本發明涉及城市空間分析與邊緣計算，更具體地說，本發明涉及一種基于多約束路徑的城市15分鐘生活圈邊界構建方法。
背景技術：
1、城市15分鐘生活圈劃定，是指以社區居民日常步行活動為基礎，在限定步行時間范圍內識別其可穩定獲得基本公共服務和日常生活服務的空間范圍；該劃定結果通常用于支撐社區級設施配置評估、服務短板識別以及片區更新優化；
2、在城市15分鐘生活圈劃定中，現有技術通常著眼于在限定步行時長內確定社區居民可覆蓋的空間范圍，并據此開展設施配置評價、短板識別和更新規劃，工程上多是先基于道路網絡、步行通道和過街節點計算時距可達范圍，再對可達結果生成邊界，或者在邊界形成后結合孔洞填補、局部裁剪和平滑處理對邊界形態進行修整；
3、但在老城區、山地城市以及大型封閉街區交錯分布的片區內，常常同時存在鐵路隔離帶、封閉校園、封閉院區、連續不可橫穿主干道和高差斷臺等空間阻隔，并且生活圈邊界仍需滿足步行時長受限、外圈設施可接近、內部空間需具備連續進入關系這一約束，此時按現有方式得到的邊界雖然在圖面上能夠形成閉合外緣，外圍商業、醫療、文體等設施也可能落入邊界范圍，但邊界內部會反復出現成片空間被整體包入而居民無法從社區起點逐段步行接續進入的現象，表現為邊界內部存在大面積看似覆蓋、實際不能承接的內空區，后續無論保留孔洞還是填補孔洞，都只能修正圖形表現，不能解釋外緣已經成立而內部承接鏈中斷的原因，進而使設施覆蓋判斷、短板定位和補點分析偏離實際使用關系；
4、本技術要解決的技術問題是：如何在城市15分鐘生活圈邊界構建過程中，避免將無法從社區起點逐段連續承接進入的內部空間包入邊界，從而得到與實際步行承接關系相符的生活圈外緣。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的上述缺陷，本發明的實施例提供一種基于多約束路徑的城市15分鐘生活圈邊界構建方法，通過在邊緣計算節點內構建社區周邊邊緣圖并按接入點逐層生成承接層、對外緣段執行鏈式變異重構并結合待檢區連通搜索刪除包入未承接空間的外緣鏈，以解決上述背景技術中提出的無法從社區起點逐段連續承接進入的內部空間被包入生活圈邊界的問題。
2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于多約束路徑的城市15分鐘生活圈邊界構建方法，包括：
3、s1、將社區單元、道路段、過街點、通道段、開放段、進入邊和阻隔段輸入邊緣節點，在邊緣節點內按連接關系生成邊緣圖，并以阻隔段切斷對應連接，輸出邊緣圖和接入點；
4、s2、以接入點和邊緣圖為輸入，在邊緣節點內沿邊緣圖逐段累加步行時長，將累計步行時長不超過十五分鐘且與前段直接連接的道路段、過街點、通道段和開放段依次寫入承接層，輸出承接層和外緣段組；
5、s3、以外緣段組為輸入，在邊緣節點內對各外緣段執行鄰段搜索、首尾拼接和鏈位替換，得到外緣候選鏈，并對各外緣候選鏈執行外側并鏈和內側回縮，輸出變異外緣鏈組；
6、s4、以變異外緣鏈組、承接層和接入點為輸入，在邊緣節點內將各變異外緣鏈與其內側承接層圍成待檢區，再從接入點出發沿承接層逐段搜索待檢區內各段，刪除存在未搜索段的變異外緣鏈，保留其余變異外緣鏈并重復執行替換、并鏈、回縮和搜索，輸出目標外緣鏈；
7、s5、將各邊緣節點輸出的目標外緣鏈輸入匯聚節點，在匯聚節點內對首尾相接的目標外緣鏈執行拼接，對位置重合部分執行刪重，對拼接結果執行閉合連接，輸出城市十五分鐘生活圈邊界。
8、在一個優選的實施方式中，所述s1包括：
9、s1-1、將道路段、過街點、通道段、開放段和進入邊輸入邊緣節點，在邊緣節點內以各段端點為起止點、以過街點為跨段連接點、以進入邊為段側接入邊，先對端點重合的道路段、通道段和開放段建立首尾連接，再對過街點兩側分別相接的各段建立跨點連接，再對與進入邊相交的開放段或通道段建立段邊連接，輸出初始邊緣圖；
10、s1-2、將阻隔段和初始邊緣圖輸入邊緣節點，在邊緣節點內逐一檢索各連接是否穿過阻隔段、是否與阻隔段相交、或者連接兩端是否分處阻隔段兩側，對滿足上述任一情況的連接執行切斷，并對切斷后形成的各獨立連通段集分別編號，輸出切分邊緣圖和連通段集；
11、s1-3、將社區單元、切分邊緣圖和連通段集輸入邊緣節點，在邊緣節點內檢索與社區單元外邊界相交的道路段、通道段和開放段，將所檢索到的各段中位于社區單元外邊界上的交點記為初始接入點，再保留與初始接入點處于同一連通段集且未被阻隔段隔斷的初始接入點作為接入點，輸出邊緣圖和接入點。
12、在一個優選的實施方式中，所述s2包括：
13、s2-1、將接入點和邊緣圖輸入邊緣節點，在邊緣節點內以各接入點為起點分別沿邊緣圖向外逐段搜索，對每一條搜索路徑按段長和過街通過時長逐段累加形成路徑時長，并將各段在各搜索路徑中的最小時長記為到達時長，輸出到達時長段集；
14、s2-2、將到達時長段集輸入邊緣節點，在邊緣節點內按到達時長從小到大依次讀取各段，將到達時長不超過十五分鐘且其前序連接段已寫入的道路段、過街點、通道段和開放段寫入對應承接層，并將到達時長相同的各段寫入同一承接層，輸出承接層序列；
15、s2-3、將承接層序列輸入邊緣節點，在邊緣節點內針對每一承接層檢索與非本承接層段直接相接的各段，并將與后一承接層或未寫入段直接相接且位于當前承接層外側的各道路段、過街點、通道段和開放段記為外緣段，輸出承接層和外緣段組。
16、在一個優選的實施方式中，所述s3包括：
17、s3-1、將外緣段組輸入邊緣節點，在邊緣節點內針對每一外緣段提取兩端點坐標、方向向量和段長，檢索與每一外緣段兩端點相接的相鄰段，按相鄰段之間的端點連接關系構建鄰接矩陣，按相鄰段方向向量與對應外緣段方向向量的點積構建方向矩陣，對鄰接矩陣與方向矩陣執行矩陣乘積得到兩步擴展矩陣，并以兩步擴展矩陣中非零元素對應的相鄰段作為鄰段集，刪除與對應外緣段內側相交、與對應外緣段形成反向折返或者接入后產生自交的相鄰段，輸出鄰段集。
18、在一個優選的實施方式中，所述s3還包括：
19、s3-2、將鄰段集輸入邊緣節點，在邊緣節點內以每一外緣段為初始鏈，從初始鏈兩端分別選取待接入鄰段，針對每一待接入鄰段計算接入后的斷口數、交叉數、折返數、總長度增量和鏈端點到對應外緣段兩端點的距離和，以斷口數、交叉數、折返數、總長度增量和距離和構成五元代價序列，按斷口數優先、交叉數次優先、折返數再次優先、總長度增量再次優先、距離和末位優先的字典序逐輪選取接入段，并在每輪接入后將新生成鏈的五元代價序列與上一輪五元代價序列逐項比較，重復執行兩端接入，直至當前鏈兩端分別到達對應外緣段兩端點，或者全部待接入鄰段完成接入后五元代價序列均不優于當前鏈，輸出外緣候選鏈。
20、在一個優選的實施方式中，所述s3還包括：
21、s3-3、將外緣候選鏈和外緣段組輸入邊緣節點，在邊緣節點內以外緣候選鏈替換對應外緣段，對替換后的各鏈按首尾連接關系構建鏈連接矩陣，按鏈間交叉、包入和內側穿入關系構建鏈沖突矩陣，對鏈連接矩陣執行連通分解得到候選鏈簇，對每一候選鏈簇內的鏈沖突矩陣逐項消解沖突鏈后執行首尾拼接得到并鏈結果，再對并鏈結果逐段計算相鄰兩段的夾角余弦值和每一段端點到首尾連線的垂距，刪除夾角余弦值為負且刪除后首尾仍連通的內凹段，并對刪除后的鏈重復執行沖突消解、首尾拼接和內凹段刪除，直至鏈連接矩陣不再變化且鏈沖突矩陣全零，輸出變異外緣鏈組。
22、在一個優選的實施方式中，所述s4包括：
23、s4-1、將變異外緣鏈組、承接層和接入點輸入邊緣節點，在邊緣節點內針對每一變異外緣鏈提取鏈段端點序列，選取位于每一變異外緣鏈內側且與每一變異外緣鏈首尾相接的承接層段集，將每一變異外緣鏈與承接層段集首尾閉合形成待檢區，并按待檢區內各段的首尾連接關系構建區內鄰接矩陣，按接入點落入待檢區內各段的情況構建起始向量，輸出待檢區、區內鄰接矩陣和起始向量。
24、在一個優選的實施方式中，所述s4還包括：
25、s4-2、將待檢區、區內鄰接矩陣和起始向量輸入邊緣節點，在邊緣節點內以起始向量為首輪搜索向量，將首輪搜索向量左乘區內鄰接矩陣得到下一輪搜索向量，將下一輪搜索向量各位非零值記為一、零值記為零后與上一輪累計搜索向量逐位相加，并將相加結果中非零位記為一、零位記為零得到新一輪累計搜索向量，重復執行左乘、逐位相加和二值化，直至新一輪累計搜索向量與上一輪累計搜索向量各位取值一致，輸出累計搜索向量和未搜索段集；
26、s4-3、將累計搜索向量、未搜索段集和變異外緣鏈組輸入邊緣節點，在邊緣節點內刪除未搜索段集非空的變異外緣鏈，統計保留后的每一變異外緣鏈所在待檢區的總段數、累計搜索向量中的非零位數和未搜索段集中的連通分量數，以總段數減去非零位數得到缺失段數，并以缺失段數和連通分量數組成裁決序列，按缺失段數從小到大且連通分量數從小到大的順序排列保留后的變異外緣鏈，輸出保留鏈組和裁決序列。
27、在一個優選的實施方式中，所述s4還包括：
28、s4-4、將保留鏈組、裁決序列、承接層和接入點輸入邊緣節點，在邊緣節點內按裁決序列順序逐條讀取保留鏈組，對每一保留鏈重復執行替換、并鏈、回縮、待檢區重構、區內鄰接矩陣重建、起始向量重置、累計搜索向量重算和未搜索段集重算，并在相鄰兩輪裁決序列各項取值一致時停止，輸出目標外緣鏈。
29、在一個優選的實施方式中，所述s5包括：
30、s5-1、將各邊緣節點輸出的目標外緣鏈輸入匯聚節點，在匯聚節點內提取各目標外緣鏈的首端點、尾端點和鏈段序列，按首端點與尾端點重合關系構建端點連接矩陣，按鏈段坐標重合關系構建重合段矩陣，對端點連接矩陣執行連通分解得到拼接鏈組，并在每一拼接鏈組內按首尾相接順序依次拼接目標外緣鏈、按重合段矩陣刪除位置重合部分，輸出去重拼接鏈組；
31、s5-2、將去重拼接鏈組輸入匯聚節點，在匯聚節點內針對每一去重拼接鏈組計算首端點與尾端點之間的連接段，并將連接段寫入對應去重拼接鏈組形成閉合鏈，再按閉合鏈之間的包含關系刪除位于外側閉合鏈內部的重復閉合鏈，對保留后的閉合鏈按首尾連續順序輸出，得到城市十五分鐘生活圈邊界。
32、本發明的技術效果和優點：
33、通過在邊緣節點內構建邊緣圖、生成承接層并以待檢區搜索結果反向篩除包入未搜索對象的變異外緣鏈，能夠相對抑制無法連續進入的內部空間被寫入生活圈邊界，使所得外緣與實際步行承接關系更相符；
34、通過先按阻隔段切斷連接、再從社區單元外邊界提取接入點并沿接入點逐層擴展承接層，能夠將被封閉邊界阻斷的空間對象與可進入空間對象區分開來，從而使步行傳播結果相對貼近實際通行條件；
35、通過對外緣段組執行鄰段搜索、鏈式替換、并鏈和回縮，并結合交叉、包入和內側穿入關系消解沖突鏈，能夠對外側邊界的斷裂、回折和重復外擴進行約束，從而相對改善外緣連續性和邊界形態穩定性；
36、通過在匯聚節點內對各邊緣節點輸出的目標外緣鏈執行拼接、刪重和閉合連接，能夠將分區處理結果整合為連續邊界，并相對降低跨節點交界位置重復寫入或斷開對設施覆蓋判斷和片區更新分析造成的偏差。