多模式城市交通系统超网络模型研究

Network model is vital to the analysis of transportation system. Nowadays the research on hypernetwork model for multi-modal urban transportation system is still in the stage of concept, and lacks for complete theory system and practical technologies. This study aims to research digital modeling technology of multi-modal urban transportation system by applying hypergraph theory. The model is divided into three subnets, including general road, rail transit and ground public transit. In order to solve the problems of interconnected subnets topology relation building, the representation of traffic organization and management information, and inefficiency of traditional network applied to spatio-temporal analysis, real road segments are treated as nodes of the topology network, while links describe topological relationship between road segments. General road subnet is the foundation of hypernetwork model. Based on the band-pass raster image modeling conception, applicant porpose the band-pass road network vector pyramid model. On account of some new problems bring about by taking road segments as topological nodes, the hypernetwork model can be improved by pyramid model with its lowredundancy between levels in dynamic multi-scale network and high-efficiency of topology expression and network analysis characteristics. The study is devoted to figure out technique of the general road subnet, and apply it to typical city. The scientific nature of the results can be verified by estabilishing the database of hypernetwork model for multi-modal urban transportation system and making instance analysis on it.

网络模型是交通系统分析最重要的基础。目前多模式交通系统超网络模型的研究还停留在概念层面上，没有形成完整的理论体系和实用技术。申请项目运用超图理论，研究多模式城市交通系统数字建模。将多模式城市交通系统超网络分为道路、轨道和地面公交三个互联子网络，将实际道路路段作为网络拓扑节点，用边建立路段与路段之间的拓扑联接，解决超网络中子网络之间互联拓扑关系建立问题，解决道路子网络中交通组织管理信息（禁行管理等）的描述问题，解决传统交通网络不利于交通时空分析的问题。道路子网络是所研究超网络模型的基础，申请人基于带通栅格图像建模原理，提出了一种带通矢量金字塔模型，针对超网络模型中将路段作为拓扑节点带来的问题，对其进行改进，解决模型层次间冗余度高、拓扑表达与网络分析效率低的问题。最后将成果应用于典型城市，研究道路子网络的快速生成技术，建立多模式城市交通系统超网络数据库，进行实例分析，验证成果的科学性。

多模式城市交通系统是当今大城市交通发展的趋势，由道路网络（机动车与慢行交通）、公共交通（轨道交通和地面公交）、枢纽、停车设施等多个子系统构成，是一个既相互联系又相互独立的统一体。项目围绕多模式城市交通系统超网络模型构建的理论、建库技术和应用方法等几个方面展开研究，提出了一套理论、技术和方法，研究成果服务于多模式城市交通系统的精细化规划、设计、管理与政策制订，也为自动驾驶高精度地图交通网络模型的建立奠定基础。.研究提出了多模式城市交通系统超网络模型建模理论与技术，解决了当前多模式城市交通系统数字建模中各个子系统相互独立，交通系统分析困难、效率低等问题，为作为复杂大网络的城市交通系统的全面分析做准备。构建了矢量金字塔道路网络模型理论方法，实现了道路网络数据模型动态自动建立，解决了多尺度道路网络模型的数据冗余度高、实时自动建立困难等问题。.在技术方法方面，提出了一种利用街区面块拓扑关系的快速街道网络构建方法，一种基于实际车道分隔线特性的车道级特征层自动构建方法，融合线参数和面参数的线数据局部更新方法。.在模型相关应用方面，将模型应用于手机信令数据用户时空轨迹推算，将对象的时空轨迹分为两部分——静态时段和动态时段，研究了对应静态时段驻留点推算和动态时段移动轨迹的推算方法。提出了一种时空聚类算法——DBSCAN-T，通过添加时间维的邻域距离，运用时空圆柱体模型对数据进行聚类，并确定自适应算法的参数计算方法，用于确定基于手机信令数据的驻留点算。提出了利用不同约定的路径求解算法，路径与手机信令相似度度量算法，在此基础上，根据多模式城市交通网络数字模型，确定OD段的可能路径集，通过道路相似度算法获取候选集中与OD段间手机信令数据点列相似度最高的路径，推算出行路径。还将模型应用于对地铁新线对地铁客流、出行时间和出行时间可靠性影响，时空可达性度量方面的应用研究，公交站点附近排放特征等方面的应用研究。