烏魯木齊市城市綜合交通項(xiàng)目研究中心

0 引 言

作為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的主要交流承載體，城市公共交通對(duì)城市的發(fā)展具有重要的影響，對(duì)城市空間形態(tài)的演變具有骨架性的作用，對(duì)緩解整個(gè)城市的交通壓力、提高城市交通效率至關(guān)重要。建立完善、先進(jìn)的公交GPS軌跡路線圖對(duì)提升交通管理系統(tǒng)具有重要意義。推動(dòng)公共交通的優(yōu)先發(fā)展,是解決關(guān)系人民群眾切身利益的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1]。

烏魯木齊市以公交優(yōu)先發(fā)展為目標(biāo)，計(jì)劃至2018年建成以軌道交通為骨架、快速公交為支撐、常規(guī)交通為主體，其他交通方式為補(bǔ)充的城市公共交通系統(tǒng)[2]。在城市交通系統(tǒng)的不斷完善中，公交線路與站點(diǎn)的調(diào)整較為頻繁，此類(lèi)調(diào)整會(huì)對(duì)公交分析系統(tǒng)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性造成影響。因此，探究對(duì)公交線路與站點(diǎn)調(diào)整情況的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，以及在線網(wǎng)頻繁調(diào)整背景下的線網(wǎng)模型建模與更新技術(shù)，可以為及時(shí)發(fā)現(xiàn)公交線網(wǎng)調(diào)整提供技術(shù)手段，為后續(xù)公交分析系統(tǒng)的功能升級(jí)提供理論支撐。

本文提出了一種通過(guò)GPS位置數(shù)據(jù)與到離站數(shù)據(jù)訓(xùn)練公交線路運(yùn)行軌跡的方法。選取到離站數(shù)據(jù)作為班次劃分的輸入，可以保證不在車(chē)輛正常運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)被作為分析對(duì)象（比如從停保場(chǎng)到首末站之間的行駛數(shù)據(jù)）。該方法利用到離站數(shù)據(jù)獲取公交線路運(yùn)營(yíng)的班次信息，并對(duì)班次信息進(jìn)行判斷，刪除班次信息異常的數(shù)據(jù)，之后利用班次信息對(duì)公交GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和切分，得到線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡。測(cè)試結(jié)果顯示，利用該方法可以較好的監(jiān)測(cè)烏魯木齊公交線路的運(yùn)行軌跡。

1 GPS數(shù)據(jù)

公交車(chē)通過(guò)車(chē)載終端利用GPS信息完成定位功能。車(chē)輛定位系統(tǒng)的車(chē)載終端接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)專用數(shù)據(jù)接收器接收后可生成車(chē)輛當(dāng)前的速度、經(jīng)緯度、時(shí)間等信息[3]。

1.1 GPS位置數(shù)據(jù)

公交線路的GPS位置數(shù)據(jù)的主要信息字段見(jiàn)表1。

1.2 GPS到離站數(shù)據(jù)

本文選取到離站數(shù)據(jù)作為班次劃分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣可以保證不在車(chē)輛正常運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)被作為分析對(duì)象（例如，從停保場(chǎng)到首末站之間的行駛數(shù)據(jù)）。到離站數(shù)據(jù)的主要信息字段見(jiàn)表2。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 生成站點(diǎn)信息

受端設(shè)備、定位過(guò)程中衛(wèi)星的空間位置和地面環(huán)境的影響，公交站點(diǎn)的GPS定位結(jié)果與站點(diǎn)真實(shí)位置之間存在一定偏差[4]。 本文首先根據(jù)烏魯木齊地區(qū)的空間位置，設(shè)置整體的經(jīng)緯度范圍，并以此為篩選條件，將到離站數(shù)據(jù)中不在此空間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)刪除；然后將篩選后的數(shù)據(jù)按相同線路，相同站點(diǎn)分別計(jì)算經(jīng)、緯度的平均值，作為各條線路公交站點(diǎn)的位置參數(shù)。最終生成的站點(diǎn)信息包含線路編號(hào)、站點(diǎn)順序號(hào)和站點(diǎn)經(jīng)緯度，見(jiàn)表3。

3 班次劃分

3.1 基于到離站數(shù)據(jù)的班次劃分

不同城市到離站數(shù)據(jù)，其格式和內(nèi)容均存在一定差異。部分城市的到離站數(shù)據(jù)包含車(chē)輛運(yùn)行方向信息，而其余城市則不包含。本文中用到的烏魯木齊到離站數(shù)據(jù)中，不包含車(chē)輛運(yùn)行方向，因此需要為其添加方向信息。

本文提出了一種班次劃分方法，該方法首先為起始站和終點(diǎn)站的到離站記錄添加班次和方向信息，然后通過(guò)插入法將中間站點(diǎn)逐次插入到相應(yīng)位置，并基于其插入位置兩端的起始站、終點(diǎn)站屬性，為插入站點(diǎn)添加班次和方向信息。在對(duì)公交線路的到離站數(shù)據(jù)進(jìn)行班次劃分時(shí)，規(guī)定某一輛公交車(chē)從起點(diǎn)運(yùn)營(yíng)到終點(diǎn)，為一個(gè)上行班次；某一輛公交車(chē)從終點(diǎn)運(yùn)營(yíng)到起點(diǎn)，為一個(gè)下行班次。

表1 GPS位置數(shù)據(jù)主要信息

表2 GPS到離站數(shù)據(jù)主要信息

表3 公交線路站點(diǎn)信息

為方便描述，可用如下符號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

R={r1,r2,r3,…,rm}表示公交線路的集合，

Q={q1,q2,q3,…,qn}表示車(chē)輛編號(hào)的集合，

K={k1,k2,k3,…,kp}表示站點(diǎn)類(lèi)型的集合，

T={t1,t2,t3,…,ts}表示到離站事件發(fā)生時(shí)間的集合，

X(loni,lati)表示經(jīng)緯度信息，

trip={1,2,3,…,n}表示車(chē)輛運(yùn)行班次。

因此，任意一條到離站數(shù)據(jù)記錄的初始向量形式為：p={li,qj,kl,tα,(lonβ,latβ)}(p∈R,Q,K,T,X組成的5維空間R5)，目標(biāo)向量形式為：f={p,dir,trip}。到離站數(shù)據(jù)的班次劃分和方向標(biāo)注步驟如下：

①對(duì)任意的p∈R5：若滿足條件：k1∈{起點(diǎn)離站，終點(diǎn)到站}，則表示該車(chē)輛上行，即dir=1；若滿足條件：kl∈{起點(diǎn)到站，終點(diǎn)離站}，則表示該車(chē)輛下行，即dir=0；若不滿足以上條件，則暫不標(biāo)注方向。

②篩選出1中標(biāo)注了方向的向量集P1,其中間向量集M1={P1,dir}。由班次的定義可知，每輛車(chē)相鄰的一組起點(diǎn)離站和終點(diǎn)到站（或相鄰的一組終點(diǎn)離站和起點(diǎn)到站）可唯一確定一個(gè)班次。據(jù)此，可按時(shí)間順序，為1中篩選出的向量按組逐次添加班次信息（同一組向量的班次信息相同）。完成該步驟后，得到了每輛車(chē)始末站的目標(biāo)向量集：F1={P1,dir,trip}。

③為了得到剩余向量的目標(biāo)向量集F2={P2,dir,trip}，本文引入了插入判別法。對(duì)任意的p0∈P2，首先生成該向量的初始目標(biāo)向量F0={p0,-1,-1}；然后從F1中挑選滿足條件：l(f)=l(f0)且q(f)=q(f0)的向量，并與f0共同組成向量集F3；將F3中的向量按時(shí)間先后順序進(jìn)行排序，結(jié)果為：F3={f1,f2,f3,…,fi,f0,fi,…}。如果滿足條件：dir(fi)=dir(fj)且trip(fi)=trip(fj)，則p0的目標(biāo)向量為：f0={p0,dir(fi),dir(fj)}；如果不滿足條件，則f0的dir和trip均標(biāo)注為空。完成該步驟后，得到了每輛車(chē)中間站的目標(biāo)向量集：F2={P2,dir,trip}。

④添加班次和方向信息的到離站數(shù)據(jù)向量集為：F=F1∪F2。

3.2 班次信息

通過(guò)對(duì)3.1中添加班次和方向信息后的到離站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到每條線路每輛車(chē)各班次（分方向）的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、以及經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)（班次信息）。

同一線路、同一車(chē)輛、相同方向、相同班次號(hào)可以唯一確定一個(gè)班次。首先，在添加班次方向信息后的到離站數(shù)據(jù)中，篩選出班次不為空的數(shù)據(jù)。然后，選取篩選后各班次到離站的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并計(jì)算各班次經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)個(gè)數(shù)。

4 班次篩選

在進(jìn)行班次篩選前，需要先對(duì)公交線路的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪除定位異常的數(shù)據(jù)。通過(guò)烏魯木齊地區(qū)的空間位置可以設(shè)置整體的經(jīng)緯度范圍，并以此為篩選條件，將公交線路的GPS位置數(shù)據(jù)中不在此空間范圍內(nèi)的異常數(shù)據(jù)刪除。

由于公交線路的GPS位置數(shù)據(jù)中包含有非正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的位置信息，因此為獲得烏魯木齊公交線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的行駛軌跡，首先需要基于班次信息對(duì)公交線路的GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，挑選出正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的位置數(shù)據(jù)。然后為篩選后的GPS位置數(shù)據(jù)添加班次、方向信息。

文中第3部分已經(jīng)對(duì)到離站數(shù)據(jù)進(jìn)行班次劃分，并得到了公交線路運(yùn)營(yíng)的班次信息。為了減少異常班次信息的影響，需要對(duì)班次信息進(jìn)行一次篩選，刪除掉經(jīng)過(guò)站點(diǎn)數(shù)量偏少的班次（缺失站點(diǎn)數(shù)＞對(duì)應(yīng)線路站點(diǎn)總數(shù)的20%）。然后將同一線路，同一輛車(chē)的班次信息與公交線路的GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，篩選出每個(gè)班次開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間范圍內(nèi)每輛車(chē)的GPS位置數(shù)據(jù)，即公交正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的GPS位置數(shù)據(jù)。最后將正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的GPS位置數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)上運(yùn)行班次和方向信息，并將公交線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡投影在地圖上。

5 軌跡分析

烏魯木齊公交線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡如圖1所示。

圖1 烏魯木齊公交線路的運(yùn)行軌跡

某些線路不同方向的運(yùn)行軌跡不同。以104路為例，其不同方向的運(yùn)行軌跡分別見(jiàn)圖2。

而另外一些線路不同方向的運(yùn)行軌跡則基本一致。以1路為例，其不同方向的運(yùn)行軌跡分別見(jiàn)圖3。

由以上兩個(gè)例子可以看出，通過(guò)本文提出的方法對(duì)公交GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和切分，可以較好地刪除非正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的位置信息，得到的各線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡穩(wěn)定性較好，符合預(yù)期結(jié)果。

6 總 結(jié)

圖2 烏魯木齊104路公交不同方向運(yùn)行軌跡

圖3 烏魯木齊1路公交不同方向運(yùn)行軌跡

本文提出了一種通過(guò)GPS位置數(shù)據(jù)與到離站數(shù)據(jù)訓(xùn)練公交線路運(yùn)行軌跡的方法。該方法利用到離站數(shù)據(jù)獲取公交線路運(yùn)營(yíng)的班次信息，并對(duì)班次信息進(jìn)行判斷，刪除班次信息異常的數(shù)據(jù)。然后利用班次信息對(duì)公交GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和切分，刪除非正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的位置信息，最終得到線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡。通過(guò)本文提出的方法對(duì)烏魯木齊公交GPS位置數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和切分，可以較好地刪除非正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的位置信息，得到的公交線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)段的運(yùn)行軌跡穩(wěn)定性較好，可用于對(duì)公交線路與站點(diǎn)調(diào)整情況的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與分析。

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