[發明專利]一種基于Louvain算法的交通小區劃分系統

有效

• 申請號: 201811186046.1
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109272170B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 肖冉東;趙翰毅;于海濤;黃堅;劉航歐
• 申請（專利權）人: 北京市交通信息中心;北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

一種基于Louvain算法的交通小區劃分系統，包括：建筑空間拓撲關系判別模塊、建筑群分割道路等級計算模塊、建筑群拓撲距離計算模塊、復雜網絡邊權值計算模塊、Louvain算法執行模塊、小區劃分結果展示模塊。本發明提供的交通小區劃分系統通過在城市公交系統中，對交通小區劃分的因素進行分析，來降低交通系統的復雜性。本發明以城市建筑群為最小劃分單元，探討城市建筑群網的抽象方法，設計網絡結構參數計算方法，構建了以建筑群為節點的復雜網絡，基于該網絡將交通屬性類似的建筑群劃分為同一交通小區。交通小區的劃分結果會影響交通需求分析和預測等工作的準確性，對交通小區的劃分和優化在確保交通規劃方案的可行性與準確性方面有重要意義。

技術領域

本發明屬于智能交通技術領域，特別涉及基于Louvain算法的交通小區劃分系統。

背景技術

對交通小區進行劃分之前，需要對城市區域進行離散化，構建基本地理單元，作為交通小區劃分的初始聚類單元。對城市區域的離散化的實質，就是使用有限多個地理單元，來代替連續的城市空間，將城市空間抽象為包含若干個具有空間屬性、空間關系的基本地理單元集合。基本地理單元的主要形態包括：街道、人口統計分區、行政區、多邊形網格。目前對交通小區的離散化單元應用最多的有兩種：道路路網結構和面狀對象。

基于道路結構的區域離散化方法：在此方法中，首先對研究區域的道路網絡進行抽象建模，計算得出路網的拓撲結構。以路段作為地理單元，實現城市區域的自然分割。并且可以根據研究需要，指定使用不同道路等級的路段進行分割，可以控制分割的精細化程度。

基于面狀對象的區域離散化方法：基于面狀對象的區域離散化方法中，使用最廣泛的方法是“泰森多邊形法”。該方法的特性是每個泰森多邊形內僅含有一個離散點數據，泰森多邊形內的點到相應離散點的距離最近，位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊離散點的距離相等。

基于道路結構的區域離散化方法的優點在于，由于道路為城市自然分割的結果，這種分割方法比人工構造的地理單元更能代表城市微觀聚簇的空間特征，但是不適合后續研究。從廣義上來講，交通小區指具有一定相似性的相互關聯的空間單位的集合，劃分交通小區的本質是以區代替點，降低交通系統的復雜性。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供基于Louvain算法的交通小區劃分系統，用于降低交通系統的復雜性，進行交通小區劃分的目的是為了更好地分析區域對公交站點客流的影響力，因此希望小區內部建筑群在空間上緊密聯系、在交通屬性上盡量相似。本發明劃分的交通小區具有上述兩個特性，同時能夠解決小社區被忽略的問題。

本發明設計了基于Louvain算法的交通小區劃分系統，如圖1所示，包括：建筑空間拓撲關系判別模塊、建筑群分割道路等級計算模塊、建筑群拓撲距離計算模塊、復雜網絡邊權值計算模塊、Louvain算法執行模塊和小區劃分結果展示模塊；

建筑空間拓撲關系判別模塊：在獲取初始建筑群數據后，進行預處理，預處理過程為根據建筑群的物理距離(建筑群之間的距離)、大路分割(建筑群之間是否有高等級道路，如環路、高速路等)、建筑群遮擋(建筑群之間是否有其他建筑遮擋)因素生成初始建筑群空間拓撲關系數據，為建筑群道路等級計算模塊和建筑群拓撲距離計算模塊做數據準備；

建筑群分割道路等級計算模塊：根據生成的初始建筑群空間拓撲關系數據和路網數據(城市中道路的寬度、等級、位置等數據，即城市路網數據)，通過矢量判別獲取建筑群之間的分割道路，獲取最高的道路等級作為最終的道路等級，生成建筑群分隔道路等級數據以供復雜網絡邊權值計算模塊調用；

建筑群拓撲距離計算模塊：根據生成的初始建筑群空間拓撲關系數據，通過計算空間方向相似度獲取每兩個建筑群之前的拓撲距離，該拓撲距離代表了建筑群之前間的相似關系，根據拓撲距離生成建筑群拓撲距離數據；