面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法

1.本发明涉及城市道路路网时效性能评估与分析的技术领域，尤其是指一种面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法。


背景技术：

2.路网的时效性能是路网在时间维度承载交通流能力的体现，是路网规划设计和管理的重要评价参数。交通等时线是从路网中某点出发，行程时间相等的所有点相连形成的闭合曲线，是交通网络上行程时间在空间分布状态的反映，是研究路网空间时效性能的重要手段。而路网离散点的等时特征值估计是交通等时线生成过程中的重要环节。
3.路网离散点根据其所在位置可分为道路线离散点和地块面离散点。其中道路线离散点的等时特征值可以通过在线地图服务直接获取或是通过最短路算法等计算得到，而地块面离散点脱离道路而存在，其等时特征值无法像道路线离散点一样简单计算得到。已有的等时线生成方法中，要么采用均匀离散，没有区分道路线离散点和地块面离散点；要么仅考虑道路线离散点，没有考虑地块面离散点的等时特征值估计。前者无法生成准确的交通等时线，且耗时较长；后者可能会因为道路的离散空间分布无法得到理想的插值结果，从而生成带有“空洞”、“气泡”的交通等时线。
4.本发明提出的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法细化了交通等时线的生成流程，为高效且准确的生成交通等时线打好基础。本发明的方法对基于路网不均匀离散方法得到的地块面离散点进行分类，根据地块面离散点与道路线离散点的空间关系将地块面离散点分为三类，不同类别的地块面离散点的等时特征值分别根据道路线离散点等时特征值的估计结果计算得到。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，突破已有的交通等时线生成方法在对地块面离散点的考虑缺失，精细化了交通等时线的生成过程。
6.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，包括以下步骤：
7.1)将城市路网的研究区域栅格化，即分成多个边长为s的方格，方格中心点即为地块面离散点p
p
(i)，i＝1,2,3,
…
,n，n代表地块面离散点数量；
8.2)通过地块面离散点p
p
(i)与道路线离散点p
l
(j)和路段ek的空间连接关系，j＝1,2,3,
…
,m，m代表道路线离散点数量，将地块面离散点分为：1类面离散点2类面离散点和3类面离散点并为所有地块面离散点赋一个极大值m作为初始值；
9.3)估计不同类别的地块面离散点的等时特征值，由已知的道路线离散点等时特征值分别计算1类面离散点等时特征值和2类面离散点等时特征值
10.4)基于3类面离散点近邻的其它地块面离散点，计算3类面离散点等时特征值检查是否所有地块面离散点的等时特征值均小于初始值m，若不满足则重复步骤4)直到满足条件；
11.5)删去1类面离散点，输出2类面离散点和3类面离散点的等时特征值，至此，所有地块面离散点的等时特征值均估计完毕。
12.进一步，在步骤1)中，通过栅格化后得到的方格的边长s来确定离散精度，以方格中心确定均匀分布的地块面离散点。
13.进一步，在步骤2)中，根据地块面离散点p
p
(i)所在的方格范围内，与道路线离散点p
l
(j)和路段ek在空间上的关联，能够将地块面离散点分为以下三类离散点，判断标准如下：
14.1类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格同时与道路线离散点p
l
(j)和路段ek相交；
15.2类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格不与道路线离散点p
l
(j)相交，但与路段ek相交；
16.3类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格与道路线离散点p
l
(j)和路段ek均不相交；
17.根据上述的判断标准，确定每个地块面离散点的归属，同时，将一个极大值m作为初始值，赋值给所有地块面离散点，并且，该初始值用于后续步骤中地块面离散点的等时特征值的计算，作为判断一个地块面离散点是否被估计赋值的基准。
18.进一步，在步骤3)中，道路线离散点等时特征值作为已知条件输入，用于估计地块面离散点等时特征值；
19.1类面离散点等时特征值等于与该1类面离散点所属方格相交的道路线离散点等时特征值的平均值，如下所示：
[0020][0021]
式中，表示对应1类面离散点所属方格内相交的所有道路线离散点的集合；表示集合内某一道路线离散点的等时特征值，其中c表示集合中的索引编号；
[0022]
2类面离散点与路段相邻，所以2类面离散点等时特征值为与其直线距离最小的道路线离散点的等时特征值加上误差时间，如下所示：
[0023][0024]
式中，p
l
(n)表示与对应2类面离散点直线距离最近的道路线离散点，表示p
l
(n)的等时特征值；和v
p
分别表示和p
l
(n)两点间的欧式距离和估计步行速度，用于估计误差时间。
[0025]
进一步，在步骤4)中，因为3类面离散点不与路段相邻，则3类面离散点等时特征值为临近的地块面离散点的等时特征值的最小值加上误差时间，如下所示：
[0026][0027][0028]
式中，p
pnear
表示与3类面离散点相邻的地块面离散点的集合，表示集合p
pnear
内某一地块面离散点p
pnear
(b)的等时特征值，其中b表示集合p
pnear
中的索引编号；s和v
p
分别表示地块面离散点所属方格的边长和估计步行速度，δt0表示相邻地块面离散点之间的时间误差。
[0029]
进一步，在步骤5)中，因为1类面离散点空间位置与道路线离散点接近，所以在辅助计算3类面离散点等时特征值之后，在生成交通等时线的后续过程中删去，以避免数据冗余。
[0030]
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0031]
1)细化了交通等时线的生成过程，在考虑道路线离散点的基础上，还额外考虑了地块面离散点等时特征值的估计。
[0032]
2)根据空间连接关系，将地块面离散点分为了三类，根据不同的位置关系采用不同的等时特征值估计方法，提高了地块面离散点等时特征值估计的准确性。
[0033]
3)在计算2类和3类地块面离散点的等时特征值时，均考虑了不同的时间误差，即考虑了交通影响因素，使得地块面等时特征值的估计更贴合实际，计算结果也更为准确。
附图说明
[0034]
图1为本发明方法的流程图。
[0035]
图2为实施案例路网示意图。
[0036]
图3为三种面离散点示意图。
[0037]
图4为实施案例地块面离散点等时特征值计算结果示意图。
具体实施方式
[0038]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0039]
如图1所示，本实施例公开了一种面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，具体步骤如下：
[0040]
1)将城市路网的研究区域栅格化，即分成多个边长为s的方格，方格中心点即为地块面离散点p
p
(i)，i＝1,2,3,
…
,n，n代表地块面离散点数量；其中，通过栅格化后得到的方格的边长s来确定离散精度，以方格中心确定均匀分布的地块面离散点。
[0041]
2)通过地块面离散点p
p
(i)与道路线离散点p
l
(j)和路段ek的空间连接关系，j＝1,2,3,
…
,m，m代表道路线离散点数量，将地块面离散点分为：1类面离散点2类面离散
点和3类面离散点并为所有地块面离散点赋一个极大值m作为初始值，具体如下：
[0042]
根据地块面离散点p
p
(i)所在的方格范围内，与道路线离散点p
l
(j)和路段ek在空间上的关联，能够将地块面离散点分为以下三类离散点，判断标准如下：
[0043]
1类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格同时与道路线离散点p
l
(j)和路段ek相交；
[0044]
2类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格不与道路线离散点p
l
(j)相交，但与路段ek相交；
[0045]
3类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格与道路线离散点p
l
(j)和路段ek均不相交；
[0046]
根据上述的判断标准，确定每个地块面离散点的归属，同时，将一个极大值m作为初始值，赋值给所有地块面离散点，并且，该初始值用于后续步骤中地块面离散点的等时特征值的计算，作为判断一个地块面离散点是否被估计赋值的基准。
[0047]
3)估计不同类别的地块面离散点的等时特征值，由已知的道路线离散点等时特征值t
pl(j)
，分别计算1类面离散点等时特征值和2类面离散点等时特征值具体如下：
[0048]
道路线离散点等时特征值作为已知条件输入，用于估计地块面离散点等时特征值；
[0049]
1类面离散点等时特征值等于与该1类面离散点所属方格相交的道路线离散点等时特征值的平均值，如下所示：
[0050][0051]
式中，表示对应1类面离散点所属方格内相交的所有道路线离散点的集合；表示集合内某一道路线离散点的等时特征值，其中c表示集合中的索引编号；
[0052]
2类面离散点与路段相邻，所以2类面离散点等时特征值为与其直线距离最小的道路线离散点的等时特征值加上误差时间，如下所示：
[0053][0054]
式中，p
l
(n)表示与对应2类面离散点直线距离最近的道路线离散点，表示p
l
(n)的等时特征值；和v
p
分别表示和p
l
(n)两点间的欧式距离和估计步行速度，用于估计误差时间。
[0055]
4)基于3类面离散点近邻的其它地块面离散点，计算3类面离散点等时特征值检查是否所有地块面离散点的等时特征值均小于初始值m，若不满足则重复步骤4)直到满足条件；
[0056]
因为3类面离散点不与路段相邻，则3类面离散点等时特征值为临近的地块面离散点的等时特征值的最小值加上误差时间，如下所示：
[0057][0058][0059]
式中，p
pnear
表示与3类面离散点相邻的地块面离散点的集合，表示集合p
pnear
内某一地块面离散点p
pnear
(b)的等时特征值，其中b表示集合p
pnear
中的索引编号；s和v
p
分别表示地块面离散点所属方格的边长和估计步行速度，δt0表示相邻地块面离散点之间的时间误差。
[0060]
5)因为1类面离散点空间位置与道路线离散点接近，所以在辅助计算3类面离散点等时特征值之后，在生成交通等时线的后续过程中删去，以避免数据冗余；删去1类面离散点，输出2类面离散点和3类面离散点的等时特征值，至此，所有地块面离散点的等时特征值均估计完毕。
[0061]
下面我们选取广州市天河区中心商务区路网作为案例，路网面积为8.56km2。路网重点研究区域北至天河路，南至临江大道，西至广州大道中，东至猎德大道，具体如图2所示。该路网内共有140条路段，其中快速路、主干路、次干路和支路路段占比分别为27.2％、5.7％、35.7％和31.4％。对研究区域的道路条件现状、交叉口现状和信号配时现状情况进行调研，获取并整理基础路网数据与信号配时数据。
[0062]
道路先根据一定规则离散成点。而路网目标范围作栅格化，即划分得到排列整齐的多个小方格，以方格的中心点为地块面离散点。再根据空间连接确定地块面离散点的分类，各分类情况如图3所示。根据不同的计算方法，分别估计不同类别地块面离散点的等时特征值。最后即由图2所示路网得到了图4所示的带有等时特征值的地块面离散点(图中包含了道路线离散点，去除了1类面离散点)。本发明方法生成的带有等时特征值的地块面离散点，考虑了空间位置关系和交通影响因素，可有效提高后续生成的交通等时线的精度。
[0063]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将城市路网的研究区域栅格化，即分成多个边长为s的方格，方格中心点即为地块面离散点p
p
(i)，i＝1,2,3,...,n，n代表地块面离散点数量；2)通过地块面离散点p
p
(i)与道路线离散点p
l
(j)和路段e
k
的空间连接关系，j＝1,2,3,...,m，m代表道路线离散点数量，将地块面离散点分为：1类面离散点2类面离散点和3类面离散点并为所有地块面离散点赋一个极大值m作为初始值；3)估计不同类别的地块面离散点的等时特征值，由已知的道路线离散点等时特征值分别计算1类面离散点等时特征值和2类面离散点等时特征值4)基于3类面离散点近邻的其它地块面离散点，计算3类面离散点等时特征值检查是否所有地块面离散点的等时特征值均小于初始值m，若不满足则重复步骤4)直到满足条件；5)删去1类面离散点，输出2类面离散点和3类面离散点的等时特征值，至此，所有地块面离散点的等时特征值均估计完毕。2.根据权利要求1所述的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于：在步骤1)中，通过栅格化后得到的方格的边长s来确定离散精度，以方格中心确定均匀分布的地块面离散点。3.根据权利要求2所述的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于：在步骤2)中，根据地块面离散点p
p
(i)所在的方格范围内，与道路线离散点p
l
(j)和路段e
k
在空间上的关联，能够将地块面离散点分为以下三类离散点，判断标准如下：1类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格同时与道路线离散点p
l
(j)和路段e
k
相交；2类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格不与道路线离散点p
l
(j)相交，但与路段e
k
相交；3类面离散点地块面离散点p
p
(i)所属方格与道路线离散点p
l
(j)和路段e
k
均不相交；根据上述的判断标准，确定每个地块面离散点的归属，同时，将一个极大值m作为初始值，赋值给所有地块面离散点，并且，该初始值用于后续步骤中地块面离散点的等时特征值的计算，作为判断一个地块面离散点是否被估计赋值的基准。4.根据权利要求3所述的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于：在步骤3)中，道路线离散点等时特征值作为已知条件输入，用于估计地块面离散点等时特征值；1类面离散点等时特征值等于与该1类面离散点所属方格相交的道路线离散点等时特征值的平均值，如下所示：
式中，表示对应1类面离散点所属方格内相交的所有道路线离散点的集合；表示集合内某一道路线离散点的等时特征值，其中c表示集合中的索引编号；2类面离散点与路段相邻，所以2类面离散点等时特征值为与其直线距离最小的道路线离散点的等时特征值加上误差时间，如下所示：式中，p
l
(n)表示与对应2类面离散点直线距离最近的道路线离散点，表示p
l
(n)的等时特征值；和v
p
分别表示和p
l
(n)两点间的欧式距离和估计步行速度，用于估计误差时间。5.根据权利要求4所述的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于：在步骤4)中，因为3类面离散点不与路段相邻，则3类面离散点等时特征值为临近的地块面离散点的等时特征值的最小值加上误差时间，如下所示：为临近的地块面离散点的等时特征值的最小值加上误差时间，如下所示：式中，p
pnear
表示与3类面离散点相邻的地块面离散点的集合，表示集合p
pnear
内某一地块面离散点p
pnear
(b)的等时特征值，其中
b
表示集合p
pnear
中的索引编号；s和v
p
分别表示地块面离散点所属方格的边长和估计步行速度，δt0表示相邻地块面离散点之间的时间误差。6.根据权利要求5所述的面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，其特征在于：在步骤5)中，因为1类面离散点空间位置与道路线离散点接近，所以在辅助计算3类面离散点等时特征值之后，在生成交通等时线的后续过程中删去，以避免数据冗余。

技术总结
本发明公开了一种面向交通等时线生成的地块面离散点等时特征值估计方法，包括：1)将城市路网的研究区域栅格化，方格中心点即为地块面离散点；2)通过地块面离散点与道路线离散点和路段的空间连接关系，将地块面离散点分为：1、2、3类面离散点，并为所有地块面离散点赋一个极大值作为初始值；3)计算1、2类面离散点等时特征值；4)计算3类面离散点等时特征值，检查是否所有地块面离散点的等时特征值均小于初始值，若不满足则重复步骤4)直到满足条件；5)删去1类面离散点，输出2类面离散点和3类面离散点的等时特征值，至此估计完毕。本发明突破已有的交通等时线生成方法在对地块面离散点的考虑缺失，精细化了交通等时线的生成过程。程。程。


技术研发人员：马莹莹 陈曦 许明朗 谢文艺
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/6/26