够为用户提供完善、详细、符合用户认知习惯和出行体验的出行方案，通过步行网络的自动化构建，解决了公共出行服务平台无法提供有效步行导航的缺陷，同时通过多模式交通网络连通关系的自动化构建，很大程度上提高了城市多模式交通网络信息组织、存储、管理和维护的效率，为公众出行信息服务提供了良好的技术支持。

附图说明

图1为本发明实施例步行网建立方法的流程图。

图2为本发明实施例中建立的步行网络拓扑关系的示意图。

图3为本发明实施例步行网建立装置的一种结构示意图。

图4为本发明实施例路径搜索方法的流程图。

图5为本发明实施例中在中从不同模式网络上选择路径段的流程图。

图6为本发明实施例中多模式路径搜索结果示意图。

图7为本发明实施例路径搜索装置的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

发明实施例步行网建立方法及装置，在城市道路网、公共交通、轨道交通和各种人行天桥、地下通道等交通基础设施数据库基础上，利用地理信息系统空间分析技术，以自动化处理的方式，建立起步行网络。进一步地，建立起多模式交通网络特征实体间的连通关系。

参照图1，是本发明实施例步行网建立方法的实现流程图，包括以下步骤：

步骤101，在导航路网线数据集中提取出步行道。

也就是说，在导航路网线数据集中提取出允许步行的步行道。具体地，可以根据交通规则，选择屏蔽导航路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，如立交桥、城市快速路、高速公路、带有过街护栏的主路等，提取出具有附属步行道的车行道，构造可供步行通过的步行道集合，记为R′。

步骤102，建立步行设施点与步行道之间的映射关系。

也说是说，建立步行设施点数据集与步行道之间的映射关系，具体过程如下：

a.对每一个步行设施点i，根据步行设施的语义属性，在步行道集合R′中寻找与之相匹配的步行道，建立映射关系(1:m)，记为M(i)＝{r₁，r₂，..，r_m|r₁，...，r_m∈R′}；

b.对M(i)中的每一个元素，根据反向车行道属性(标识与某车行道行车方向相反的对向车行道)，判断其对向步行道，若其对向步行道不在M(i)中，则添加至M(i)中，记为M′(i)；

c.对每一个步行设施点i，在M′(i)中利用空间临近分析，得出最合适的步行道待扩展对M″(i)。

步骤103，将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道。

首先，对每一个步行设施点i，对M″(i)中的步行道对做垂线，选取垂足在所做垂线的目标步行道上，并且垂线段之和最小的步行道对为待处理步行道对，垂足为新生成的跨街节点，存储在跨街节点集合N_r中，并从相关步行道继承属性值；然后，根据新生成的跨街节点，扩展步行设施点i，使点要素扩展成为线要素，生成跨街步行道，加入步行道集合R′中，同时，将步行设施点的属性值继承到跨街步行道属性中。

步骤104，利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道。

对于跨街节点集合N_r中的每一个跨街节点，原步行道段在此处被分割，分割后的新步行道保持原有名称、类型等属性不变，并赋予新的标识、起始和终止节点等属性；并将以上新生成的步行道段加入步行道集合R′中。

当然，本发明实施例并不仅限于上述这种方式，还可以采用其他方式生成跨街节点和跨街步行道。

步骤105，根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网络，所述步行网络为无向网络。

具体地，可以根据步行道集合R′中的弧段生成无向拓扑，重建步行道间的连通关系，构成拓扑完整的步行网络。

本发明实施例步行网建立方法，通过在导航路网线数据集中提取出步行道；建立步行设施点与步行道之间的映射关系；将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系重建，构成拓扑完整的步行网。从而实现了步行网络的自动化构建，为公共出行服务平台实现步行导航提供了有效的技术支持。

为了进一步为用户提供多模式交通网络服务，在本发明实施例中，还可进一步包括以下步骤：建立步行网与其他网络的模式转换。

具体地，步行网络与道路网的模式转换可以在兴趣点(POI)上完成；与公交网的模式转换可以通过公交站点完成；与轨道交通网的模式转换可以通过轨道交通站点完成。

图2所示为本发明实施例中建立的步行网络拓扑关系的示意图。

其中(a)中步行设施i几何信息数字化正常，步行设施j几何信息数字化存在一定偏差，此类情况也经常出现；

(b)中步行道a与步行道b、d同时构成对向关系，这时需要将a、b和d一同加入步行设施k的步行道匹配集中；经过进一步空间临近分析后可以得出a和d为合适的待扩展匹配对。生成跨街节点Ni和Nj，然后通过维度扩展(即前面提到的将点抽象为弧段)生成跨街步行道如(c)所示，同时修改因打断原步行道而生成的新步行道数据，最后建立拓扑关系即可。

可见，本发明实施例步行网建立方法，通过多模式交通网络连通关系的自动化构建，很大程度上提高了城市多模式交通网络信息组织、存储、管理和维护的效率，为公众出行信息服务提供了良好的技术支持。

本发明实施例还提供一种步行网建立装置，如图3所示，是该装置的结构示意图。

该装置包括：

步行道提取单元301，用于在导航路网线数据集中提取出步行道；

映射关系建立单元302，用于建立步行设施点与步行道之间的映射关系；

跨街步行道生成单元303，用于将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点、生成的步行道和跨街步行道；

步行道分割生成单元304，用于利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；

拓扑关系建立单元305，用于根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网，所述步行网为无向网络。

在本发明实施例中，所述提取单元301的一种优选结构包括：获取子单元和屏蔽子单元(未图示)。其中，所述获取子单元，用于获取道路网车行道集R；所述屏蔽子单元，用于通过屏蔽道路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，得到步行道R′。

利用本发明实施例步行网建立装置，可以自动建立步行网络，其具体实现过程可参照前面本发明方法实施例中的描述，在此不再赘述。

为了进一步为用户提供多模式交通网络服务，在本发明实施例中，还可进一步包括以下一种或多种单元：第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元。其中，所述第一转换单元，用于在兴趣点上完成所述步行网与道路网的模式转换；所述第二转换单元，用于通过公交站点完成所述步行网与公交网的模式转换；所述第三转换单元，用于通过轨道交通站点完成所述步行网与轨道交通网的模式转换。

本发明实施例针对目前与公众出行信息服务相关的地图网站和个人导航系统在数据建模阶段采用“图层”方式表达各种交通模式的几何信息和语义信息，导致各模式特征实体之间相互独立，关系割裂。因此目前的商用系统，对公交网络数据采集往往采取简单数字化独立几何形式，路径搜索仅能在一个独立的交通模式图层上进行(公交和地铁也往往同等看待，合并为同一模式)，不能解决模式间的无缝连接等问题。本发明实施例提供一种步行网的建立方法和装置，在城市道路网、公共交通、轨道交通和各种人行天桥、地下通道、人行横道等交通基础设施数据库基础上，利用地理信息系统空间分析技术，以自动化处理的方式生成步行网数据，并结合其他交通模式网建立多模式交通网络特征实体间的连通关系建立多模式交通网络；进一步地，考虑到出行者的不同需求，根据不同标准进行多模式路径规划，提供用户透明的多模式组合方案，并考虑精确步行引导，实现真正的多模式、多标准门到门的路径规划服务。

为了提供多模式交通网络，在本发明实施例中，可以利用地理信息系统空间分析技术，对城市多模式交通的网络连通关系进行自动化处理。主要包括以下处理过程：

(1)道路网连通关系的建立：

根据道路网的特点，参照《车载导航地理数据采集处理技术规程》中提出的道路网络连通性处理要求和ISO GDF4.0国际标准，采用业界通用的导航数据库模型建立车行道连通关系。道路网中车行道的基本属性包括标识、名称、对向车行道、类型、路面性质、车道数等等。

(2)公交网和道路网连通关系的建立：

公交网络数据集包括公交线路(上行和下行)、逻辑站点和物理站点。逻辑站点是每条公交线路中唯一标识的站点。物理站点为具有唯一地理坐标、唯一名称的公交站点。除非具有不同名称，否则每个物理站点之间距离需大于100米。物理站点和逻辑站点之间为一对多的关系。逻辑站点通过与物理站点标识的映射获取地理坐标，多条公交线路的不同逻辑站点可共享同一物理站点。公交线路通过动态分段方式继承下承路网的几何信息，公交线路网络本身不是独立图层。

从公共交通要素的描述和表达中可知，公交系统的物理站点需要与道路网车行道建立依附关系，公交线路中邻接两个逻辑站点之间的线路段通过动态分段建立和下承路网车行道的依附关系，以此将公交系统层和车行道层两个独立的层进行关联，以建立两个层之间的连通关系。公交网与道路网的模式转换依靠公交站点进行。

a.公交物理站点和道路网车行道连通关系的建立

由于公交物理站点在车行道上表示为上行和下行，在几何上依附于两个名称相同方向相反的车行道，因此需要将两个具有不同方向的公交物理站点匹配到相应车行道上，并计算出站点在所对应车行道上的偏移量。

b.公交系统连通关系的建立

公交系统是依附于道路网的，因此公交网络更适合基于道路网建立逻辑网络。这里采用动态分段的方法描述与表达公交要素，即每个物理站点存储其所在车行道的标识和偏移量，公交路线由每个物理站点及站点间对应的车行道标识串来表达。

公交网与道路网的模式转换依靠公交站点进行。站点间的公交线段通过存储所经过的车行道唯一标识串表达。公交站点层包括物理站点层和逻辑站点层。一个物理站点可能对应多个不同公交线路上的逻辑站点，逻辑站点通过唯一标识和物理站点相关联。逻辑站点位置通过继承物理站点的二维笛卡尔坐标表达，公交网继承道路网的属性信息，同时还有专属于公交线路的属性信息，公交线路记录所有经过的逻辑站点序列、公交线路名称、公交路线属性，包括公交路线的早班车和末班车发车时间，发车间隔、计价方式等。

(3)轨道交通网和道路网连通关系的建立：

轨道交通网络数据集包括无向的轨道线路、逻辑站点和物理站点。逻辑站点是每条轨道线路中唯一标识的站点。物理站点为具有唯一地理坐标、唯一名称的轨道站点。除轨道交通换乘站外，物理站点与逻辑站点一一对应。轨道交通线路的基本属性与公交网络类似。

与公交系统不同，轨道交通模式与地面道路网络之间不存在依附关系。轨道交通线路层是一个独立的图层。当道路网络几何数据、交通路况发生变化，或者车行道上进行交通管制时，仅对相关车行道上行驶的公交线路产生影响，对轨道交通线路没有影响。因此在构建连通关系时，仅构建轨道交通站点与车行道之间的连通关系即可。

a.轨道交通站点和路网车行道连通关系的建立

轨道交通站点通常有2-8个出口，意味着轨道交通站点可依附于多个车行道。因此需要将每个出口站点匹配到相应的车行道上，并计算出偏移量。

b.轨道交通连通关系的建立

由于轨道交通不依附于道路网，且一般上行和下行路线一致，因此轨道线路在几何上采用单线存储，逻辑上采用线性参考方法存储两条对向路线。通过轨道线路的起始(终止)位置到所基于的线性参考实体的起点的距离占线性参考实体的总长度的百分比来表示其对向关系。

轨道交通网与道路网的模式转换依靠轨道交通站点进行；与公交网的模式转换通常需要借助其他交通模式(如步行模式)进行。

(4)兴趣点(POI)层和道路网连通关系的建立：

在现实世界中，虽然有些POI占据较大面积，属于地址区域元素，但是这些POI并不是连续可接近的，只有通过入口点才能进入。因此将POI层抽象为点图层表示。将每个点匹配到相应的车行道上，并计算出偏移量。

(5)步行设施层和道路网连通关系的建立

步行设施包括人行横道，人行天桥和地下通道，通过步行设施连接两条车行道，但步行设施不能改变原路网层车行道的连通关系，仅能在逻辑步行网络中起到连通两个车行道的作用。因此步行设施与车行道连通关系的建立，仅需将步行设施所连接的两条车行道与其匹配，并计算出偏移量。

基于上述多模式交通网络，本发明实施例提供一种路径搜索方法，根据用户指定的出行路径标准，进行模式透明的权重分配，也可根据用户需要对模式权重进行微调，进而进行路径搜索。最后，对多条路径结果进行对比分析，选出最符合用户出行需求的路径搜索结果，反馈给用户。

如图4所示，是本发明实施例路径搜索方法的实现流程图，包括以下步骤：

步骤401，根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级。

具体地，可以根据用户选择的标准，为各种模式网络分配优先级值1→m，m为最高优先级，1为最低，m的取值视所涉及的交通网络数据的模式种类而定，各种模式网络的优先级允许相同。

所述用户指定的出行路径标准包括以下一项或多项：换乘最少、距离最短、时间最短、费用最低。

下面对各标准进行简单说明：

(1)换乘最少：在所有可行方案中，为用户提供换乘次数最少的换乘方案。该标准下，默认为出租车、步行优先，轨道交通、公共汽车其次。

(2)距离最短：计算出每种可行方案所提供路径的长度，为用户提供长度最短的换乘方案。

(3)时间最短：采用动态路径搜索算法和顾及步行模式的“点到点”的路径搜索策略，为用户提供出行时间最短的出行方案。若无特殊交通模式指定，在该标准下，默认轨道交通模式优先级最高，出租车模式次之，公交模式再次，步行模式优先级最低。依次从大到小赋权重值，进行“高优先级扩展搜索，低优先级模式连接”搜索。

(4)费用最低：在所有可行方案中，为用户提供费用最低的换乘方案，最终为用户提供最经济的出行方案。该标准下，默认的优先级为步行＞公交＞地铁＞出租车。

用户指定模式对优先级有微调作用。如：在时间最短标准下，若用户选择轨道交通+公交模式组合，则公交模式的优先级仅次于轨道交通模式；若用户选择公交+出租模式组合，则先进行公交搜索后进行出租车模式连接。

所述不同模式网络可以是前面提到的两种或多种网络，比如，道路网、公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

步骤402，依照优先级从高到低的顺序依次在不同模式网络上进行路径规划，直至填补所有路径段。

也说是说，首先在高优先级模式网络上选择路径段，此时选择的路径段可能只是需要搜索的路径中的一部分，其他部分还需要在低优先级模式网络上进行搜索，直到得到所有路径段。也就是说，依据以下原则进行搜索：高优先级扩展搜索，低优先级模式连接，具体过程将在后面详细描述。

步骤403，按照出行顺序，依次连接路径行进过程中在不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

具体地，从输入起点O开始，依次连接路径行进过程中涉及到的出行模式，并加入模式转换的耗费(如等待时间)，组成最终的出行路径，直至输入终点D结束。

在本发明实施例中，还可进一步包括以下步骤：根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。这样，可以方便用户对出行路径的选择。

如图5所示，是本发明实施例中从不同模式网络上选择路径段的流程图，包括以下步骤：

步骤501，输入起点O和终点D；

步骤502，获得m模式网络下的起点集O^m和终点集D^m；

具体地，以起点O为搜索中心，以一定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的起点S_i ^m，生成在m模式网络下的出发集 $O^m=\{S_i^m,...,S_j^m\};$ 同样地，以终点D为搜索中心，以一定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的终点S_g ^m，得到m模式网络下的终点集 $D^m=\{S_g^m,...,S_k^m\};$ 步骤503，判断是否并且

如是是，则转步骤504；否则转步骤509；

步骤504，以S_o ^m( $S_o^m\∈O^m$ )和S_d ^m( $S_d^m\∈D^m$ )为起点和终点，在m模式网络上运行路径搜索算法；

步骤505，得到合适路径存储在U^m(i，j)，对于U^m(i，j)中的每一条路径R_ij ^m，m模式中的起点S_i ^m和终点S_j ^m将最终路径分割为多个部分，也就是说，m模式网络中的路径完成了整体路径中的一部分，因此，接下来需要分别以O-S_i ^m，S_j ^m-D为起点和终点，在m-1模式中进行路径搜索；

步骤506，判断m是否为1，也就是说，是否还有未搜索过的网络；如果是m不为1，则转步骤507；否则转步骤512；

步骤507，将m-1赋值给m，也就是说，选择下一优先级的网络进行路径搜索；

步骤508，分别以O-S_i ^m，S_j ^m-D为起点和终点，在m-1模式网络中进行路径搜索；然后转步骤502；

步骤509，判断m是否为1，也就是说，是否还有未搜索过的网络；如果是m不为1，则转步骤510；否则转步骤512；

步骤510，将m-1赋值给m，也就是说，选择下一优先级的网络进行路径搜索；

步骤511，以O-D为起点和终点，在m-1模式网络中进行路径搜索；

重复上述过程，即可完成所有路径段的搜索。

需要说明的是，在上述路径搜索过程中，若出现不同模式网络具有相同的优先级时，可以分别在优先级相同的模式网络上进行计算，最终输出的结果由出行评价标准确定。

图6为以上搜索得到的路径的示意图。

在时间最短标准下，地铁优先级最高，因此首先搜索得到地铁路径，该路径同时将整体路径分为三部分，对其余两部分，在下一优先级模式中进行路径搜索，循环此过程，直至得到完整路径。

在本发明实施例中，对于不同的交通模式网络，可以采用不同的路径搜索算法，比如：

(1)出租车模式路径搜索算法

在融合历史数据统计、短时交通预测以及交叉口延迟模型的基础上，利用离散时间切片方法，将基于四叉堆优先级队列的Dijkstra算法进行了动态改造，实现了时间依赖的动态最优路径搜索，从而实现基于预测的动态出行服务。其基本思路如下：

首先，利用实时获取的车行道段车速和车行道段长度，获取该车行道段的行程时间，将车行道段行程时间建模为时间依赖的变量，然后将时间离散化，选取5分钟为一个周期，建立车行道段的分时段常量行程时间函数；当路径规划算法扩展到某车行道段L时，根据规划路径中已有的行程时间累计，可获取当用户进入路幅段L时的时刻t，并根据预测模型获取t时刻车行道段L的预计行程时间T(L)，从而实现静态Dijkstra算法的动态改造。

运行时，系统调用数据库中根据当前时刻的实时路况和预测服务器提供的路网各车行道段平均车速，完成基于预测的动态路径规划。若在当前预测周期内不能完成的出行过程，则在运行中途根据精确时间重新调用最新的预测结果，以保证出行过程中所得到的交通预测信息的实时性，自适应地完成动态最优出行路线的重新规划。

(2)公交模式路径搜索算法

公交路径搜索采用深度优先的遍历搜索算法，其步骤如下：

首先，对公交站点进行预先处理，建立站点间的邻接关系。1)对可直达站点建立邻接关系；2)将每个站点300米内的所有站点可直达的站点集合加到此站点可直达站点集合中；3)再把每个站点可直达站点300米内的所有站点加到此站点可直达站点集合中。以上步骤在预处理阶段完成，只需计算一次。

然后，进行公交路径搜索。对输入的起点和终点确定两地之间的距离，若距离小于400米，则转入步行模式计算，否则进行直达路径搜索。

i.直达路径搜索

由于直达路径在站点预处理时已经存储可直达站点，因此只需遍历查找到可直达的方案，对该方案计算行车耗费，静态情况下采用下列预设分段函数V(t)取值(可根据城市交通状况调整)：

动态情况下采用所获取的实时路况和预测路况信息取值，计算临近站点间的行驶时间、进出站与等待耗费等，并根据所选择标准进行输出即可。

ii.一次换乘路径搜索

除搜索两点间直达线路外，还需要考虑两点间换乘路径搜索。对于一次换乘路径搜索过程，如果换乘线路预计耗时大于两点间直达线路，或者两点间无直达线路时，换乘线路长度大于起终点马氏距离的120％，此换乘方案不予保留。换乘车站间距在步行可容忍距离内方案有效，否则无效。对该方案计算行车耗费，方法同直达路径搜索，需要计算换乘耗费，若无需步行路径连接中间换乘，则换乘时间和等待时间需要计入该模式时间花费；若需要步行路径连接中间换乘，则换乘时间即为步行时间，等待时间仍需计入该方案时间花费。

iii.二次换乘路径搜索

不存在直达和一次换乘线路时才寻找二次换乘线路，相同换乘方案只保留一个，参考一次换乘进行搜索。

(3)轨道交通模式路径搜索算法

基于四叉堆优先级队列的Dijkstra算法，依照轨道交通运行时间表进行路径搜索，需要计算换乘耗费，若无需步行路径连接中间换乘，则换乘时间和等待时间需要计入该模式时间花费；若需要步行路径连接中间换乘，则换乘时间即为步行时间，等待时间仍需计入该方案时间花费。

(4)步行模式路径搜索算法

基于四叉堆优先级队列的Dijkstra算法，按照步行平均速度5km/h计算，需要考虑过街耗费等。

本发明实施例还提供一种路径搜索装置，如图7所示，是该装置的一种结构示意图，包括：

优先级设定单元701，用于根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级；

路径段选择单元702，用于依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段，具体过程可参照前面图5所示流程中的描述；

路径生成单元703，用于按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

在本发明实施例中，还可进一步包括：选择输出单元704，用于根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。

所述不同模式网络包括以下两种或多种：公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

本发明实施例路径搜索装置，基于上述多模式交通网络，对公众出行路径规划服务涉及的多个交通模式特征实体之间的几何与语义关系进行处理，从数据建模阶段进行针对性设计；进一步地，考虑到动态变化的路况信息对自驾车、公交等多个交通模式下的出行过程产生影响，采用动态算法为用户提供动态变化的路线与出行模式，实现真正的多模式、多标准动态路径规划服务。

本发明改善了传统公众出行服务平台中，仅能提供单一模式单一标准出行服务的局面，能够为用户提供完善、详细、符合用户认知习惯和出行体验的出行方案，解决了公共出行服务平台无法提供有效步行导航的缺陷，同时通过多模式交通网络连通关系的自动化构建，很大程度上提高了城市多模式交通网络信息组织、存储、管理和维护的效率，为公众出行信息服务提供了良好的技术支持。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种步行网建立方法，其特征在于，包括：

在导航路网线数据集中提取出步行道；

建立步行设施点与步行道之间的映射关系；

将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；

利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；

根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网，所述步行网为无向网络。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在导航路网线数据集中提取步行道包括：

获取道路网车行道集R；

通过屏蔽道路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，得到步行道集合R′。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立步行设施点与步行道之间的映射关系包括：

对每一个步行设施点i，根据步行设施的语义属性，在步行道集合R′中寻找与之相匹配的步行道，建立映射关系(1：m)，记为M(i)＝{r₁，r₂，...，r_m|r₁，...，r_m∈R′}；

对M(i)中的每一个元素，根据反向车行道属性，判断其对向步行道，若其对向步行道不在M(i)中，则将其对向步行道添加至M(i)中，记为M′(i)；

对每一个步行设施点i，在M′(i)中利用空间临近分析，得出最合适的步行道待扩展对M″(i)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生成跨街节点和跨街步行道包括：

对每一个步行设施点i，对步行道待扩展对M″(i)中的步行道对做垂线，选取垂足在所做垂线的目标步行道上，并且垂线段之和最小的步行道对为待处理步行道对，垂足为新生成的跨街节点，将新生成的跨街节点存储在跨街节点集合N_r中，并从相关步行道继承属性值；

根据新生成的跨街节点，扩展步行设施点i，使点要素扩展成为线要素，生成跨街步行道，加入步行道集合R′中，并将步行设施点的属性值继承到跨街步行道属性中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道包括：

跨街节点集合N_r中的每一个跨街节点分割原步行道段，生成新的步行道，所述新的步行道保持原步行道名称、类型，并对所述跨街步行道赋予新的标识、起始和终止节点；

将所述新的步行道加入步行道集合R′中。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网包括：

根据步行道集合R′中的弧段生成无向拓扑，重建步行道间的连通关系，构成拓扑完整的步行网。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在兴趣点上完成所述步行网与道路网的模式转换；和/或

通过公交站点完成所述步行网与公交网的模式转换；和/或

通过轨道交通站点完成所述步行网与轨道交通网的模式转换。

8.一种步行网建立装置，其特征在于，包括：

步行道提取单元，用于在导航路网线数据集中提取出步行道；

映射关系建立单元，用于建立步行设施点与步行道之间的映射关系；

跨街步行道生成单元，用于将步行设施由点抽象为弧段，生成跨街节点和跨街步行道；

步行道分割生成单元，用于利用所述跨街节点对所述跨街节点所在的原步行道进行分割，生成新的步行道；

拓扑关系建立单元，用于根据所述跨街节点对提取出的步行道、生成的新的步行道和生成的跨街步行道间的连通关系进行重建，构成拓扑完整的步行网，所述步行网为无向网络。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述步行道提取单元包括：

获取子单元，用于获取道路网车行道集R；

屏蔽子单元，用于通过屏蔽道路网车行道集R中不允许步行通过的车行道，得到步行道R′。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，还包括：

第一转换单元，用于在兴趣点上完成所述步行网与道路网的模式转换；和/或

第二转换单元，用于通过公交站点完成所述步行网与公交网的模式转换；和/或

第三转换单元，用于通过轨道交通站点完成所述步行网与轨道交通网的模式转换。

11.一种路径搜索方法，其特征在于，包括：

根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级；

依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段；

按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述用户指定的出行路径标准包括以下一项或多项：换乘最少、距离最短、时间最短、费用最低。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述不同模式网络包括以下两种或多种：

道路网、公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段包括：

(1)以起点O为搜索中心，以预定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的出发点S_i ^m，存储结果在m模式下的出发集 $O^m=\{S_i^m,...,S_j^m\}$ 中；

(2)以终点D为搜索中心，以预定范围为半径，在最高优先级网络m上搜索所有可能的终点S_g ^m，得到m模式下的终点集 $D^m=\{S_g^m,...,S_k^m\};$

(3)如果

并且则执行步骤(4)；否则执行步骤(6)；

(4)以S_o ^m和S_d ^m为起点和终点，在模式m上进行路径搜索，将得到的路径存储在U^m(i，j)中，其中， $S_o^m\∈O^m,$ $S_d^m\∈D^m;$

(5)分别以O-S_i ^m，S_j ^m-D为起点和终点，在m-1模式中进行路径搜索，然后执行步骤(7)；

(6)以O-D为起点和终点，在m-1模式中进行路径搜索；

(7)重复步骤(1)至步骤(7)，直至得到所有路径段。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

如果不同模式网络具有相同的优先级，则分别在所述不同模式网络上选择最佳路径。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径包括：

从输入起点O开始至终点D结束，依次连接路径行进过程中涉及到的出行模式，组成出行路径。

18.一种路径搜索装置，其特征在于，包括：

优先级设定单元，用于根据用户指定的出行路径标准分配不同模式网络的优先级；

路径段选择单元，用于依照优先级从高到低的顺序依次从不同模式网络上选择路径段；

路径生成单元，用于按照出行顺序，依次连接路径行进过程中的不同模式网络上选择的路径段，生成候选出行路径。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：

选择输出单元，用于根据所述用户指定的出行路径标准，对所有候选出行路径进行排序并输出。

20.根据权利要求18或19所述的装置，其特征在于，所述不同模式网络包括以下两种或多种：

道路网、公交网、轨道交通网、步行网、兴趣点层、步行设施层。

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