CN113034329B - 用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法 - Google Patents

用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，该评估方法包括：确定评估区边界及其中待评估的集中区的个数；确定外围区边界及其中参与评估的集中区的个数；确定小区大小，对所有的集中区进行小区划分；设置小区的权重系数；确定评估的运算参数；确定等时长时间段的时长；确定各个等时长时间段的权重系数；采集或测算每个时间段从评估区的每个小区出发经最优方案到达其他小区的旅途时间；计算每个小区的可达性指标。根据本发明的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，能够更为准确、客观地以一致的标准对不同地区的区域交通可达性进行评估或研究，帮助做出更好的公共决策。

Description

用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法
技术领域
本发明涉及区域内不同地区的区域交通可达性的比较和评估，尤其涉及一种用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法。
背景技术
以往，对交通可达性的评估方法主要考虑交通方式的旅途时间而没有考虑交通方式时刻表的影响，这种对于交通方式时刻表的忽视会造成区域交通可达性的评估计算和现实条件或情况存在较为明显的差异，造成评估结果无法很好地适用于区域交通的运行和规划评估。
例如，如果两个地区之间的某种交通方式以每天2趟班次的方式运行和以每天20趟班次的方式运行，其在评估涉及相关地区的交通可达性的评估时，必须将上述差异考虑在内才有可能获得较为准确的评估结果。
因此，亟需设计一种新的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，其旨在解决现有方法无法客观反映出某些交通方式的时刻表变化或不同对于区域可达性的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的对交通可达性的评估方法忽视了一些可用交通方式的时刻表对于交通可达性的显著影响，因而评估结果无法很好地适用于区域交通的运行和规划评估的缺陷，提出一种新的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，其中研究的区域存在多个集中区以及可获得的含时刻表交通方式，其特点在于，所述评估方法包括：
步骤一、在研究的区域中确定评估区边界及评估区边界内待评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤二、在研究的区域中确定外围区边界及外围区边界内参与评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤三、确定小区大小，对所有的集中区进行小区划分，并确定评估区各集中区的小区数和小区编号，以及外围区各集中区的小区数和小区编号；
步骤四、设置各个小区的权重系数；
步骤五、确定评估的运算参数，所述运算参数包括阈值时间、交通方式和到达区域(到达区域可以是评估区或外围区，或者两者兼有)；
步骤六、确定等时长时间段的时长和由所述时间段组成的时间区间，时间区间的时长不小于阈值时间；
步骤七、确定各个时间段的权重系数；
步骤八、通过地图和交通服务大数据，采集或测算每个时间段从评估区的每个小区出发，通过旅途时间最少的交通方式或交通方式的组合，到达其他小区的旅途时间，其中旅途时间的采集或测算包含涉及含时刻表交通方式的影响；
步骤九、根据步骤八中获得的数据，计算得出评估区中的各个集中区内的每个小区的可达性指标；
其中，每个小区的可达性指标定义为经过时间段的权重系数和小区的权重系数加权的所有时间段的自该小区出发在阈值时间内可到达其他小区的加权小区数占所有时间段的所有其他小区的加权小区数的比值，所述其他小区是指除出发小区所在的集中区的小区之外的对应于到达区域的小区。
根据本发明的一些实施方式，所述评估方法还包括：
步骤十、基于步骤九中计算得到的集中区中的所有小区的可达性指标的平均值得到集中区的可达性指标，以及，基于评估区中的所有集中区的可达性指标的平均值得到评估区的可达性指标。
根据本发明的一些实施方式，步骤六中，时间区间的时长的缺省值设置为12小时，等时长时间段的时长的缺省值设置为2小时。
根据本发明的一些实施方式，步骤六还可包括：
选择性地调节等时长时间段的时长，使其增加或缩短，相应地，时间区间的时长也随之变化。
可以理解的是，当时间段时长小于阈值时间的时候，时间区间排最后的时间段后面必须增加新的时间段，即所述最后一个时间段出发的旅客其旅途时间还没有达到阈值时间时，还需要跨时间段继续旅行。这种延续剩余旅途的时间就需要在步骤八进行新增时间段的数据收集。
因此，与之相应的，步骤八还可包括：
当步骤六设置的时间段时长小于阈值时间的时候，需要新增等时长时间段，并收集该时间段内的旅途时间数据，新增时间段的数量例如可以是(阈值时间)/(时间段时长)向上取整再减1。
根据本发明的一些实施方式，步骤九还包括：
基于步骤六中对时间段的时长的调节，对比分析其对于步骤八含时刻表交通方式选择的影响和对于步骤九计算得到的每个小区的可达性指标的影响。
根据本发明的一些实施方式，步骤八还包括：
在本步骤的计算过程中，每当涉及含时刻表交通方式，则按所处时间段内作为出发点的小区是否存在含时刻表交通方式的站点和可用班次或者旅途中经过的时间段内是否存在含时刻表交通方式的站点及可用班次，决定是否使用含时刻表交通方式；
其中，从出发到终点的旅途时间若包含多个时间段则按旅途经过的各时间段分别进行旅途时间采集或测算然后累加获得。
根据本发明的一些实施方式，步骤四中，基于小区所在的集中区的生产总值、人口密度、居住条件信息、商业条件信息、可得服务信息、就业信息中的部分或全部，设置各个小区的权重系数；若忽略所述因素，可将权重系数设置为1。
根据本发明的一些实施方式，步骤七中，根据各个时间段的需求价值设置其权重系数，其中需求价值和时间段内的区域交通的需求强度呈正相关关系；若忽略所述因素，可将权重系数设置为1。
根据本发明的一些实施方式，步骤九中基于以下公式(1)、(2)和(3)计算每个小区的可达性指标，
Figure BDA0003038938290000041
Figure BDA0003038938290000042
Figure BDA0003038938290000043
其中，j≠j0，且公式(1)中的
Figure BDA0003038938290000044
进一步由下式定义
Figure BDA0003038938290000045
Figure BDA0003038938290000046
其中，公式(1)表示在j0集中区的i小区，在第h个时间段自该小区出发，在T时间内能够到达的其他小区的经过小区权重系数加权的小区数；
其中，公式(2)表示j0集中区之外到达区域的所有经过小区权重系数加权的小区数的计算；
其中，公式(3)表示在公式(1)和(2)计算结果的基础上经过所有时间段的权重系数加权并进行归一化处理，得到j0集中区i小区的可达性指标。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，能够提供一种目前缺乏的能够客观反映出交通方式的时刻表变化或不同对于区域可达性的影响的区域交通可达性的评估方法，从而能够使得为区域交通的运行和规划所做的评估能够更准确地反映客观条件，有助于做出更合理的区域交通运行和规划决策。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
为便于理解下文对于例举的本发明的实施方式的说明和描述，现对于下文涉及的术语、变量做定义或说明如下，其中部分变量的定义仅出于便于理解下文说明中涉及的公式。并且，应当理解的是，下述定义或说明应做说明性而非限制性的理解。
1)集中区，可指人或产业活动集中的区域，一般为城镇、村庄、工矿地区、人流活动密集的景区景点等；
2)阈值时间T，指规定从一个集中区小区出发，到达另一个集中区小区的最大路途时间。在这个时间内，有的小区可以到达，有的小区到达不了。根据评估区和外围区的规模，规定的最大路途时间可以按小时或分钟设置，交通方式可以是飞机、高铁、火车、轨道、汽车、骑行、步行或轮船等，也可以是各种交通方式的组合；
3)时间段，指一个片段时间，数个等时长的时间段组成一个时间区间，如一日8-20点的时间区间中，8-10点为时长2小时的时间段，共有6个等时长的时间段组成这个时间区间；
4)h，时间段的编号；
5)评估区，可指需要进行评估的区域，其边界内有需要评估的集中区，这些集中区被小区化，形成评估区的集中区小区；
6)S，表示评估区，R，表示外围区；
7)MS，表示S区内需要评估的集中区总数；
8)j，表示S区内集中区的编号，j0为j的某个编号；
9)Nj，表示S区内j集中区的小区个数；
10)i，表示S区内小区的编号，可随小区所在的集中区进行编号；
11)外围区，可指评估区之外的区域范围，其范围内有参与评估的集中区，这些集中区被小区化，形成外围区的集中区小区；
12)MR，表示R区内辅助评估的集中区总数；
13)l，表示R区内集中区的编号；
14)Nl，表示R区内l集中区的小区个数；
15)k，表示R区内小区的编号，可随小区所在的集中区进行编号；
16)wij和wkl，分别为评估区S和外围区R的小区权重系数。实际应用中，人口密度、地均产值、以及从其他集中区到达的人数或货物量等可以作为权重因素。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，该评估方法包括以下步骤：
步骤一、在研究的区域中确定评估区边界及评估区边界内待评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤二、在研究的区域中确定外围区边界及外围区边界内参与评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤三、确定小区大小，对所有的集中区进行小区划分，并确定评估区各集中区的小区数和小区编号，以及外围区各集中区的小区数和小区编号；
步骤四、设置各个小区的权重系数；
步骤五、确定评估的运算参数，所述运算参数包括阈值时间、交通方式和到达区域(评估区、外围区或两者兼有)；
步骤六、确定等时长时间段的时长和由所述时间段组成的时间区间，时间区间的时长不小于阈值时间；
步骤七、确定各个等时长时间段的权重系数；
步骤八、通过地图和交通服务大数据，采集或测算每个时间段从评估区的每个小区出发，通过旅途时间最少的交通方式或交通方式的组合，到达其他小区的旅途时间，其中旅途时间的采集或测算包含涉及含时刻表交通方式的影响；
步骤九、根据步骤八中获得的数据，计算得出评估区中的各个集中区内的每个小区的可达性指标，其中每个小区的可达性指标定义为经过时间段和小区的权重系数加权的所有时间段的自该小区出发在阈值时间内可到达其他小区的加权小区数占所有时间段的所有其他小区的加权小区数的比值。所述其他小区是指除出发小区所在的集中区的小区之外的对应于到达区域的小区。
其中，可以理解的是，所述加权小区数是指小区被赋予各类权重系数后的当量小区值，如有的小区相当于1.5个小区数而有的小区只相当于0.5个小区数。
如上所述的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，优选地还包括以下步骤十：
步骤十、基于步骤九中计算得到的集中区中的所有小区的可达性指标的平均值得到集中区的可达性指标，以及，基于评估区中的所有集中区的可达性指标的平均值得到评估区的可达性指标。
其中，步骤六中，举例来说，时间区间的时长的缺省值可设置为12小时，等时长时间段的时长的缺省值可设置为2小时。
根据本发明的一些实施方式，步骤六还包括：
选择性地调节等时长时间段的时长，使其增长或缩短，相应地，时间区间的时长也随之变化。
应理解的是，当时间段时长小于阈值时间T的时候，时间区间排最后的时间段后面必须增加新的时间段，即所述最后一个时间段出发的旅客其旅途时间还没有达到阈值时间时，还需要跨时间段继续旅行。这种延续剩余旅途的时间就需要在步骤八进行新增时间段的数据收集。
与之相对应的，步骤八还可具体包括：
当步骤六设置的时间段时长小于阈值时间的时候，需要新增等时长时间段，并收集该时间段内的旅途时间数据，新增时间段的数量例如可以是(阈值时间)/(时间段时长)向上取整再减1。
步骤九还包括：
基于步骤六中对等时长时间段的时长的调节，对比分析其对于步骤八含时刻表交通方式选择的影响和对于步骤九计算得到的每个小区的可达性指标的影响。
通过调节等时长时间段的时长，实际上可以调整最终评估得出的可达性指标对于时刻表这一影响因子的灵敏度或者说受影响程度。换言之，可根据实际需要对等时长时间段的时长进行设置或者调节，以使得评估中的可达性指标这一计算结果对于时刻表因素的灵敏度达到令研究者满意的水平。
根据本发明的一些实施方式，步骤八还包括：
在本步骤的计算过程中，每当涉及含时刻表交通方式，则按所处时间段内作为出发点的小区是否存在含时刻表交通方式的站点和可用班次或者旅途中经过的时间段内是否存在含时刻表交通方式的站点及可用班次，决定是否使用含时刻表交通方式；
并且，当使用含时刻表交通方式时，基于含时刻表交通方式的时刻表信息对旅途时间进行修正或计算。
从出发到终点的旅途时间若包含多个时间段则必须按旅途经过的各时间段分别进行旅途时间采集或测算然后累加获得。
根据本发明的一些实施方式，基于小区所在的集中区的生产总值、人口密度、居住条件信息、商业条件信息、可得服务信息、就业信息中的部分或全部，设置各个小区的权重系数。其中若忽略所述因素，可将权重系数设置为1。
根据本发明的一些实施方式，根据各个等时长时间段的需求价值设置其权重系数，其中需求价值和等时长时间段内的区域交通的需求强度呈正相关关系，例如呈正比关系。其中，若忽略所述因素，可将权重系数设置为1。
根据本发明的一些实施方式，步骤九中基于以下公式(1)、(2)和(3)计算每个小区的可达性指标，
Figure BDA0003038938290000091
Figure BDA0003038938290000092
Figure BDA0003038938290000093
其中，j≠j0，且公式(1)中的
Figure BDA0003038938290000094
进一步由下式定义
Figure BDA0003038938290000095
Figure BDA0003038938290000096
其中，公式(1)表示在j0集中区的i小区，在第h个时间段自该小区出发，在T时间内能够到达的其他小区的经过小区权重系数加权的小区数；
其中，公式(2)表示j0集中区之外到达区域的所有经过小区权重系数加权的小区数的计算；
其中，公式(3)表示在公式(1)和(2)计算结果的基础上经过所有时间段的权重系数加权并进行归一化处理，得到j0集中区i小区的可达性指标。
其中，可以理解的是，本文中也可采用编号、序号简称某一类型的对象，诸如h时间段、j0集中区、i小区，等等，其一般可理解为诸如第h个时间段、第j0个集中区、第i个小区，等等。本文中其他类似的表述，也可以以相似方式理解。
本发明的前述优选实施方式的这种评估方法基于以下认识。
区域交通可达性评估中，将研究的区域分为评估区S和外围区R，S区内是需要评估的对象，R区内是用于辅助评估的对象。在S区内选择MS个独立的需要评估的活动集中区，如城市、乡镇和旅游景区等，并将每个集中区赋予编号j∈MS，内部划分成Nj个编号为i∈Nj的小区作为出发点。同时，这些小区也可以作为到达点。同样，在R区内选择MR个独立的辅助评估的活动集中区，并将其集中区赋予编号l∈MR，内部划分成Nl个编号为k∈Nl的小区，这些小区仅作为到达点。这样在空间中可以形成从S区某个小区出发，通过各种交通方式，最终到达S区或R区的小区。
有交通就有可达性。评估区各小区的区域交通可达性可以理解为在旅途时间阈值T的约束下，能够到达始发集中区以外的小区数，到达的小区数越多可达性越好。
可达性也是一种获得价值的机会。由于出发小区周边的集中区存在区位、城镇规模、经济发展水平等差异，这些集中区小区的价值也会不同。这种不同的小区价值采用权重系数表达，价值越高权重系数越大。设wij，i∈Nj，j∈MS为S区j集中区i小区的权重系数；wkl，k∈Nl，l∈MR为R区l集中区k小区的权重系数。这样，到达高权重的小区等价于到达高价值小区。在到达的小区数相同的时候，到达的高价值小区数多，获得价值的机会就高。
在旅途中，往往会使用按时刻表运行的交通方式，比如火车、高铁和飞机，会出现有的时间段有班次，有的时间段没有班次；行程速度也会出现有的时间段快，有的时间段慢的情况。因此，不同的时间段会有不同的可达性。所以，需要将原来一次性全交通方式的可达性评估发展为多时间段交通方式的评估，以更准确地反映交通时刻表的不同和行程速度的变化对可达性的影响。
时间段就是由一个时间区间等分为Nh个时间片段，一个时间片段就是一个时间段。每个时间段有一个时间序列号h，h∈Nh。这样，在h时间段内是否有班次就取决于交通方式的运行时刻表；其次，时间段会有出发时辰上需求价值的差异，比如日间出发比夜间出发的出行需求多。通过h时间段的权重系数qh，h∈Nh，反映各时辰时间段的需求价值，使需求价值高的时间段权重系数较大。这样，交通方式的不同时刻表就会在时间段上表现出不同的可达性，并且在高价值时间段有班次的交通方式，就有可能提供更好的可达性。
用数学模型表达，设想在h时间段从评估区S内集中区j0(j0为j的某个编号，j0∈MS)的i小区出发，在阈值时间T内经过一个或多个时间段，到达其他小区后的加权小区数是
Figure BDA0003038938290000111
即
Figure BDA0003038938290000112
/>
Figure BDA0003038938290000113
其中，j≠j0且满足：
Figure BDA0003038938290000114
Figure BDA0003038938290000115
然后，经过所有时间段的权重系数加权并进行归一化处理，得到j0集中区i小区的可达性指标
Figure BDA0003038938290000116
Figure BDA0003038938290000117
上述公式(1)、(2)中，j≠j0排除了j0集中区的小区。可达性指标
Figure BDA0003038938290000118
的值介于0-100％，指标越高可达性越好。
因此，以阈值时间T、各时间段(即等时长时间段)、交通方式和到达区域，出发地遍历评估区所有小区，就可得到小区、集中区和整个评估区的可达性指标。通过对比指标，就能分析出各集中区及其内部小区单元对外交通联系的优势和不足，并知道整个评估区的可达性指标。
具体地，在T时间内，集中区和评估区的可达性指标，分别为j0集中区的所有小区的可达性指标的平均值
Figure BDA0003038938290000119
和评估区所有集中区可达性指标的平均值SP(T)，即，如以下公式(4)和(5)所定义的。
Figure BDA00030389382900001110
Figure BDA00030389382900001111
根据本发明的上述优选实施方式的用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，能够提供一种目前缺乏的能够客观反映出交通方式的时刻表变化或不同对于区域可达性的影响的区域交通可达性的评估方法，从而能够使得为区域交通的运行和规划所做的评估能够更准确地反映客观条件，有助于做出更合理的区域交通运行和规划决策。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于含时刻表交通方式的区域交通可达性的评估方法，其中研究的区域存在多个集中区以及可获得的含时刻表交通方式，其特征在于，所述评估方法包括：
步骤一、在研究的区域中确定评估区边界及评估区边界内待评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤二、在研究的区域中确定外围区边界及外围区边界内参与评估的集中区的个数和集中区的编号；
步骤三、确定小区大小，对所有的集中区进行小区划分，并确定评估区各集中区的小区数和小区编号，以及外围区各集中区的小区数和小区编号；
步骤四、设置各个小区的权重系数；
步骤五、确定评估的运算参数，所述运算参数包括阈值时间、交通方式和到达区域；
步骤六、确定等时长时间段的时长和由时间段组成的时间区间，时间区间的时长不小于阈值时间；
步骤七、确定各个时间段的权重系数；
步骤八、通过地图和交通服务大数据，采集或测算每个时间段从评估区的每个小区出发，通过旅途时间最少的交通方式或交通方式的组合，到达其他小区的旅途时间，其中旅途时间的采集或测算包含涉及含时刻表交通方式的影响；
步骤九、根据步骤八中获得的数据，计算得出评估区中的各个集中区内的每个小区的可达性指标；
其中，每个小区的可达性指标定义为经过时间段和小区的权重系数加权的所有时间段的自该小区出发在阈值时间内可到达其他小区的加权小区数占所有时间段的所有其他小区的加权小区数的比值，所述其他小区是指除出发小区所在的集中区的小区之外的对应于到达区域的小区；
其中，步骤七中，根据各个等时长时间段的需求价值设置其权重系数，其中需求价值和等时长时间段内的区域交通的需求强度呈正相关关系；
并且其中，步骤九中基于以下公式(1)、(2)和(3)计算每个小区的可达性指标，
Figure FDA0003998852890000021
Figure FDA0003998852890000022
Figure FDA0003998852890000023
其中，j≠j0，且公式(1)中的
Figure FDA0003998852890000024
进一步由下式定义
Figure FDA0003998852890000025
/>
Figure FDA0003998852890000026
其中，公式(1)表示在j0集中区的i小区，在第h个时间段自该小区出发，在T时间内能够到达的其他小区的经过小区权重系数加权的小区数；
其中，公式(2)表示在h时间段对应于到达区域的所有其他小区的经过小区权重系数加权的小区数的计算；
其中，公式(3)表示在公式(1)和(2)计算结果的基础上经过所有时间段的权重系数qh，h∈Nh加权并进行归一化处理，得到j0集中区i小区的可达性指标。
2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述评估方法还包括：
步骤十、基于步骤九中计算得到的集中区中的所有小区的可达性指标的平均值得到集中区的可达性指标，以及，基于评估区中的所有集中区的可达性指标的平均值得到评估区的可达性指标。
3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤六中，时间区间的时长的缺省值设置为12小时，等时长时间段的时长的缺省值设置为2小时。
4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，步骤六还包括：
选择性地调节等时长时间段的时长，使其增长或缩短；
步骤九还包括：
基于步骤六中对等时长时间段的时长的调节，对比分析其对于步骤八含时刻表交通方式选择的影响和对于步骤九计算得到的每个小区的可达性指标的影响。
5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤八还包括：
在本步骤的计算过程中，每当涉及含时刻表交通方式，则按等时长时间段内作为出发点的小区是否存在含时刻表交通方式的站点和可用班次或者旅途中是否存在含时刻表交通方式的站点及可用班次，决定是否使用含时刻表交通方式；
并且，当使用含时刻表交通方式时，基于含时刻表交通方式的时刻表信息对旅途时间进行修正。
6.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤四中，基于小区所在集中区的生产总值、人口密度、居住条件信息、商业条件信息、可得服务信息、就业信息中的部分或全部，设置各个小区的权重系数。
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