廖孝勇 王鑫　王珂莉　孫棣華

【摘 要】路段行程時(shí)間是交通信息服務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，能夠?yàn)楣坏秸緯r(shí)間預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持。浮動(dòng)車數(shù)據(jù)作為一種新興的交通數(shù)據(jù)來(lái)源，是路段平均行程時(shí)間計(jì)算的有效手段，浮動(dòng)車樣本量是否充足對(duì)行程時(shí)間估計(jì)的精確度有較大影響。本文針對(duì)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段行程時(shí)間估計(jì)中GPS數(shù)據(jù)樣本量較少的問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決方案，提出了一種在小樣本浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)情況下的路段行程時(shí)間計(jì)算方法。本文根據(jù)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的分布，將路段劃分為不同的復(fù)合路段，之后根據(jù)復(fù)合路段的不同特征分別計(jì)算各復(fù)合路段的平均速度與影響因子，進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)路段的平均速度，得到目標(biāo)路段的平均行程時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】GPS；浮動(dòng)車；行程時(shí)間；小樣本

0 引言

公交路段的平均行程時(shí)間與交通流量、路段平均速度、通行時(shí)段、道路路況及距離等因素相關(guān)，是公交運(yùn)行時(shí)間的重要組成部分，路段平均行程時(shí)間的計(jì)算方法能夠?yàn)楣坏秸緯r(shí)間預(yù)測(cè)提供重要的技術(shù)支持，提高城市公共交通的服務(wù)水平[1]。與此同時(shí)，路段平均行程時(shí)間還是反映路段交通狀態(tài)的重要指標(biāo)，是進(jìn)行交通控制和交通誘導(dǎo)的基礎(chǔ)。同一路段在不同情況下的平均行程時(shí)間也能反映路段交通狀態(tài)的差異，準(zhǔn)確的行程時(shí)間能夠?yàn)榻煌顟B(tài)判別提供依據(jù)[2]。

目前，隨著城市公交車輛大范圍安裝車載GPS終端，公交車輛成為能夠采集城市交通信息的浮動(dòng)車，浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)也成為城市交通研究的一種重要數(shù)據(jù)來(lái)源[3]。對(duì)公交浮動(dòng)車而言，由于路段距離較小、發(fā)車間隔較長(zhǎng)、公交線路稀少、信號(hào)傳輸延遲、數(shù)據(jù)缺失、采樣間隔較大等問(wèn)題，浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的樣本量較小，浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)量大幅減少，某些路段甚至已經(jīng)沒(méi)有任何公交GPS數(shù)據(jù)，路段的平均行程時(shí)間的計(jì)算會(huì)有較大誤差，影響公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)的精度[4]。

公交浮動(dòng)車接收到的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)樣本量的大小直接影響其路段平均行程時(shí)間的估計(jì)精度，針對(duì)不同樣本量的情況具有不同的處理方法。因此，針對(duì)公交浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)樣本量較少的情況，本文提出基于小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段行程時(shí)間計(jì)算方法。

1 公交浮動(dòng)車小樣本的判別

公交浮動(dòng)車是安裝了車載GPS定位裝置并行駛在城市主干道上的公交汽車。公交浮動(dòng)車在行駛過(guò)程中定期記錄車輛的位置、方向、速度等信息，并通過(guò)各種通訊手段將所采集到的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，綜合同一路段上一定數(shù)量的公交浮動(dòng)車的GPS數(shù)據(jù)，就能夠得到路段的平均行程時(shí)間。當(dāng)路段上公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)充足時(shí)，能夠簡(jiǎn)單地計(jì)算出路段的平均行程時(shí)間；若路段公交浮動(dòng)車樣本量不足時(shí)，如果直接計(jì)算會(huì)產(chǎn)生較大誤差，計(jì)算的路段平均行程時(shí)間不能準(zhǔn)確反映路段的交通狀態(tài)。

公交浮動(dòng)車小樣本的閾值的確定與公交浮動(dòng)車的平均速度有較大的關(guān)聯(lián)性。對(duì)同一目標(biāo)路段而言，若公交浮動(dòng)車的平均速度較大，則行程時(shí)間相對(duì)較小，相同樣本量情況下的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)覆蓋率較高。因此，本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，結(jié)合區(qū)間平均速度提出公交浮動(dòng)車小樣本的判別方法。

對(duì)于任意選定的目標(biāo)路段，在時(shí)間間隔t內(nèi)共有n輛公交浮動(dòng)車在路段上運(yùn)行，則區(qū)間平均速度v的計(jì)算如下：

若路段內(nèi)公交浮動(dòng)車數(shù)量滿足公式（2），則認(rèn)為該路段公交浮動(dòng)車樣本量為小樣本，否則該路段公交浮動(dòng)車樣本量為小樣本。

2 小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段行程時(shí)間計(jì)算

通過(guò)對(duì)小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的特征分析，本文提出針對(duì)性的解決方案，并結(jié)合工程實(shí)施的實(shí)際情況，提出小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段行程時(shí)間計(jì)算方法。

2.1 小樣本浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的復(fù)合路段劃分

在判斷出浮動(dòng)車數(shù)據(jù)屬于小樣本數(shù)據(jù)之后，需要根據(jù)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在路段中的分布情況將目標(biāo)路段劃分為各個(gè)復(fù)合路段。

假設(shè)A、B兩點(diǎn)為需要計(jì)算行程時(shí)間路段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，路段AB即是研究的目標(biāo)路段l0，如圖1所示。通常，路段平均行駛時(shí)間指車輛進(jìn)入路段行駛到下游路口排隊(duì)隊(duì)尾的時(shí)間，在圖1中即為通過(guò)AB段的平均時(shí)間。

圖1 小樣本浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的目標(biāo)路段

目標(biāo)路段上以及起（終）點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)為路段行程時(shí)間估計(jì)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。其中，Pa-1為進(jìn)入l0起點(diǎn)A前的最近一個(gè)GPS定位點(diǎn)，時(shí)刻為ta-1；Pa+1為進(jìn)入l0后的第一個(gè)GPS定位點(diǎn)，時(shí)刻為ta+1；pb-1為離開(kāi)l0終點(diǎn)B前的最后一個(gè)GPS定位點(diǎn)，時(shí)刻為tb-1；pb+1為離開(kāi)l0后的第一個(gè)GPS定位點(diǎn)，時(shí)刻為tb+1。

2.2 復(fù)合路段的平均速度及影響因子的計(jì)算

上文中劃分的三個(gè)復(fù)合路段，與目標(biāo)路段AB都有一定部分的重合，各復(fù)合路段的各自的平均速度都能在一定程度上表征目標(biāo)路段AB的路段平均速度，綜合考慮個(gè)復(fù)合路段的平均速度才能夠更準(zhǔn)確地刻畫目標(biāo)路段的平均速度。然而，各復(fù)合路段由于重合部位的不同，交通狀況不盡相同，需要確定不同路段的平均速度的影響因子，根據(jù)各復(fù)合路段對(duì)目標(biāo)路段不同的影響程度將平均速度加權(quán)，從而得到目標(biāo)路段的平均速度。

因此，本文根據(jù)各復(fù)合路段與目標(biāo)路段的時(shí)間、空間關(guān)系，分別計(jì)算各針對(duì)上文中的三種情況分別計(jì)算復(fù)合路段的平均速度和影響因子修正因子。

對(duì)于定位點(diǎn)Pa+1和Pb-1組成的路段LPa+1Pb-1，平均速度計(jì)算公式和影響因子為：

通過(guò)對(duì)上述三種情況的分析，影響因子的比重應(yīng)該由復(fù)合路段占當(dāng)前計(jì)算路段的比例以及復(fù)合路段占目標(biāo)路段的比例組成。因此，需要對(duì)影響因子需要進(jìn)行歸一化處理，影響因子歸一化公式如公式（9）：

由公式（9）即得到歸一化之后的影響因子，進(jìn)而進(jìn)行下一步計(jì)算。

2.3 單車的目標(biāo)路段平均行程時(shí)間的計(jì)算

根據(jù)上文中的復(fù)合路段的平均速度及影響因子的計(jì)算，將各復(fù)合路段的平均速度按照影響因子進(jìn)行加權(quán)平均，即可求得當(dāng)前研究時(shí)段內(nèi)小樣本數(shù)據(jù)路段單車區(qū)間速度，如公式（10）所示[6]：

由公式（10）可計(jì)算得出目標(biāo)路段的單車區(qū)間速度，進(jìn)而可求得目標(biāo)路段上單車平均行程時(shí)間：

其中，Lab為目標(biāo)路段AB的距離。

2.4 目標(biāo)路段平均行程時(shí)間的計(jì)算

在時(shí)間間隔t中，目標(biāo)路段上會(huì)有多輛公交浮動(dòng)車運(yùn)行，每輛公交車可以按照上文中的步驟計(jì)算出各自的路段平均行程時(shí)間。

設(shè)目標(biāo)路段上的公交浮動(dòng)車數(shù)量為n，則通過(guò)上文中的計(jì)算，可以得到小樣本浮動(dòng)車數(shù)據(jù)路段的平均行程時(shí)間Ttravel為：

3 結(jié)語(yǔ)

作為一個(gè)新的交通數(shù)據(jù)源，公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在交通信息中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)進(jìn)行路段平均時(shí)間計(jì)算也成為研究熱點(diǎn)。本文在分析小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需求討論了小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的判定條件，并提出基于小樣本公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的路段行程時(shí)間計(jì)算方法，詳細(xì)闡述了平均行程時(shí)間的計(jì)算過(guò)程。該方法能夠減小在目標(biāo)路段起始點(diǎn)浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)缺失情況下帶來(lái)的計(jì)算誤差，在公交浮動(dòng)車數(shù)據(jù)樣本較小的情況下，路段平均時(shí)間計(jì)算仍有較高的精度。

路段行程時(shí)間是重要的交通參數(shù)，準(zhǔn)確的路段平均行程時(shí)間計(jì)算方法為公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)提供重要的技術(shù)支持，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。車載GPS終端的不斷應(yīng)用為基于浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行路段行程時(shí)間的計(jì)算提供了條件，繼續(xù)深入該技術(shù)的研究，將對(duì)城市智能交通系統(tǒng)的建設(shè)和完善產(chǎn)生非常大的指導(dǎo)意義。

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[責(zé)任編輯：薛俊歌]