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常规干线公交网络空间方向分布及结构特性分析方法

裴玉龙 申晨 翟双柱

裴玉龙, 申晨, 翟双柱. 常规干线公交网络空间方向分布及结构特性分析方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(1): 140-150. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.01.015
引用本文: 裴玉龙, 申晨, 翟双柱. 常规干线公交网络空间方向分布及结构特性分析方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(1): 140-150. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.01.015
PEI Yulong, SHEN Chen, ZHAI Shuangzhu. A Method for Analyzing the Distribution of Spatial Orientation and Structural Characteristics of Trunk Bus Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(1): 140-150. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.01.015
Citation: PEI Yulong, SHEN Chen, ZHAI Shuangzhu. A Method for Analyzing the Distribution of Spatial Orientation and Structural Characteristics of Trunk Bus Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(1): 140-150. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.01.015

常规干线公交网络空间方向分布及结构特性分析方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.01.015
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51638004

详细信息
    通讯作者:

    裴玉龙(1961—),博士,教授. 研究方向:道路交通安全,交通规划,交通管理

  • 中图分类号: U491.2

A Method for Analyzing the Distribution of Spatial Orientation and Structural Characteristics of Trunk Bus Network

  • 摘要: 空间结构合理的常规干线公交网络可以帮助城市提升公共交通服务效率,缓解道路交通压力。为深入分析城市常规干线公交网络空间结构特性,使用公交网络GIS信息嵌入拓扑结构模型的方式开展研究。借鉴道路网空间信息测度方法,基于香农熵理论提出公交线路方向熵和公交网络方向熵分析方法。根据提取的公交网络拓扑结构中相邻站点间线路段的空间方向信息,使用方向熵测度得到公交线路及网络空间方向分布情况。在现有的规范及研究中,选取并拓展能够体现公交线网空间结构特性的指标,与方向熵组成常规干线公交线网空间结构分析指标体系,从线路和网络2个层面出发探究常规干线公交网络空间方向分布并分析其结构特性。以哈尔滨市63条常规干线公交组成的网络为例进行分析。网络空间方向分布结果表明:公交网络方向熵为2.84,大于网络内任意单条线路方向熵。验证得到公交线路方向熵的测度结果与线路的实际情况相符,方向熵可以有效量化公交线网拓扑结构的空间方向分布;在指标间的相关性方面,公交线路方向熵与公交线路长度的相关性最高,公交线路站点对重复系数与公交刷卡数的相关性次之。网络结构特性分析结果表明:哈尔滨市63条常规公交干线组成网络的平均集聚系数为0.467,网络中节点度分布的数据拟合度为0.978,表明该网络是1种具有择优发展倾向的网络,网络结构较稳定。基于香农熵的分析方法,为描述公交网络空间方向分布情况提供了新的思路;对网络结构特性的分析,为常规干线公交线网规划提供理论参考。

     

  • 图  1  哈尔滨市63条常规干线公交站点分布

    Figure  1.  Distribution of stops on 63 trunk bus lines in Harbin

    图  2  哈尔滨市63条常规干线公交线路分布

    Figure  2.  Distribution of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  3  哈尔滨市63条常规干线公交线路刷卡数据分布

    Figure  3.  Distribution of bus smart card data on 63 trunk bus lines in Harbin

    图  4  哈尔滨市63条常规干线公交线路网络无向未加权拓扑结构

    Figure  4.  Undirected and unweighted topological structure of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  5  常规干线公交网络拓扑虚拟站点构建示意

    Figure  5.  Construction of virtual site on the topological structure of trunk bus network

    图  6  修正后的哈尔滨市63条常规干线公交无向未加权网络

    Figure  6.  Modified-undirected-unweighted network of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  7  修正后的哈尔滨市63条常规干线公交无向加权网络

    Figure  7.  Modified-undirected-weighted network of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  8  哈尔滨市63条常规干线公交线路方向熵分布

    Figure  8.  Distribution of the direction entropy of 63 conventional trunk lines in Harbin

    图  9  哈尔滨市63条常规干线公交线路空间结构指标值散点分布

    Figure  9.  Scatter diagramt of spatial structure index values of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  10  哈尔滨市63条常规干线公交线路空间结构指标相关性分布

    Figure  10.  Correlation distribution of spatial structure indexes of 63 trunk bus lines in Harbin

    图  11  哈尔滨市63条常规干线公交网络节点度分布拟合曲线

    Figure  11.  Fitting curve of node degree distribution of 63 trunk lines in Harbin

    图  12  哈尔滨市63条常规干线公交网络拓扑结构连边方向分布

    Figure  12.  Orientation distribution of edges of the network consisting of 63 trunk lines in Harbin

    图  13  哈尔滨市63条常规干线公交线路及网络方向熵分布

    Figure  13.  Distribution of the Orientation entropies of line and network on 63 trunk lines in Harbin

    表  1  公交站点GIS数据信息

    Table  1.   GIS data information of bus stops

    字段 说明 样例
    line_name 路线名称 10路
    (花卉大市场—承德广场)
    station_name 站点名称 花卉大市场
    lon 站点纬度坐标
    (GCJ-02坐标系统)
    126.718 928
    lat 站点经度坐标
    (GCJ-02坐标系统)
    45.686 01
    lon84 站点纬度坐标
    (WGS-84坐标系统)
    126.712 770 170 9
    lat84 站点经度坐标
    (WGS-84坐标系统)
    45.683 910 347 0
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    表  2  公交线路GIS数据信息

    Table  2.   GIS data information of bus lines

    字段 说明 样例
    line_name 路线名称 10路
    (花卉大市场—承德广场)
    start_time 始发时间 05:30
    end_time 末班时间 21:00
    start_stop 始发站 花卉大市场
    end_stop 终点站 承德广场
    basic_price 基本票价/元 2
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    表  3  原始刷卡数据信息

    Table  3.   Information of original smart card data

    字段 说明 样例
    LOGCARDID 卡号 150 000 000 000 xxxx
    DISPLAYVALUE 卡类型 普通卡
    TRADETIME 交易时间 075 614
    STATIONNAME 公交站名名称 市老年大学
    LINENAME 线路名称 12
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    表  4  常规干线公交线路空间结构指标一览

    Table  4.   Spatial structure indicators of conventional trunk bus lines

    序号 指标名称 参数
    1 常规干线公交线路长度/km x1
    2 常规干线公交线路方向熵/nat x2
    3 常规干线公交站点对重复系数 x3
    4 常规干线公交平均站距/km x4
    5 常规干线公交线路刷卡数/次 x5
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    表  5  皮尔逊相关性系数范围

    Table  5.   Correspondence of Pearson correlation coefficient

    序号 取值范围 相关强度
    1 r ∈(0.8,1.0] 极强相关
    2 r ∈(0.6,0.8] 强相关
    3 r ∈(0.4,0.6] 中等程度相关
    4 r ∈(0.2,0.4] 弱相关
    5 r ∈[0.0,0.2] 极弱相关
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    表  6  [0°, 180°]区间内连边的方向分布情况

    Table  6.   Directional distribution and proportion of edges in [0°, 180°] section

    方向区间序号 数量 概率
    1 124 0.068
    2 67 0.037
    3 93 0.051
    4 160 0.088
    5 108 0.06
    6 72 0.04
    7 129 0.071
    8 147 0.081
    9 126 0.069
    10 60 0.033
    11 75 0.041
    12 114 0.063
    13 111 0.061
    14 64 0.035
    15 63 0.035
    16 58 0.032
    17 90 0.050
    18 154 0.085
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  • 收稿日期:  2022-06-14
  • 网络出版日期:  2023-05-13

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