CN113268843B - 一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑面状要素关联关系的line‑polygon公交复杂网络构建方法,涉及城市规划与城市交通技术领域,首先,对研究区内公交线路和公交站点进行空间关系的确定。其次,对研究区内公交线路与面状要素进行空间关系的确定。再,考虑面状要素关联关系的基础上行建立两种公交线路之间复杂网络边的连接规则。最后,基于两种连接规则分别形成不同的line‑polygon公交复杂网络,并计算网络节点指标值。本发明能够综合线对象和面对象在公交网络分析中的优点,从新的视角去理解公交网络的运行规律。
Description
技术领域
本发明涉及城市规划、城市交通、复杂网络建模技术领域,特别是一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法。
背景技术
公交网络是城市公交网络构建是高铁站点地区发展的重要交通方式之一。合理的对现有高铁站点地区公交网络评估有利于更好地为高铁站点地区的公共交通接驳研究提供科学合理的支撑依据。在公交复杂网络模型的技术方法上,结合已有的数据模型,本文提出了一项新的技术解决方案。通常,复杂网络中的网络节点是常见的可抽象为实体点的事物,网络边则是这些实体点之间的关系。然而,事实上一些线实体对象也可以看作是网络的节点,从而使得分析结果关注的重点对象是线。例如,在城市公交网络的分析时,往往在一些建成区调整公交线路比新建或者更新公交站点更加容易。
在公交网络的节点类型上,现有常见的复杂网络构建模型有2种:line-station复杂网络模型和line-line复杂网络模型。这2种模型一般是将现实交通网络中公交站点和公交线路抽象为点和线实体所提出的具体模型。line-station复杂网络模型是以公交站点为网络节点,而line-line复杂网络模型是以公交线路为网络节点。line-line复杂网络模型是以线事物为研究核心,这对于一些交通网络的研究更加具有实践价值。因为其可以形成以“线”事物为核心的评价结果展示给决策者,让决策者可以直接对线事物进行具体的城市规划决策分析。然而,现有的line-line复杂网络模型没有考虑到与空间上相关的“面”实体之间的关系,如判断哪些公交线路是跨行政区的。此外,这种面实体也可以是城市的功能分区等。为此,提出了一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络来解决这一问题。line-polygon公交复杂网络是在line-line复杂网络模型基础上,增加了公交线路与面状要素的空间关系,使得该line-polygon公交复杂网络可以综合线对象和面对象在公交网络分析中的优点;line-polygon为公交线路和面状实体之间的关系。
其中,line-station复杂网络模型是指:以公交站点为复杂网络的节点,以公交站点之间的可直达的公交线路数为网络节点之间边的权重。从定义上看,这一类型网络是以公交站点为评价的核心,评价结果也是以公交站点的各种特征属性信息提供给使用者。line-line公交复杂网络是指:以公交线路为复杂网络的节点,以公交线路之间共同经过的公交站点数为网络节点之间边的权重。相对于line-station网络而言,line-line公交复杂网络则是将公交线路作为网络评价的核心,评价结果是以公交线路的各种特征信息提供给使用者。这种模型体现了公交网络体系中的换乘特征。客观实体中的线对象连接着具体的空间点对象,若存在空间点对象不易改变的情况,调整线对象对于决策者而言更加容易和具有可操作性。以往研究主要是针对点对象开展研究,缺乏对线对象的评价分析。因此,对于交通的线路调整而言,可以强化这一模型的理论和实践分析。本研究进一步将面状要素考虑到新模型的构建中,提出了一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,本发明能够综合线对象和面对象在公交网络分析中的优点,从新的视角理解公交网络的运行规律,以及有助于从公交线路调整的视角提出规划应对策略,从而为城市规划和交通管理提供科学的决策依据。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,包括以下步骤:
步骤1、对研究区内公交线路和公交站点进行空间关系的确定;具体如下:
步骤1.1、将研究区内公交线路看作是公交网络的节点,并对公交线路进行唯一值编号;
步骤1.2、计算任意两个不同公交线路之间的公共的公交站点;
步骤2、对研究区内公交线路与面状要素进行空间关系的确定;具体如下:
对研究区内公交线路与面状要素进行空间叠加计算,并分为以下两种情况进行考虑:
若公交线路没有穿越2个面状要素,则该公交线路标记为非跨面状要素的公交线路;
若公交线路穿越2个以上的面状要素,则该公交线路标记为跨面状要素的公交线路;
步骤3、建立公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A;第一连接规则A为:若两条不同的公交线路有共同经过的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和;
步骤4、建立公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B,第二连接规则B包括第一条规则和第二条规则;其中,
第一条规则:如果两条不同的公交线路都经过分布在两个以上面状要素中的多个相同的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这些共同经过公交站点所在的面状要素的总数量;
第二条规则:如果两条不同的公交线路只通过分布在一个面状要素中的相同的公交站点,并且这两条公交线路中存在一条跨面状要素的公交线路,则认为这两条公交线路也存在一条网络连接边,且网络连接边的权重值为1;
步骤5、基于公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A,形成第一line-polygon公交复杂网络;具体如下:
以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤3中的第一连接规则A建立公交线路之间的网络边及权重关系;再基于复杂网络理论,构建出第一line-polygon公交复杂网络;
步骤6、基于公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B,形成第二line-polygon公交复杂网络;具体如下:
以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤4中的两条规则建立公交线路之间的网络边及权重关系;再基于复杂网络理论,构建出第二line-polygon公交复杂网络。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤5中形成第一line-polygon公交复杂网络之后,还包括:
计算网络节点指标值,对网络节点的加权度中心性指标进行空间可视化展示;
对第一line-polygon公交复杂网络,进行复杂网络的社区检测分析。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤6之后还包括:
对第二line-polygon公交复杂网络,统计网络节点的加权度中心性和加权中介性指标;对网络节点的加权度中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤1.1中公交线路的唯一值编号是从数字1开始的。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤1.2中任意两条不同公交线路之间的公共的公交站点是指这两条公交线路都要停靠的公交站点。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤3中网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和是指针对不重复的面状要素而言,即若这条公交线路都穿越某一个面状要素,则这个面状要素只计数一次。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,步骤6中所构建出的第二line-polygon公交复杂网络为有向加权复杂网络。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,对网络节点的加权度中心性进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
作为本发明所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法进一步优化方案,对网络节点的加权度中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
(1)本发明提供了一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,在节点类型和表达内容结合上,为城市公交网络模型的构建提供了一种新的方案,特别是突破了传统line-line复杂网络模型在内容表达和计算上的限制;
(2)本发明基于复杂网络理论和现有的两种公交网络模型,提出了一种新的网络模型构建方案。很多复杂网络理论的现有指标也可以直接应用到该模型上。这提升了模型具有较强的实用性。
附图说明
图1是本发明的整体流程示意图。
图2是公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A构建示意图。
图3(a)是line-station复杂网络模型的组织结构示意图。
图3(b)是line-line复杂网络模型的组织结构示意图。
图3(c)是line-polygon复杂网络模型的第二连接规则B的第一条规则示意图。
图3(d)是line-polygon复杂网络模型的第二连接规则B的第二条规则示意图。
图4是line-polygon公交复杂网络中节点加权度中心性指标评价结果示例。
图5是line-polygon公交复杂网络中节点加权中介中心性指标评价结果示例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络是指:在line-line复杂网络模型的基础上,结合特定区域(如面状的行政区或者城市功能区)之间的关系,分析线对象在跨特定区域连接与换乘上的作用。
步骤1)参见附图1,首先对研究区内公交线路和公交站点进行空间关系的确定。
步骤1.1)本实例以南京市区为具体研究对象,其中涉及到的面状要素是指区级行政界线。将研究区内公交线路看作是公交网络的节点,并对公交线路进行唯一值编号,且公交线路的唯一值编号是从数字1开始的。这一步骤主要是使得公交线路作为网络的核心评价对象,这改变了常规是以公交站点为网络节点的评价办法。
步骤1.2)计算任意两个不同公交线路之间的公共的公交站点。这里,任意两条不同公交线路之间的公共的公交站点是指这两条公交线路都要停靠的公交站点。如果两条公交线路存在公共的公交站点,这也就意味着乘客可以在这两条公交线路之间进行换乘。
步骤2)对研究区内公交线路与面状要素进行空间关系的确定。这一步骤主要是用于后续复杂网络边以及权重关系的确定,使得所构建的模型尽管是以公交线路为复杂网络的节点,但是考虑了公交线路与面状要素之间的关系。
步骤2.1)对研究区内公交线路与面状要素进行空间叠加计算,并分为两种情况进行考虑。
步骤2.2)若公交线路没有穿越2个及2个以上的面状要素,则该公交线路标记为非跨面状要素的公交线路。通过这钟类型公交线路,乘客只能到达单个面状要素内的公交站点。
步骤2.3)若公交线路穿越2个及2个以上的面状要素,则该公交线路标记为跨面状要素的公交线路。也就是说,通过这条公交线路,乘客能够到达多个面状要素内的公交站点。
步骤3)参见附图2,建立公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A。若两条不同的公交线路有共同经过的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和。这里,网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和是指针对不重复的面状要素而言,即若这条公交线路都穿越某一个面状要素,则这个面状要素只计数一次。例如,在附图2中,公交线路a和公交线路b之间存在一条复杂网络边,且网络边的权重是5。同理,公交线路a和公交线路c之间也存在一条复杂网络边,且网络边的权重也是5。
步骤4)建立公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B。
步骤4.1)参见图3(c),公交线路之间复杂网络边的第二连接规则具体分为2条。第一条规则,如果两条不同的公交线路都经过分布在两个或两个以上面状要素中的多个相同的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这些共同经过公交站点所在的面状要素的总数量。
步骤4.2)参见图3(d)是line-polygon复杂网络模型的第二连接规则B示意图,第二条规则,如果两条不同的公交线路只通过分布在一个面状要素中的相同的公交站点,并且这两条公交线路中存在一条跨面状要素的公交线路,则认为这两条公交线路也存在一条网络连接边,且网络连接边的权重值为1。
图3(a)是line-station复杂网络模型的组织结构示意图,图3(b)是line-line复杂网络模型的组织结构示意图。也进一步说明了本研究所提出的一种新的line-polygon公交复杂网络与现有2种复杂网络模型的创新性所在:line-station复杂网络模型是指:以公交站点为复杂网络的节点,以公交站点之间的可直达的公交线路数为网络节点之间边的权重。从定义上看,这一类型网络是以公交站点为评价的核心,评价结果也是以公交站点的各种特征属性信息提供给使用者。line-line公交复杂网络是指:以公交线路为复杂网络的节点,以公交线路之间共同经过的公交站点数为网络节点之间边的权重。相对于line-station网络而言,该模型则是将公交线路作为网络评价的核心,评价结果是以公交线路的各种特征信息提供给使用者。这种模型体现了公交网络体系中的换乘特征。而line-polygon公交复杂网络在进一步发挥了以公交线路为网络节点的优势基础上,将面状要素在公交网络关系中的作用得到了进一步的体现。
步骤5)基于公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A,形成第一line-polygon公交复杂网络,并计算网络节点指标值。
步骤5.1)以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤3中的第一连接规则建立公交线路之间的网络边及权重关系。再基于复杂网络理论,构建出line-polygon公交复杂网络;
步骤5.2)对步骤5.1中所构建出的line-polygon公交复杂网络,统计网络节点的加权度中心性指标。
步骤5.3)对步骤5.1中所构建出的line-polygon公交复杂网络,进行复杂网络的社区检测分析。
步骤5.4)对网络节点的加权度中心性指标进行空间可视化展示。这里对网络节点的加权度中心性进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
步骤6)基于公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B,形成line-polygon公交复杂网络,并计算网络节点指标值。
步骤6.1)以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤4中的第二连接规则建立公交线路之间的网络边及权重关系。再基于复杂网络理论,构建出line-polygon公交复杂网络。这里所构建出line-polygon公交复杂网络为有向加权复杂网络。
步骤6.2)对步骤6.1中所构建出的line-polygon公交复杂网络,统计网络节点的加权度中心性和加权中介性指标。
参加附图4,南京站与南京南站之间有一条直连的公交线路,其名称为“190路(南京南站--南京站•南广场东)”。该公交线路是南京南站相关公交线路中加权度中心性值排名最高的公交线路。这意味着这条公交线路与城区其他公交线路的之间有公共公交站点数最多,通过该公交线路的高铁客流可以较为方便地与其他公交线路之间实现换乘。
参加附图5,选取出南京南站相关公交线路中加权中介性值最高的公交线路,其名为“葛宁专线(葛村--南京南站)”。该线路是连接城市中心区边缘和郊区的公交线,具有连接零散居住区到达高铁站点的线路布局特征。因此,这一公交线路对于中心城区边缘或者郊区居民的高铁出行具有重要意义。
步骤6.3)对网络节点的加权度中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示。这里,对网络节点的加权中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替代,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、对研究区内公交线路和公交站点进行空间关系的确定;具体如下:
步骤1.1、将研究区内公交线路看作是公交网络的节点,并对公交线路进行唯一值编号;
步骤1.2、计算任意两个不同公交线路之间的公共的公交站点;
步骤2、对研究区内公交线路与面状要素进行空间关系的确定;具体如下:
对研究区内公交线路与面状要素进行空间叠加计算,并分为以下两种情况进行考虑:
若公交线路没有穿越2个面状要素,则该公交线路标记为非跨面状要素的公交线路;
若公交线路穿越2个以上的面状要素,则该公交线路标记为跨面状要素的公交线路;
步骤3、建立公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A;第一连接规则A为:若两条不同的公交线路有共同经过的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和;
步骤4、建立公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B,第二连接规则B包括第一条规则和第二条规则;其中,
第一条规则:如果两条不同的公交线路都经过分布在两个以上面状要素中的多个相同的公交站点,则认为这两条公交线路存在一条网络连接边,并且网络连接边的权重是这些共同经过公交站点所在的面状要素的总数量;
第二条规则:如果两条不同的公交线路只通过分布在一个面状要素中的相同的公交站点,并且这两条公交线路中存在一条跨面状要素的公交线路,则认为这两条公交线路也存在一条网络连接边,且网络连接边的权重值为1;
步骤5、基于公交线路之间复杂网络边的第一连接规则A,形成第一line-polygon公交复杂网络;具体如下:
以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤3中的第一连接规则A建立公交线路之间的网络边及权重关系;再基于复杂网络理论,构建出第一line-polygon公交复杂网络;
步骤6、基于公交线路之间复杂网络边的第二连接规则B,形成第二line-polygon公交复杂网络;具体如下:
以研究区内的公交线路为复杂网络的节点,以步骤4中的两条规则建立公交线路之间的网络边及权重关系;再基于复杂网络理论,构建出第二line-polygon公交复杂网络。
2.根据权利要求1所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤5中形成第一line-polygon公交复杂网络之后,还包括:
计算网络节点指标值,对网络节点的加权度中心性指标进行空间可视化展示;
对第一line-polygon公交复杂网络,进行复杂网络的社区检测分析。
3.根据权利要求2所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤6之后还包括:
对第二line-polygon公交复杂网络,统计网络节点的加权度中心性和加权中介性指标;对网络节点的加权度中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示。
4.根据权利要求1所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤1.1中公交线路的唯一值编号是从数字1开始的。
5.根据权利要求1所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤1.2中任意两条不同公交线路之间的公共的公交站点是指这两条公交线路都要停靠的公交站点。
6.根据权利要求1所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤3中网络连接边的权重是这2条公交线路所穿越的面状要素的总和是指针对不重复的面状要素而言,即若这条公交线路都穿越某一个面状要素,则这个面状要素只计数一次。
7.根据权利要求1所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,步骤6中所构建出的第二line-polygon公交复杂网络为有向加权复杂网络。
8.根据权利要求2所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,对网络节点的加权度中心性进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
9.根据权利要求3所述的一种考虑面状要素关联关系的line-polygon公交复杂网络构建方法,其特征在于,对网络节点的加权度中心性和加权中介性指标进行空间可视化展示是在ArcGIS软件中按照自然断裂点分割的方法来展现最终成果。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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