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1、基于 GIS 的公交网络模型及其在公交线路查询中的应用李季涛 ,杨俊锋( 大连铁道学院 交通运输工程系 , 辽宁 大连116028) 摘 要 :分析了公交网络的特点 ,研究了如何利用 GIS 技术建立基于道路网的公交网络模型 ,提出了基于最优化路径条件下的换乘搜索方法 ,并探讨了其在公交线路查询中的应用 . 该方法可用于计划出行路线和提供 在线信息 ,有效综合了线路 、费用 、时间及相关的动态交通数据 . 这样的系统可建立在互联网 GIS 系统中 ,为 出行者提供交互式的服务.关键词 :公交网络 ;分析模型 ;客流分配 ;公交查询中图分类号 : U491 . 7文献标识码 :A城市公共交通作为
2、城市交通网络中的重要组成部分 ,是城市内部人流的主要传输载体 ,对降低车辆流量 ,舒缓交通负载与堵塞 ,改善车流效率发挥至关重要的作用 . 一定程度上 ,一个城市公交系统的发展水平体 现了一个城市的繁荣程度 . 面对迅速发展和不断更新的城市公共交通网 ,如何快速寻找一条合理 、经济 、方便 的从出发点道目的地的最优乘车路线或换乘方案 ,成为城市居民和外地旅客一个比较困惑的问题 ,这也是城 市信息化建设中一个不容忽视的研究课题1 . 本文提出了在以公交线路形成的简化路网的基础上 ,寻找最 优出行路径 ,并在此基础上给出换乘方案和出行指导. 通过该方法给出的方案少 、搜索快 、适应性强 ,能够更好
3、的满足出行者的查询需求.1公交网络的特点(1) 连通性城市道路网络中的道路交叉口无差异地连接着与该路口连通的多条路段 ,但不同公交线路在同一点相 交时 ,公交线路间的连通性是有差别的 . 这是因为 : 两路不同公交线路在空间上的同一站点连通时 ,因换车 而增加了时间消耗 ; 多条公交线路虽然可以相交于空间上的同一个点 ,但是该点不一定是公交停靠站点或 者不是同时有站点 ,因而不同公交线路在此是不连通的 .(2) 方向性公交线路的运行是有方向的 ,一条公交线路有上行和下行两个行驶方向 ,即从始发站到终点站和从终点 站回到始发站 ,并且有不同的时间表 . 大多数公交线路上下行站点不变 ,但上下行站
4、点分别位于道路两侧且 位置并不重叠 . 此外 ,在有些城市里 ,因为路段设置单行线等原因 ,公交线路上下行路线不完全相同 . 因此对 于公交线路 ,有必要分别绘制上行线和下行线 .(3) 节点的特性虽然不同的公交线路在行程上有重叠 ,但是各自的站点不可能是完全的几何重叠. 在实际通勤中必然要 求在不同的公交线路之间实现换车以到达目的地 ,这就要求相对应的网络图上不同属性的边在节点上的连 通 ,这是公共交通网络分析的意义. 在公交网络叠加分析时 ,要求把空间上相近的异线站点合理抽象成图上 的相关节点 ,来模拟不同公交线之间的可换车情况 . 此外 ,由于在一些城市存在着地名和站名不相符的问题 ,
5、也存在着公共场所的站名并不是公共场所的名称等问题 ,因此 ,需要建立公交站点的名称与周边资源名称之间的关系 .(4) 最短路径的意义道路网络上的最短路径和公交线路的最短路径的意义也不相同. 道路网络的最短路径值要求两点之间 路径距离最短即可 ,或者改进为同时参考道路的速度权值 ,获得最优路径. 公交网络中每一条公交线路也可 理解为一个层次 ,从一条公交线路到另一条公交线路的换车活动是有时间消耗的 ,因而就不能为寻找简单的 路径距离的最短而随意换车 ,因为换车时间成本成了整个路径最优性的关键因素之一2 .2 公交网络数据模型2 . 1 公交网络的图层设置实际公交线路是有方向的 ,站点间的路段长度
6、和道路通畅程度也有差异 ,因而实际公交网络抽象的拓扑 模型是有向带权图. 在地理信息系统中 ,具有地理特征的信息是分层管理和存储的 , GIS 利用层的概念来管 理 、贮存和分析信息 ,然后把不同的图层相互叠加起来 ,实现对研究区域信息的可视化3 . 不同层中的地物 有着不同的空间表现特征 ,一般的公交网络可以抽象为五个图层 : 公交站点层 :存放公交站点的位置信息 ;公交线路层 :存放公交线路信息 ; 城市道路层 :存放城市道路网络 ,公交网络在其基础上生成 ; 交通小 区层 :小区以公交站点为中心 ,形成不规则形状向周边辐射 ; 信息资源层 :存放公交站点周围交通小区内的 各种资源信息 .
7、2 . 2 公交网络的实体表达根据公交网络的特点可以建立线路 、站点和道路的拓扑关系. 在实际情况中 ,公交线路和站点的空间分 布在出行换乘搜索中十分重要. 因此 ,公交线路和站点的表达需要考虑如下的实际情况 : 公交线路网与基 础路网之间的关系 ; 同一公交站点在道路两边的单个点需要进行表示 ; 一个公交站点可能有 2 个以上的 单向站点 ; 公交线路在高峰运行期间可能会忽略某些站点.站点 :由于单个公交站点的具体位置在必要的时候需要参与换乘搜索过程 ,并给用户提供换乘方案的详 细图形解释 ,公交站点的表达可以采用精确定位于相对定位相结合的方式. 精确定位直接记录站点的坐标 , 以准确的描述
8、站点的位置 . 相对定位分为相对于道路的定位和相对于线路的定位 ,相对于道路的定位记录一 个站点在道路中的线性位置 ,即偏移道路中心线的距离及方向 ,相对于线路的定位记录了单条有向线路中站 点的位置及次序.线路 :一条公交线路对应着两条线路 ,即上行线路和下行线路 ,线路表达的关键是要记录线路的方向 . 本 文采用动态分段技术4 来实现线路与道路间的关系 . 具体的表达方式为 ,一条单向线路由一串相互连接的 线路段构成 ,每条线路段以地层的道路段作为参考 ,记录在该道路段的起点与终点位置 .2 . 3 公交线路和站点的编码原则公交线路和站点编码是必不可少的步骤 ,本文设置了 6 位数字的编码.
9、 第 1 位是线路方向编号 ,上行线 编码的第 1 位赋值“0”, 下行线编码的第 1 位赋值“1”. 中间 3 位数字是公交线路的实际编号.公交站点编码是在其线 路 编 号 后 加 上 站 点 的 顺 序 编 号 , 共 2 位 数 字 . 线路始发站编码的最后两位是“01”,同一线路上的站点按顺序依次 往后编号 . 如图 1 所示.2 . 4 公交网络的数据结构设计图 1 公交线路和站点编码在 GIS 系统中 ,线路采用动态分段的表达方式 ,站点则既有空间位置坐标 ,也包含了与道路的相对位置. 从而初步建立起了道路 、线路和站点间的拓扑关系 ,道路 、公交线路和站点的信息全部存放在数据库中
10、 .公交线路的数据格式 :公交站点的数据格式 :站点标识站点名称线路段号道路段号偏移距离线路位置线路标识线路段号道路段号起点位置终点位置发车间隔城市道路的数据格式 :周边资源的数据格式 :3基于 GIS 的公交线路查询一般来讲 ,基于 GIS 的公交线路查询包含 5 个步骤 : 评估现有公交线路客流分配情况 ; 在以公交线路形成的简化路网的基础上 ,根据客流分配等情况寻找最优路径 ; 搜索最优路径中的公交线路和换乘点 ;给出公交换乘方案 ; 在地图上标记公交线路和换乘点位置并显示出行路线 .3 . 1客流分配模型选择公交线路时往往带有不确定性 ,称之为随机因素 ,故一般用多路径概率分配法来分配
11、客流. 本文采 用 Logit 路径选择模型5 ,以此来计算公交出行者对路径的选择 .m= exp ( - R ( k ) / R ) / exp ( - R ( h) / RP ( k , i , j )h = 1V ( k , i , j )= V ( i , j ) P ( k , i , j )式中 : P ( k , i , j ) 为公交 OD 量 V ( i , j ) 在第 k 条有效公交出行路线上的分配率 ; R ( k ) 为第 k 条有效公交出行路线的交通阻抗 ; R ( h) 为公交出行线路 h 的实测交通阻抗 ; R 为各条有效公交出行路线的平均交通阻抗 ;为分配参数
12、 , 反应乘客对公交系统的了解情况 , 0 ; m 有效公交出行路线的条数 ; V ( k , i , j ) 为公 交 O D 量 V ( i , j ) 在第 k 条有效出行路线上的分配量.本文交通阻抗采用出行时间表示 . 根据对居民公交出行全过程的分析 , 公交出行时间包括了乘车时间 、 步行时间 、候车时间以及由公交车票价转换为的等价时间.3 . 2出行路径选取方便 、舒适是影响公交出行的重要因素 ,乘客总是希望能够乘坐公交车直达目的地 ,然后才考虑换乘. 因 为大多数乘客最多二次换乘就能到达目的地 ,所以本文只考虑直达 、一次换乘和二次换乘的情况 . 一个城市 的所有公交线路网构成了
13、完整的网络 ,为了方便运算 ,公交线路网可以转换为底层的道路网来表示 . 即线路 优化算法仍然针对基础路网来进行 ,只是这是一个简化的路网 ,这样公交线路的相对表达方式可以很快的生 成一个有效的道路网 . 本文使用使用改进的 Di j kst ra 算法计算公交网络的最优路径 , 但在此不做更详细的讨 论 , 只是假定通过计算已经获得出行的最优路径 , 但尚未给出换乘方案 .最优路径运算的结果用出行路径表示 , 出行 路径需要转换为公交线路 . 根据前面讨论的公交 网络的数据结构 , 可以很容易的将最优路径转换 为公交线路 , 在确定了与出行路径方向相同的公 交线路以后 , 需要进一步搜索具体
14、的公交线路标识 , 从而确定换乘方案 . 如图 2 所示 , 两个公交小区 A 和 B , 它们之间有 L 1 、L 2 、L 3 三条线路 , 假图 2 两公交小区间出行线路选择设换乘的两站点间距小于 200 米 ( 用户可以通过交互式的输入 , 自行确定换乘站点间的距离) . 查询两小区间与最优路径相符的直达线路如 L 1 ; 查询两小区间与最优路径相符的一次换乘线路如 L 2 - L 1 、L 1 -L 3 ; 查询两小区间与最优路径相符的二次换乘线路如 L 2 - L 1 - L 3 .由此可以得到小区 A 和 B 之间所有的出行路径条数 L = l 0 + l 1 + l 2 .直达
15、1次换乘 2次换乘因为出行路径是用分段的方式来表示的 , 每一段可能对应着若干条公交单向线路 , 如果单向线路较多 ,将会生成大量的换乘方案 , 这时应考虑公交线路的客流分配情况 、候车时间 、行走距离及票价等因素 .3 . 3生成换乘方案资源名称地理位置小区标识道路标识道路段号属性信息道路标识道路段号线路标识站点标识小区标识在一次换乘条件下 ,如果两条单向线路有重复段 ,那么该重复段上的任何一个站点都可以作为换乘点 .如果没有重复段 ,则两条线路必然在某一路口相交 ,此时站点可能分布在不同的街道上 ,需要做以下的处理 : 第一步 ,找出相交路口的节点号 ;第二步 ,找出与此节点号相连的所有公
16、交线路段并搜索在一定距离内的所 有站点 ;第三步 ,找出符合条件的可换乘站点并给出步行弧描述 . 如图 3 所示.图 3 换乘搜索过程公交线路换乘搜索的结果可存储于换乘表中 ,换乘表给出换乘次数 、换乘标识 、单向线路标识和换乘站 点 . 在最优出行路径条件下 ,一般会有 2 到 3 个换乘方案 ,其中站点之间的相对位置关系可以借助于道路段 和道路交叉口来确定 . 系统除给出详细的文本描述如“在 往 方向行走 米”外 ,还可在地图上显示乘车路 线以及步行路线.3 . 4 线路客运量和断面流量在公交客流分配时 ,先搜索到所有可能的出行路径 ,然后确定每条线路上可以上下客的站点位置.如图 4 所示
17、 ,L1 是一条直达线路 ,L2 与 L3 是换乘线路 . 如果乘 客选择直达线路 , 那必然在站点 S a 与 S b 上下客 ; 如果选择换乘 线路 ,那就在站点 S c 、S e 、S 和 S d 上下客.假设现有 N 人从小区 A 到小区 B . 先连接小区形心与公交站点得到步行弧 ,再根据线路长度和运动速率计算出两条路径 的出行比例 . 在直达线路 L 1 上 , S a 与 S b 之间有若干站点 , 把总图 4 公交客流分配人数 N 乘 以 直 达 出 行 比 例 P直达 , 分 配 至 线 路 L 1 上 的 ( S a ,S a + 1 ) 、( S a + 1 , S a
18、+ 2 ) 、( S b - 1 、S b) 这 ( b - a) 个区间. 同理 , 把 N P换乘分配至站点 S c 与 S e 、S f 与 S d 的区间上 , 这样就完成了一次 OD 分配. 所有的 OD 量均按这种方法累加到公交线路以及公交站点区间上 ,最后 便得到每条线路总的客运量和线路断面流量 .4结论本文在 GIS 的基础上 ,分析了公交网络的特点 ,研究了如何利用 GIS 技术建立公交网络模型 ,并探讨了在公交线路查询中的应用 . 该方法可用于计划出行路线和提供在线信息 ,它有效的综合了线路 、费用 、时间及 相关的动态交通数据 . 这样的系统可建立在互联网 GIS 系统中
19、 ,为出行者提供交互式的服务 . 公交客流分配 有着不同于机动车分配的特性 ,它与人们的出行心理 、小区内居民分布等诸多因素有关 ,如何使分配模型中 的交通阻抗更符合实际 ,即如何正确把握乘客选取出行路径的心理 ,还有待于更深入的研究 .参考文献123陈立潮 ,刘玉树 ,张永梅 . 城市交通智能咨询系统的设计与实现 J . 计算机工程 ,2003 , 29 (1) :322 340 .陆 忠 ,钱翔东 ,张登荣 . 基于最短路径查询的城市公交网络拓扑建模研究 J . 遥感信息 , 2002 (1) :112 14 .P EN G Z R , HUAN G R. Design and devel
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23、,Dalian Railway Instit ute , Dalian 116028 ,China)Abstract :The effect of 2 vertical step s magnetizatio n and o xygenatio n and filter o n an emulsio n is st udied , and t he emulsio n life islengt hened by 5 times. The elect ro2coagulatio n co nditio ns are polar plate space = 10 mm , amperage = 5
24、 mA/ cm2 , for 30 min wit hvalues of are COD = 860 mg/ L , NO - = 180 mg/ L , p H = 9 . 2 . The t reated effluent can be used for t he p reparatio n of t he new emul22sio n , and t he performance of t he emulsio n meet s GB6114 - 85 criterio n. PAC and t he acid A13 + waste water are t he best in t
25、he coag2 ulating co nditio n of p H = 6 . 07 . 5 , PAC = 2 g/ L , acid A13 + waste water = 18 ml/ L . The coagula wit h o ne liter waste emulsified water t reated by adding 12 mL co ncent rated HCI and t he reclaimed oil has 15 ml/ L , and t he rest mixt ure can used circularly to t reatt he waste e
26、mulsified water .Key words :magnetizatio n ; emulsio n ; elect ro nic2coagulatio n ; chemical2coagulatio n ;clean p roductio n(上接第 33 页)Transit Net work Model Ba sed on GIS and its Appl icat ion to Trip GuidanceL I J i2tao , YAN G J un2feng(Dept . of Transpo rtatio n Engineering Dalian Railway Insti
27、t ute Dalian 116028 , China)Abstract :The characters of p ublic t ransit net wor k is analyzed and t he establishment of t ransit net wor k model based o n GIS is st udied.It is suggest an algorit hm to find t he shortest bus route and discuss t he applicatio n in t he t rip guidance. The st udy synt hesizes t he line , fare , time and relative dynamic t raffic data . The result can be used for t ravel plan , informatio n o nline and interactive service.Key words :Transit Net wor k ; Analysis Model ; Passenger Assignment ; Trip Guidance
