CN113609241A - 一种道路网络与公交线网匹配方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路网络与公交线网匹配方法与系统，所述方法包括步骤：C1)采集研究区域内所有道路的矢量数据；C2)采集研究区域内所有公交线网的矢量数据；C3)计算路段方向角；C4)建立公交线路与路段的关联；C5)～C7)匹配相交公交线段所属公交线路和路段；C8)确定公交线路经过的路段和路段上通行的公交线路，形成公交线路的途径路段集合、路段的公交线路集合。本发明对于路网间距较大的“大街区”路网通过在路段中点创建缓冲区，与公交线路关联，实现公交线路和途径路段的快速且精准匹配，对于“小街区”密路网，增加公交线路与路段在交叉口处的关系分析，实现精准匹配。

Description

一种道路网络与公交线网匹配方法与系统

技术领域

本发明计算机技术领域和城市公共交通技术领域，具体地指一种道路网络与公交线网匹配方法与系统。

背景技术

随着经济的高速发展，城市规模不断扩大，交通出行成为影响城市发展和居民日常生活的重要因素。为满足居民日益增长的交通出行需求，我国提出了公共交通优先的发展战略，在此背景下，对城市公交线网的合理规划、动态评估和优化调整非常重要。城市公共交通特别是常规公交依托于城市道路，因此在城市公共交通规划、评估和优化调整过程中，确定每条公交线路所途径的路段和每条路段上经过的公交线路意义重大。

目前城市公交运营管理部门和部分互联网地图服务机构掌握一定量的现状公交线网和道路数据，但是作为专业的规划和咨询机构很难从同一机构获得相互匹配的信息。此外在研究规划路网和规划公交线网时，也存在不匹配的问题。因此，公交规划、评估和优化调整工作离不开道路网络与公交线路的匹配。目前常规的道路网络与公交线路匹配方法一般是通过简单的距离匹配，公交线路拓扑点、公交站点与道路关系判定等方法，没有考虑在交叉口处受公交线路拓扑点间距、公交站点定位精度等因素影响，存在匹配精度低、效率差或数据缺失等一系列问题。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种道路网络与公交线网匹配方法与系统，以解决当前公交线路和路段匹配精度较低的问题。

为达到上述目的，本发明提及的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

C1)采集研究区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

C2)采集研究区域内所有公交线网的矢量数据，形成公交线路集合BUSLINE；

C3)将研究区域内道路集合ROAD中各路段road_m的中点为圆心创建路段缓冲区，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

C4)将公交线网中的公交线路集合BUSLINE与路段缓冲区做相交分析，建立公交线路与路段的关联，并计算公交线段与其所关联道路的夹角，设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS；

C5)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C6)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C7)匹配公交线路集合BUSLINE中偏离途径路段较远而未在步骤C4中建立关联的公交线路；

C8)确定公交线路经过的路段和路段上通行的公交线路，形成公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

优选地，所述步骤C1)的具体步骤包括：

C11)将研究区域内所有道路矢量数据转换为投影坐标系，单位为米；

C12)提取所有交叉口节点，并将道路网络在交叉口节点处打断形成道路路段，令形成的第m条路段road_m的编号为m，长度为Rlength_m、起点所在交叉口为Fnode_m、终点所在交叉口为Tnode_m，并提取路段中点为Mpoint_m，形成道路集合：

ROAD＝{road_m}

road_m＝(m,Rlength_m,Fnode_m,Tnode_m,Mpoint_m)。

优选地，所述步骤C2)的具体步骤包括：

C21)将研究区域内所有公交线网矢量数据，转换为与道路网络相同的坐标系，单位为米，令第i条公交线路为busline_i，编号为i，组成公交线网集合BUSLINE；

C22)在折点处打断公交线路busline_i，令busline_i在折点处打断形成的第j个公交片段为bussec_i,j；

C23)计算公交片段bussec_i,j方向角bussecαi,j，提取其中点Mbuspoint_i,j，并在ArcGIS软件平台中计算中点Mbuspoint_i,j到道路集合ROAD中最近路段road_m的距离dist_i,j→m。

优选地，所述步骤C3)的具体步骤包括：

C31)在ArcGIS软件平台中以路段中点Mpoint_m为圆心做半径为γ的缓冲区buffer_m，形成缓冲区集合BUFFER，γ为公交线路偏离所途径路段距离参数；

C32)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和ROAD进行相交分析，令第m条路段road_m被buffer_m切割形成的相交道路线段为roadsec_m，计算道路片段roadsec_m的方向角roadα_m，作为路段road_m的方向角。

优选地，所述步骤C4)的具体步骤包括：

C41)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和BUSLINE做相交分析，令第i条公交线路busline_i被buffer_m切割形成的第k个相交公交线段为roadbus_i,k→m，共形成K个相交公交线段；而buffer_m为路段road_m中点所创建的缓冲区，即roadbus_i,k→m实现road_m与邻近的公交线路busline_i的关联；

C42)计算相交公交线段roadbus_i,k→m的长度Blength_i,k→m、起点坐标(SX_i,k→m,SY_i,k→m)、终点坐标(DX_i,k→m,DY_i,k→m)、方向角busα_i,k→m；

C43)计算buffer_m和busline_i经相交分析形成的所有相交公交线段长度之和BUSlength_i→m；

C44)计算相交公交线段roadbus_i,k→m与其所关联的路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m：

C45)设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS：

ROADBUS＝{roadbus_i,k→m}

roadbus_i,k→m＝(m,i,Blength_i,k→m,SX_i,k→m,SY_i,k→m,DX_i,k→m,DY_i,k→m,

busα_i,k→m,BUSlength_i→m,ΔRBα_i,k→m)。

优选地，所述步骤C5)的具体步骤包括：

C51)如果相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段roadbus_i,k→m与其所关联道路road_m的夹角ΔRBα_i,k→m≤θ，在ROADBUS中搜索与相交公交线段roadbus_i,k→m地理重合的roadbus_{i,k′→m′}，其中地理重合代表两者起点坐标、终点坐标和长度均相同；

C52)如果存在地理重合的相交公交线段roadbus_{i,k′→m′}，比较BUSlength_i→m和BUSlength_i→m′，将BUSlength较大的相交公交线段所对应的公交线路与路段进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到匹配集合Z，Z初始状态为空，删除集合ROADBUS中由busline_i和buffer_m、buffer_m′相交分析形成的所有相交公交线段；

Z＝{(road_m,busline_i)}

如果不存在roadbus_i,k→m′，将roadbus_i,k→m对应的busline_i与road_m进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到集合Z,删除集合ROADBUS中roadbus_i,k→m；

C53)重复步骤C51)～C52)直到完成所有ΔRBα_i,k→m小于或等于θ的相交公交线段roadbus_i,k→m的搜索和对应公交线路和路段的匹配。

优选地，所述步骤C6)的具体步骤包括：

C61)如果相交公交线段roadbus_i,k→m的ΔRBα_i,k→m>θ，在ROAD中搜索与road_m起点Fnode_m相交所有路段road_m′；

C62)搜索匹配集合Z中公交线路busline_i与相交路段road_m′的映射关系记录：

如果不存在该公交线路与相交路段的映射关系，则进入步骤C63)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在映射关系，则进入步骤C64)；

如果该公交线路与两条相交路段存在映射关系，则进入步骤C66)；

C63)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i,k→m′：

如果不存在该公交线路与相交路段关联所得的相交公交线段，进入步骤C66)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在关联所得相交公交线段，进入步骤C65)；

如果该公交线路与一条以上相交路段存在关联所得相交公交线段，将相交公交线段roadbus_i,k→m的BUSlength_i→m和搜索到的相交公交线段roadbus_i,k→m′的BUSlength_i→m′从大到小进行排序，如果BUSlength_i→m排位为第一或第二，进入步骤C65)；否则进入步骤C66)；

C64)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与这些相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i,k→m′，比较roadbus_i,k→m的BUSlength_i→m和搜索到的这些相交公交线段的BUSlength_i→m′，如果BUSlength_i→m最大，进入步骤C65)；否则，进入步骤C66)；

C65)将roadbus_i,k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m进行匹配，并将匹配对应公交线路与路段的映射关系存储到集合Z,并删除集合ROADBUS中roadbus_i,k→m，进入步骤C67)；

C66)roadbus_i,k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m不匹配，在集合ROADBUS中删除roadbus_i,k→m；

C67)重复步骤C61)～C66)，直到完成所有ΔRBα_i,k→m大于θ的相交公交线段roadbus_i,k→m搜索和对应公交线路和路段的匹配。

优选地，所述步骤C7)的具体步骤包括：

C71)提取步骤C22)中在折点处进行打断形成的dist_i,j→m≥γ公交片段bussec_i,j，在ArcGIS软件平台中计算该公交片段中点Mbuspoint_i,j到ROAD中最近的三条路段road_m的距离dist_i,j→m，其中m＝m1,m2,m3；

C72)计算公交片段bussec_i,j与这些路段road_m的夹角Δα_i,j→m；

C73)匹配公交片段bussec_i,j所属的公交线路与路段：

如果不存在路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，则将三条路段中Δα_j,j→m最小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果仅存在一条路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，则将该路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果存在一条以上路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，将该两条路段中dist_i,j→m较小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z。

本发明还提出一种道路网络与公交线路匹配系统，其特殊之处在于，包括道路矢量数据处理模块、公交线网矢量数据处理模块、路段方向角计算模块、公交线路与路段关联模块、公交线路与路段匹配模块一、公交线路与路段匹配模块二、公交线路与路段匹配模块三、匹配结果输出模块；

所述道路矢量数据处理模块：用于将输入的地图数据转换为区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

所述公交线网矢量数据处理模块：用于将输入的公交线网数据转换为矢量数据；

所述路段方向角计算模块：用于将道路集合ROAD中各路段road_m的中点为圆心创建缓冲区BUFFER，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

所述公交线路与路段关联模块：通过公交线网BUSLINE与缓冲区BUFFER相交分析形成的相交公交线段ROADBUS实现公交线网和道路网络的关联，通过roadbus_i,k→m计算关联公交线路busline_i和关联路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m；同时将公交线路在折点处打断形成公交片段bussec_i,j，计算公交片段到最近路段的距离dist_i,j→m；根据设置的夹角参数θ，对公交线路busline_i与路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m进行分析，将ΔRBα_i,k→m小于或等于夹角参数θ的公交线段roadbus_i,k→m发送至公交线路与路段匹配模块一，将ΔRBα_i,k→m大于夹角参数θ的公交线段roadbus_i,k→m发送至公交线路与路段匹配模块二；根据公交线路偏离所途径路段距离参数γ，对公交片段bussec_i,j与最近道路的距离dist_i,j→m进行分析，将dist_i,j→m大于或等于γ的公交片段bussec_i,j发送至公交线路与路段匹配模块三；

所述公交线路与路段匹配模块一：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块二：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块三：用于匹配公交线路BUSLINE与中偏离途径路段距离超过γ的公交线路和其途径的路段；

所述匹配结果输出模块：用于输出公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

本发明另外提出一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

本发明的有益效果是：本发明的道路网络和公交线网匹配方法，对于路网间距较大的“大街区”路网通过在路段中点创建缓冲区，与公交线路关联，实现公交线路和途径路段的快速且精准匹配，对于“小街区”密路网，增加公交线路与路段在交叉口处的关系分析，实现精准匹配。本发明适用于各类路网和公交线网的精准匹配，减少人力成本和时间成本。

附图说明

图1为本发明一种道路网络与公交线网匹配方法的总流程图。

图2为本发明实施例中使用的武汉市道路网图。

图3为本发明实施例中使用的武汉市公交线网图。

图4为本发明实施例中某条公交线路途径路段匹配结果图。

图5为本发明实施例中某个路段上通行公交线路匹配结果图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提出的一种道路网络与公交线网匹配方法，包括如下步骤：

C1)采集研究区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

C2)采集研究区域内所有公交线网的矢量数据，形成公交线路集合BUSLINE；

C3)将研究区域内道路集合ROAD中各路段road_m的中点为圆心创建路段缓冲区，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

C4)将公交线网中的公交线路集合BUSLINE与路段缓冲区做相交分析，建立公交线路与路段的关联，并计算公交线段与其所关联道路的夹角，设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS；

C5)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C6)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C7)匹配公交线路集合BUSLINE中偏离途径路段较远而未在步骤C4中建立关联的公交线路；

C8)确定公交线路经过的路段和路段上通行的公交线路，形成公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

以武汉市公交线网与道路网匹配为例进行详细说明：

C1)采集研究区域内所有道路的矢量数据，武汉市道路网图如图2所示：

C11)将研究区域内所有道路矢量数据转换为投影坐标系，单位为米；

C12)提取所有交叉口节点，并将道路网络在交叉口节点处打断形成道路路段，令形成的第m条路段road_m的编号为m，长度为Rlength_m、起点所在交叉口为Fnode_m、终点所在交叉口为Tnode_m，并提取路段中点为Mpoint_m，形成道路集合：

ROAD＝{road_m}

road_m＝(m,Rlength_m,Fnode_m,Tnode_m,Mpoint_m)。

road_m信息如表1所示。

表1

C2)采集研究区域内所有公交线网的矢量数据，武汉市交通线网图如图3所示：

C21)将研究区域内所有公交线网矢量数据，转换为与道路网络相同的坐标系，单位为米，令第i条公交线路为busline_i，编号为i，组成公交线网集合BUSLINE；

C22)在折点处打断公交线路busline_i，令busline_i在折点处打断形成的第j个公交片段为bussec_i,j；

C23)计算公交片段bussec_i,j方向角bussecα_i,j，提取其中点Mbuspoint_i,j，并在ArcGIS软件平台中计算中点Mbuspoint_i,j到道路集合ROAD中最近路段road_m的距离dist_i,j→m。以获知公交线路偏离其途径路段的距离分布。在折点打断后的公交片段bussec_i,j信息如表2所示。

表2

C3)计算路段方向角：

C31)在ArcGIS软件平台中以路段中点Mpoint_m为圆心做半径为γ的缓冲区buffer_m，形成缓冲区集合BUFFER，γ为公交线路偏离所途径路段距离参数，根据步骤C12)中Rlength_m和步骤C23)中dist_i,j→m分布取值，一般设置为20～50m本实施例中取40m；

C32)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和ROAD进行相交分析，令第m条路段road_m被buffer_m切割形成的相交道路线段为roadsec_m，计算道路片段roadsec_m的方向角roadα_m，作为路段road_m的方向角。

由于后续步骤中需要计算路段与相交公交线段的夹角，以判断路段和相交公交线段共线情况，相交公交线段为公交线路与缓冲区相交得来，将路段与缓冲区相交的局部路段方向角作为道路方向角，能够达到减小误差的目的。计算路段角度后更新road_m信息如表3所示。

表3

C4)建立公交线路与路段的关联：

C41)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和BUSLINE做相交分析，令第i条公交线路busline_i被buffer_m切割形成的第k个相交公交线段为roadbus_i,k→m，共形成K个相交公交线段；而buffer_m为路段road_m中点所创建的缓冲区，即roadbus_i,k→m实现road_m与邻近的公交线路busline_i的关联；缓冲区BUFFER记录了路段的信息，与公交线路BUSLINE做相交分析，即完成路段信息到公交线路的传递和关联。且缓冲区BUFFER只能将距离路段小于其半径γ的公交线路建立联系。

C42)计算相交公交线段roadbus_i,k→m的长度Blength_i,k→m、起点坐标(SX_i,k→m,SY_i,k→m)、终点坐标(DX_i,k→m,DY_i,k→m)、方向角busα_i,k→m；

C43)计算buffer_m和busline_i经相交分析形成的所有相交公交线段长度之和BUSlength_i→m；

C44)计算相交公交线段roadbus_i,k→m与其所关联的路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m：

C45)设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS：

ROADBUS＝{roadbus_i,k→m}

roadbus_i,k→m＝(m,i,Blength_i,k→m,SX_i,k→m,SY_i,k→m,DX_i,k→m,DY_i,k→m,busα_i,k→m,BUSlength_i→m,ΔRBα_i,k→m)

根据夹角判断公交线路与路段的共线情况，夹角参数θ的取值根据ΔRBα_i,k→m分布情况设置，一般设置为0～30°，本实施例中取25°。roadbus_i,k→m信息如表4所示。

表4

C5)在夹角ΔRBα_i,k→m小于或等于θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段：

C51)如果相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段roadbus_i,k→m与其所关联道路road_m的夹角ΔRBα_i,k→m≤θ，在ROADBUS中搜索与相交公交线段roadbus_i,k→m地理重合的roadbus_{i,k′→m′}，其中地理重合代表两者起点坐标、终点坐标和长度均相同；

C52)如果存在地理重合的相交公交线段roadbus_{i,k′→m′}，比较BUSlength_i→m和BUSlength_i→m′，将BUSlength较大的相交公交线段所对应的公交线路与路段进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到匹配集合Z，Z初始状态为空，删除集合ROADBUS中由busline_i和buffer_m、buffer_m′相交分析形成的所有相交公交线段；

Z＝{(road_m,busline_i)}

对于在两条平行路段中间，与两条线路在夹角参数θ范围内共线，且距离两条路段距离都小于γ的公交线路，判断距离该公交线路更近的路段为其途径路段；根据几何关系，两个半径相同的圆，其圆心距离同一条线段更近，则其切割该线段的总长度更长。

如果不存在roadbus_{i,k′→m′}，将roadbus_i,k→m对应的busline_i与road_m进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到集合Z,删除集合ROADBUS中roadbus_i,k→m；该公交线路仅与一条路段在夹角θ范围内共线，且距离该路段距离小于γ，判断该路段为公交线路的路径路段；

C53)重复步骤C51)～C52)直到完成所有ΔRBα_i,k→m小于或等于θ的相交公交线段roadbus_i,k→m的搜索和对应公交线路和路段的匹配。

C6)在夹角ΔRBα_i,k→m大于θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段：

C61)如果相交公交线段roadbus_i,k→m的ΔRBα_i,k→m>θ，在ROAD中搜索与road_m起点Fnode_m相交所有路段road_m′；

C62)搜索匹配集合Z中公交线路busline_i与相交路段road_m′的映射关系记录：

如果不存在该公交线路与相交路段的映射关系，则进入步骤C63)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在映射关系，则进入步骤C64)；

如果该公交线路与两条相交路段存在映射关系，则进入步骤C66)；

同一条公交线路在一个交叉口同时通过两个路段，不存在仅经过一个路段或者三个及以上路段(不考虑公交线路因在交叉口掉头等原因而经过三个及以上路段情况)。

C63)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i,k→m′：

如果不存在该公交线路与相交路段关联所得的相交公交线段，进入步骤C66)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在关联所得相交公交线段，进入步骤C65)；

如果该公交线路与一条以上相交路段存在关联所得相交公交线段，将相交公交线段roadbus_i,k→m的BUSlength_i→m和搜索到的相交公交线段roadbus_i,k→m′的BUSlength_i→m′从大到小进行排序，如果BUSlength_i→m排位为第一或第二，进入步骤C65)；否则进入步骤C66)；

一条公交线路被附近的多条路段的中点创建的缓冲区(半径相同且大小有限)切割，根据几何关系，由于该公交线路与其途径的路段共线距离最长，则其途径路段中点所创建的缓冲区切割该公交线路的线段最长。

C64)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与这些相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i,k→m′，比较roadbus_i,k→m的BUSlength_i→m和搜索到的这些相交公交线段的BUSlength_i→m′，如果BUSlength_i→m最大，进入步骤C65)；否则，进入步骤C66)；

C65)将roadbus_i,k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m进行匹配，并将匹配对应公交线路与路段的映射关系存储到集合Z，并删除集合ROADBUS中roadbus_i,k→m，进入步骤c67；

C66)roadbus_i,k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m不匹配，在集合ROADBUS中删除roadbus_i,k→m；

C67)重复步骤C61)～C66)，直到完成所有ΔRBα_i,k→m大于θ的相交公交线段roadbus_i,k→m搜索和对应公交线路和路段的匹配。

C7)匹配偏离途径路段较远而未在步骤C4中建立关联的公交线路：

在步骤C41)中路段和公交线路通过路段中点所做的半径为γ的缓冲区经过相交分析实现关联，对于偏离途径路段距离大于γ的公交线路或者公交线路部分，在步骤C41)中无法取得关联，对于这种情况：

C71)提取步骤C22)中在折点处进行打断形成的dist_i,j→m≥γ公交片段bussec_i,j，在ArcGIS软件平台中计算该公交片段中点Mbuspoint_i,j到ROAD中最近的三条路段road_m的距离dist_i,j→m，其中m＝m1,m2,m3；

C72)计算公交片段bussec_i,j与这些路段road_m的夹角Δα_i,j→m；

C73)匹配公交片段bussec_i,j所属的公交线路与路段：

如果不存在路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，则将三条路段中Δα_i,j→m最小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果仅存在一条路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，则将该路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果存在一条以上路段与公交片段的夹角Δα_i,j→m≤θ，将该两条路段中dist_i,j→m较小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z。

8)确定公交线路经过的路段和路段上通行的公交线路：

C81)从集合Z{(busline_i,road_m)}中搜索包含公交线路busline_i的所有映射关系，提取对应的路段作为其途径路段，形成该公交线路的途径路段集合；图4为某条公交线路途径路段匹配结果图。

C82)从集合Z{(busline_i,road_m)}中搜索包含路段road_m的所有映射关系，提取对应的公交线路作为通过该路段的公交线路，形成通过该路段的公交线路集合。图5为某个路段上通行公交线路匹配结果图。

本发明还提出一种道路网络与公交线路匹配系统，所述系统基于ArcGIS软件平台实现包括道路矢量数据处理模块、公交线网矢量数据处理模块、路段方向角计算模块、公交线路与路段关联模块、公交线路与路段匹配模块一、公交线路与路段匹配模块二、公交线路与路段匹配模块三、匹配结果输出模块；

所述道路矢量数据处理模块：用于将输入的地图数据转换为区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

所述公交线网矢量数据处理模块：用于将输入的公交线网数据转换为矢量数据；

所述路段方向角计算模块：用于将道路集合ROAD中各路段road_m的中点为圆心创建缓冲区BUFFER，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

所述公交线路与路段关联模块：通过公交线网BUSLINE与缓冲区BUFFER相交分析形成的相交公交线段ROADBUS实现公交线网和道路网络的关联，通过roadbus_i,k→m计算关联公交线路busline_i和关联路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m；同时将公交线路在折点处打断形成公交片段bussec_i,j，计算公交片段到最近路段的距离dist_i,j→m；根据设置的夹角参数θ，对公交线路busline_i与路段road_m的夹角ΔRBα_i,k→m进行分析，将ΔRBα_i,k→m小于或等于夹角参数θ的公交线段roadbus_i,k→m发送至公交线路与路段匹配模块一，将ΔRBα_i,k→m大于夹角参数θ的公交线段roadbus_i,k→m发送至公交线路与路段匹配模块二；根据公交线路偏离所途径路段距离参数γ，对公交片段bussec_i,j与最近道路的距离dist_i,j→m进行分析，将dist_i,j→m大于或等于γ的公交片段bussec_i,j发送至公交线路与路段匹配模块三；

所述公交线路与路段匹配模块一：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块二：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块三：用于匹配公交线路BUSLINE与中偏离途径路段距离超过γ的公交线路和其途径的路段；

所述匹配结果输出模块：用于输出公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

C1)采集研究区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

C2)采集研究区域内所有公交线网的矢量数据，形成公交线路集合BUSLINE；

C3)将研究区域内道路集合ROAD中各路段road_m的中点作为圆心，公交线路偏离所途径路段距离参数γ为半径创建路段缓冲区，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

C4)将公交线网中的公交线路集合BUSLINE与路段缓冲区做相交分析，建立公交线路与路段的关联，并计算公交线段与其所关联道路的夹角，设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS；

C5)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C6)在相交公交线段集合ROADBUS中，选择相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情形，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

C7)匹配公交线路集合BUSLINE中偏离途径路段较远而未在步骤C4中建立关联的公交线路；

C8)确定公交线路经过的路段和路段上通行的公交线路，形成公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

2.根据权利要求1所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C1)的具体步骤包括：

C11)将研究区域内所有道路矢量数据转换为投影坐标系，单位为米；

C12)提取所有交叉口节点，并将道路网络在交叉口节点处打断形成道路路段，令形成的第m条路段road_m的编号为m，长度为Rlength_m、起点所在交叉口为Fnode_m、终点所在交叉口为Tnode_m，并提取路段中点为Mpoint_m，形成道路集合：

ROAD＝{road_m}

road_m＝(m，Rlength_m，Fnode_m，Tnode_m，Mpoint_m)。

3.根据权利要求1所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C2)的具体步骤包括：

C21)将研究区域内所有公交线网矢量数据，转换为与道路网络相同的坐标系，单位为米，令第i条公交线路为busline_i，编号为i，组成公交线网集合BUSLINE；

C22)在折点处打断公交线路busline_i，令busline_i在折点处打断形成的第j个公交片段为busseci，j；

C23)计算公交片段bussec_i，j方向角bussecα_i，j，提取其中点Mbuspoint_i，j，并在ArcGIS软件平台中计算中点Mbuspoint_i，j到道路集合ROAD中最近路段road_m的距离dist_i，j→m。

4.根据权利要求3所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C3)的具体步骤包括：

C31)在ArcGIS软件平台中以路段中点Mpoint_m为圆心做半径为γ的缓冲区buffer_m，形成缓冲区集合BUFFER，γ为公交线路偏离所途径路段距离参数；

C32)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和ROAD进行相交分析，令第m条路段road_m被buffer_m切割形成的相交道路线段为roadsec_m，计算道路片段roadsec_m的方向角roadα_m，作为路段road_m的方向角。

5.根据权利要求4所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C4)的具体步骤包括：

C41)在ArcGIS软件平台中将BUFFER和BUSLINE做相交分析，令第i条公交线路busline_i被buffer_m切割形成的第k个相交公交线段为roadbus_i，k→m，共形成K个相交公交线段；而buffer_m为路段road_m中点所创建的缓冲区，即roadbus_i，k→m实现road_m与邻近的公交线路busline_i的关联；

C42)计算相交公交线段roadbus_i，k→m的长度Blength_i，k→m、起点坐标(SX_i，k→m，SY_i，k→m)、终点坐标(DX_i，k→m，DY_i，k→m)、方向角busα_i，k→m；

C43)计算buffer_m和busline_i经相交分析形成的所有相交公交线段长度之和BUSlength_i→m；

C44)计算相交公交线段roadbus_i，k→m与其所关联的路段road_m的夹角ΔRBα_i，k→m：

C45)设置夹角参数θ，创建相交公交线段集合ROADBUS：

ROADBUS＝{roadbus_i，k→m}

roadbus_i，k→m＝(m，i，Blength_i，k→m，SX_i，k→m，SY_i，k→m，DX_i，k→m，DY_i，k→m，busα_i，k→m，BUSlength_i→m，ΔRBα_i，k→m)。

6.根据权利要求5所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C5)的具体步骤包括：

C51)如果相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段roadbus_i，k→m与其所关联道路road_m的夹角ΔRBα_i，k→m≤θ，在ROADBUS中搜索与相交公交线段roadbus_i，k→m地理重合的roadbus_{i，k′→m′}，其中地理重合代表两者起点坐标、终点坐标和长度均相同；

C52)如果存在地理重合的相交公交线段roadbus_{i，k′→m′}，比较BUSlength_i→m和BUSlength_i→m′，将BUSlength较大的相交公交线段所对应的公交线路与路段进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到匹配集合Z，Z初始状态为空，删除集合ROADBUS中由busline_i和buffer_m、buffer_m′相交分析形成的所有相交公交线段；

Z＝{(road_m，busline_i)}

如果不存在roadbus_i，k→m′，将roadbus_i，k→m对应的busline_i与road_m进行匹配，并将匹配对应的公交线路与路段的映射关系存储到集合Z，删除集合ROADBUS中roadbus_i，k→m；

C53)重复步骤C51)～C52)直到完成所有ΔRBα_i，k→m小于或等于θ的相交公交线段roadbus_i，k→m的搜索和对应公交线路和路段的匹配。

7.根据权利要求6所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C6)的具体步骤包括：

C61)如果相交公交线段roadbus_i，k→m的ΔRBα_i，k→m＞θ，在ROAD中搜索与road_m起点Fnode_m相交所有路段road_m′；

C62)搜索匹配集合Z中公交线路busline_i与相交路段road_m′的映射关系记录：

如果不存在该公交线路与相交路段的映射关系，则进入步骤C63)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在映射关系，则进入步骤C64)；

如果该公交线路与两条相交路段存在映射关系，则进入步骤C66)；

C63)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i，k→m′：

如果不存在该公交线路与相交路段关联所得的相交公交线段，进入步骤C66)；

如果该公交线路仅与一条相交路段存在关联所得相交公交线段，进入步骤C65)；

如果该公交线路与一条以上相交路段存在关联所得相交公交线段，将相交公交线段roadbus_i，k→m的BUSlength_i→m和搜索到的相交公交线段roadbus_i，k→m′的BUSlength_i→m′从大到小进行排序，如果BUSlength_i→m排位为第一或第二，进入步骤C65)；否则进入步骤C66)；

C64)搜索ROADBUS中公交线路busline_i与这些相交路段road_m′关联所得的相交公交线段roadbus_i，k→m′，比较roadbus_i，k→m的BUSlength_i→m和搜索到的这些相交公交线段的BUSlength_i→m′，如果BUSlength_i→m最大，进入步骤C65)；否则，进入步骤C66)；

C65)将roadbus_i，k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m进行匹配，并将匹配对应公交线路与路段的映射关系存储到集合Z，并删除集合ROADBUS中roadbus_i，k→m，进入步骤c67；

C66)roadbus_i，k→m对应的公交线路busline_i与路段road_m不匹配，在集合ROADBUS中删除roadbus_i，k→m；

C67)重复步骤C61)～C66)，直到完成所有ΔRBα_i，k→m大于θ的相交公交线段roadbus_i，k→m搜索和对应公交线路和路段的匹配。

8.根据权利要求3所述的一种道路网络与公交线网匹配方法，其特征在于：所述步骤C7)的具体步骤包括：

C71)提取步骤C22)中在折点处进行打断形成的dist_i，j→m≥γ公交片段bussec_i，j，，在ArcGIS软件平台中计算该公交片段中点Mbuspoint_i，j到ROAD中最近的三条路段road_m的距离dist_i，j→m，其中m＝m1，m2，m3；

C72)计算公交片段bussec_i，j与这些路段road_m的夹角Δα_i，j→m；

C73)匹配公交片段bussec_i，j所属的公交线路与路段：

如果不存在路段与公交片段的夹角Δα_i，j→m≤θ，则将三条路段中Δα_i，j→m最小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果仅存在一条路段与公交片段的夹角Δα_i，j→m≤θ，则将该路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z；

如果存在一条以上路段与公交片段的夹角Δα_i，j→m≤θ，将该两条路段中dist_i，j→m较小的路段与公交片段所属公交线路匹配，并将匹配后的映射关系存储到匹配集合Z。

9.一种道路网络与公交线网匹配系统，其特征在于：包括道路矢量数据处理模块、公交线网矢量数据处理模块、路段方向角计算模块、公交线路与路段关联模块、公交线路与路段匹配模块一、公交线路与路段匹配模块二、公交线路与路段匹配模块三、匹配结果输出模块；

所述道路矢量数据处理模块：用于将输入的地图数据转换为区域内所有道路的矢量数据，形成道路集合ROAD；

所述公交线网矢量数据处理模块：用于将输入的公交线网数据转换为矢量数据；

所述路段方向角计算模块：用于将道路集合ROAD中各路段road_m的中点为圆心创建缓冲区BUFFER，并与路段做相交分析，计算路段road_m的方向角roadα_m；

所述公交线路与路段关联模块：通过公交线网BUSLINE与缓冲区BUFFER相交分析形成的相交公交线段ROADBUS实现公交线网和道路网络的关联，通过roadbus_i，k→m计算关联公交线路busline_i和关联路段road_m的夹角ΔRBα_i，k→m；同时将公交线路在折点处打断形成公交片段bussec_i，j，计算公交片段到最近路段的距离dist_i，j→m；根据设置的夹角参数θ，对公交线路busline_i与路段road_m的夹角ΔRBα_i，k→m进行分析，将ΔRBα_i，k→m小于或等于夹角参数θ的公交线段roadbus_i，k→m发送至公交线路与路段匹配模块一，将ΔRBα_i，k→m大于夹角参数θ的公交线段roadbus_i，k→m发送至公交线路与路段匹配模块二；根据公交线路偏离所途径路段距离参数γ，对公交片段bussec_i，j与最近道路的距离dist_i，j→m进行分析，将dist_i，j→m大于或等于γ的公交片段bussec_i，j发送至公交线路与路段匹配模块三；

所述公交线路与路段匹配模块一：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角小于或等于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块二：用于在相交公交线段集合ROADBUS中相交公交线段与其所关联道路的夹角大于夹角参数θ的情况下，匹配相交公交线段所属公交线路和路段；

所述公交线路与路段匹配模块三：用于匹配公交线路BUSLINE与中偏离途径路段距离超过γ的公交线路和其途径的路段；

所述匹配结果输出模块：用于输出公交线路的途径路段集合、路段上通行的公交线路集合。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法。

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