SuperMap GIS 公交換乘算法設(shè)計與實現(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，研究和實現(xiàn)公交換乘分析功能，智能快捷地進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考慮的因素主要有: 換乘次數(shù)、出行距離、出行耗時、步行距離以及出行費用等[1]。通過對公交乘客的出行心理進行研究[2]，41. 16% 的乘客選擇出行路線時首先考慮的換乘次數(shù)因素，其次是出行耗時( 占 30. 93% ) 和出行距離長短( 占 18. 60% ) ?？梢姟皳Q乘次數(shù)”是大部分公交乘客出行時首先考慮的因素，而出行耗時與換乘的次數(shù)、線路的運行速度、發(fā)車間隔、距離的長短和路況密切相關(guān)。目前，對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)約存儲空間、提高運算速度的角度出發(fā)，進行算法的優(yōu)化與實現(xiàn)。然而在現(xiàn)實應(yīng)用中，一個好的算法除了算法實現(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間的實踐過程，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)果或者是搜索時間較長的問題，基于矩陣分析的算法在換乘次數(shù)較多時，會使運算量特別大，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)，對同名站點進行歸并，提出和實現(xiàn)一種新的公交換乘算法，通過實際數(shù)據(jù)進行了算法驗證。

1 SuperMap GIS 公交數(shù)據(jù)模型

公交網(wǎng)絡(luò)主要包括三個數(shù)據(jù)集: 公交線路數(shù)據(jù)集、公交站點數(shù)據(jù)集和公交線路與站點關(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 ID、名稱，附加信息為首末車時間、計價方式、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稱性，所以對每個方向上的公交線路都要有記錄。

1. 2 公交站點數(shù)據(jù)集

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

1. 3 公交線路和公交站點關(guān)系數(shù)據(jù)集

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

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