CN104978859A - 一种计算城市任意区域公交线网密度的方法 - Google Patents

Abstract

一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，本发明涉及公交系统线网密度计算方法，尤其是基于多公交线路GPS数据的城市任意区域的公交线网密度的方法。主要提供一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，该方法对多条公交线路的GPS数据进行分割，采用距离相似性技术去掉重复线路，将非重复线路累加得到道路中心线总长度，然后与选定的城市区域进行相除，求得最终的公交线网密度，从而为公交公司进行线网规划和优化提供了很好的参考依据。

Description

一种计算城市任意区域公交线网密度的方法

技术领域

本发明涉及公交系统线网密度计算方法，尤其是基于多公交线路GPS数据的城市任意区域的公交线网密度的方法。

背景技术

公交线网密度是指单位面积内所拥有的公交线网长度。通常利用公交线网长度(L)与区域面积(S)之比来表示，即公交线网密度D＝L/S。公交线网密度大体能反映一个地区公交线网的发展水平，因此，公交线网密度是衡量城市公共交通服务水平的一项重要指标。

城市公共交通是满足居民基本出行的社会公益性事业，是交通运输服务业的重要组成部分，与居民生产生活息息相关，与城市运行和经济发展密不可分。随着城市转型升级，城市人口不断增长，乘坐公交出行的居民数量不断增加，城市公交服务系统面临的压力也逐步加大。

公交线网设置是公交的重要组成部分，公交线网的规划、设置对居民出行乘车感受、乘车便利性及公交系统的运行成本产生直接影响。建设部颁发的《城市道路交通规划设计规范》，提到“在市中心区规划的公共交通线路网的密度，应达到3－4公里每平方公里；在城市边缘地区应达到2－2.5公里每平方公里。”

现行的公交线网密度计算方法是用各公交运营线路的实际长度除以所经地区的面积。但是，该计算方法只是直接使用线网数据，忽略了城市公交线网的相似性与重复性，从而影响到最终数据的准确性。因此，即使某一区域规划的公交线网密度，达到规范要求，也可能因为线网设置重复，致使实际线网覆盖不均匀。当去除掉重复的公交线网，实际线网密度降低，有可能无法达到相关规范要求，从而无法满足部分区域居民的乘车需求。经发明者研究发现，基于多公交线路GPS数据分割和距离相似性去重的线网密度的方法，可以提高公交线网密度测算的准确性。

发明内容

发明目的：本发明主要提供一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，该方法对多条公交线路的GPS数据进行分割，采用距离相似性技术去掉重复线路，将非重复线路累加得到道路中心线总长度，然后与选定的城市区域进行相除，求得最终的公交线网密度，从而为公交公司进行线网规划和优化提供了很好的参考依据。

技术方案：本发明的计算城市任意区域公交线网密度的方法，包括如下步骤：

步骤一，采集公交线路基础GPS数据，数据中包含各条公交线路上公交车辆行驶的轨迹，包括经度、纬度等，令S表示线网密度，L代表有公交线路的道路中心线总长度，单位是为km，F是公交服务的城市用地面积，单位是km²，则公交线网密度计算公式为：

S＝L/F   (1)

在公式(1)中，道路中心线总长度L通过将所有公交线路的路线长度相加求得，求各过程中去除公交线路重复的部分。在已知公交服务面积的边界点经纬度的情况下，选定区域的公交服务面积F通过求解多边形面积而得到。如公式(1)所述，求公交线网密度的关键在于如何在公交线路之间有重合的情况下，计算所有公交线路的道路中心线总长度。

步骤二：根据影响公交线网密度测算的公交线路重合因素，计算距离相似性，并根据相似程度去掉重复路段。在本发明中，公交线路的去重问题建模为移动轨迹序列相似性匹配问题。假定A和B表示两条公交线路的行车轨迹，A₁和A₂表示线路A的一个路段，B₁和B₂表示线路B的一个路段，在欧式空间中计算出端点A₁与A₂，B₁和B₂的距离d₁和d₂，并与给定的阈值θ比较得到比较结果具体计算公式如下：

在公式(2)中，的值小于零表示公交线路段A₁A₂与B₁B₂相似，而的值大于零表示公交线路段A₁A₂与B₁B₂不相似。

步骤三：对城市所有公交线路进行分割，并应用步骤二中提出的距离相似性去重方法对分割后的线段进行去重。在本发明中，公交系统采集到的每条线路的GPS数据都存在数据库表中，对每一条公交线路计算相邻GPS点之间的距离，并根据计算精确度要求对本路离线段进行分割，分割后的每一小段的起始点，中间点，终点的经纬度以及所在的公交线路存入数据库表all中。通过这种分割策略，可以在更小的粒度上对公交线路进行去重。接下来数据库表all表里的线段计算相似度，并根据计算结果去掉相似的路段，保留所有不相似的路段，结果保存在数据库表un中。为了提高计算效率，本发明采用并行相似度计算方法，将第i条线路里的线段集平均交付给多个线程并行的与前i-1条公交线进行相似性比较，在并行处理过程中，一旦某个线程发现一个路段与其他路段相似，则通过消息通知其他所有线程停止相似度计算，说明该小路段与其路段相似。

数据库表all和un中的每个记录是一个小的路段，可以表示为多元组，未去重前all表里的记录将多于去重处理后unisegment表里的记录，两个表中记录的差表示重复的路段信息。

步骤四：对于输入的城市任意多边形区域，累加该区域内的不重复的公交线段长度，根据线网计算公式计算线网密度，输出该多边形区域内的线网密度值。在本发明中，对于该城市中任意划分的多边形区域， 首先计算出该多边形的边界，即最大最小经纬度。然后从数据库里找出在外接矩形内的不重复的线段。为了提高查找效率可以选择midlong,midlat作为组合索引。

对于找出的矩形内的不重复的线段，判断是否在多边形内。本发明首先判断该线段的中点是否在多边形内，采用射线法方法判断，即该点向一个正方向发射一条射线，穿过多边形线段上的个数为奇数则在多边形内，偶数则在多边形外。然后累加在多边形内的不重复的线段长度，从而得到了城市多边形区域线网长度。接下来计算多边形的面积，将多边形面积是组成多边形的三角形的有向面积之和。

步骤五，当所有公交线路的道路中心线长度，以及选定区域的面积计算完成后，利用公式(1)求得公交线网密度。

有效效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明可以设定线路分割粒度、相似性比较阈值两个参数提高公交线网密度计算结果的精确性；

2)本发明新新性地给出了多分段并行公交线路去重算法，根据公交车辆的GPS数据准确、高效的计算出公交线网密度。

3)本发明方法通用性强、易于移植，可以在计算机上方便地计算出公交线网密度，发明方法的实用性强。

附图说明

图1是本发明的总体流程图

图2是本发明的公交线路相似性度量方法示意图

图3是本发明的公交线路去重结果示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图1是本发明的总体流程图，可以看出，该发明主要包含以下五个步骤：

步骤一，采集公交线路基础GPS数据，数据中包含各条公交线路上公交车辆行驶的轨迹，包括经度、纬度等。采集的公交车辆在公交线路上的行驶轨数据如下表所示：

序号	经度	纬度
			1	119.966646	31.791609
2	119.967568	31.79208
			3	119.967703	31.792462
…	…	…

步骤二，根据影响公交线网密度测算的公交线路重合因素，计算距离相似性，并根据相似程度去掉重复路段。公交线路的去重问题建模为移动轨迹序列相似性匹配问题，如图2所示，A和B表示两条公交线路的行车轨迹，A₁和A₂表示线路A的一个路段，B₁和B₂表示线路B的一个路段，在欧式空间中计算出端点A₁与A₂，B₁和B₂的距离d₁和d₂，并与给定的阈值θ比较得到比较结果如果的值小于零表示公交线路段A₁A₂与B₁B₂相似，而的值大于零表示公交线路段A₁A₂与B₁B₂不相似。

步骤三，对城市所有公交线路进行分割，并应用步骤二中提出的距离相似性去重方法对分割后的线段进行去重。公交系统采集到的每条线路的GPS数据都存在数据库表segment中，对每一条公交线路计算相邻GPS点之间的距离，并根据计算精确度要求对本路离线段进行分割，分割后的每一小段的起始点，中间点，终点的经纬度以及所在的公交线路存入数据库表all中。在图1中，路段相似度计算分配给n个线程，这些线程并行的对路段进行相似度进行计算，一旦某个线程发现一个路段与其他路段相似，则通过消息通知其他所有线程停止相似度计算，说明该小路段与其路段相似。在图3中对常州公交线路B1上和B10上进行相似度计算并去重，去重结果如图3右部所示。

步骤四，对于输入的城市任意多边形区域，累加该区域内的不重复的公交线段长度，根据线网计算公式计算线网密度，输出该多边形区域内的线网密度值。在本发明中，对于该城市中任意划分的多边形区域，首先计算出该多边形的边界，即最大最小经纬度，然后从数据库里找出在外接矩形内的不重复的线段。对于找出的矩形内的不重复的线段，判断是否在多边形内。本发明首先判断该线段的中点是否在多边形内，采用射线法方法判断，即该点向一个正方向发射一条射线，穿过多边形线段上的个数为奇数则在多边形内，偶数则在多边形外。然后累加在多边形内的不重复的线段长度，从而得到了城市多边形区域线网长度。接下来计算多边形的面积，将多边形面积是组成多边形的三角形的有向面积之和。

步骤五，当所有公交线路的道路中心线长度，以及选定区域的面积计算完成后，利用公式(1)求得公交线网密度。

结合目前公交系统数据的特征，发明人认为，通过对公交线路进行分割并计算相似度，并结合并行计算方法可以高效、准确的计算出公交线路的密度。基于公交线路密度，结合公交大数据分析处理技术，可以对公交线路布局进行优化，实现公交运营管理的全面提升。

Claims (5)

1.一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，它包含以下步骤：

1)采集公交线路基础GPS数据，数据中包含各条公交线路上公交车辆行驶的轨迹，包括经度、纬度等：

2)根据影响公交线网密度测算的公交线路重合因素，计算距离相似性，并根据相似程度去掉重复路段；

3)对城市所有公交线路进行分割，并应用步骤二中提出的距离相似性去重方法对分割后的线段进行去重；

4)对于输入的城市任意多边形区域，累加该区域内的不重复的公交线段长度，根据线网计算公式计算线网密度，输出该多边形区域内的线网密度值；

5)当所有公交线路的道路中心线长度，以及选定区域的面积计算完成后，利用公式求得公交线网密度。

2.如权利要求1所述的一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，其

特征在于：所述步骤1)中，在已知公交服务面积的边界点经纬度的情况下，选定区域的公交服务面积通过求解多边形面积而得到。

3.如权利要求1所述的一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，其特征在于：所述步骤2)中，公交线路的去重问题建模为移动轨迹序列相似性匹配问题。

4.如权利要求1所述的一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，其特征在于：所述步骤3)中，公交系统采集到的每条线路的GPS数据都存在数据库表segment中，对每一条公交线路计算相邻GPS点之间的距离，并根据计算精确度要求对本路离线段进行分割，分割后的每一小段的起始点，中间点，终点的经纬度以及所在的公交线路存入数据库表allsegment中。

5.如权利要求1所述的一种计算城市任意区域公交线网密度的方法，其特征在于：所述步骤4)中，对于该城市中任意划分的多边形区域，首先计算出该多边形的边界，即最大最小经纬度。