SuperMap GIS 公交換乘算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言

公共交通網(wǎng)絡(luò)是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，公交換乘分析功能是公共交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)分析功能，同時(shí)也是面向服務(wù)的地理信息系統(tǒng)的重要功能之一。隨著 “數(shù)字城市”、“智慧城市”的快速發(fā)展，公共交通出行變得越來越重要，這帶動(dòng)了公共交通體系的迅速發(fā)展，公交線路不斷優(yōu)化，公交網(wǎng)絡(luò)不斷完善，為滿足人們出行多樣性的需求，研究和實(shí)現(xiàn)公交換乘分析功能，智能快捷地進(jìn)行換乘方案選擇就顯得尤為重要。

人們選擇公交換乘方案時(shí)考慮的因素主要有: 換乘次數(shù)、出行距離、出行耗時(shí)、步行距離以及出行費(fèi)用等[1]。通過對(duì)公交乘客的出行心理進(jìn)行研究[2]，41. 16% 的乘客選擇出行路線時(shí)首先考慮的換乘次數(shù)因素，其次是出行耗時(shí)( 占 30. 93% ) 和出行距離長短( 占 18. 60% ) 。可見“換乘次數(shù)”是大部分公交乘客出行時(shí)首先考慮的因素，而出行耗時(shí)與換乘的次數(shù)、線路的運(yùn)行速度、發(fā)車間隔、距離的長短和路況密切相關(guān)。目前，對(duì)公交換乘問題求解方法很多，主要可以分為三類: 一類是經(jīng)典的最短路徑算法，如Dijkstra 的改進(jìn)算法[2 - 4]、Moore - pape 算法、Floyd 算法等;另一類是智能搜索算法，如蟻群算法[5]和 A* 算法; 還有一類應(yīng)用較多的是基于換乘次數(shù)最少的算法[6 - 7]和基于矩陣分析的公交算法[8]。這些算法多是從節(jié)約存儲(chǔ)空間、提高運(yùn)算速度的角度出發(fā)，進(jìn)行算法的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。然而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，一個(gè)好的算法除了算法實(shí)現(xiàn)和性能問題以外，還需要考慮公交網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及算法結(jié)果能否滿足需求。在城市公交網(wǎng)絡(luò)中，最短路徑算法并不是總能保證換乘次數(shù)合理性，智能算法需要較長時(shí)間的實(shí)踐過程，而基于換乘次數(shù)最少的算法不能保證每次都有結(jié)果，易出現(xiàn)三次換乘以上沒有結(jié)果或者是搜索時(shí)間較長的問題，基于矩陣分析的算法在換乘次數(shù)較多時(shí)，會(huì)使運(yùn)算量特別大，且這些算法都沒有很好的考慮步行這一重要的因素。本文在基于換乘次數(shù)最少算法的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用步行距離減少換乘次數(shù)，對(duì)同名站點(diǎn)進(jìn)行歸并，提出和實(shí)現(xiàn)一種新的公交換乘算法，通過實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了算法驗(yàn)證。

1 SuperMap GIS 公交數(shù)據(jù)模型

公交網(wǎng)絡(luò)主要包括三個(gè)數(shù)據(jù)集: 公交線路數(shù)據(jù)集、公交站點(diǎn)數(shù)據(jù)集和公交線路與站點(diǎn)關(guān)系表數(shù)據(jù)集。

1. 1 公交線路數(shù)據(jù)集

公交線路數(shù)據(jù)集必須包括線路的空間信息、唯一編號(hào) ID、名稱，附加信息為首末車時(shí)間、計(jì)價(jià)方式、平均車速等。每一條記錄代表一條公交線路。由于公交線路具有雙向性，以及部分線路的不對(duì)稱性，所以對(duì)每個(gè)方向上的公交線路都要有記錄。

1. 2 公交站點(diǎn)數(shù)據(jù)集

公交站點(diǎn)數(shù)據(jù)集必須包括站點(diǎn)的空間信息、唯一編號(hào) ID、名稱，其它信息為附加信息。每一條記錄代表一個(gè)實(shí)際的公交站點(diǎn)。

1. 3 公交線路和公交站點(diǎn)關(guān)系數(shù)據(jù)集

公交線路與站點(diǎn)的關(guān)系數(shù)據(jù)包括線路經(jīng)過的站點(diǎn)信息，無需空間信息，由于公交線路是有向線段，所以沿途經(jīng)過的站點(diǎn)是按順序排列的。一般用線路 ID 對(duì)應(yīng)多個(gè)公交站點(diǎn) ID 來存儲(chǔ)。

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