一種基于空間節(jié)點聚類方法的快速公交換乘方法技術

一種基于空間節(jié)點聚類方法的快速公交換乘方法，包括以下步驟：建立城市公交站點的鄰近關系網(wǎng)絡T；使用一種空間節(jié)點聚類方法對網(wǎng)絡T進行站點聚類，起到降低計算網(wǎng)絡規(guī)模的目的；將運算得到的最大完全子圖映射為節(jié)點，并由這些節(jié)點生成一個新的網(wǎng)絡P進行存儲；根據(jù)實際限制與實時信息每隔一定時間更新網(wǎng)絡P連邊的權值；通過持久化存儲信息找到用戶查詢指定的起始站點S與終止站點D各自在網(wǎng)絡P中歸屬的節(jié)點SC和DC；計算節(jié)點SC和DC之間由節(jié)點構成的最小代價路徑；通過存儲信息反向生成起始站點S到終止站點D之間的優(yōu)化換乘方案。本發(fā)明專利技術有效縮短計算時間、實時性良好。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及網(wǎng)絡科學和公共交通領域，特別是指。
技術介紹
城市公共交通系統(tǒng)是城市重要的基礎設施，它是維持城市有序運作的必要工具。當前我國正處于社會經(jīng)濟快速發(fā)展期，大力發(fā)展城市交通、進行交通的合理規(guī)劃已被提上議題。作為城市交通運行的軟設施，城市公共交通服務系統(tǒng)承載了城市中大部分人群的出行。優(yōu)化和完善城市公共交通服務系統(tǒng)，對緩解城市擁堵和改善乘客出行有著至關重要的作用。解決城市公交換乘問題是完善城市公共交通服務系統(tǒng)的一個重要方面，因為它直接關系到積極有效地引導乘客合理、高效使用城市公共交通服務系統(tǒng)。傳統(tǒng)上人們在解決問題時，將公交站點看成網(wǎng)絡節(jié)點，將站點間通過公交車產(chǎn)生的連接看成網(wǎng)絡連邊,并依此生成一個網(wǎng)絡矩陣，然后使用成熟的Dijkstra算法(Floyd算法)即可運算得到任意公交站點對之間的換乘方案。然而這種傳統(tǒng)方法存在很多的不足。其中最主要的不足就是算法的運算時間過長，其計算特定站點對之間換乘的時間復雜度接近0(n2)(其中n為網(wǎng)絡中的節(jié)點個數(shù))。所以對于大型網(wǎng)絡，在實際運用該方法時一般需要配合數(shù)據(jù)庫技術，預先花費一定時間計算所有站點對間的換乘方案并存入數(shù)據(jù)庫。當用戶查詢時，即可通過訪問數(shù)據(jù)庫查詢快速獲取換乘方案。
技術實現(xiàn)思路
為了克服已有的城市公交換乘算法計算時間過長、實時性較差的不足，本專利技術提出一種有效縮短計算時間、實時性良好的基于空間節(jié)點聚類方法的快速公交換乘方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術具體步驟是，包括以下步驟步驟一建立城市公交站點的鄰近關系網(wǎng)絡T，在這個網(wǎng)絡中，當兩個站點間的物理空間距離小于等于閾值時，在兩個公交站點間存在一條連邊；步驟二 使用空間節(jié)點聚類方法對網(wǎng)絡T進行站點聚類，所述聚類方法是通過查找網(wǎng)絡T中的所有最大完全子圖完成；步驟三將通過步驟二運算得到的最大完全子圖映射為節(jié)點，并由這些節(jié)點生成一個新的網(wǎng)絡P并進行存儲；在網(wǎng)絡P中，當兩個節(jié)點在網(wǎng)絡T中對應的最大完全子圖間存在直接的公交線路連接時，這兩個節(jié)點間存在一條連邊；步驟四根據(jù)實際限制與實時路況信息，每隔設定時間更新調(diào)整網(wǎng)絡P的連邊的權值；步驟五確定用戶查詢指定的起始站點S與終止站點D各自在網(wǎng)絡P中歸屬的節(jié)點SC和DC，通過Dijkstra算法計算節(jié)點SC和DC之間由節(jié)點構成的最小代價路徑，最后通過存儲信息反向生成起始站點S到終止站點D之間的優(yōu)化換乘方案。進一步，所述步驟三中，若存在網(wǎng)絡P中的兩個節(jié)點A和B，分別對應網(wǎng)絡T中的兩個最大完全子圖SGA和SGB，如果SGA中存在至少一個站點與SGB中國的至少一個站點間存在直接的公交線路連接，那么A和B在網(wǎng)絡P中就存在連邊。再進一步，對網(wǎng)絡T、網(wǎng)絡P以及兩者之間通過聚類算法得到的映射關系采用持久化的存儲方式。所述步驟五中，通過迪杰斯特拉算法(即Di jkstra算法)計算節(jié)點SC和DC之間由節(jié)點構成的最小代價路徑。所述Dijkstra算法是經(jīng)典的單源最短路徑算法，用于計算在一個網(wǎng)絡中一個節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑。主要特點是以起始節(jié)點為中心向外層擴展節(jié)點，直到擴展到終點為止。算法的思想是按路徑長度遞增次序產(chǎn)生最短路徑。具體實現(xiàn)過程中算法把網(wǎng)絡的節(jié)點集合V分成兩組(I)S集合已求出最短路徑的節(jié)點的集合。(2)V-S=T集合尚未確定最短路徑的節(jié)點集合。算法運行過程中會將T中節(jié)點按最短路徑遞增的次序加入到S中。算法的具體步驟為1.令S= {源節(jié)點VO}，T= {其余節(jié)點點}，設置網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點Vi，Vj間的路徑長度d(Vi，Vj)為若兩節(jié)點間存在連邊<Vi，Vj>，則d(Vi，Vj)為<Vi，Vj>的權值，否則d(VO1Vi)為無窮。2.從T中選取一個路徑長度最小且不在S中的節(jié)點W，加入S。3.對其余T中節(jié)點的路徑長度進行修改若加進W作中間頂點，從VO到Vi的距離值縮短，即 d (VO, ff) +d (W，VO) <d (VO, Vi)，則修改 d (VO, Vi) =d (VO, ff) +d (ff, VO)。 4.重復上述步驟2、3，直到S中包含網(wǎng)絡中的所有節(jié)點為止。或者是所述步驟五中，通過弗洛伊德算法(即Floyd算法)計算節(jié)點SC和DC之間由節(jié)點構成的最小代價路徑。所述Floyd算法是經(jīng)典的全局最短路徑算法，用于計算在一個網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點間的最短路徑。Floyd算法的原理是通過網(wǎng)絡的權值鄰接矩陣A=(該矩陣中的任意一個元素d(Vi，Vj)被定義為若兩節(jié)點Vi，Vj間存在直接連邊〈Vi，Vj>,則d(Vi，Vj)為<Vi，Vj>的長度，否則d(V0，Vi)為無窮)來求得網(wǎng)絡任意兩點間的最短路徑矩陣。算法的基本步驟是對于一個擁有n個節(jié)點的網(wǎng)絡，從網(wǎng)絡的權值鄰接矩陣A開始，遞歸地進行n 次更新，即由矩陣 D(O)=A,按一個公式 D(n+1) =min{D(n) +D(n) , Dn}(其中Dn代表算法第n次遞歸之前的運算矩陣Dn中的i行j列元素)，構造出矩陣D(I);用同樣的公式由D(I)構造出D(2)；……；最后用同樣的公式由D(n-l)構造出矩陣D(n)。理論上可以證明，矩陣D(n)的i行j列元素便是網(wǎng)絡中節(jié)點i到節(jié)點j的最短路徑長度。本專利技術的有益效果為綜合考慮了公交站點間由公交線路與由近距離可達性產(chǎn)生的聯(lián)系，有效降低了供換乘方案計算的網(wǎng)絡矩陣的規(guī)模，起到了快速、實時給出換乘方案的作用。具體實施方式下面對本專利技術做進一步說明。，包括以下步驟步驟一建立城市公交站點的鄰近關系網(wǎng)絡T。在網(wǎng)絡T中，當實際兩個站點間的物理空間距離小于等于某一個閾值L時，這兩個站點間存在一條連邊。步驟二 使用空間節(jié)點聚類方法對網(wǎng)絡T進行站點聚類，起到降低計算網(wǎng)絡規(guī)模的目的。具體來說，聚類方法是通過查找網(wǎng)絡T中的所有最大完全子圖完成的(完全子圖是指網(wǎng)絡的一個子圖，在這個子圖中所有節(jié)點都是相互連接的；最大完全子圖是指那些不能被其他完全子圖包含的完全子圖)。值得注意的是，查找網(wǎng)絡的最大完全子圖算法是一個NP完全問題，即當網(wǎng)絡規(guī)模過大時，其運算會變?yōu)椴豢赡堋Ｐ疫\的是，網(wǎng)絡T是一個小型稀疏(站點數(shù)和連邊均不多)的網(wǎng)絡，所以尋找網(wǎng)絡T的最大完全子圖是相對快速的，并且得到的最大完全子圖的個數(shù)會小于網(wǎng)絡T的站點個數(shù)。步驟三將通過步驟二運算得到的最大完全子圖映射為節(jié)點，并由這些節(jié)點生成一個新的網(wǎng)絡P并存儲。在網(wǎng)絡P中，當兩個節(jié)點在網(wǎng)絡T中對應的最大完全子圖間存在直接的公交線路連接時，這兩個節(jié)點間存在一條連邊。具體來說若存在網(wǎng)絡P中的兩個節(jié)點A和B，它們分別對應網(wǎng)絡T中的兩個最大完全子圖SGA和SGB，如果SGA中存在至少一個公交站點與SGB中的至少一個公交站點間存在直接的公交線路連接，那么A和B在網(wǎng)絡P中就存在連邊。考慮到在一定時期內(nèi)，一個城市的公交站點基本保持穩(wěn)定，所以在實際操作時會將網(wǎng)絡T、網(wǎng)絡P以及他們之間的關系進行持久化存儲。只有在站點出現(xiàn)增減的時刻，才會重新調(diào)用步驟二和步驟三進行持久化存儲更新。步驟四根據(jù)實際限制與實時信息(例如城市中各個路段的擁堵信息)每隔一定時間更新調(diào)整通過聚類降維得到的網(wǎng)絡P的連邊的權值。這里的權值實際代表通過公交系統(tǒng)從一個站點聚類抵達另一站點聚類需要花費的代價，例如時間代價等。步驟五通過持久化存儲的空間聚類信息，找到用戶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于空間節(jié)點聚類方法的快速公交換乘方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一：建立城市公交站點的鄰近關系網(wǎng)絡T，在這個網(wǎng)絡中，當兩個站點間的物理空間距離小于等于閾值時，在兩個公交站點間存在一條連邊；步驟二：使用空間節(jié)點聚類方法對網(wǎng)絡T進行站點聚類，所述聚類方法是通過查找網(wǎng)絡T中的所有最大完全子圖完成；步驟三：將通過步驟二運算得到的最大完全子圖映射為節(jié)點，并由這些節(jié)點生成一個新的網(wǎng)絡P并進行存儲；在網(wǎng)絡P中，當兩個節(jié)點在網(wǎng)絡T中對應的最大完全子圖間存在直接的公交線路連接時，這兩個節(jié)點間存在一條連邊；步驟四：根據(jù)實際限制與實時路況信息，每隔設定時間更新調(diào)整網(wǎng)絡P的連邊的權值；步驟五：確定用戶查詢指定的起始站點S與終止站點D各自在網(wǎng)絡P中歸屬的節(jié)點SC和DC，通過Dijkstra算法計算節(jié)點SC和DC之間由節(jié)點構成的最小代價路徑，最后通過存儲信息反向生成起始站點S到終止站點D之間的優(yōu)化換乘方案。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊旭華，陳光，趙久強，汪向飛，
申請(專利權)人：浙江工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：