考慮公共自行車的城市公交出行路徑優(yōu)化方法和模型

考慮公共自行車的城市公交出行路徑優(yōu)化方法和模型*

江周1張存保1▲丁國(guó)飛2許志達(dá)2夏銀霞1

(1.武漢理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)研究中心武漢 430063；2.嘉興市交通運(yùn)輸局浙江 嘉興 314001)

摘要目前，城市公交出行路線優(yōu)化時(shí)未考慮結(jié)合公共自行車的優(yōu)點(diǎn)，使得現(xiàn)有的部分公交出行路徑優(yōu)化不夠合理。針對(duì)這一情況，重點(diǎn)增加了對(duì)合理區(qū)域內(nèi)步行、騎自行車換乘的考慮。分析公共自行車加公交出行路徑優(yōu)化的影響因素，并結(jié)合GIS建立公交(含公共自行車)數(shù)據(jù)模型，以換乘次數(shù)最少為優(yōu)先目標(biāo)，充分考慮合理區(qū)域內(nèi)換乘的情況，起點(diǎn)和終點(diǎn)雙向展開搜索，利用公交線路、公交站點(diǎn)集合求交集的方法查詢出候選方案集。分別選取行程時(shí)間、乘車距離、步行距離較短的出行方案推薦給出行者。結(jié)合GIS系統(tǒng)利用該算法進(jìn)行查詢，將獲得的優(yōu)化方案與現(xiàn)有的優(yōu)化方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)考慮自行車換乘的出行方案平均出行時(shí)間減少15.8%，平均出行距離減少18.7%，平均出行費(fèi)用減少32.3%。

關(guān)鍵詞路徑優(yōu)化；公交出行；自行車換乘；GIS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U491.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-09-25修回日期：2014-12-31

基金項(xiàng)目*國(guó)家自然科學(xué)(批準(zhǔn)號(hào)：51108361)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：2014-IV-138)、浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：2012T21)資助

作者簡(jiǎn)介：第一江周(1988-),碩士研究生.研究方向:交通信息工程及控制.E-mail:15827227641@163.com

通訊作者：▲張存保(1976-)，博士，副研究員.研究方向：交通信息工程及控制.E-mail:zhangcunbao@163.com

An Optimization Model of Public Transportation Routes

considering Public-sponsored Bicycles

JIANG ZhouZHANG CunbaoDING GuofeiXU ZhidaXIA Yinxia

(1.IntelligentTransportSystemResearchCenter,

WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China；

2.Jiaxingcitytransportdepartment,Jiaxing314001,China)

Abstract:At present, the advantages of using public-sponsored bicycles have not been considered in the process of optimizing the routes of public transit, therefore the routes used may not be optimal. Due to this, transfer through walking and riding a bike in a reasonable area is considered. Firstly, the factors that should be considered when optimizing service routes under the assumption that both public-sponsored bicycle and bus are available, are analyzed. Travel route data(including public bicycles) is collected and then set up within a GIS environment. Using the minimal number of transfer as the target, the transfer within a reasonable distance is fully considered, and the search at each side of original and destination is explored. The candidate routes are enumerated using the joint locations of bus lines stations. Then those routes with minimal travel time, travel distance and/or walking distance will be recommended to travelers. Finally, the algorithm developed is used to query the optimal routes within a GIS system,and the results show that in consideration of bike transfer the average travel time is reduced by 15.8%, the average trip distance is reduced by18.7% and the average travel expense is reduced by 32.3%, compared with the existing optimization scheme.

Key words:path optimization; bus travel; bicycle ride; GIS system

0引言

隨著城市快速地發(fā)展, 城市的發(fā)展規(guī)模日益擴(kuò)大，為了滿足人們出行的需要, 城市公共交通覆蓋的范圍越來越廣, 公交線路也逐漸增多。公交車為人們的出行帶來了極大的便利, 但是由于公交線路很多, 給人們?cè)谶x擇乘車線路時(shí)帶來了一定的困擾。因此, 為市民提供方便、快捷、高效的公交出行線路, 不僅有助于他們的出行, 同時(shí)可以減少不必要的交通流量，有利于城市交通運(yùn)輸效率的提高。

目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)城市公交出行路線優(yōu)化問題進(jìn)行了廣泛的研究。K.Hong 等[1]利用遺傳算法解決了公交方式換乘過程中計(jì)算換乘數(shù)目及換乘費(fèi)用等問題；A.Lozano等[2]對(duì)公交出行最優(yōu)路徑方式中的行為問題進(jìn)行了研究，提出公交出行路徑優(yōu)化算法；侯剛等[3]通過分析乘客出行心理，提出以換乘次數(shù)最少為優(yōu)先目標(biāo)，重點(diǎn)考慮公交站點(diǎn)的空間關(guān)系，提出由空間數(shù)據(jù)到拓?fù)淠Ｐ驮俚剿阉髂Ｐ偷墓痪W(wǎng)絡(luò)雙層建模方案；唐爐亮等[4]根據(jù)城市道路功能等級(jí)與出租車的通行頻率等信息素，建立出租車駕駛?cè)寺窂竭x擇信息素等級(jí)路網(wǎng)，綜合考慮路徑通行時(shí)間、通行距離、路徑信息素等級(jí)等多個(gè)因素，提出了基于蟻群優(yōu)化算法的公眾出行路徑規(guī)劃優(yōu)化算法；符光梅[5]針對(duì)公交網(wǎng)絡(luò)二維模型的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合人們的實(shí)際出行需求，提出了基于二維模型的公交多路徑搜索算法。以上研究解決了最優(yōu)路線求解問題，但是仍然存在一些其他問題：例如當(dāng)公交站點(diǎn)間的間距較小時(shí)，步行換乘的距離在出行者可接受范圍內(nèi)，上述部分算法由于行車路線方向不同，相關(guān)路線間沒有交叉點(diǎn)而遺漏了這些合理?yè)Q乘的方案；還有的算法雖然解決了以上問題，卻沒有在最優(yōu)目標(biāo)中考慮步行距離、乘車距離等約束條件。

據(jù)調(diào)查，我國(guó)城市交通出行距離為3 km以下的占很高比例，在這一出行范圍內(nèi)公共自行車有其他許多交通工具不具備的優(yōu)勢(shì)[6]。與其他出行方式相比，自行車具有環(huán)保節(jié)能、自主靈活、出行費(fèi)用低、連續(xù)便捷以及運(yùn)行的可達(dá)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；而城市公交車的優(yōu)勢(shì)則是快速、舒適、運(yùn)載量大，但其可達(dá)性和靈活性較差。分析可知，公共自行車可以彌足公交車的不足之處。公共自行車的出

現(xiàn)，不僅能有效解決“公交出行最后1 km問題”以及“城市交通兩難問題”，而且可以優(yōu)化一些不合理的出行方案[7]。因此，考慮到自行車和公交車的特點(diǎn)具有互補(bǔ)性，在進(jìn)行公交出行路徑優(yōu)化時(shí)，考慮自行車換乘是很有必要的。

1公共自行車+公交出行線路優(yōu)化的影響因素及總體思路

當(dāng)出行者選擇公交車出行時(shí)，一般有多個(gè)可行的乘車方案，出行者往往需要根據(jù)實(shí)際情況做出選擇。對(duì)于出行者來說，選擇乘車路線時(shí)有很多因素需要考慮，如換乘次數(shù)、行程時(shí)間、所需費(fèi)用等，不能簡(jiǎn)單地概括為最短路問題[8]。既有研究表明，大多數(shù)出行者以換乘次數(shù)最少為優(yōu)先考慮目標(biāo)[9]，公交網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也以平均換乘次數(shù)最少為重要目標(biāo)[10]。因此，筆者選擇換乘次數(shù)最小(自行車換乘、公交換乘都算1次換乘)為最優(yōu)目標(biāo)。旅行費(fèi)用的計(jì)算方式較多，但所需費(fèi)用一般與距離正相關(guān)，為避免過于復(fù)雜，選擇乘車距離最短為次優(yōu)目標(biāo)。另外，由于不同的人選擇線路考慮的因素不同，根據(jù)實(shí)際需要分別考慮步行距離、行程時(shí)間作為次優(yōu)目標(biāo)，根據(jù)不同的次優(yōu)目標(biāo)推薦最優(yōu)路徑。即在可行換乘方案中選擇換乘次數(shù)最少，且在滿足此條件下分別使乘車距離最短、步行距離最短、行程時(shí)間最短的各路徑為最優(yōu)路徑。

綜上分析，考慮公共自行車換乘的公交出行路線優(yōu)化問題可抽象為這樣的模型：設(shè)給定起始站點(diǎn)v0，終止站點(diǎn)vd，可行的公交線路集合為TR={ TRi| TRi=(v0，ri1，vi2，…，vd)}。TRi為在起點(diǎn)v0選擇公交線路ri1到達(dá)站點(diǎn)vi1，再換乘線路ri2到達(dá)站點(diǎn)vi2，……，最終到達(dá)終止站點(diǎn)vd。該路徑換乘數(shù)為Ni，乘車距離為Si，出行者的目標(biāo)函數(shù)為Ni最小，當(dāng)Ni相同時(shí)，分別選擇乘車距離Si較短、步行和騎行距離Li較短、行程時(shí)間Ti較短的線路作為最優(yōu)路徑?；诖四Ｐ?，首先利用GIS建立公交(含公共自行車)數(shù)據(jù)模型，存儲(chǔ)公交站點(diǎn)、公交線路、自行車網(wǎng)點(diǎn)等信息；然后根據(jù)調(diào)查獲得的大多數(shù)人在采用公共自行車加公交車出行時(shí)選擇線路的方法，利用SQL查詢技術(shù)設(shè)計(jì)搜索算法，通過公交站點(diǎn)集合求交集、公交線路集合求交集、搜索鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)、鄰近公交站點(diǎn)獲得多條最優(yōu)出行線路，按步行距離、乘車距離、行程時(shí)間的長(zhǎng)短依次排序并推薦給出行者。

2公交(含公共自行車)數(shù)據(jù)模型的GIS表達(dá)

在公交出行查詢系統(tǒng)中，參照城市道路網(wǎng)建立的公交(含公共自行車)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。公交實(shí)體數(shù)據(jù)的表達(dá)是否適當(dāng)對(duì)于公交數(shù)據(jù)庫(kù)的使用效率將產(chǎn)生直接影響，合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有助于減少搜索次數(shù)，提高搜索效率。針對(duì)城市公交車數(shù)量大、公交線路復(fù)雜等情況，重點(diǎn)考慮換乘算法的效率，筆者提出1種基于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的公交(含公共自行車)數(shù)據(jù)模型。該模型以Geodatabase數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)所有的公交站點(diǎn)、自行車網(wǎng)點(diǎn)等空間數(shù)據(jù)，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)公交線路、站點(diǎn)與線路之間的關(guān)系等信息，通過關(guān)鍵字段關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)來表達(dá)復(fù)雜的公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

公交站點(diǎn)(bus stop)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)每個(gè)公交站點(diǎn)的編號(hào)、名稱和坐標(biāo)等信息，它對(duì)應(yīng)著1個(gè)矢量點(diǎn)狀要素圖層，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1。其中：Stop ID字段用于區(qū)分同名站點(diǎn)，解決合理范圍內(nèi)步行換乘問題。所謂的同名站點(diǎn)是指名稱相同或相似并且空間位置相近的站點(diǎn)，例如,世紀(jì)廣場(chǎng)東站、世紀(jì)廣場(chǎng)北站。處理數(shù)據(jù)時(shí)，2個(gè)公交站點(diǎn)相隔的距離設(shè)為L(zhǎng)，同名站點(diǎn)間的距離閾值設(shè)為L(zhǎng)閾值，根據(jù)乘車的實(shí)際情況，距離閾值L閾值取為200 m。利用GIS的分析功能將d≤L閾值的站點(diǎn)合并為同名站點(diǎn)，賦予相同的Stop ID值。Near Point ID用于存儲(chǔ)公交站點(diǎn)附近的公共自行車網(wǎng)點(diǎn)編號(hào)，根據(jù)實(shí)際情況，取r=500 m。

表1　公交站點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

公交路段(bus route)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)相鄰且有直達(dá)公交車的2個(gè)公交站點(diǎn)間的路段信息，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表2。對(duì)于任意1個(gè)路段，當(dāng)往返的行車線路相同時(shí)，則存儲(chǔ)1個(gè)要素；若不相同，則按照起止點(diǎn)順序的不同分別存儲(chǔ)。因此，包含該路段的所有公交線路均可共享該路段信息，有助于減少冗余的數(shù)據(jù)。

公交線路(bus line)屬性表存儲(chǔ)城市所有公交線路的信息，包括線路編號(hào)、線路名稱、票價(jià)、開車線路站點(diǎn)(line stop)關(guān)系表主要存儲(chǔ)每條公交線路所經(jīng)過的公交站點(diǎn)編號(hào)以及每個(gè)公交站點(diǎn)在其上行線路、下行線路中的序號(hào)等信息。該表存儲(chǔ)公交換乘查詢系統(tǒng)的核心信息，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表4。表4中:Seq Up,SeqDown分別表示站點(diǎn)在上行線路、下行線路中的序號(hào)，0表示該線路不經(jīng)過此站點(diǎn); Route ID Up,Route ID Down則分別記錄公交站點(diǎn)與上行線路、下行線路中相鄰的下1個(gè)公交站點(diǎn)間的路段編號(hào)，若不存在相鄰的下一站點(diǎn), 則該值為空。

表2　公交路段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

時(shí)間段等內(nèi)容，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表3?？紤]到實(shí)際情況下，少數(shù)公交線路往返所經(jīng)過的公交站點(diǎn)不同，每條公交線路都標(biāo)識(shí)為上行線路和下行線路。

表3　公交線路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)以編號(hào)為1的公交線路(見圖1)為例簡(jiǎn)述查找方法。1號(hào)公交線路數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)見表4，其上行線路所經(jīng)過的公交站點(diǎn)編號(hào)(seq up)為: 1—2—3—4—6，相應(yīng)的公交路段編號(hào)(Route ID Up)為: 01—03—04—05；下行線路經(jīng)過的公交站點(diǎn)編號(hào)(seq down)為: 6—5—3—2—1，對(duì)應(yīng)的路段編號(hào)(route ID down)為: 10—08—03—02。利用站點(diǎn)編號(hào)可以獲得公交站點(diǎn)的名稱，利用路段編號(hào)可以獲得公交上下行線路的信息，因而對(duì)上行、下行線路可加以區(qū)分。

表4　線路站點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖1　1號(hào)公交線路示意圖

自行車網(wǎng)點(diǎn)(bike point )數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)每1個(gè)公共自行車網(wǎng)點(diǎn)的編號(hào)、名稱、坐標(biāo)以及鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)編號(hào)、鄰近公交站點(diǎn)編號(hào)、自行車網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)等信息。其中自行車網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)是指該網(wǎng)點(diǎn)可借車輛數(shù)，可還車輛數(shù)。鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)是指以該網(wǎng)點(diǎn)為中心，半徑為2 500 m(騎自行車出行距離的閾值)范圍內(nèi)的自行車網(wǎng)點(diǎn)。鄰近公交站點(diǎn)是以該網(wǎng)點(diǎn)為中心半徑為500 m范圍內(nèi)的公交站點(diǎn)。該圖層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表5。

表5　自行車網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3公共自行車+公交出行路徑優(yōu)化算法

采用公共自行車進(jìn)行換乘的主要原因是短距離內(nèi)將作為步行、公交、出租車的替代方式[11]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，公眾出行采用公共自行車出行的平均時(shí)耗約為15 min，平均騎行距離小于2.5 km[12]?？紤]到出發(fā)地和目的地的名稱不一定是公交站點(diǎn)的名稱，因此需要結(jié)合GPS系統(tǒng)將出發(fā)地、目的地的位置快速關(guān)聯(lián)到附近的公交站點(diǎn)、自行車網(wǎng)點(diǎn)，再利用搜索算法獲得出行方案。基于上述考慮，設(shè)計(jì)的公交(含公共自行車)出行最優(yōu)路徑搜索算法如下。

1) 輸入起始點(diǎn)A和目的點(diǎn)B，利用GPS系統(tǒng)搜索附近(半徑r=500 m的范圍)的公交站點(diǎn)、自行車網(wǎng)點(diǎn)，并計(jì)算A、B間的距離dAB。

2) 若dAB小于500 m，則將步行的出行方式推薦給出行者，結(jié)束運(yùn)算。

3) 若dAB小于2 500 m，且A、B均為自行車網(wǎng)點(diǎn)，則考慮采用騎自行車的方式直接從A點(diǎn)騎到B點(diǎn)，結(jié)束運(yùn)算。

4) 若A，B不均為自行車網(wǎng)點(diǎn)，但在A和B半徑為500 m的范圍內(nèi)存在自行車網(wǎng)點(diǎn)，則考慮采用步行、騎自行車的組合方式出行，結(jié)束運(yùn)算。

5) 設(shè)VA，VB分別為A、B在半徑為500 m范圍內(nèi)公交站點(diǎn)的集合，對(duì)公交站點(diǎn)集合VA中的任一站點(diǎn)vi(i=1,2,…)、集合VB中的任一站點(diǎn)vj(j=1,2,…)，在線路站點(diǎn)關(guān)系中搜索經(jīng)過起始站點(diǎn)vi的線路集合Roi以及經(jīng)過目標(biāo)站點(diǎn)vj的線路集合Rdj。

6) 判斷是否有Roi∩Rdj≠?，若有1條線路滿足要求，則該公交線路即為最優(yōu)線路。若有幾條線路滿足要求，則考慮次優(yōu)化目標(biāo)

7) 分別對(duì)線路集合R0i,Rdj中的每條線路搜索其經(jīng)過的所有站點(diǎn)，這些站點(diǎn)分別組成了集合V0i，Vdj。

8) 判斷是否有V0i∩Vdj≠?，若有1個(gè)站點(diǎn)vk(k=1,2,…)滿足要求，則該站點(diǎn)為1次換乘的站點(diǎn)。若有多個(gè)站點(diǎn)符合條件，則分別求出每1個(gè)站點(diǎn)作為換乘點(diǎn)時(shí)該線路的出行距離、行程時(shí)間，按照距離長(zhǎng)短、時(shí)間長(zhǎng)短依次推薦給出行者。若考慮騎自行車，則利用GIS系統(tǒng)查找離起點(diǎn)A較近的自行車網(wǎng)點(diǎn)集BA(步行)，對(duì)BA中任意BAi，從Bike Point查找BAi點(diǎn)鄰近的自行車網(wǎng)點(diǎn)Bj(騎行)，再查從Bj點(diǎn)(步行到鄰近公交站點(diǎn))到終點(diǎn)B附近公交站點(diǎn)的公交線路。同理，查找離終點(diǎn)B較近的自行車網(wǎng)點(diǎn)集BB，再搜索BBi點(diǎn)的鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)Bk到A點(diǎn)附近公交站點(diǎn)的直達(dá)公交車，比較各種出行方案，按步行距離長(zhǎng)短推薦路徑結(jié)束運(yùn)算。

9) 在Line Stop表中搜索通過集合Voi以及Vdj的所有不同線路, 形成線路集合Ri1和Rj2；設(shè)Rm= Ri1∩Rj2。

10) 判斷是否有Rm≠?。若Rm不為空集，則存在二次換乘方案。搜索集合Rm中每條線路所經(jīng)過的站點(diǎn), 組成中間換乘站點(diǎn)集合 Vm。設(shè)Vc1=Vm∩V0i，則 Vc1為第一換乘點(diǎn)集合；設(shè)Vc2=Vm∩Vd，則Vc2為第二換乘點(diǎn)集合。分別求出集合Vc1，Vc2中各點(diǎn)作為換乘點(diǎn)的距離、行程時(shí)間，按照距離長(zhǎng)短、時(shí)間長(zhǎng)短依次推薦給出行者。若考慮騎自行車，則利用GIS搜索起點(diǎn)A附近的自行車網(wǎng)點(diǎn)集BA(步行)，對(duì)BA中任意元素BAi，從Bike Point搜索BAi點(diǎn)鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)Bj(騎行)，然后從Bike Point查Bj點(diǎn)鄰近公交站點(diǎn)E(站點(diǎn)E為1次換乘點(diǎn))，查出E點(diǎn)能直達(dá)的所有站點(diǎn)的集合VE，則VE與Vdj的交集即為第二換乘點(diǎn)的集合。同理，反過來利用GIS搜索B點(diǎn)附近自行車網(wǎng)點(diǎn)集BB，再搜索BBi的鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)F及其鄰近公交站點(diǎn)G(站點(diǎn)G為第二換乘點(diǎn))，則VG與V0的交集即為第一換乘點(diǎn)的集合。并分別搜索V0i，Vdj附近存在自行車站點(diǎn)C、D，且C、D距離小于2 000 m，則從A點(diǎn)步行到vi，再乘公交到C點(diǎn)，然后騎自行車到D點(diǎn)，最后坐車到vj點(diǎn)并步行至B點(diǎn)。并搜索A點(diǎn)、B點(diǎn)附近的自行車網(wǎng)點(diǎn)集BA、BB(步行)，然后搜索BAi點(diǎn)、BBi點(diǎn)鄰近自行車網(wǎng)點(diǎn)E、F(騎行)，再確定E、F鄰近公交站點(diǎn)間的直達(dá)車。最后比較各種方案里的步行距離(若步行距離相同，再比較騎行距離)，按距離的長(zhǎng)短將各路徑輸出并推薦給出行者，結(jié)束運(yùn)算。

11) 若上述步驟沒有搜索到滿足要求的公交線路，則輸出“沒有找到換乘次數(shù)不超過2次的乘車線路”，結(jié)束運(yùn)算。

上述公交出行路徑優(yōu)化算法不僅解決了合理區(qū)域內(nèi)步行換乘的問題，而且首次考慮利用公共自行車進(jìn)行出行路徑優(yōu)化、符合未來城市交通發(fā)展的需要。該算法全面分析了公交加公共自行車出行可能出現(xiàn)的情形，包括騎車、騎車+乘車、乘車+騎車、騎車+乘車+乘車、乘車+騎車+乘車、乘車+乘車+騎車、騎車+乘車+騎車等?；谠撍惴ǖ恼麄€(gè)搜索過程平均花費(fèi)時(shí)間不超過0.26 s，能夠滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的需要，其搜索過程如圖2所示：

圖2　公共自行車+公交出行路徑優(yōu)化算法流程圖

4實(shí)例驗(yàn)證

根據(jù)公交網(wǎng)絡(luò)、公共自行車網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，利用可視化編程工具對(duì)GIS系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。

利用上述出行路徑優(yōu)化方法，通過參與研制的嘉興市智慧公交查詢系統(tǒng)，輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)，可獲得以換乘次數(shù)最少為最優(yōu)目標(biāo)，乘車距離、步行距離、行程時(shí)間最短為次優(yōu)先目標(biāo)的3種出行方案。例如輸入起點(diǎn)博物館，終點(diǎn)匯金廣場(chǎng)，利用公交查詢系統(tǒng)可獲得多條優(yōu)化路線，具體線路見圖3、圖4所示。其中，未考慮公共自行車換乘的出行方案用時(shí)32 min,行程距離3 350 m，而考慮換乘的出行方案用時(shí)12 min，行程距離為2 100 m。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，考慮公共自行車換乘的出行線路用時(shí)較少，行程距離較短，費(fèi)用較低。

圖3　未考慮公共自行車換乘的公交出行方案

圖4　考慮公共自行車換乘的公交出行方案

為了更加全面地比較2種公交出行方式(考慮自行車換乘和未考慮自行車換乘)，根據(jù)嘉興市OD交通數(shù)據(jù)選取了560組不同的起訖點(diǎn)，包括短程、中程和遠(yuǎn)程，基本上能夠反映嘉興市出行需求特征。輸入不同的起訖點(diǎn)獲得2種出行方式下的出行方案，統(tǒng)計(jì)每組起訖點(diǎn)最優(yōu)出行方案的時(shí)間、距離、費(fèi)用，計(jì)算得到兩種出行方式下的平均數(shù)據(jù)，結(jié)果如表6所示。

觀察結(jié)果可知，考慮公共自行車換乘的出行方式下其平均行程時(shí)間、距離及費(fèi)用均較小。究其原因，平均行程時(shí)間減少是由于省去了乘公交等待的時(shí)間、出行距離較短以及高峰時(shí)騎車的平均速度較快；平均行程距離減少是因?yàn)樾谐搪肪€相對(duì)較直、減少了不必要的彎路；平均出行費(fèi)用減少是因?yàn)榭梢悦赓M(fèi)使用公共自行車(1 h以內(nèi))。因此，綜合比較各種因素，考慮公共自行車換乘的出行優(yōu)化方案更合理，更能滿足嘉興市居民的出行需求。

表6　兩種出行方式下的平均數(shù)據(jù)

5結(jié)束語(yǔ)

分析發(fā)現(xiàn)自行車和公交車的特點(diǎn)具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，在進(jìn)行公交出行路徑優(yōu)化時(shí)考慮公共自行車換乘是十分必要的。選取換乘次數(shù)最少為最優(yōu)目標(biāo)，分別以乘車距離、步行距離、行程時(shí)間較短為次優(yōu)目標(biāo)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，起訖2點(diǎn)雙向展開搜索，通過SQL查詢，利用集合求交集的方法獲得出行方案。該算法不僅解決了在不同站點(diǎn)間步行換乘的問題，而且也解決了結(jié)合公共自行車進(jìn)行換乘的問題。另外，該算法區(qū)分上下行線路，計(jì)算速度快，能夠?yàn)槌鲂姓咛峁┒喾N不同的出行方案，最大程度地方便出行者的出行。由于實(shí)際生活中公交出行比較復(fù)雜，還有許多因素需要考慮，如行程時(shí)間的精確度、換乘點(diǎn)的便利性等因素，都需要進(jìn)行更加深入的研究。

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