基于GIS的公交乘客出行路径选择模型
基于GIS的公交乘客出行路径选择模型_杨新苗
第30卷第6期2000年11月 东南大学学报(自然科学版)J OUR NAL OF SOUTHEAST UNIVER SITY (Natural Science Edition )Vol .30No .6Nov .2000基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型 杨新苗 王 炜 马文腾 (东南大学交通学院,南京210096) (清华大学,北京100084)摘 要 公交乘客出行路径选择模型是公交乘客信息系统的关键技术.本文通过对公交乘客出行心理的研究,结合地理信息系统(GIS )的特点,提出了以换乘次数最少为首要目标、出行距离最短为第二目标的基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型.为提高路径搜索效率,模型中提出了GI S 方向估价函数的概念.在南京市实际公交网络上的试算结果表明该模型实用、高效.关键词 出行路径选择模型;乘客信息系统;公共交通;地理信息系统分类号 U121国家自然科学基金资助项目(59838310). 收稿日期:2000-02-28. 第一作者:男,1974年生,博士研究生.公交乘客出行路径选择模型的研究对于公交乘客信息系统的研究和开发有着重要的意义.乘客信息系统是智能交通系统中的重要组成部分.乘客信息系统中以提供公交信息为主的部分称为公交乘客信息系统.公交乘客信息系统最重要的一个功能是在乘客给出起迄点后,自动生成最优的出行路径方案供乘客选择.搜索与生成最优出行路径的理论模型就是公交乘客出行路径选择模型.公交乘客出行路径选择模型研究的实质是寻找乘客的出行在公交网或道路网上分布的规律.研究和建立更接近现实的模型,有利于得到更合理的公交客流分配结果.国内对乘客出行心理的研究较少,现有的出行路径选择模型多为基于“出行距离最短”或“出行耗时最少”的最短路模型,但实际的调查却表明“换乘次数”是大部分公交乘客在选择出行路径时首要考虑的因素.而且现有的模型基本上是在道路网上进行的,道路网上的最优路径,不一定是公交网上可行的路径.本文通过对公交乘客出行心理的研究,结合GI S (地理信息系统)的特点,提出了以“换乘次数最少”为首要目标、“出行距离最短”为第二目标的公交乘客出行路径选择模型,并且在南京市公交网络上进行了试算.1 公交乘客出行心理研究通过对公交乘客的出行心理、行为进行调查研究,确定模型的优化目标和约束条件.公交乘客选择出行路径的决策过程主要受到以下3个因素的作用:“换乘次数”、“出行距离”和“出行耗时”.换乘次数是指乘客在完成一次出行过程中所换乘的次数.出行距离分为车上距离和车外距离两部分.车外距离是乘客为乘车而步行的距离,它包括从起点到上车站台的距离、换乘距离以及下车后到目的地的距离.出行耗时同样也包括车上和车外两部分,只不过乘客的车外耗时还包括在站台上的等车时间.1999年在南京市的8个主要公交站点进行了一次公交乘客出行心理问询调查,共得到有效表格440份.图1是调查结果.图1 南京市公交乘客出行路径选择因素由图1可见,41.16%的乘客在选择出行路径时首选考虑的是换乘最少,其次才是时间最短、路程最短.从调查得到仅有30.70%的乘客不用换乘,31.4%的乘客需换乘1次,26.98%的乘客需换乘2次,13.26%的乘客需换乘2次以上才能到达终点.换乘比例高是我国城市公交的一个普遍现象,在鞍山、无锡进行的调查也得到类似的结果.造成换乘比例高的主要原因是出行距离的增长.1986年南京市居民公交出行的平均距离为4.1km ,到1997年达到5.27km ,10年增加28.5%.所以本模型选用“换乘次数最少”作为首要优化目标;“出行耗时最少”虽是公交乘客考虑的第二重要因素,但因其难以准确测算,故选择易于量化的“出行距离最短”作为第二位的优化目标.2 公交网络的GIS 表示方法GIS 技术为生成和管理公交网络提供了新手段.GIS 公交网络可以表示为G =(V ,E ).式中,V 为公交站台的集合.一个公交站台可能是多条线路的上下客站点.E 为公交站台之间的联接边.若A 站台与B 站台是n 条线路的相邻上下客站,那么A 与B 之间有n 条联接边.在GIS 系统中通过公交站台表、站台联接边表以及站台经过线路表来表示公交网络.图2所示的公交网络可表示为表1～表3所示的网络结构.表1中的“站台经过线路总数”是指以此站台为上下客站点的线路总数,“站台实体”存储的是站台“点对象”.图2 公交网络示例表1 公交站台表站台编号站台名称站台经过线路总数站台实体1001A 2OBJ 1002B 2OBJ 1003C 1OBJ 1004D 1OBJ 1005E1OBJ表2 站台联接边表起点站台终点站台联接边线路属性联接力实体100110023路OBJ 100110042路OBJ 100210013路OBJ 100210031路OBJ 100210033路OBJ 100210051路OBJ 100310021路OBJ 100310023路OBJ 100410012路OBJ 100510021路OBJ表3 站台经过线路表站台编号经过线路10012路10013路10021路10023路10031路10033路10042路10051路88东南大学学报(自然科学版)第30卷3 几种最短路算法的特点和不足出行路径选择模型的基础是最短路算法.常用的几种网络最短路算法有Dijkstra 算法、Floyd 算法、Moore -pape 算法等.针对建模的需要,对几种方法进行分析如下:Dijkstra 算法是由Dijkstra 于1959年首先提出的.此算法的思想是对节点赋以标号,在迭代过程中不断更新标号.每一步的节点标号代表从起点s 至该点有向路径长度的上界.迭代结束时,节点的标号就是从s 到该点最短有向路的准确长度.Floyd 算法可求出所有点对之间的最短有向路.设U m i j 表示从点i 到点j 且不经过m ,m +1,…,n (除去点i 和点j )的最短有向路的长度,则自点i 到点j 不经过点m +1,m +2,…,n (除去点i 和点j )的最短有向路有2种情况:①不经过点m ,此时有U m +1i j =U m i j ;②经过点m ,此时有U m +1ij =U m im +U m mj .因此,总有U m +1i j =min {U m ij ,U m im +U m mj }.显然,当m =n 时,U m +1i j就等于网络中自点i 到点j 的最短有向路的长度.Moore -pape 算法使用了链表管理技术.设路段节点集合为V 表示,路段ij 的路权为d ij ,l i 表示节点i 的最短路权,即从根节点r 至i 的最短距离.p i 表示i 的前节点,算法的步骤如下:①初始化.将根节点r 置于链表T ,T 为一维有序数组,其内容为节点的编号.令 p i =0 i ∈V , l i =0i =r∞ i ≠r ,i ∈V②若链表T 非空,取出T 中第1i ,检验所有与i 相连接的节点j .如果l i +d ij <l j ,则令p j =i ,且l j =l i +d i j ,并将j 加入T ,当所有的j 都检验完后,将i 从T 中删除.③当链表T 中没有节点时,通过追踪p 找到r 到所有节点的最短路径,否则返回步骤②.在步骤②中,为提高计算效率,对j 在T 中的位置分为3种情况处理.如果j 曾在T 中出现过,但现在不在其中,将其放在当前检查的节点i 之后;如果j 从来没有在T 中出现过,则将其置于T 末尾;如果j 正在T 中时,不用增加.3种算法在道路网络上都是适用的,其缺点为:Dijkstra 算法虽可用于大型网络,但计算速度慢;Floyd 算法虽然可以快速地进行“多对多”的计算,但它不能应用于大型网络;Moore -pape 算法由于采用了链表技术,计算速度较快,亦可用于大型网络,但它无法进行“一对一”的计算,即使用该算法时,只有访问完所有的节点后才能输出正确的结果,Moore -pape 方法将大量的计算时间耗费在寻找起点与终点点对以外的最短线路,这显然不适用于公交网络.而且以上几种算法都没有考虑换乘问题.4 基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型[1]研究以Dijkstra 算法为基础建立模型,并吸收Moore -pape 算法链表管理技术的优点,建立起适合GIS 网络的公交出行最优路径选择模型.具体算法思路是:先找出起点r 周围的站点集合S ,并将S 放入链表T 中,然后在每次执行过程中找出T 表中公交权值最小的一个站点i ,在将i 点从T 表中删除以前,以i 点作为当前的基点向外搜寻,然后修正搜寻到的站点权值,并应用GIS 方向估价函数判断是否为有效站点,将搜索到的有效方向上的站点放入T 表,以此过程反复进行,直到搜寻到的基点为终点周围的站点为止,这时通过逆向搜索便可以得到从起点到终点的公交最优出行路线.在算法中通过公交权值的判断和赋值实现对换乘次数和出行距离89第6期杨新苗等:基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型的控制,控制和判断的原则是优先选择换乘次数小的路径,在换乘次数相同的情况下再考虑出行距离.首先利用GIS 的地理函数,由公交站台表和站台经过线路表生成公交节点表.在节点表中,某一空间点,若为k 条线路的上下客站点,则在此点有S 1,S 2,S 3,…,S k 个公交节点.节点i ,j 若为同一线路的相邻站点,则记其之间的距离为B ij ,B i j 可由站台联接边表得到.对应于公交节点i ,设n i 表示从起点r 到节点i 最少的换乘次数;l i 表示从起点r 到节点i 的最短公交出行距离;p i 表示在最短路径上节点i 的前一个节点;布尔值f i 表示节点i 在最短路上与前一节点是否有线路直接相连,即从前一点沿最短路前进到该点的方式是否为步行方式,如果是步行方式,则f i 的值为True ,否则为False ;e i 值则表示节点i 是否在终点周围,e i =True 表示其在终点周围;最后设N 为当前换乘次数,L 为当前出行距离.该算法的具体步骤如下:①初始化.根据给定的起点r 和终点s 的坐标,利用GIS 的地理函数找出r 和s 周围一定范围内的公交节点集合S 和D .将S 放入链表T 中,并置其l j 值(j ∈T )为r 点到j 点的距离;将D 中节点的e i 值赋为True ;并令所有节点的n i 和p i 值为0,f i 的值为False ;将N 和L 也置为0.②找出链表T 中公交权值最小的节点i (首先考虑n i ,在n i 值相同的情况下,再比较l i 值的大小),将其n i 值和l i 值分别赋给N 和L ,并将i 从链表T 中删除.③如果节点i 的e i 值为True ,则结束运算,输出结果,否则执行步骤④.④以节点i 为搜寻基点,通过地理函数搜寻其相邻节点j ,相邻节点分为2种情况:一种是直接与i 相连的节点,即i 的上一站或下一站;另一种是不与i 直接相连的节点,即是从该点步行一定距离即可到达的节点,将后一种节点的f j 值设为True ,并设2点之间的步行换乘距离为W i j ,然后对找到的相邻节点权值进行修正.具体修正方法见图3.图3 公交节点权值修正方法n j 值则视该点的公交线路与到达基点时的线路是否一致,若一致,则令n j =N ,否则令n j =N +1.估价中间节点方向有效性是为了避免在无效方向上大量搜索.文献[2]提出了用GIS 方向估价函数改进搜索策略,此方法同样适用于公交网络.网络搜索过程中,定义沿着起点r 到终点s 的方向为空间有效方向,相反的方向为空间无效方向.实际应用中,可能会出现有效方向上的路径不能被采用,而必须在无效方向上的一定距离内采用某些路径.设向量p (j )表示中间节点j 的位置,p (r )和p (s )分别表示起终点的位置,h (j )=p (j )-p (r )表示节点j 相对起点的位置.以h (j )为估价函数,如果j 点在无效方向上,而且h (j )>μp (r )-p (s )时,即停止该路径上的扩展搜索,从而可以大量减少无效搜索次数.u 为可调节的系数,一般取0.5左右.⑤如果链表T 非空,返回步骤②,否则结束.算法的具体计算框图见图4.90东南大学学报(自然科学版)第30卷图4 基于GIS 的出行路径选择算法流程图算法利用GIS 地理函数搜索节点的相邻节点.这一方法突破了邻接关系的束缚,使得步行换乘的搜索和计算成为可能,实践证明这一方法适用于公交网络.保证搜索结果合理性的一个关键指标是搜索半径的确定.依据《城市道路交通规划设计规范》的规定,乘客在步行500m 以内能到达合适的公交站点.南京市的实际调查表明,乘客平均需要步行9.09min 才能从起点抵达车站,而且从终点站步行到终点还需10.03min .以乘客步行速度4km /h 计,乘客到站或离站的平均距离接近700m .故在确定搜索半径时,应以700m 为上限,优先搜索500m 以内的站点.按照本文提出的公交乘客出行路径选择模型,以南京市区范围的42条公交主干线为基础建立起了一个试算网络.该网络包括347个公交站台,572个公交节点,1066条公交联接边.试算的结果表明该模型实用、高效.参考文献1 马文腾.公交辅助出行决策系统:[学位论文].南京:东南大学交通学院,19992 徐业昌,李树详.基于地理信息系统的最短路径搜索算法.中国图像图形学报,1998,3(1):39～43GIS -Based Public Transit Passenger Route Choice ModelYang Xinmiao 1 Wang Wei 1 Ma Wenteng 2(1College of Traffic and Transportation Engineering ,Southeas t University ,Nanjing 210096)(2Ts inghua Univers ity ,Beijing 100084)A bstract : Public transit route choice model is the key technology of transit passenger information sys -tem .A GIS -based public transit route choice model is presented in this paper .It is based on a new short -est path algorithm whic h uses the least transfer times as primary object and shortest path distance as sec -ond object .Application in Nanjing public transit network shows that it is efficient and practical .Key words : route choice model ;passenger information system ;public transit ;GIS91第6期杨新苗等:基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型。
GIS技术在城市交通规划中的路径选择与交通模拟方法
GIS技术在城市交通规划中的路径选择与交通模拟方法随着城市化的不断发展，交通拥堵问题也日益凸显。
如何有效规划城市交通路网，优化交通路径，成为了城市交通规划的重要课题。
GIS技术作为一种空间信息分析工具，已经在城市交通规划中得到广泛应用。
本文将探讨GIS技术在城市交通规划中的路径选择与交通模拟方法。
一、路径选择是城市交通规划的基础路径选择是城市交通规划的重要环节，它涉及到交通网络的设计、道路布局、交通流量预测等多个方面。
GIS技术通过对交通网络进行空间分析、路径分析等操作，可以帮助交通规划者选择最佳路径。
首先，GIS技术可以通过空间分析，确定道路的空间位置。
交通规划者可以利用GIS软件将道路网络的地理信息加载进来，并通过空间分析工具对道路进行布局和调整。
例如，交通规划者可以在GIS软件中计算不同区域的交通流量密度，根据结果来确定道路的宽度和道路网的布局。
其次，GIS技术可以进行路径分析，帮助交通规划者选择最佳路径。
路径分析是通过GIS软件对不同路径进行计算和比较，找出最短路径或者最优路径。
比如，交通规划者可以利用GIS软件计算出不同地区之间的通行距离、交通拥堵情况等数据，并通过路径分析工具进行路径选择。
这些路径分析工具可以根据不同的权重设置（例如最短路径、最快路径），自动计算出最佳路径。
二、交通模拟方法提供科学决策依据除了路径选择，交通模拟也是城市交通规划中的重要工作。
交通模拟通过模拟城市交通运行情况，帮助交通规划者预测交通流量、优化交通信号系统等，为城市交通规划提供科学决策依据。
GIS技术在交通模拟中也发挥了重要作用。
首先，GIS技术可以帮助交通规划者收集和整理交通数据。
交通模拟需要大量的交通数据来进行模拟和分析，包括交通流量、车速、交通信号灯等信息。
GIS技术可以将不同数据源的交通数据整合在一起，并通过空间分析的方法对数据进行处理和分析。
其次，GIS技术可以通过交通仿真模型对城市交通进行模拟。
基于ARCGIS公交车辆轨迹查询毕业设计正文
目录第一章绪论11.1研究背景11.2研究目的与意义1第二章地理信息系统（GIS）技术3 2.1GIS概念及组成32.2GIS在车辆监控系统中的作用4第三章系统框架的设计与实现5 3.1系统设计与构想53.2系统开发环境63.3数据库63.3.1 三层架构73.3.2 数据库设计83.3.3 数据库选择83.3.4 数据表设计93.3.5 信息管理与查询功能模块113.4GIS功能模块153.4.1 轨迹查询显示153.4.2 实体对象属性信息查询19第四章结论21附录A22附录B28参考文献32摘要随着越来越多的交通事故的发生,加强交通监管将显得尤为重要。
根据车辆的行车信息进行车辆轨迹查询将在事故后续处理中发挥重要作用。
为此采用ArcGIS Engine以及SQL Server数据库技术,开发出一个基于VS2008平台的公交车辆轨迹查询功能模块。
通过三层架构架构思想进行用户与数据库之间各种数据信息的交融，实现对公司运营状况的妥善管理和不同时间段的公交车辆历史轨迹的查询。
这些功能除了在交通监管中的应用,它还可以在森林防火、运钞车监护、犯罪嫌疑车辆监控也有着很好的实用性。
关键字：ArcGIS Engine；SQL Server；轨迹查询AbstractWith the growing number of traffic accidents, it’s essential to reinforce the traffic supervision .Realizing vehicle track playback on the basis of the driving information will play an important role in the further treatment of an accident. For it to use the ArcGIS Engine and SQL Server database technology to developed a query function model of public transport vehicles track based on VS2008 platform . Through the ideas of three-tier architecture ,which blends a variety of data information betweenthe user and the database to achieve the proper management of the operations of the pany and query the historical trajectory of public transport vehicles at different periods of time . Besides the supervision of transport, it was also useful in the forest fire prevention, bank vehicles guardianship, criminal vehicle monitoring.KeyWords: ArcGIS Engine; SQL Server; trajectory query第一章绪论1.1 研究背景在第十一届全国人民代表大会第四次会议上提出的十二五规划中，表示将继续完善产业发展政策，争取把地理信息产业纳入国家战略性新兴产业规划。
基于GIS的公交出行信息系统的设计——一览英才网@测绘英才网
用心专注服务专业基于G IS 的公交出行信息系统的设计1 引言长期以来, 公共交通被认为是解决城市交通阻塞的有效方法, 先进的公共运输系统(APTS ----Advanced PublicTransportation System ) 是ITS的子系统之一。
APTS 研究集中于使公共运输和合乘更有效和可靠, 它包括向出行者传达可靠和精确的情报, 有了这些信息, 更多的人可以选用这些备选出行方式。
提供公交信息是为了帮助利用公交的出行者进行出行路线、换乘路线和出行时间的选择, 以提高出行者出行的便利性和高效性。
通过车载装置、便携装置或置于用户家中、位于路边、车站等处的个人终端提供实时的公交信息以利于出行者选择并反馈。
GIS 技术具有很强的数据处理和图形显示能力, 它可以在后台进行复杂的数学运算并把最终结果用图表显示给用户。
因此, 利用G IS 技术开发公交出行信息系统是可行而有效的, 并且能极大的方便出行者。
1 系统的设计1. 1 系统功能出行者在出发乘公交车前, 可能不熟悉的目的地的路线, 不知道乘几路车, 对于外地来客尤其如此。
而出行者通过公交出行信息系统可以方便的解决这个问题。
在信息系统提供的用户界面上输入出发地点和到达地点, 计算机便会自动计算出最短的出行路线并告诉出行者应该乘用心专注服务专业几路公交车, 是否需要换乘等。
信息系统还具备另一个功能, 那就是可以接收实时的公交车数据, 并在数字地图上反映出公交车的实时位。
比如, 出行者已被告知可以乘坐8 路公交车到达目的地, 但不知道需要等多久才能上车。
这时系统可以接收从交通信息中心传来的8 路车的位置信息, 并反映在地图中, 同时可以计算出该车到达车站的时间。
出行者于是根据得到的信息做出自己的选择。
如果公交车不能立刻达而出行者又需要赶时间, 就可以选用其他出行方式前往目的地。
1. 2 公交网络的生成G IS 中属性不同的数据存放在不同的图层里, 信息系统所用的公交网络主要由三个图层组成: 城市路网层、公交线路层和公交站点层。
基于WebGIS的公交导乘最佳路径算法
基于WebGIS的公交导乘最佳路径算法
李蕊
【期刊名称】《微计算机应用》
【年(卷),期】2009(30)7
【摘要】公交网络最优路径查询功能是智能公交系统的重要组成部分，求解公交
网络最优路径是进行公交系统规划的一项关键技术。
通过分析乘客出行选择公交线路所考虑的因素，提出了公交导乘最佳路径算法。
在引入公交导乘网络数学描述的基础上，给出了公交导乘最少换乘算法。
然后以换乘次数最少、出行距离最短为约束条件，对最短路径算法（Dijkstra算法）进行改进，得出综合考虑路径长度和换乘的最佳公交导乘算法。
在深圳市公交网络测试应用的结果表明此算法可行、高效。
【总页数】4页(P25-28)
【关键词】WebGIS;最少换乘;Dilkstra算法;最佳路径
【作者】李蕊
【作者单位】深圳信息职业技术学院计算机应用系,广东518029
【正文语种】中文
【中图分类】U491.17;U491
【相关文献】
1.基于蚁群算法的公交车最佳路径问题研究 [J], 黄敏
2.城市公交换乘最佳路径选择的模型和算法 [J], 陈密芳
3.基于WebGIS的公交导乘线路层次性、递增式选择算法 [J], 陈焕宇;袁贞明;张
佳
4.基于GIS和最小交通阻抗的公交出行最佳路径算法 [J], 张水舰;李永树;张友挺
5.基于B/S模式的WebGIS公交换乘算法实现 [J], 李卓;刘岩恺
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ArcGIS的基本操作(基于GIS的公交查询)
基于GIS的家乡公交查询系统实验报告学院 XXXX班级 XXXXXXXXXXXXX学号 XXXXXXXXXX指导老师 XXX2014年11月01日目录一、学习目标---------------------------------2二、设计的总体框架---------------------------2三、设计的具体步骤---------------------------3<一>建立文件地理信息数据库-----------------3<二>栅格图像的配准------------------------6<三>绘制地图-----------------------------9<四>新建网络数据集------------------------13<五>网络分析-----------------------------18四、操作问题的讨论---------------------------20五、学习总结---------------------------------20一、学习目标通过了解及熟悉使用GIS软件各种功能，设计出一个公交查询系统，可以实现以下几方面的功能：1、站点查询：输入要查询的车站名称，可以查询出该站点所在具体位置和通过这一公交站点的所有公交线路。
2、线路查询：某路公交线路的空间位置及其属性信息的查询，并亮高显示。
3、换乘查询：查询两条公交线路之间的换乘或者公交线路的与步行通道之间的换乘。
4、最短路查询：输入任何两个地点，即可超寻到最短路径以及行程消耗的时间。
二、设计的总体框架第一步：搜集整理信息（包括：公交线路、途径站点、城市栅格图像、控制点的坐标）1路: 机修---南门（东）---鼓楼（南）---中医院---西郊2路: 机修---东门---东大街---鼓楼（北）---北关什字(西)--西大街--中医院--西郊3路: 县医院---陇西一中---三中路口---人民广场---北关什字(东)---中医院--西郊4路: 县医院--人民法院--翡翠新城--人民广场--北关什字(东)--鼓楼（北）--南(西)5路北关什字(西）---人民广场---柴家门---河浦村8路: 南门（西）---鼓楼（南）---东大街---陇西大酒店---翡翠新城---陇西一中---中天路口---第三中学—---景家桥---育才中学---华联超市---北大街（西）鼓楼 35° 0'15.85"北 104°38'05.58"东广场喷泉 35° 0'11.22"北 104°38'49.02"东陇西一中 34°59'48.76"北 104°39'02.17"东图图1. 为收集到的城市栅格图像第二步：数字化过程（打开ArcCateloge——文件夹——新建文件地理数据库、要素集、要素类——为要素类添加属性；打开ArcMap——导入栅格图像——设置坐标系统——输入控制点经纬度——完成地图配准）第三步：绘制地图（打开ArcMap——添加要素类——设置线宽、颜色——绘制路网、站点、公交线路——打断交叉口、站点——添加要素类属性数据——使要素显示——绘制完成）第四步：网络分析（打开ArcCataloqe——新建网络数据集——设置数据集的属性；打开ArcMap——添加网络数据集——最短路径求解）三、设计的具体步骤<一>建立文件地理信息数据库1、新建文件地理信息数据库：在任意存储盘中新建一个文件夹（重命名为“公交查询一号”），将城市栅格图像放置该文件夹中；然后，打开ArcCataloqe，右击“文件夹…”——“文件夹”，找到“公交查询一号”文件夹并。
基于GIS的城市通勤交通模型构建
基于GIS的城市通勤交通模型构建城市通勤交通模型的构建是为了解决现代城市日益严重的交通拥堵问题，提高城市交通系统的效率和可持续性。
基于地理信息系统（GIS）的城市通勤交通模型是一种科学、准确、可操作的工具，可以帮助规划师、政策制定者和决策者更好地理解和解决城市交通问题。
一、城市通勤交通模型简介城市通勤交通模型是利用GIS技术和交通数据进行建模和分析的过程。
它模拟了城市中不同出行方式（如公共交通、驾车、步行、骑行等）的交通流量、路网状况、通勤路径等关键要素，以预测未来的交通需求、评估交通政策和规划方案的效果。
城市通勤交通模型的构建包括数据收集、数据处理、建模和评估四个主要步骤。
首先，需要收集和整理各种交通相关数据，如道路网络数据、人口分布数据、交通量数据等。
然后，通过GIS技术进行数据处理和空间分析，构建交通网络、设定交通分区、确定交通需求模型等。
接下来，基于收集到的数据和建立的模型，进行交通模型的建模和模拟，以评估当前交通系统的状况和未来交通规划的可行性。
最后，根据模型结果，制定相应的交通政策和规划方案。
二、基于GIS的城市通勤交通模型构建的优势1. 空间分析能力：GIS技术可以有效地处理和分析地理空间数据，能够对城市中复杂的交通网络和交通需求进行精确定位和分析，帮助决策者理解地方交通特征和问题。
2. 数据集成性：通过整合各种不同来源的数据（如道路网络数据、人口分布数据、交通量数据等），GIS技术可以提供全面、多维度的数据集成，为交通模型的构建提供丰富的数据基础。
3. 可视化效果：基于GIS的城市通勤交通模型可以通过图表、地图等可视化方式展示分析结果，使决策者和相关人员更直观地理解交通问题和模型结果。
4. 灵活性和易扩展性：基于GIS的城市通勤交通模型可以根据需要进行灵活的调整和修改，以适应不同时间段、不同地区、不同出行方式的模拟需求。
5. 预测和优化能力：通过模拟和预测未来的交通需求和交通规划方案的效果，基于GIS的城市通勤交通模型可以帮助决策者在规划初期就对可能的问题和风险进行预测和优化。
GIS技术在公交路线规划中的应用
GIS技术在公交路线规划中的应用随着城市化进程的加速，城市公共交通越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。
对于管理者来说，如何规划公交线路，提高公交效率，让市民出行更加便利，成为了一种刻不容缓的任务。
面对这个问题，GIS技术为我们提供了一种创新的解决方法。
GIS，即地理信息系统，百度百科的定义是：地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是以地理空间数据为基础，运用计算机科学、地图学、遥感技术和数据库管理等技术，对地理空间信息进行采集、存储、处理、分析和展示等功能的一种新型综合技术系统。
它可以为我们提供海量的有关地理位置与地理信息的数据，基于这些数据，我们可以制作出高度精确的地图、图表和统计报表。
在公交路线规划方面，GIS技术可以进行路网分析、路径优化及站点选择等一系列工作，从而大大提高公交效率，减少拥堵情况，让市民的出行更加便利。
GIS技术在公交路线规划方面的应用主要包括以下几个方面。
一、路网分析GIS可以对城市道路网络进行分析和处理，在分析的同时，可以获取道路属性信息和路网拓扑关系等，通过这些信息，我们可以精确地计算公交车行驶的距离，路上所遇到的问题等。
路网分析可以帮助我们确定公交线路、排除拥堵路段，从而节省时间和提高效率。
二、路径优化通过GIS把市区内的路线规划数据输入进去，可以自动生成公交线路，并通过优化分析来减少公交车与其他车的时间交织与相遇，减缓拥堵，提高运行效率，同时还可以节约运营成本。
路线优化可以满足市民越来越高的出行要求。
三、站点选择公交站点的设置可能会影响乘客的出行体验，站点的周边环境、往返的车次、时间和路线等因素可以影响乘客对站点的选择以及道路的拥堵程度。
GIS可以对站点进行分析，基于地理位置信息，我们可以找到最适合站点的位置。
同时可以根据公交线路、拥堵情况和乘客出行需求等因素，预测未来可能出现的瓶颈，从而调整公交路线，优化站点布局。
四、公交管理GIS技术可以实现对公交线路的实时监控，有效地掌握公交车辆行驶状态和乘客乘坐情况。
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第30卷第6期2000年11月东南大学学报(自然科学版)JO URNAL OF S OU THEAS T UNIVERSITY (Natural Science Edition)Vol 130No 16Nov.2000基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型X杨新苗 王 炜 马文腾(东南大学交通学院,南京210096)(清华大学,北京100084)摘 要 公交乘客出行路径选择模型是公交乘客信息系统的关键技术.本文通过对公交乘客出行心理的研究,结合地理信息系统(G IS)的特点,提出了以换乘次数最少为首要目标、出行距离最短为第二目标的基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型.为提高路径搜索效率,模型中提出了GI S 方向估价函数的概念.在南京市实际公交网络上的试算结果表明该模型实用、高效.关键词 出行路径选择模型;乘客信息系统;公共交通;地理信息系统分类号 U121X 国家自然科学基金资助项目(59838310).收稿日期:2000-02-28. 第一作者:男,1974年生,博士研究生.公交乘客出行路径选择模型的研究对于公交乘客信息系统的研究和开发有着重要的意义.乘客信息系统是智能交通系统中的重要组成部分.乘客信息系统中以提供公交信息为主的部分称为公交乘客信息系统.公交乘客信息系统最重要的一个功能是在乘客给出起迄点后,自动生成最优的出行路径方案供乘客选择.搜索与生成最优出行路径的理论模型就是公交乘客出行路径选择模型.公交乘客出行路径选择模型研究的实质是寻找乘客的出行在公交网或道路网上分布的规律.研究和建立更接近现实的模型,有利于得到更合理的公交客流分配结果.国内对乘客出行心理的研究较少,现有的出行路径选择模型多为基于/出行距离最短0或/出行耗时最少0的最短路模型,但实际的调查却表明/换乘次数0是大部分公交乘客在选择出行路径时首要考虑的因素.而且现有的模型基本上是在道路网上进行的,道路网上的最优路径,不一定是公交网上可行的路径.本文通过对公交乘客出行心理的研究,结合GIS(地理信息系统)的特点,提出了以/换乘次数最少0为首要目标、/出行距离最短0为第二目标的公交乘客出行路径选择模型,并且在南京市公交网络上进行了试算.1 公交乘客出行心理研究通过对公交乘客的出行心理、行为进行调查研究,确定模型的优化目标和约束条件.公交乘客选择出行路径的决策过程主要受到以下3个因素的作用:/换乘次数0、/出行距离0和/出行耗时0.换乘次数是指乘客在完成一次出行过程中所换乘的次数.出行距离分为车上距离和车外距离两部分.车外距离是乘客为乘车而步行的距离,它包括从起点到上车站台的距离、换乘距离以及下车后到目的地的距离.出行耗时同样也包括车上和车外两部分,只不过乘客的车外耗时还包括在站台上的等车时间.1999年在南京市的8个主要公交站点进行了一次公交乘客出行心理问询调查,共得到有效表格440份.图1是调查结果.图1 南京市公交乘客出行路径选择因素由图1可见,41116%的乘客在选择出行路径时首选考虑的是换乘最少,其次才是时间最短、路程最短.从调查得到仅有30170%的乘客不用换乘,3114%的乘客需换乘1次,26198%的乘客需换乘2次,13126%的乘客需换乘2次以上才能到达终点.换乘比例高是我国城市公交的一个普遍现象,在鞍山、无锡进行的调查也得到类似的结果.造成换乘比例高的主要原因是出行距离的增长.1986年南京市居民公交出行的平均距离为411km,到1997年达到5127km,10年增加2815%.所以本模型选用/换乘次数最少0作为首要优化目标;/出行耗时最少0虽是公交乘客考虑的第二重要因素,但因其难以准确测算,故选择易于量化的/出行距离最短0作为第二位的优化目标.2 公交网络的GIS 表示方法GIS 技术为生成和管理公交网络提供了新手段.GIS 公交网络可以表示为G =(V ,E ).式中,V 为公交站台的集合.一个公交站台可能是多条线路的上下客站点.E 为公交站台之间的联接边.若A 站台与B 站台是n 条线路的相邻上下客站,那么A 与B 之间有n 条联接边.在GIS 系统中通过公交站台表、站台联接边表以及站台经过线路表来表示公交网络.图2所示的公交网络可表示为表1~表3所示的网络结构.表1中的/站台经过线路总数0是指以此站台为上下客站点的线路总数,/站台实体0存储的是站台/点对象0.图2 公交网络示例表1 公交站台表站台编号站台名称站台经过线路总数站台实体1001A 2OB J 1002B 2OB J 1003C 1OB J 1004D 1OB J 1005E1OB J表2 站台联接边表起点站台终点站台联接边线路属性联接力实体100110023路OBJ 100110042路OBJ 100210013路OBJ 100210031路OBJ 100210033路OBJ 100210051路OBJ 100310021路OBJ 100310023路OBJ 100410012路OBJ 100510021路OBJ表3 站台经过线路表站台编号经过线路10012路10013路10021路10023路10031路10033路10042路10051路88东南大学学报(自然科学版)第30卷3 几种最短路算法的特点和不足出行路径选择模型的基础是最短路算法.常用的几种网络最短路算法有Dijkstra 算法、Floyd 算法、Moore 2pape 算法等.针对建模的需要,对几种方法进行分析如下:Dijkstra 算法是由Dijkstra 于1959年首先提出的.此算法的思想是对节点赋以标号,在迭代过程中不断更新标号.每一步的节点标号代表从起点s 至该点有向路径长度的上界.迭代结束时,节点的标号就是从s 到该点最短有向路的准确长度.Floyd 算法可求出所有点对之间的最短有向路.设U m ij 表示从点i 到点j 且不经过m,m+1,,,n(除去点i 和点j)的最短有向路的长度,则自点i 到点j 不经过点m+1,m+2,,,n (除去点i 和点j)的最短有向路有2种情况:¹不经过点m,此时有U m+1i j =U m i j ;º经过点m,此时有U m+1i j =U m im +U m mj .因此,总有U m+1i j =min {U m i j ,U m im +U m m j }.显然,当m =n 时,U m+1ij就等于网络中自点i 到点j 的最短有向路的长度.M oore 2pape 算法使用了链表管理技术.设路段节点集合为V 表示,路段ij 的路权为d i j ,l i 表示节点i 的最短路权,即从根节点r 至i 的最短距离.p i 表示i 的前节点,算法的步骤如下:¹初始化.将根节点r 置于链表T ,T 为一维有序数组,其内容为节点的编号.令p i =0 i I V, l i =0i =r] i X r,i I Vº若链表T 非空,取出T 中第1个节点i,检验所有与i 相连接的节点j.如果l i +d ij <l j ,则令p j =i,且l j =l i +d ij ,并将j 加入T ,当所有的j 都检验完后,将i 从T 中删除.»当链表T 中没有节点时,通过追踪p 找到r 到所有节点的最短路径,否则返回步骤º.在步骤º中,为提高计算效率,对j 在T 中的位置分为3种情况处理.如果j 曾在T 中出现过,但现在不在其中,将其放在当前检查的节点i 之后;如果j 从来没有在T 中出现过,则将其置于T 末尾;如果j 正在T 中时,不用增加.3种算法在道路网络上都是适用的,其缺点为:Dijkstra 算法虽可用于大型网络,但计算速度慢;Floyd 算法虽然可以快速地进行/多对多0的计算,但它不能应用于大型网络;M oore 2pape 算法由于采用了链表技术,计算速度较快,亦可用于大型网络,但它无法进行/一对一0的计算,即使用该算法时,只有访问完所有的节点后才能输出正确的结果,M oore 2pape 方法将大量的计算时间耗费在寻找起点与终点点对以外的最短线路,这显然不适用于公交网络.而且以上几种算法都没有考虑换乘问题.4 基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型[1]研究以Dijkstra 算法为基础建立模型,并吸收Moore 2pape 算法链表管理技术的优点,建立起适合GIS 网络的公交出行最优路径选择模型.具体算法思路是:先找出起点r 周围的站点集合S,并将S 放入链表T 中,然后在每次执行过程中找出T 表中公交权值最小的一个站点i,在将i 点从T 表中删除以前,以i 点作为当前的基点向外搜寻,然后修正搜寻到的站点权值,并应用GIS 方向估价函数判断是否为有效站点,将搜索到的有效方向上的站点放入T 表,以此过程反复进行,直到搜寻到的基点为终点周围的站点为止,这时通过逆向搜索便可以得到从起点到终点的公交最优出行路线.在算法中通过公交权值的判断和赋值实现对换乘次数和出行距离89第6期杨新苗等:基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型的控制,控制和判断的原则是优先选择换乘次数小的路径,在换乘次数相同的情况下再考虑出行距离.首先利用GIS 的地理函数,由公交站台表和站台经过线路表生成公交节点表.在节点表中,某一空间点,若为k 条线路的上下客站点,则在此点有S 1,S 2,S 3,,,S k 个公交节点.节点i,j 若为同一线路的相邻站点,则记其之间的距离为B ij ,B ij 可由站台联接边表得到.对应于公交节点i,设n i 表示从起点r 到节点i 最少的换乘次数;l i 表示从起点r 到节点i 的最短公交出行距离;p i 表示在最短路径上节点i 的前一个节点;布尔值f i 表示节点i 在最短路上与前一节点是否有线路直接相连,即从前一点沿最短路前进到该点的方式是否为步行方式,如果是步行方式,则f i 的值为True,否则为False ;e i 值则表示节点i 是否在终点周围,e i =True 表示其在终点周围;最后设N 为当前换乘次数,L 为当前出行距离.该算法的具体步骤如下:¹初始化.根据给定的起点r 和终点s 的坐标,利用GIS 的地理函数找出r 和s 周围一定范围内的公交节点集合S 和D.将S 放入链表T 中,并置其l j 值(j I T )为r 点到j 点的距离;将D 中节点的e i 值赋为True ;并令所有节点的n i 和p i 值为0,f i 的值为False ;将N 和L 也置为0.º找出链表T 中公交权值最小的节点i(首先考虑n i ,在n i 值相同的情况下,再比较l i 值的大小),将其n i 值和l i 值分别赋给N 和L,并将i 从链表T 中删除.»如果节点i 的e i 值为True ,则结束运算,输出结果,否则执行步骤¼.¼以节点i 为搜寻基点,通过地理函数搜寻其相邻节点j,相邻节点分为2种情况:一种是直接与i 相连的节点,即i 的上一站或下一站;另一种是不与i 直接相连的节点,即是从该点步行一定距离即可到达的节点,将后一种节点的f j 值设为True ,并设2点之间的步行换乘距离为W i j ,然后对找到的相邻节点权值进行修正.具体修正方法见图3.图3 公交节点权值修正方法n j 值则视该点的公交线路与到达基点时的线路是否一致,若一致,则令n j =N ,否则令n j=N +1.估价中间节点方向有效性是为了避免在无效方向上大量搜索.文献[2]提出了用GIS 方向估价函数改进搜索策略,此方法同样适用于公交网络.网络搜索过程中,定义沿着起点r 到终点s 的方向为空间有效方向,相反的方向为空间无效方向.实际应用中,可能会出现有效方向上的路径不能被采用,而必须在无效方向上的一定距离内采用某些路径.设向量p (j)表示中间节点j 的位置,p (r )和p (s)分别表示起终点的位置,h (j)=p (j)-p (r )表示节点j 相对起点的位置.以h (j)为估价函数,如果j 点在无效方向上,而且h (j)>L p (r)-p (s)时,即停止该路径上的扩展搜索,从而可以大量减少无效搜索次数.u 为可调节的系数,一般取015左右.½如果链表T 非空,返回步骤º,否则结束.算法的具体计算框图见图4.90东南大学学报(自然科学版)第30卷图4 基于GIS 的出行路径选择算法流程图算法利用GIS 地理函数搜索节点的相邻节点.这一方法突破了邻接关系的束缚,使得步行换乘的搜索和计算成为可能,实践证明这一方法适用于公交网络.保证搜索结果合理性的一个关键指标是搜索半径的确定.依据5城市道路交通规划设计规范6的规定,乘客在步行500m 以内能到达合适的公交站点.南京市的实际调查表明,乘客平均需要步行9109min 才能从起点抵达车站,而且从终点站步行到终点还需10103min .以乘客步行速度4km/h 计,乘客到站或离站的平均距离接近700m .故在确定搜索半径时,应以700m 为上限,优先搜索500m 以内的站点.按照本文提出的公交乘客出行路径选择模型,以南京市区范围的42条公交主干线为基础建立起了一个试算网络.该网络包括347个公交站台,572个公交节点,1066条公交联接边.试算的结果表明该模型实用、高效.参考文献1 马文腾.公交辅助出行决策系统:[学位论文].南京:东南大学交通学院,19992 徐业昌,李树详.基于地理信息系统的最短路径搜索算法.中国图像图形学报,1998,3(1):39~43GIS 2Based Public Transit Passenger Route Choice ModelYang Xinmiao 1 Wang Wei 1 M a Wenteng 2(1College of Traffic and Transportation Engineeri ng,Southeast Uni versity,Nanjing 210096)(2Tsi nghua Universi ty,B eijing 100084)Abstract: Public transit route choice model is the key technology of transit passenger inf ormation sys 2tem.A GIS 2based public transit route choice model is presented in this paper.It is based on a new short 2est path algorithm whic h uses the least transfer times as primary object and shortest path distance as sec 2ond object.Application in Nanjing public transit netw ork show s that it is ef ficient and practical.Key words: route choice model;passenger information system;public transit;GIS91第6期杨新苗等:基于GIS 的公交乘客出行路径选择模型。