一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，属于复杂网络和交通网络领域。首先收集中国航空管理局发布的航空运营数据和中国铁路管理局发布的高铁运营数据。根据获得的交通数据，将航空系统和高铁系统耦合成中国航空高铁耦合网络。然后基于耦合网络，计算每个城市分别对于航空、高铁、空铁联运三种交通方式的依赖程度，同时分别计算一天内每个城市到达其他相连城市的最短耗时路径；针对一天内不同时刻，计算乘客A从城市i出发到达相连城市的耗时最短的最佳出发时间。最后乘客A选择最短耗时路径和依赖性最大的出行方式，按照最佳出发时间出发即可。本发明专利技术更全面的评测中国各个地理位置城市的出行选择情况，为乘客提供最佳出行方式。

A travel time calculation method based on air rail coupling network

【技术实现步骤摘要】
一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法
本专利技术属于复杂网络和交通网络领域，具体涉及一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法。
技术介绍
中国越来越多地参与到国际经济活动中，经济繁荣依赖于国家交通运输行业的快速发展，作为城市间长途交通运输最重要的组成部分，航空和高速铁路(HSR)近年来得到了持续快速的发展。自2006年起中国航空的运输总周转量位居世界第二，连续年增速保持在10％，2018年旅客总数达到6亿人次，与此同时，高铁经过10年间的快速发展，高速铁路网总覆盖范围达到29000km，位居世界第一，占世界高铁总公里数的三分之一。航空和高铁在快速的发展中有了更为紧密的结合，空铁联运的交通方式使得人们在长途交通运输的选择中具有更高效的出行方案。由于航空运输和高铁运输具有各自的技术特征和经济特征，航空和高铁之间的复杂关系已经成为一个关键的研究问题，引发了众多学者的广泛关注。最初，研究人员将航空与高速铁路的关系视为竞争关系或者合作关系，经过多年的研究，越来越多的研究人员认为航空与高铁是竞争关系与合作关系共存。众多研究者们对航空和高铁的竞争与合作关系进行了大量的研究，从乘客需求，票价，座位和环境等影响因素出发，研究空铁联运给人们生活带来的影响，但缺少对空铁联运的出行耗时的相关研究。众多研究表明，出行耗时是影响人们出行选择最重要的因素之一。此外，在过去的几十年里，复杂网络理论得到了许多研究领域的关注，如网络建模，信息流量和级联故障等等。值得注意的是，复杂网络理论已广泛应用于大规模交通网络分析，尤其是航空和铁路，复杂网络理论在航空网络和铁路网络的研究中起着至关重要的作用。近年来，复杂网络理论中的耦合网络的研究被认为是一个重要的研究领域。从理论的角度来看，中国航空网络和高速铁路网络本质上是一个耦合网络。因此，在复杂网络理论框架下分析中国航空高铁耦合网络的结构和性质是非常值得的研究领域。
技术实现思路
针对中国航空和高铁的耦合交通网络，本专利技术提出了一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，为乘客出行方案选择提供指导，同时为交通管理者提供辅助信息参考。所述的出行耗时分析方法，具体步骤如下：步骤一、收集中国航空管理局发布的航空运营数据和中国铁路管理局发布的高铁运营数据。步骤二、根据获得的交通数据，将航空系统和高铁系统耦合成一个网络结构，构成中国航空高铁耦合网络。耦合网络包括三类城市：航空城市，高铁城市以及耦合城市。航空城市是指仅有机场的城市；高铁城市是指仅有高铁站的城市；耦合城市是指既有机场又有高铁站的城市；每个城市用节点代表；两个城市之间有直达高铁或者直达航班，用边将这两个城市相连。步骤三、基于耦合网络，计算每个城市分别对于航空、高铁、空铁联运三种交通方式的依赖程度。首先，针对任意乘客A从城市i出发到达城市j，依据时刻表数据，遍历所有出行线路并统计每一条线路的出行方式。然后，从所有线路中，分别统计航空线路、高铁线路和空铁联运线路的数量，并计算出各自的占比；航空路线占比公式表示如下：ARi表示从城市i到城市j的航空路线总数；Ri表示从城市i到城市j的总路线数量。高铁路线占比公式表示如下：HRi表示从城市i到城市j的航空路线数；空铁联运路线占比公式表示如下：CRi表示从城市i到城市j的空铁联运路线数；同理，得到城市i到每个相连城市之间的航空线路、高铁线路和空铁联运线路的占比；将城市i到每个相连城市的航空路线占比之和记为将城市i到每个相连城市的高铁路线占比之和记为将城市i到每个相连城市的空铁联运路线占比之和记为且最后，最大的占比值即为城市i的依赖程度最大的出行方式。步骤四、基于耦合网络，分别计算一天内每个城市到达其他相连城市的最短耗时路径；首先，针对任意乘客A，通过Dijkstra算法，遍历一天内从城市i到城市j之间每一条出行路线；然后，针对每条出行路线，计算从城市i出发到达城市j各路线的总耗时；总耗时计算公式为：为花费在飞机或高铁上的时间；为花费在换乘的时间，包含进出站时间和公路换乘时间；为乘客A到达换乘站点后的等待时间。从所有耗时中选择总耗时最短的出行线路，并得到对应的tij、和的值。同理，得到城市i到每个相连城市之间的各路线的总耗时，并选择总耗时最短的出行线路。针对当总耗时最短的出行线路中换乘次数不满足乘客的需求时，从遍历的所有出行路线中，选择换乘次数最少的线路出行，在换乘次数相同时，选择出行耗时最短的线路。针对当总耗时最短的出行线路中等待时间不满足乘客的需求时，从遍历的所有出行路线中，选择等待时间占比最少的线路出行。花费在飞机或高铁上的时间在总耗时的占比计算如下：N表示耦合网络中所有城市节点的个数。花费在换乘的时间在总耗时的占比计算如下：乘客到达换乘站点后的等待时间在总耗时的占比计算如下：步骤五、针对一天内不同时刻，计算乘客A从城市i出发到达相连城市的耗时最短的最佳出发时间。首先，将一天的时刻划分为24个时间段：0am-1am，1am-2am，3am-4am，……，23pm-24pm；然后，计算不同时间段出发的出行耗时，针对出发时间q的出行耗时，计算公式如下：最后，选择出行耗时最少的时间段为最佳出发时间。步骤六、乘客A从城市i出行，选择最短耗时路径和依赖性最大的出行方式，按照最佳出发时间出发即可。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，在复杂网络理论框架的基础上，将中国航空网络和高铁网络构建成一个多层的耦合网络，更加符合空铁网络的实际情况。并对构建的中国空铁耦合网络中的网络结构、拓扑特性和出行耗时等因素进行了全面的分析。(2)本专利技术一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，基于时刻表考虑了不同出发时间、等待时间和换乘次数等影响因素，得到最佳出行路线和最佳出发时间，为不同城市的乘客出行提供了更加可靠全面的辅助信息。(3)本专利技术一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，提出了一种航空/高铁出行方式的依赖性指标，用以测量中国空铁耦合网络中的多式联运依赖率，更全面的评测中国各个地理位置城市的出行选择情况，为乘客提供最佳出行方式的参考信息。附图说明图1是本专利技术构建的中国空铁耦合网络示意图；图2是本专利技术一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，充分分析了不同城市在不同出行时间的出行耗时分布。所述的出行耗时分析方法，如图2所示，具体步骤如下：步骤一、收集中国航空管理局发布的航空运营数据和中国铁路管理局发布的高铁运营数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤一、收集中国航空管理局发布的航空运营数据和中国铁路管理局发布的高铁运营数据；/n步骤二、根据获得的交通数据，将航空系统和高铁系统耦合成一个网络结构，构成中国航空高铁耦合网络；/n步骤三、基于耦合网络，计算每个城市分别对于航空、高铁、空铁联运三种交通方式的依赖程度；/n步骤四、基于耦合网络，分别计算一天内每个城市到达其他相连城市的最短耗时路径；/n首先，针对任意乘客A，通过Dijkstra算法，遍历一天内从城市i到城市j之间每一条出行路线；/n然后，针对每条出行路线，计算从城市i出发到达城市j各路线的总耗时；/n总耗时计算公式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于空铁耦合网络的出行耗时计算方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、收集中国航空管理局发布的航空运营数据和中国铁路管理局发布的高铁运营数据；
步骤二、根据获得的交通数据，将航空系统和高铁系统耦合成一个网络结构，构成中国航空高铁耦合网络；
步骤三、基于耦合网络，计算每个城市分别对于航空、高铁、空铁联运三种交通方式的依赖程度；
步骤四、基于耦合网络，分别计算一天内每个城市到达其他相连城市的最短耗时路径；
首先，针对任意乘客A，通过Dijkstra算法，遍历一天内从城市i到城市j之间每一条出行路线；
然后，针对每条出行路线，计算从城市i出发到达城市j各路线的总耗时；
总耗时计算公式为：

为花费在飞机或高铁上的时间；为花费在换乘的时间，包含进出站时间和公路换乘时间；为乘客A到达换乘站点后的等待时间；
从所有耗时中选择总耗时最短的出行线路，并得到对应的tij、和的值；
同理，得到城市i到每个相连城市之间的各路线的总耗时，并选择总耗时最短的出行线路；
针对当总耗时最短的出行线路中换乘次数不满足乘客的需求时，从遍历的所有出行路线中，选择换乘次数最少的线路出行，在换乘次数相同时，选择出行耗时最短的线路；
针对当总耗时最短的出行线路中等待时间不满足乘客的需求时，从遍历的所有出行路线中，选择等待时间占比最少的线路出行；
花费在飞机或高铁上的时间在总耗时的占比计算如下：



N表示耦合网络中所有城市节点的个数；
花费在换乘的时间在总耗时的占比计算如下：



乘客到达换乘站点后的等待时间在总耗时的占比计算如下：



步骤五、针对一天内不同时刻，计算乘客A从城市i出发到达相连城市的耗时最短的最佳出发时间；
首先，将一天的时刻划分为24个时间段：0am-1am，1am...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹先彬，杜文博，王依乔，陆桥谊，佟路，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11