[发明专利]一种基于HW-Louvain的城市公交网络划分性空间社团探测方法

说明书

本发明公开了一种基于HW‑Louvain(HausdorffweightLouvain)的城市公交网络划分性空间社团探测方法。通过采用Hausdorff距离加权策略进行城市公交网络建模，并对Louvain算法进行距离加权改进，可以在顾及空间距离邻近性的基础上，获取城市公交网络的划分性空间社团结构。本发明采用的技术方案是基于公交线路连接关系，构建公交站点间的网络连接关系，使用正六边形格网进行城市空间剖分，以正六边形为网络节点，建立城市公交网络的空间网络模型；采用Hausdorff距离加权计算六角格剖分单元间的权重，然后在Louvain算法的社团合并和模块度计算中使用Hausdorff距离加权进行改进。

技术领域

本发明属于城市空间数据挖掘领域，特别是涉及一种基于HW-Louvain(Hausdorffweight Louvain)的城市公交网络划分性空间社团探测方法。

背景技术

城市公共交通网络是一个城市正常运行的关键公共基础设施之一，是连接城市内部各区域的桥梁，是城市内部的“血管组织”，其在城市空间中的空间配置情况是了解城市交通运行能力、判断城市内部交通区块结构的关键元素。城市公交网络是主要的城市公共交通网络之一，是主要侧重于地面公共汽车的交通方式，由公交站点和公交线路布设组成，其站点布设和网络连接都受城市空间环境的约束和影响。城市公交网络是一种复杂的非线性结构，具有牵一发而动全身的特点，对其研究不能只关注于局部，应当采用复杂网络的思维。基于复杂网络理论的空间网络方法已经成为研究各种网络实体和要素流网络特征和空间模式的主要手段。城市公交网络节点和连边嵌入地理空间中，是一种受地理空间作用影响的复杂网络。

社团(或社区)结构作为从中观尺度探究网络结构和功能的重要特征，是网络节点联系强弱作用的产物。社团结构探测是了解复杂网络结构特征和演化发展趋势的主要途径，是复杂网络理论的关键方法。传统的城市公交网络的空间配置分析指标主要有站点覆盖率、线网密度等宏观统计指标，这些指标无法有效的表达城市公交网络的空间配置问题。城市公交网络的社团结构可以为理解城市公交网络空间结构和系统功能区划提供思路，从网络的视角揭示公交网络在城市空间中的空间配置情况，起到简化网络复杂性的作用。城市公交网络的社团作为网络节点的团簇结构需要体现地理空间要素的空间集聚特征。空间社团(Spatial Community)是一种顾及空间邻近性的社团结构，相比于普通的社团，是一种网络连接紧密且空间上邻近集聚的结构。同一个空间社团中的节点不仅网络连接紧密而且在空间上也具有紧凑性，同时具有较强的网络连接特征和空间邻近性。这种空间社团可以被用来观察城市公交网络的区域划分性，进一步指导城市公交网络规划实践。

城市公交网络划分性空间社团结构是最基础的地理空间网络社团结构类型(Harenberg，2014)。划分性空间社团结构即网络中的每个节点只能被划分为一个社团，社团与社团之间没有交集，社团与社团之间在空间上是分割关系，即节点之间不存在网络上的重叠也不存在空间上的重叠。划分性的空间社团结构严格地把每个节点划分到各自的社团中，是一种非此即彼，一对一的关系。此外，划分性空间社团结构中同一社团内部的各个节点具有空间集聚特点，同一社团的节点之间具有较优的空间连通性。划分性的空间社团是对地理空间网络的一种硬性划分，这是一种相对理想简单的网络社团结构类型。城市公交网络划分性空间社团结构侧重于凸显空间社团对于城市公交网络的分割和简化，有利于发现复杂的地理问题或现象的简单空间模式和规律，辅助挖掘地理演化过程的运动机制和组织构造关系，可用于地理研究中的区域划分、功能区探测、空间结构探索和空间演化模式的发现等。