CN102436466A

CN102436466A - 基于gis分类的公交换乘查询方法

Info

Publication number: CN102436466A
Application number: CN2011102668818A
Authority: CN
Inventors: 董振超; 李洋; 张霞; 霍建立
Original assignee: 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Current assignee: 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及智能公共交通领域，具体涉及一种基于GIS分类的公交换乘查询交互方法。目的是能够满足用户出行舒适度需求。包括如下步骤：(1)建立数据库，获取历史公交运行数据和城市站点地图数据；(2)数据处理，建立线路站点换乘参数表，并将线路站点换乘参数表中的属性数据和GIS中的空间数据关联；线路站点换乘参数表包括等车时间，车辆从上一站点到达下一站点的运行时间；(3)换乘查询计算，在查询两站之间的公交线路方案时，计算并对比不同方案的综合出行代价。本发明通过结合GIS技术把公交站点的连通数据和公交车各时段各站点的运行状况进行分类排序，使用户选择适合自己的舒适度最佳的方案。

Description

基于GIS分类的公交换乘查询方法

技术领域

本发明涉及智能公共交通领域，具体涉及一种基于GIS分类的公交换乘查询交互方法。

背景技术

随着近年来公交信息化进程的不断推进，相当一部分公交车都安装了GPS定位***、车载监控***、客流采集等***。从另一角度说，现在很多城市公交车不同时段内，各路段的运行时间、车内拥挤情况、各站点等车时间等信息都能够得到。只不过因为各地公交信息化程度的良莠不齐导致能得到的信息种类不同，同时随着公交信息化进程的不断推进这些信息不断增加。然而如此多的信息并未应用到为乘客提供最佳乘车路线的公交车换乘查询***中。

纵观目前市场的主流的公交换乘查询***，无论是谷歌地图、百度地图等中的公交换乘查询***都以换乘次数最少、乘车距离最短为终极目标。事实上乘客出行更加关心的是如何用最少的时间、最舒适的方式到达目的地，在越来越拥堵的城市乘车距离和乘车时间并非成正比。这就要求公交换乘查询***需要综合处理不同时段联通站点间的运行时间、拥挤程度、站点等车时间、临近站点间步行时间等信息。同时需要注意这些信息并非是固定的，在不同城市、不同时间这些信息项都是不同，所以***要有对参数的伸缩有充分的适应性。

公交换乘问题实质就是最优路径问题，对于最优路径问题，国内外学者提出了许多算法包括迪杰斯特拉(Dijkstra)算法、弗罗伊德(Floyd)算法、矩阵算法等.但是以上算法首先要求网络拓扑图和表示网络图的数据结构简洁，显然公交网络不适合；其次公交网络的连通性与图论中网络的连通性含义不同.两条公交线路在某站点连通，从一条公交线路换乘到另一条公交线路，需要消耗换乘次数，这都是以上算法不容易控制的。针对公交换乘问题也有学者提出了基于数据库或者基于线路站点集合的算法，这些算法能很好的解决公交线路连通性和公交网复杂性的问题，但是也产生了新的问题，临近站点联通性的问题。所谓临近站点连通性指的是对于相邻很近的站点(比如小于400米)，在公交线网图中是非联通的，在线路站点集合中也是非联通的，但是实际情况乘客可以通过步行进行换乘使其联通。目前已公开的相关专利如下：

专利申请200510126687.4提出了一种城市道路和公共交通站点的编码方法及出行信息采集与查询的方法，对城市街道和公共交通的地图进行经度和纬度以及经纬度之间的间隔进行编码，站点编码根据经纬线编码产生；其缺点和不足是首先编码过于复杂，数据整理过于困难。其次单纯考虑了站点距离问题，导致最终能够查询结果非用户最需要的。再次其此算法无法使用变化的换乘参数类型。

专利申请200310104011.6提出了一种方便换乘公交车辆的查询***，依据起始站点和目的站点，以乘车时间和线路距离为标准，实现了最短距离和最短换乘时间结合的最佳换乘线路和最佳换乘方案。其缺点和不足是：需要用汉字输入查询的站点名称，乘客难以记住各站点名称。***对于多种参数的支持扩展较弱，对于不断增加的影响换乘的参数无适应性。

专利200810027183.0提出了一套基于城市公交站点编码地图的换乘查询***，对地图上的每个公交站点进行统一编码，把每个公交站点的名称和编码标注在城市交通图的相关位置。通过图论相关算法搜索地图得到换乘路线。其缺点是，查询时需要先从站点名称查找站点编号，然后通过站点编号查询，这样虽然解决了同名上下行站点问题，但操作过于复杂。同时此***未考虑多参数查询，步行换乘等因素。

专利201010290407.4提出了一套基于互联网电视的公交换乘查询平台，该平台通过从电视中选定出发站点和目的站点实现查询换乘线路。缺点是算法完全基于数据库，无法实现临近站点间的步行换乘。其终极查询目标停留在换乘次数换乘站数层面无法扩展到乘客需要的其他参数。

出行者在选择公交线路时，其根本需求就是快速舒适的到达目的地。其中要达到快速的目标需要考虑多个因素：换乘次数、等车时间、公交运行时间、步行距离、车内拥挤程度等，因此目前的公交线路计算方法都存在缺陷，不能满足用户的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足用户出行舒适度需求的基于GIS分类的公交换乘查询方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，包括如下步骤：

(1)建立数据库，获取历史公交运行数据和城市站点地图数据；

(2)数据处理，建立线路站点换乘参数表，并将线路站点换乘参数表中的属性数据和GIS中的空间数据关联；线路站点换乘参数表包括等车时间，车辆从上一站点到达下一站点的运行时间；

(3)换乘查询计算，在查询两站之间的公交线路方案时，计算并对比不同方案的综合出行代价，所述综合出行代价为等车时间、乘车时间乘以相应权重系数的和。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述历史公交运行数据应包括：线路号，车辆号，站点编号，进站时间，站点上、下车人数；所述站点数据应包括：带有上下行方向标志的站点标号、站点名称、经度和纬度。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：步骤(2)的线路站点换乘参数表的属性数据还包括：当前时间段、线路号、站点编号、拥挤情况。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：步骤(3)中所述综合出行代价为等车时间、乘车时间、站点拥挤情况、步行时间乘以相应权重系数的和。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述换乘查询计算包括单站查询、线路查询、以及站站换乘查询；所述站站换乘包括：

(a)确定起始站点A和目的站点B；

(b)查出经过站点A的公交线路集合L(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)，以及经过站点B的公交线路集合S(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)；其中i，j表示公交线路即车辆号；

(c)判断是否为一次换乘，若为一次换乘，则输出结果，否则进行二次换乘查询；

(d)判断是否为二次换乘，若为二次换乘，则输出结果，否则进行三次换乘查询；

(e)判断是否为三次换乘，若为三次换乘，则输出结果，否则结束查询。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述一次换乘具体包括：

判断是否有L(i)＝S(j)，若有一条线路足要求，则该公交线路即为最优线路，输出结果并结束运算；若有多条线路满足要求，则从公交线路数据库中查出各线路经过的站点，计算各条公交线路的综合出行代价，选择一条综合出行代价最小的线路即为最优线路，输出结果并结束运算；

如果不存在L(i)＝S(j)，在站点A以及站点B周围范围通过不断扩大半径搜索临近站点集合A(u)(u＝1，2，3，…，m，m为正整数)和B(v)(v＝1，2，3，…，n，n为正整数)；其中u，v表示站点编号；对A(u)和B(v)中的每组站点组合查找相应的公交线路集合Lu(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)、Sv(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)，并判断能否进行一次换乘，否则进入二次换乘查询。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述二次换乘具体包括：

首先，由公交线路集合扩展得到站点集合：从公交线路数据库中查出公交线路集合L(i)中线路i经过的站点集合E(i，g)，(i＝1，2，3，…，m；g＝1，2，3，…，n；m，n为正整数)，以及公交线路集合S(j)中线路i经过的站点集合F(j，h)，(j＝1，2，3，…，p；h＝1，2，3，…，q；p，q为正整数)；其中，g，h表示站点编号；

然后，判断扩展后的站点集合中是否有相同的站点：判断是否有E(i，g)＝F(j，h)，同时利用GIS判断是否有站点E(i，g)到站点F(j，h)的距离小于步行最大运行值M；若有一个站点满足要求，该站点即为二次换乘的中转站点；

如果扩展后的站点集合中没有相同的站点，即E(i，g)与F(j，h)中没有相同的站点，则对步骤(c)中站点集合A(u)和B(v)中的站点组合查找相应的公交线路集合Lu(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)、Sv(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)，并对线路集合扩展得到站点集合，判断站点集合中是否有相同站点；如果能得到二次换乘线路则结束运算并输出结果；如果二次换乘中不存在可供换乘站点E(i，g)和F(j，h)，则进行三次换乘。

首先，从公交站点数据库中查得经过站点集合E(i，g)中各站点的公交线路集合T(k)(k＝1，2，…，m，m为正整数)，并从公交线路数据库中查得线路T(k)包含的站点集合G(k，w)(k＝1，2，…，m；w＝1，2，…，n；m，n为正整数)；

其次，判断是否有G(k，w)＝F(j，h)，或者G(k，w)中的站点到F(j，h)中站点的距离小于200米；若有某个站点D满足要求，则站点D为三次换乘的第二个中转站点。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述等车时间为第i时间段的K路车在第j站的平均等车时间。

如上所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其中：所述站点拥挤情况根据不同车型座位数和实际乘客数量做对比，其比值则为本辆车在该站的拥挤率，把本时间段内所有经过该站点车辆的拥挤率取平均值即为该时段某站点所有车辆平均拥挤率。

本发明的有益效果是：

1.通过结合GIS技术把公交站点的连通数据和公交车各时段各站点的运行状况进行分类排序，综合考虑路程时间与拥挤情况作为出行代价，将出行代价的方案排序反馈给用户，使用户选择适合自己的舒适度最佳的方案，而不仅仅选择出行距离最小的方案。

2.本发明通过综合换乘次数、车站等车时间、站点间通行时间、步行距离、车内拥挤情况等换乘参数并加以权重参数，使出行方案选择更加丰富。

3.通过建立线路站点换乘参数表，并将参数表属性数据和GIS空间数据有机的结合起来，解决了属性数据无法判断地理相邻性，以及空间数据和公交线网特性不符合的矛盾。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法流程图；

图2为一次换乘站点线路示意图；

图3为二次换乘站点路线示意图；

图4为三次换乘站点路线示意图；

图5为三次换乘中存在多种路线的示意图；

图6为一次换乘计算流程图；

图7为二次换乘计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法进行介绍：

如图1所示，一种基于GIS分类的公交换乘查询交互方法，包括如下步骤，

(1)建立数据库，获取历史公交运行数据和城市站点地图数据。历史公交运行数据应包括：线路号，车辆号，站点编号，进站时间(即到达站点的时刻)，车上乘客数等。

站点数据应包括：站点标号，且在站点标号中应区别出上下行方向；站点名称；经度和纬度。

(2)数据处理步骤

(2.1)将全天时间分为多个时间段。通常公交运行分为6个峰段：早平峰、早高峰、午平峰、午高峰、晚平峰、晚高峰；在不同时间段内公交车逐步的增加和减少发车间隔，高峰发车间隔小，平峰发车间隔大。本事示例中，以一小时为一个时段，把全天分为24个时段，尽量保证每个时间段内的发车间隔十分相近，也可以根据需要划分为更多或更少的时间段。

(2.2)通过对历史公交运行数据(车辆到站时间、各站点车上乘客数量等信息)的挖掘，得到每个时间段上每个站点等待经过该站点的不同线路车辆的平均等车时间。本实施例中，例如计算第i(0＜＝i＜24)时间段的K路车(车辆号)在第j站(站点编号)的平均等车时间，用60分钟(每个时间段的时长)除以在i时间段所有进过j站的K路车数量，得到该时段该站点等待K路车需要消耗多少分钟，即平均等车时间

(2.3)计算得到不同时间段内每个站点到与其联通的所有站点乘不同线路所需的平均运行时间。从历史公交运行数据能够得到在每个时间段内同一辆达到不同站点的时刻，从上一站点到下一站点两个时刻之差即为此车辆在这两站之间的运行时间。例如计算第i时间段乘坐K路从第j站到达第j+1站的平均运行时间

假设此时间段内有n辆车通过站点j。公式如下：

T_{i, j}^{K} = \frac{Σ_{v = 1}^{n} (t_{v, j} - t_{v, j + 1})}{n}

其中t_v，j表示第v辆车达到第j站的时刻，t_v，j+1表示第v辆车达到第j+1站的时刻。

(2.4)计算得到各时间段内车辆从每个站点到与其联通的所有站点运行过程中车上拥挤情况；计算拥堵情况根据不同车型座位数和实际乘客数量做对比，其比值则为本辆车在该站的拥挤率，把本时间段内所有经过该站点的某路车的拥挤率取平均值即为该时段某站点某路车的平均拥挤率。

(2.5)建立线路站点换乘参数表，参数属性数据包括：当前时间段、线路号、站点编号、到上一站点距离、站点类型、线路跑法号(同一路公交车在不同时段运行经过不同的站点称为不同跑法，例如区间车、快慢车等)、上下行标识、站点在线路上的顺序号、到下一站点运行时间、拥挤情况、等车时间等。

该参数表是可以进行减项或扩展的，例如有的城市公交车无GPS故不能得到车辆到站信息也就不能产生等车时间、车辆运行时间，有的城市没有客流采集设备不能得到拥挤信息。在参数表中将每个参数作为独立数据项，每个独立数据项又分配有独立的权重系数。计算综合出行代价时需使用各数据项的权重系数。

例如计算从起点站点A到达目的站点F的换乘过程，假设从站点A乘车进过站点B到达站点C，然后步行到站点D，上车经过站点E到达站点F。其综合换乘代价W_AF计算如下：

W_AF＝(D_A+D_D)×d+(T_AB+T_BC+T_DE+T_EF)×B_CD×b+(C_A+C_B+C_D+C_E)×c

其中D_A、D_D为在站点A、D的等车时间，T_AB、T_BC、T_DE、T_EF为各段车辆运行时间，B_CD为步行时间，C_A、C_B、C_D、C_E为各站点的拥挤率，对应的小写字母为各参数的对应权重系数。当考虑路程时间最短时，可将拥挤率对应的权重系数c设为0或较小，当着重考虑路程舒适度时，可将拥挤率对应的权重系数c调高，各权重系数间的调节关系为本领域技术人员的公知常识。

还有其他可考虑的情况，例如尽量少的换乘、尽量少的步行、最短的时间、最短的距离、最省钱，通过调整相应属性参数的权重系数，可得到多种综合换乘代价排序方式，方便用户选择。

(2.6)将线路站点换乘参数表中的属性数据和GIS中的空间数据关联，处理空间信息主要指的是把公交站点的联通性数据矢量化到电子地图。通过编码程序遍历站点换乘参数表，通过站点的经纬度和电子地图进行关联。

(3)换乘查询计算

(3.1)单站查询，指按照单个站点查询经过该站点的所有公交线路(即车辆号)，并进行GIS显示。具体描述如下：用户在地图上取点或者输入站点名称。当采用地图取点的时候***自动搜索0-300米内的所有站点，列出站点位置和名称供用户选择。查询结果用两种方式显示：GIS展示和文字展示，GIS展示会在地图上绘制出这些线路的走向图，标注出所有与其联通的站点。文字展示是举出所有这些线路的具体行驶数据，包括票价、运行时间、单程点时间、单程距离、发车间隔等，还可查看各时段等车时间，各站点拥挤情况。

(3.2)线路查询，指根据线路号查询该线路经过的所有站点及走向，并进行GIS显示；此种查询模式用户需要输入或者选择想要查看的线路，***也是用两种方式展示信息。首先通过GIS把线路走向、以及该线路经过的所有站点进行显示，其次通过文字把该线路的详细运行参数进行展示，包括票价、运行时间、单程点时间、单程距离等；还可查看各时段等车时间，各站点拥挤情况。

(3.3)站站换乘查询，指***可以根据客户输入的公交站点查询两站之间的最优公交线路，计算出最合适的线路，并通过地图和文字结合的方式显示到屏幕上。

线路的计算过程中充分发挥GIS的优势，提供步行换乘方案，例如从A点到D点没有直达线路，而且没有直接换乘线路，但是A点到B点有直达线路，C点到D点有直达线路，并且B点到C点距离小于设置的阈值(根据城市大小200-500米)，此种情况下***能够智能的提示用户A到D的乘车方案为先有A到B，然后从B步行到C，最后乘车从C到D。

下文一次换乘指从起始站点乘坐一路车直接到达目的站点；二次换乘指从起始站点经一个中转站点乘坐两路车到达目的站点；三次换乘指从起始站点经两个中转站点乘坐三路车到达目的站点。

(a)确定起始站点A和目的站点B：根据用户选择的出发地点和目的地点，搜索临近范围内的公交站点，例如从0米逐步扩大搜索半径，最大到500米；再根据临近范围内的公交站点由用户确定起始站点A和目的站点B。

(b)在公交站点数据库中查出经过站点A的公交线路集合L(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)，以及经过站点B的公交线路集合S(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)；其中i，j表示公交线路即车辆号。

(c)判断是否为一次换乘：判断是否有L(i)＝S(j)，若有一条线路足要求，则该公交线路即为最优线路，输出结果并结束运算；若有多条线路满足要求，则从公交线路数据库中查出各线路经过的站点，计算各条公交线路的综合出行代价，选择一条综合出行代价最小的线路即为最优线路，输出结果并结束运算。一次换乘示意图如图2所示。

如果不存在L(i)＝S(j)，在站点A以及站点B周围0-400米范围通过不断扩大半径搜索临近站点集合A(u)(u＝1，2，3，…，m，m为正整数)和B(v)(v＝1，2，3，…，n，n为正整数)；其中u，v表示站点编号。对A(u)和B(v)中的每组站点组合查找相应的公交线路集合Lu(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)、Sv(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)，并判断能否进行一次换乘，否则进入二次换乘查询。

(d)二次换乘查询：

首先，由公交线路集合扩展得到站点集合：从公交线路数据库中查出公交线路集合L(i)中线路i经过的站点集合E(i，g)，(i＝1，2，3，…，m；g＝1，2，3，…，n；m，n为正整数)，以及公交线路集合S(j)中线路i经过的站点集合F(j，h)，(j＝1，2，3，…，p；h＝1，2，3，…，q；p，q为正整数)。其中，g，h表示站点编号。

然后，判断扩展后的站点集合中是否有相同的站点：判断是否有E(i，g)＝F(j，h)，同时利用GIS判断是否有站点E(i，g)到站点F(j，h)的距离小于步行最大运行值M(M的取值范围为100-400米，根据城市规模制定)，若有一个站点满足要求，该站点即为二次换乘的中转站点。如图3所示，从A站点出发，在C站点换乘即可以到达B站点或者从A站点出发到E(i，g)中的某站点再步行到F(j，h)然后乘车到B站点。二次换乘情况下，可能有一对或多对公交线路满足要求，从中选择一对综合出行代价最小的公交线路即为最优线路，通常优先选择无步行的换乘方案，输出结果并结束运算。

如果扩展后的站点集合中没有相同的站点，即E(i，g)与F(j，h)中没有相同的站点，则对步骤(c)中站点集合A(u)和B(v)中的站点组合查找相应的公交线路集合Lu(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)、Sv(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)，并对线路集合扩展得到站点集合，判断站点集合中是否有相同站点。如果能得到二次换乘线路则结束运算并输出结果。

(e)如果二次换乘中不存在可供换乘站点E(i，g)和F(j，h)，需要考虑三次换乘：

其次，判断是否有G(k，w)＝F(j，h)，或者G(k，w)中的站点到F(j，h)中站点的距离小于200米。若有某个站点D满足要求，则站点D为三次换乘的第二个中转站点，如图4所示。

按照二次换乘方法求出从起始站点A到站点D的最优线路，再按照一次换乘方法求出从站点D到目的站点的最优线路。两个中转站点和三段最优线路即组成了从起始站点A到目的站点B的最优线路。

当存在多种换乘选择时，即有多个站点满足G(k，w)＝F(j，h)时，如图5所示，从起始站点A经过站点C、D可到达站点B，从站点E、F换乘也可到达目的站点B。则分别求出各站点组合的综合换乘代价，比较后选择最优方案，输出结果并结束运算。

(f)如果上述步骤没有找到合适的公交线路，则结束运算。

Claims

1.一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述历史公交运行数据应包括：线路号，车辆号，站点编号，进站时间，站点上、下车人数；所述站点数据应包括：带有上下行方向标志的站点标号、站点名称、经度和纬度。

3.根据权利要求1所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：步骤(2)的线路站点换乘参数表的属性数据还包括：当前时间段、线路号、站点编号、拥挤情况。

4.根据权利要求3所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：步骤(3)中所述综合出行代价为等车时间、乘车时间、站点拥挤情况、步行时间乘以相应权重系数的和。

5.根据权利要求1所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述换乘查询计算包括单站查询、线路查询、以及站站换乘查询；所述站站换乘包括：

(a)确定起始站点A和目的站点B；

6.根据权利要求5所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述一次换乘具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述二次换乘具体包括：

如果扩展后的站点集合中没有相同的站点，即E(i，g)与F(j，h)中没有相同的站点，则对步骤(c)中站点集合A(u)和B(v)中的站点组合查找相应的公交线路集合Lu(i)(i＝1，2，3，…，m，m为正整数)、Sv(j)(j＝1，2，3，…，n，n为正整数)，并对线路集合扩展得到站点集合，判断站点集合中是否有相同站点，如果能得到二次换乘线路则结束运算并输出结果；如果二次换乘中不存在可供换乘站点E(i，g)和F(j，h)，则进行三次换乘。

8.根据权利要求7所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述二次换乘具体包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述等车时间为第i时间段的K路车在第j站的平均等车时间。

10.根据权利要求3所述的一种基于GIS分类的公交换乘查询方法，其特征在于：所述站点拥挤情况根据不同车型座位数和实际乘客数量做对比，其比值则为本辆车在该站的拥挤率，把本时间段内所有经过该站点车辆的拥挤率取平均值即为该时段某站点所有车辆平均拥挤率。