一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法

本发明涉及一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，属于交通规划与管理中基础设施运维领域。

背景技术：

1、现代城市群中存在多种交通方式，包括公路、铁路、航空等。这些交通方式相互交织，形成了一个复杂的交通系统。传统的单一模式运输方式建模方法往往难以全面考虑不同交通运输方式之间的相互影响和关联。人们根据情境和需求，出行时可能会使用多种交通方式。随着科技的发展，交通管理越来越需要智能化和精细化。为了更好地满足出行者的多样性需求，需要建立能够综合考虑不同交通方式的模型，以更好地理解和预测出行行为。

2、数字化建模技术是通过数字化手段对物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能进行全面描述和建模的一项技术。然而，通过对当前可用的相关专利和论文进行研究后发现，目前综合立体交通网络数字化的实现在可视化、控制逻辑一致性和数据精细度方面仍存在许多不足。综合立体交通网络数字化建模提供了一种基于拓扑数据和模拟技术的手段，可以更精确地反映实际交通状况，从而支持智能的交通规划和管理。

技术实现思路

1、鉴于上述背景技术中存在的不足，本发明提出一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，考虑了不同交通方式之间的换乘路线。

2、一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，包括如下步骤：

3、步骤1，收集综合立体交通网络交通基础设施空间几何数据，主要包含公路铁路航空三类交通基础设施；

4、步骤2，基于交通基础设施的空间几何数据构建gis模型；

5、步骤3，将gis模型划分为点模型和线模型，其中点模型代表不同交通方式之间换乘的枢纽节点，线模型代表单一模式交通方式通行线路；

6、步骤4，根据步骤2及步骤3分析点和线的连接关系，构建单一模式交通方式子网的邻接矩阵；

7、步骤5，合并每个城市的所有枢纽节点构建城市内部交通换乘枢纽，以涵盖该城市内的换乘行为；

8、步骤6，基于步骤4的邻接矩阵及步骤5的城市内部交通换乘枢纽构建城市群综合立体交通网络一体化换乘模型，以满足在公路铁路航空三类交通网络之间的出行换乘。

9、所述步骤1中，三类交通基础设施包括：高速公路网的收费站及高速公路路段、匝道等三种基础设施；铁路网的铁路车站及火车线路设施；航空网的机场及包含出发机场和到达机场的航线。

10、所述步骤2中，基于收费站点、铁路车站和线路的经纬度定位公路与铁路的基础设施地理分布特征，基于机场的经纬度和出发机场与目的机场的航线定位航空网的基础设施地理分布。

11、所述步骤4的具体过程如下：

12、步骤42，构建高速公路网络数字化模型，将节点视为收费站，边视为收费站之间的连接关系，记作vf(nf,ef,wf)：

13、vf＝vf(nf,ef,wf)

14、

15、

16、

17、其中，vf表示高速公路网络；nf表示高速公路节点集合；表示标号为i的高速公路节点；m1表示nf内节点的数目；ef表示nf对应的边的集合；若高速公路节点与高速公路节点有连边相连，则节点间的连边否则wf则表示为权，其对应高速公路连边集合ef中的边，并将权值赋给这条边，记作

18、步骤43，构建铁路网络数字化模型，将节点视为列车车站，边视为车站之间的连接关系，记作vr(nr,er,wr)

19、vr＝vr(nr,er,wr)

20、

21、

22、

23、其中，vr表示铁路网络；nr表示列车车站集合；表示标号为i的铁路节点；m1′表示nr内节点的数目；er表示nr对应的边的集合；若与有连边相连，则节点间的连边否则wr则表示为权，其对应er中的边，并将权值赋给这条边，记作

24、步骤44，构建航空网络数字化模型，将节点视为机场，边视为机场之间的连接关系，记作va(na,ea,wa)：

25、va＝va(na,ea,wa)

26、

27、

28、

29、其中，va表示航空网络；na表示机场集合，表示标号为i的铁路节点；m1″表示na内节点的数目；ea表示na对应的边的集合；若与有连边相连，则节点间的连边否则wa则表示为权，其对应ea中的边，并将权值赋给这条边，记作

30、所述步骤5所述城市内部交通换乘枢纽的构建，主要由“城市层”数字化模型进行处理。“城市层”在综合立体交通网络数字化模型的处理中，主要涵盖节点和连边两种要素，将其记作

31、

32、

33、

34、

35、

36、

37、其中，vc表示城市层；表示城市j中属于公路网的节点；m1表示内节点的数目；表示城市中j属于铁路网的节点，m1′表示内节点的数目；表示城市中j属于航空网的节点，m1″表示内节点的数目；ec表示城市层的连边集合；表示城市城换乘路线，若三种节点间有任意两种节点存在换乘关系，则否则wc则表示为权，其对应ec中的边，并将权值赋给这条边，记作

38、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

39、本发明提供了一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法。传统的综合立体交通网将一定范围内的不同子网节点视为耦合节点进行连接，这种对网络节点的处理方式通常是一对一的关系。但是在实际网络中，无论是铁路枢纽还是机场，其均存在一对多的连接方式，即一个铁路枢纽或机场同时连接多个公路收费站。因此用传统的综合立体交通网进行多网融合创建综合立体交通网数字化模型会引起节点连接冲突，不再适用于多模式网络建模。

40、本发明提出“城市层”概念，建立城市节点与城市内部所有交通网络节点的连边，并计算城市层中所有连边的出行距离与时间，实现综合交通网中节点的一对多建模。“城市层”的提出，简化了城市内部交通网络的结构，明确了不同交通方式之间的换乘线路从而降低了建模的复杂度。

技术特征：

1.一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，其特征在于，所述步骤1中，交通基础设施包括：高速公路网的收费站及高速公路路段、匝道；铁路网的铁路车站及火车线路设施；航空网的机场及包含出发机场和到达机场的航线。

3.根据权利要求2所述的城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，其特征在于，所述步骤2中，基于收费站点和高速公路路段、匝道、铁路车站和火车线路的经纬度定位公路与铁路的基础设施地理分布特征，基于机场的经纬度和出发机场与目的机场的航线定位航空网的基础设施地理分布。

4.根据权利要求1所述的城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程如下：

5.根据权利要求4所述的城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法，其特征在于，所述步骤5所述城市内部交通换乘枢纽的构建，主要由“城市层”数字化模型进行处理；

技术总结本发明提出一种城市群公路铁路航空综合交通网络数字化建模方法。通过考虑出行者在各种交通方式之间的换乘行为，该方法模拟了一个完整的换乘网络，以有效处理换乘行为。在这一模型中，特别考虑了公路、铁路和航空这三种主要交通方式，以构建全面的交通换乘模型。首先进行交通网络的空间数据及网络结构收集，利用经纬度数据模拟真实单一网络。其次对出行者的换乘行为进行分析，模拟起终点之间出行者的真实出行行为。最后，基于出行者的换乘，提出“城市层”概念构建完整的城市群综合立体交通网络数字化模型。技术研发人员：陈峻,肖云江,吴佳路,李洋,王卫,吕慧哲受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29