一种基于多重图的公交乘客出行规划方法

1.本发明涉及乘客出行线路规划技术领域，主要涉及一种基于多重图的公交乘客出行规划方法。


背景技术：

2.日渐成熟的互联网技术以及高精尖的设备设施，给交通的发展提供了更广阔的空间。智能公交系统作为万物互联的产物之一，它应用了全球定位技术、无线通信技术、地理信息技术等技术，实现了对公交车的实时调度监控运营，能极大的提高公交系统运营的灵活性，增加公交的服务水平与服务质量。目前，社会上已有许多面向乘客的智能公交产品，如“8684公交”、“车来了”等app。通过这些软件可以查询到公交到站时间、出行规划、换乘推荐线路等信息。
3.但是现有软件仍存在以下不足之处：
①
搜索乘客超路径子网络的过程复杂，对于不同的乘客都有其相应的网络查找及拓展网络过程，搜索耗费时间长，增加了服务器的负荷；
②
并未考虑乘客在途时的线路优化，无法基于实时信息进行路径调整；
③
考虑的乘客换乘点较少，只允许乘客三次以内的换乘，并不一定能够达到最优出行，尤其是在复杂环境下；


技术实现要素：

4.本发明为解决上述现有软件存在的不足之处，提出了一种基于多重图的公交乘客出行规划方法，以期能根据预测信息给乘客提供基于最优出行策略的出行路径方案，以满足乘客在多种情形下的最优出行和动态路径调整，从而能大大简化搜索出行路径的过程，并能提高路径搜索效率。
5.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
6.本发明一种基于多重图的公交乘客出行规划方法的特点在于，包括以下步骤：
7.步骤1.原始公交线网的获取：
8.将原始公交线网g＝(r,a)中的所有公交线路集合定义为l＝{l1,...,lk,...,lk}，k表示公交线路总数，lk表示第k条公交线路；将所有公交站点的集合定义为r＝{r1,...,ri,...,ri}，i表示公交站点总数，ri表示为第i个公交站点；将所有公交路段的集合定义为a＝{a
i,j
|i,j＝1,2,...,i；i≠j}，a
i,j
表示第i个公交站点ri和第j个公交站点rj之间相邻的公交路段，且ri为公交路段a
i,j
的起点，rj为公交路段a
i,j
的终点；
9.定义第k条公交线路lk依次经过的公交站点集合为zk表示第k条公交线路lk经过的公交站点总数，为第k条公交线路lk经过的第z个公交站点，令某一时刻t下第k条公交线路lk中第z个公交站点上相邻两辆公交车的到达间隔为
10.定义第k条公交线路lk依次经过的公交路段集合为
为第k条公交线路lk经过第z-1个公交站点和第z个公交站点之间相邻的第z-1个公交路段，令某一时刻t下第k条公交线路lk在公交路段上的运行时间为
11.步骤2.基于原始公交线网，构建多重图g
′
＝(r,a
′
)：
12.定义经过第i个公交站点ri的公交线路集合为ti表示经过ri的公交线路总数，l
i,t
为经过ri的第t条公交线路；定义l
i,t
内公交站点ri后续的公交站点集合为其中，为公交线路l
i,t
中公交站点ri后继的第n个站点，n表示为公交线路l
i,t
中公交站点ri后继的公交站点总数；
13.将以第i个公交站点ri为起点，以为终点的直达路段记为从而得到l
i,t
内以公交站点ri为起点的所有直达路段集合进而得到经过第i个公交站点ri的公交线路集合li中所有公交线路的直达路段集合最终得到经过i个公交站点的公交线路集合的直达路段集合a
′
＝{a
′1,...,a
′i,...,a
′i}，从而构成多重图g
′
＝(r,a
′
)；
14.令某一时刻t下直达路段的运行时间的运行时间表示时刻t下公交线路l
i,t
中在公交路段上的运行时间，表示时刻t下公交线路l
i,t
中经过第d个公交站点和第d 1个公交站点之间相邻的第d 1个公交路段的运行时间；
15.步骤3.获取任一乘客在当前时刻t下查询的起始站点r
start
、目标站点r
end
，并基于多重图g
′
＝(r,a
′
)，获取所述乘客的超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)：
16.所述多重图g
′
中，定义ui为所述乘客从第i个公交站点ri到达目标站点r
end
的期望出行时间，fi为公交车到达第i个站点ri的到达频率；
17.步骤3.1.初始化：
18.若第i个公交站点ri为目标站点r
end
，则令其期望出行时间ui＝0，否则，令其期望出行时间ui＝∞，ri∈r-{r
end
}；从而初始化所述乘客对所有公交站点的期望出行时间；
19.初始化公交车到达所有公交站点的到达频率均为0；
20.定义当前查询的站点为r
now
，并初始化r
now
＝r
end
，定义未查询直达路段集合s，并初始化s＝a
′
end
；a
′
end
表示经过目标站点r
end
的公交线路集合的直达路段集合，定义所述乘客选择的直达路段集合为a
″
，并初始化定义所述乘客选择的公交站点集合为r
″
，并初始化
21.步骤3.2.获取下一个路段：
22.对未查询直达路段集合s中所有直达路段按照其终点的乘客期望出行时间与运行时间之和进行降序排序，从而选择出时间之和最小的直达路段记为即其中，ue表示选择出的直达路段的终点re到目标站点的期望出行时间，表示t时刻下公交线路l
w,m
在直达路段上的运行时间，表示集合s中任意一条直达路段，其起点为r
x
，终点为ry，uy表示直达路段的终点ry到目标站点rend
的期望出行时间，表示t时刻下公交线路l
x,p
在直达路段上的运行时间；
23.将rw赋值给r
now
，将赋值给s，其中，rw为选择出的时间之和最小的直达路段的起点；a
′w为公交站点rw的直达路段集合；
24.如果时间之和最小的直达线路的终点re≠r
start
，则将r
″
∪{re}赋值给r
″
，将赋值给a
″
，跳转至步骤3.3；否则，跳转至步骤3.4；
25.步骤3.3.更新当前公交站点r
now
的乘客期望出行时间及公交到达频率：
26.如果当前公交站点的乘客期望出行时间则将赋值给u
now
，且将赋值给f
now
，跳转至步骤3.2；
27.步骤3.4.输出超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)；其中，a
″
＝{a
″
start
,...,a
″v,...,a
″
end
}，a
″v为超路径子网络中经过第v个公交站点r
″v的直达路段集合，a
″
start
为经过起始站点r
start
的直达路段集合，a
″
end
为经过目标站点r
end
的直达路段集合；
28.步骤4.基于搜索到的超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)，根据最优策略求解乘客站点选择概率及直达路段选择概率，从而按照站点选择概率及直达路段选择概率推荐出行路径集合q：
29.步骤4.1.初始化：
30.定义pv为第v个公交站点r
″v上的最优策略选择概率，并初始化pv＝0,r
″v∈r
″‑
{r
start
}；令起始站点r
start
的最优策略选择概率p
start
设置为1，即p
start
＝1；
31.定义为第ε个公交线路l
ε
中以第v个公交站点r
″v为起点，第o个公交站点r
″o为终点的直达路段的最优策略选择概率，并初始化
32.令未更新的直达路段集合为b，并初始化b＝{a
″
start
}；
33.步骤4.2.获取各站点的最优策略选择概率及各直达路段的最优策略选择概率：
34.若未更新的直达路段集合则跳转至步骤4.3；否则，将赋值给将赋值给po；将b∪{a
″o}赋值给b，跳转至步骤4.2；其中，pv为直达路段的起点r
″v的最优策略选择概率；
35.步骤4.3.获取推荐出行路径q：
36.定义q
α
为第α条出行路径，且其中，表示第t1个公交线路中起点为公交站点r
start
，终点为第j1个公交站点的直达路段；表示第th个公交线路中起点为第j
h-1
个公交站点终点为第jh个公交站点的直达路段；表示第th个公交线路中起点为第j
h-1
公交站点终点为公交站点r
end
的直达
路段；则出行路径q
α
的选择概率从而得到出行路径集合q＝{q1,...,q
α
,...,q
β
}，其中，β表示乘客从起始站点r
start
到目标站点r
end
出行路径总数，对出行路径集合q中的出行路径按照选择概率进行倒序排序，并输出排序后的推荐出行路径集合q；
37.步骤5.实时获取乘客当前位置，更新推荐出行路径集合q：
38.步骤5.1.定义乘客换乘站点为r
new
；将乘客当前位置与公交线网中运行的公交车匹配，定义匹配上的公交车的下一公交站点为r
next
；
39.若当前位置位于匹配上的公交车的第η个公交站点r
η
处，则将r
η
赋值给r
new
，跳转至步骤5.2；否则将匹配上的公交车的下一公交站点r
next
赋值给r
new
，跳转至步骤5.2；
40.步骤5.2.更新推荐出行路径集合q：
41.若r
new
∈r
″
,r
new
≠r
end
，则更新查询时刻t，将乘客换乘站点r
new
赋值给r
start
，跳转至步骤3；
42.若则不更新出行路径集合q；
43.若r
new
∈r
″
,r
new
＝r
end
，则结束推荐。
44.本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述公交乘客出行规划方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
45.本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述公交乘客出行规划方法的步骤。
46.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
47.1.本发明基于多重图的超路径子网络搜索方案，简化了搜索超路径子网络的约束条件，拓展了超路径子网络的使用形式，尤其是在繁杂的城市公交路网中，每一位乘客的出发地和目的地都不尽相同，如何从庞大的公交网络中，找到与之相关的超路径子网络是一项复杂的工作，高聚合的直达路段多重图的提出，省略了公交网络拓展与合并过程，能够更加迅速且有效的找到与具体乘客相关联的超路径子网络，从而缩短了路径搜索时间，提高了路径搜索效率。
48.2.本发明基于乘客实时位置，动态的调整出行路径方案，给予乘客最优质的出行体验。在乘客选择了具体某条出行路径后，本发明会根据乘客实时位置，自动识别其所在地点，并基于当前时刻，迅速更新公交信息，重新计算选择的出行路径上的换乘站点的出行路径方案，并调整乘客当前选择的出行路径，且提供给乘客以换乘站点为出发点的全面的出行路径方案，以供乘客选择，从而基于实际的道路状况信息，让乘客出行路径始终达到最优化，缩短其在途出行时间。
49.3.本发明基于最优策略的方案，给乘客推荐出行路径。相较于现有出行app所采用的只考虑乘客的出行时间长短以及换乘次数少作为出行依据进行方案推荐，基于最优策略的路径推荐更加的灵活，给予乘客更加自由的选择空间，尤其是在城市交通状况较为拥堵的情形下，现有app推荐的出行路径往往要花费很长的出行时间，并且换乘次数多的出行路径不会被考虑在推荐范围内，而最优策略方案恰好能够解决该问题，让乘客在遇到极端情
形下，有了更多线路方案选择，提高了公交的服务水平，吸引更多的居民选择公交出行。
附图说明
50.图1为本发明一种基于多重图的公交乘客出行规划方法的流程图；
51.图2为本发明原始公交线网图示意图；
52.图3为本发明直达路段的多重图示意图。
具体实施方式
53.本实施例中，一种基于多重图的公交乘客出行规划方法，具体的说，如图1所示，是按如下步骤进行：
54.步骤1.原始公交线网的获取：
55.将原始公交线网g＝(r,a)中的所有公交线路集合定义为l＝{l1,...,lk,...,lk}，k表示公交线路总数，lk表示第k条公交线路；将所有公交站点的集合定义为r＝{r1,...,ri,...,ri}，i表示公交站点总数，ri表示为第i个公交站点；将所有公交路段的集合定义为a＝{a
i,j
|i,j＝1,2,...,i；i≠j}，a
i,j
表示第i个公交站点ri和第j个公交站点rj之间相邻的公交路段，且ri为公交路段a
i,j
的起点，rj为公交路段a
i,j
的终点；
56.定义第k条公交线路lk依次经过的公交站点集合为zk表示第k条公交线路lk经过的公交站点总数，为第k条公交线路lk经过的第z个公交站点，令某一时刻t下第k条公交线路lk中第z个公交站点上相邻两辆公交车的到达间隔为
57.定义第k条公交线路lk依次经过的公交路段集合为依次经过的公交路段集合为为第k条公交线路lk经过第z-1个公交站点和第z个公交站点之间相邻的第z-1个公交路段，令某一时刻t下第k条公交线路lk在公交路段上的运行时间为
58.原始公交线网示例图如图2所示，图为三条不同的公交线路从各自起始站点到达公交站点r
10
的完整线路，图内共有十个公交站点，九个公交路段，三条公交线路，即公交站点集合为r＝{r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7,r8,r9,r
10
}，公交路段集合为a＝{a
1,3
,a
2,3
,a
3,4
,a
4,5
,a
5,10
,a
6,7
,a
7,8
,a
8,9
,a
9,10
}，公交站点集合为l＝{l1,l2,l3}；其中，对于任意一条具体的公交线路有相应的公交路段集合与之对应，以线路l1为例，其经过的公交路段集合为
59.步骤2.基于原始公交线网，构建多重图g
′
＝(r,a
′
)：
60.定义经过第i个公交站点ri的公交线路集合为ti表示经过ri的公交线路总数，l
i,t
为经过ri的第t条公交线路；定义l
i,t
内公交站点ri后续的公交站点集合为其中，为公交线路l
i,t
中公交站点ri后继的第n个站点，n表示为公交线路l
i,t
中公交站点ri后继的公交站点总数；
61.将以第i个公交站点ri为起点，以为终点的直达路段记为从而得到l
i,t
内以公交站点ri为起点的所有直达路段集合进而得到经过第i个公交站
点ri的公交线路集合li中所有公交线路的直达路段集合最终得到经过i个公交站点的公交线路集合的直达路段集合a
′
＝{a
′1,...,a
′i,...,a
′i}，从而构成多重图g
′
＝(r,a
′
)，构造方法如图3所示，图三以公交线路l1为例展示了获取直达路段多重图的过程，以第1个公交站点r1为起点，则有直达路段集合同理以第3个公交站点r3为起点的直达路段集合为以第4个公交站点r4为起点的直达路段集合为以第5个公交站点r5为起点的直达路段集合为
62.令某一时刻t下直达路段的运行时间的运行时间表示时刻t下公交线路l
i,t
中在公交路段上的运行时间，表示时刻t下公交线路l
i,t
中经过第d个公交站点和第d 1个公交站点之间相邻的第d 1个公交路段的运行时间；
63.步骤3.获取任一乘客在当前时刻t下查询的起始站点r
start
、目标站点r
end
，并基于多重图g
′
＝(r,a
′
)，获取乘客的超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)：
64.多重图g
′
中，定义ui为乘客从第i个公交站点ri到达目标站点r
end
的期望出行时间，fi为公交车到达第i个站点ri的到达频率；
65.步骤3.1.初始化：
66.若第i个公交站点ri为目标站点r
end
，则令其期望出行时间ui＝0，否则，令其期望出行时间ui＝∞，ri∈r-{r
end
}；从而初始化乘客对所有公交站点的期望出行时间；
67.初始化公交车到达所有公交站点的到达频率均为0；
68.定义当前查询的站点为r
now
，并初始化r
now
＝r
end
，定义未查询直达路段集合s，并初始化s＝a
′
end
；a
′
end
表示经过目标站点r
end
的公交线路集合的直达路段集合，定义乘客选择的直达路段集合为a
″
，并初始化定义乘客选择的公交站点集合为r
″
，并初始化
69.步骤3.2.获取下一个路段：
70.对未查询直达路段集合s中所有直达路段按照其终点的乘客期望出行时间与运行时间之和进行降序排序，从而选择出时间之和最小的直达路段记为即其中，ue表示选择出的直达路段的终点re到目标站点的期望出行时间，表示t时刻下公交线路l
w,m
在直达路段上的运行时间，表示集合s中任意一条直达路段，其起点为r
x
，终点为ry，uy表示直达路段的终点ry到目标站点r
end
的期望出行时间，表示t时刻下公交线路l
x,p
在直达路段上的运行时间；
71.将rw赋值给r
now
，从而更新当前查询站点r
now
，将赋值给s，从而更新未查询直达路段集合s，其中，rw为选择出的时间之和最小的直达路段的起点；a
′w为公交站点rw的直达路段集合；
72.如果时间之和最小的直达线路的终点re≠r
start
，则将r
″
∪{re}赋值给r
″
，从而更新乘客选择的公交站点集合r
″
，将赋值给a
″
，从而更新乘客选择的直达路段集合a
″
，跳转至步骤3.3；否则，跳转至步骤3.4；
73.步骤3.3.更新当前公交站点r
now
的乘客期望出行时间及公交到达频率：
74.如果当前公交站点的乘客期望出行时间则将赋值给u
now
，从而更新当前公交站点r
now
的期望出行时间u
now
，且将赋值给f
now
，从而更新公交车到达当前公交站点r
now
的到达频率f
now
，跳转至步骤3.2；
75.步骤3.4.输出超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)；其中，a
″
＝{a
″
start
,...,a
″v,...,a
″
end
}，a
″v为超路径子网络中经过第v个公交站点r
″v的直达路段集合，a
″
start
为经过起始站点r
start
的直达路段集合，a
″
end
为经过目标站点r
end
的直达路段集合；
76.步骤4.基于搜索到的超路径子网络g
″
＝(r
″
,a
″
)，根据最优策略求解乘客站点选择概率及直达路段选择概率，从而按照站点选择概率及直达路段选择概率推荐出行路径集合q：
77.步骤4.1.初始化：
78.定义pv为第v个公交站点r
″v上的最优策略选择概率，并初始化pv＝0,r
″v∈r
″‑
{r
start
}；令起始站点r
start
的最优策略选择概率p
start
设置为1，即p
start
＝1；
79.定义为第ε个公交线路l
ε
中以第v个公交站点r
″v为起点，第o个公交站点r
″o为终点的直达路段的最优策略选择概率，并初始化
80.令未更新的直达路段集合为b，并初始化b＝{a
″
start
}；
81.步骤4.2.获取各站点的最优策略选择概率及各直达路段的最优策略选择概率：
82.若未更新的直达路段集合则跳转至步骤4.3；否则，将赋值给从而更新直达路段的最优策略选择概率将赋值给po，从而更新直达路段的终点r
″o的最优策略选择概率po；将b∪{a
″o}赋值给b，从而更新未更新的直达路段集合b，跳转至步骤4.2；其中，pv为直达路段的起点r
″v的最优策略选择概率；
83.步骤4.3.获取推荐出行路径q：
84.定义q
α
为第α条出行路径，且其中，表示第t1个公交线路中起点为公交站点r
start
，终点为第j1个公交站点的直达路段；表示第th个公交线路中起点为第j
h-1
个公交站点终点为第jh个公交站点
的直达路段；表示第th个公交线路中起点为第j
h-1
公交站点终点为公交站点r
end
的直达路段；则出行路径q
α
的选择概率从而得到出行路径集合q＝{q1,...,q
α
,...,q
β
}，其中，β表示乘客从起始站点r
start
到目标站点r
end
出行路径总数，对出行路径集合q中的出行路径按照选择概率进行倒序排序，并输出排序后的推荐出行路径集合q；
85.步骤5.实时获取乘客当前位置，更新推荐出行路径集合q：
86.步骤5.1.定义乘客换乘站点为r
new
；将乘客当前位置与公交线网中运行的公交车匹配，定义匹配上的公交车的下一公交站点为r
next
；
87.若当前位置位于匹配上的公交车的第η个公交站点r
η
处，则将r
η
赋值给r
new
，跳转至步骤5.2；否则将匹配上的公交车的下一公交站点r
next
赋值给r
new
，跳转至步骤5.2；
88.步骤5.2.更新推荐出行路径集合q：
89.若r
new
∈r
″
,r
new
≠r
end
，则更新查询时刻t，将乘客换乘站点r
new
赋值给r
start
，跳转至步骤3；
90.若则不更新出行路径集合q；
91.若r
new
∈r
″
,r
new
＝r
end
，则结束推荐。
92.本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述公交乘客出行规划方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
93.本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述公交乘客出行规划方法的步骤。