賴子良，李 曄，楊大演，趙志華，陸曉剛

LAI Ziliang1, LI Ye1, YANG Dayan2, ZHAO Zhihua3, LU Xiaogang3

（1. 同濟(jì)大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，上海 200092；2. 上海萃圖數(shù)字科技有限公司，上海 200433；3. 上海機(jī)場（集團(tuán)） 有限公司 虹橋國際機(jī)場公司場區(qū)管理部，上海 201207）

(1. College of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Shanghai Triton Digital Technology Co.,Ltd, Shanghai 200433, China; 3. Shanghai Airport（Group） Co., Ltd, Hongqiao International Airport Inc Area Management Department, Shanghai 201207, China)

0 引 言

自21 世紀(jì)以來，我國航空客運業(yè)迅猛發(fā)展，航空出行已經(jīng)成為繼公路、鐵路之后的第三大國民出行方式。作為中國三大門戶復(fù)合樞紐之一的民用國際機(jī)場，虹橋機(jī)場一直在大客流運輸中發(fā)揮著重要作用。隨著虹橋機(jī)場硬件改造設(shè)施投入使用，虹橋機(jī)場的綜合服務(wù)水平、管理效率也在逐步提高。同時，與日俱增的客流數(shù)量，復(fù)雜多樣的客流組成，形式多變的客流規(guī)律促使虹橋機(jī)場需要不斷改進(jìn)客流檢測技術(shù)以對標(biāo)國際機(jī)場服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。然而虹橋機(jī)場客流的龐大、復(fù)雜性、多樣性使得客流檢測成本不斷增加，因此，結(jié)合目前的客流檢測技術(shù)和虹橋機(jī)場已有的硬件設(shè)施進(jìn)一步提高客流檢測能力是機(jī)場的重要發(fā)展任務(wù)。

1 客流特征分析

綜合交通樞紐是多種交通方式的集合地，也正因為如此，多種方式，大流量交通的匯聚必然會導(dǎo)致綜合交通樞紐區(qū)域客流的大量堆積。以上海虹橋機(jī)場為例，在春運期間單日最大客流曾超過25 萬人次，其重要的運輸?shù)匚徊谎远?。通過對上海虹橋機(jī)場及虹橋樞紐區(qū)域客流情況的調(diào)查與研究，分析出上海虹橋機(jī)場客流特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 客流量龐大；（2） 客流出行形式復(fù)雜；（3） 客流組成多樣[1-2]。

1.1 客流量龐大。虹橋機(jī)場龐大的客流量通常有兩種變化規(guī)律，一種是周期性客流激增，例如春運、放假旅游、學(xué)生返校以及22:30 后地鐵停運，公共交通分散客流能力減弱導(dǎo)致樞紐區(qū)域客流聚集；還有一種是非周期性的變化，上海作為國際性的大都市，經(jīng)常會舉辦一些國際性的賽事，由于這些賽事安排時間相對分散，因此在客流方面呈現(xiàn)非周期性的變化。

在機(jī)場客流吞吐量方面，客流的聚集一般表現(xiàn)在重要的節(jié)假日期間，如春運等，出發(fā)和到達(dá)客流呈現(xiàn)海量激增的形式?？土骶奂臅r間與航班的時刻表有著很強(qiáng)的相關(guān)性，在航班越密集的時段內(nèi)，機(jī)場內(nèi)的旅客聚集程度也是最高的。一般來說，由于出發(fā)和到達(dá)客流量過大且超過機(jī)場客流的情況并不多見，虹橋機(jī)場曾出色完成單日內(nèi)25 萬人次的客流運輸，單日航班達(dá)1 700 多架次。

1.2 客流出行形式復(fù)雜。通過多次對機(jī)場內(nèi)乘客的出行目的調(diào)查，將機(jī)場內(nèi)客流的主要出行方式歸納為以下幾個類別：私家車送行，出租車，軌道交通，常規(guī)公交，機(jī)場巴士，其他（如圖1 所示）。

通過分析整理調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇軌道交通的出行方式只占據(jù)了22%的出行比例，也就是說虹橋機(jī)場軌道交通尚有很大的發(fā)展空間，而軌道交通需要乘客掃碼或刷卡進(jìn)入，管理人員可實時掌握軌道交通的進(jìn)出客流情況。因此，提高軌道交通的利用率是提高客流檢測效率、降低檢測成本的一項重要措施。虹橋機(jī)場位于上海市西郊，距市中心僅13 千米，交通便利，因此機(jī)場乘客出行方式選擇多樣，客流檢測需要針對各種交通出行方式進(jìn)行分析，對流量、流向、流距、流時四個不同要素進(jìn)行檢測時，難度相比簡單出行方式有所提升。

1.3 客流組成多樣。復(fù)雜多樣的客流組成是虹橋客流的重要特征。通過對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析，對客流進(jìn)行了出行目的的劃分歸類，主要包括旅游、商務(wù)、公務(wù)、探親、其他幾個方面。

圖1 虹橋機(jī)場旅客出行方式分布圖

圖2 虹橋機(jī)場旅客出行目的分布圖

由圖2 可知，目前虹橋機(jī)場旅客中占比最大的出行目的為旅游，約占總客流量的一半，其次為出差。而不同的出行目的影響乘客的出行方式，例如對于商務(wù)、公務(wù)出行人員，考慮的首要因素為時間，而旅游探親等出行目的首要考慮因素為舒適度與便捷度。

2 客流檢測技術(shù)

針對虹橋機(jī)場客流量龐大、客流出行方式復(fù)雜、客流組成多樣等客流特征問題，目前僅靠一種檢測技術(shù)難以準(zhǔn)確解決虹橋機(jī)場的客流檢測問題。因此，綜合虹橋機(jī)場已建成和在建硬件設(shè)施的條件，其內(nèi)部客流檢測需要融合多種檢測方式，通過整合不同檢測方式的優(yōu)點，從而建立一種能夠自適應(yīng)虹橋機(jī)場的客流特征，并且對虹橋機(jī)場客流存在的痛點問題可以有效解決的客流檢測系統(tǒng)。為了方便機(jī)場人員管理，提高機(jī)場服務(wù)人員服務(wù)水平，機(jī)場客流檢測主要分為兩個部分進(jìn)行：客流量檢測、客流時空分布檢測。

2.1 傳統(tǒng)的客流信息采集技術(shù)。如今投入使用的客流信息采集技術(shù)有以下幾種技術(shù)方式，視頻檢測采集技術(shù)、票務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)計、航班信息系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)統(tǒng)計等。

數(shù)字化時代需要智能化和數(shù)字化的解決方案，傳統(tǒng)的客流檢測技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足時下海量吞吐客流的樞紐運營。對于視頻采集技術(shù)而言，可以出色完成對機(jī)場內(nèi)部例如安檢、值機(jī)等重點區(qū)域的客流檢測，然而考慮到其硬件安裝成本高，無法實現(xiàn)全區(qū)域的無縫覆蓋，而且目前的視頻檢測技術(shù)仍然需要人工干預(yù)，對人力資源也是一種浪費。票務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)計雖然能夠較為精確地對客流數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，但是在客流的時間空間分布檢測方面卻顯得尤為不足。與票務(wù)系統(tǒng)類似的技術(shù)如航班信息系統(tǒng)、安檢系統(tǒng)等技術(shù)，均可完成客流數(shù)量的精確檢測，但離滿足機(jī)場運營要求仍然有差距?，F(xiàn)有檢測技術(shù)優(yōu)缺點對比如表1 所示。

2.2 WiFi 探針技術(shù)及其技術(shù)原理。WiFi 探針技術(shù)是指基于WiFi 探測技術(shù)來識別AP（無線訪問接入點） 附近已開啟WiFi 的智能手機(jī)或者WiFi 終端（筆記本，平板電腦等），無需用戶接入WiFi，即可識別用戶的信息。目前國內(nèi)智能手機(jī)流行趨勢日益升高，用戶基數(shù)不斷增大，同時機(jī)場內(nèi)WiFi 探針布設(shè)點及檢測精度越來越高，使用WiFi 探針技術(shù)對客流的時空分布進(jìn)行檢測的優(yōu)點不言自明[3-4]。

表1 現(xiàn)有檢測技術(shù)優(yōu)缺點對比

WiFi 探針技術(shù)利用WiFi 設(shè)備的MAC 地址的唯一性作為識別ID 的特點賦予了基于智能WiFi 客流統(tǒng)計系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢，探針主要收集的數(shù)據(jù)為MAC 層的信息，例如設(shè)備MAC 地址、接收WiFi 信號強(qiáng)度（RSS）I、WiFi 信號頻道、信號幀類型等[5-6]。

3 智能采集技術(shù)進(jìn)行客流檢測算法

3.1 機(jī)場全天客流。機(jī)場內(nèi)的客流組成主要分為三大類，有乘機(jī)行為的旅客（包括到達(dá)旅客和等待乘機(jī)的旅客）、接送人員和機(jī)場內(nèi)常駐人員。通過WiFi 探針技術(shù)計算全天客流，則主要是對機(jī)場內(nèi)停留的所有旅客的時間閾值進(jìn)行計算，即對機(jī)場內(nèi)有乘機(jī)行為的旅客、接送人員和機(jī)場內(nèi)的工作人員進(jìn)行區(qū)分和計算，其計算方法如下[7-13]：

公式（1） 中Num為無線接入訪問點Ci下檢測到的全日客流量（人），APmacid為無線接入點監(jiān)測區(qū)域內(nèi)手機(jī)或智能終端的用戶數(shù)量（人）；AP接送人員為無線接入點監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的接送人員（人）；AP常駐人員為無線接入點監(jiān)測范圍內(nèi)的常駐人員（人），AP經(jīng)停人員為無線接入點監(jiān)測范圍內(nèi)經(jīng)停過站的人員（人），飛機(jī)經(jīng)停過站時間閾值為50min，即當(dāng)監(jiān)測范圍內(nèi)的用戶在機(jī)場內(nèi)停留時間低于50min 時，則認(rèn)為該用戶不具有乘機(jī)行為。

交通樞紐內(nèi)的常駐人員主要包括機(jī)場工作人員和其他工作人員（快餐店服務(wù)員等） 兩類，為了區(qū)分這兩類人員，可以通過在AP點被監(jiān)測的停留時間進(jìn)行判斷區(qū)分。由于上海虹橋機(jī)場客流承載量大，客流組成復(fù)雜，其內(nèi)部安排的工作人員以及其他工作人員也較為多變。常駐人員統(tǒng)計步驟如下：

根據(jù)虹橋機(jī)場值班安排劃分工作時段。通過虹橋機(jī)場內(nèi)部值班安排定義機(jī)場內(nèi)部工作時段，將其他時間段設(shè)置成非機(jī)場工作人員值班時段。

停留時間統(tǒng)計。以一個月為更新周期，對AP點檢測到的MAC 地址停留的時間進(jìn)行統(tǒng)計，將所有人員不同停留時間進(jìn)行排序，篩選出在工作時段及非工作時段累計停留時間較長的AP點。

篩選機(jī)場工作人員及其他工作人員。將篩選獲得的AP點進(jìn)行比對，與機(jī)場人員工作區(qū)域的AP點進(jìn)行匹配，將工作區(qū)域AP點中的用戶打上“機(jī)場工作人員”的標(biāo)簽，將非機(jī)場工作區(qū)域AP點中的用戶打上“其他工作人員”的標(biāo)簽。

統(tǒng)計常駐人員。在AP點檢測時，將已經(jīng)打上“機(jī)場工作人員”和“其他工作人員”標(biāo)簽的用戶劃分到機(jī)場內(nèi)部常駐人員的統(tǒng)計中。

3.2 機(jī)場實時客流。由于虹橋機(jī)場承載的客流量較大，因此需要保證機(jī)場內(nèi)部客流檢測的實時性，即在一定的時空范圍內(nèi)對機(jī)場內(nèi)部實時客流的變化情況進(jìn)行檢測，便于在客流高峰時間段判斷交通樞紐的運行情況，以下公式以10min 作為一個計算周期，其計算方法如下：

公式（2） 中Num為AP點檢測范圍 10min 內(nèi)在機(jī)場內(nèi)的客流量（人）；AP為10min 內(nèi)出現(xiàn)在該AP點的客流 （人）；AP常駐人員為機(jī)場內(nèi)部的常駐人員（人），包括機(jī)場工作人員及其他工作人員。

由于部分乘客在機(jī)場內(nèi)部沒有打開手機(jī)WiFi，導(dǎo)致機(jī)場內(nèi)部布設(shè)的WiFi 探針無法檢測其MAC 地址，以致于WiFi 探針檢測的客流量較低，因此需要結(jié)合行人識別技術(shù)進(jìn)一步提高機(jī)場客流量檢測的精度。

3.3 數(shù)據(jù)擴(kuò)樣算法。WiFi 探針客流檢測是通過監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)開啟WiFi 的手機(jī)數(shù)量，間接確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)客流的方法。然而在現(xiàn)實生活中，并不是每個人都擁有智能手機(jī)，也不是每個人的智能手機(jī)都開啟WiFi，同時，一個人也可能擁有多部智能手機(jī)。因此，需要數(shù)據(jù)采樣分析算法來擴(kuò)大目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)開啟WiFi 的手機(jī)數(shù)量。

在數(shù)據(jù)采樣算法中，最重要的是擴(kuò)樣系數(shù)的計算和選擇。數(shù)據(jù)擴(kuò)樣系數(shù)的表達(dá)式如下：

根據(jù)文獻(xiàn)[12]中擴(kuò)樣系數(shù)的詳細(xì)研究方法，結(jié)合虹橋機(jī)場的客流特點，我們對擴(kuò)樣系數(shù)的選取進(jìn)行了多次試驗，最終確定了合理的擴(kuò)樣系數(shù)方案。利用該方案，可以根據(jù)背景噪聲數(shù)據(jù)濾波和客流駐留分析算法得到的有效數(shù)據(jù)項，快速計算出機(jī)場實際客流的估計值。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)?；谏鲜隹土鳈z測算法和WiFi 探針技術(shù)，通過開發(fā)虹橋機(jī)場客流實時監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對機(jī)場客流的實時檢測與時空統(tǒng)計分析，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 上海虹橋機(jī)場客流實時監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

虹橋機(jī)場客流實時監(jiān)測系統(tǒng)包含終端采集器、后臺數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3 個部分。其中，終端采集器負(fù)責(zé)收集不同AP點中WiFi 探針覆蓋范圍內(nèi)移動設(shè)備的MAC 層信息，主要包括AP設(shè)備和手機(jī)等設(shè)備的MAC 地址、手機(jī)廠商信息、信號強(qiáng)度值和時間戳等，如表2 所示，然后將不同地點終端采集器所收集的用戶信息匯總到后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的存儲和歸類；最終通過大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實現(xiàn)虹橋機(jī)場客流的實時計算與時空分析，并基于客流監(jiān)測平臺進(jìn)行客流信息的可視化展示。

表2 WiFi 探針采集數(shù)據(jù)內(nèi)容

4.2 系統(tǒng)功能與應(yīng)用。虹橋機(jī)場客流實時監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)全天候?qū)崟r的客流監(jiān)測和對歷史客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，該系統(tǒng)的主要功能包括：客流信息統(tǒng)計、人數(shù)統(tǒng)計、地點分析、監(jiān)控渠道類別分析、全天候客流監(jiān)控等。

（1） 客流信息統(tǒng)計。虹橋機(jī)場客流實時監(jiān)測平臺的“首頁”（如圖4 所示） 可動態(tài)顯示當(dāng)天的當(dāng)前時間內(nèi)虹橋機(jī)場的總客流人數(shù)、WiFi 探針檢測人數(shù)、活躍人數(shù)、安檢客流人數(shù)，以及它們同比和環(huán)比的變化趨勢。其中，檢測人數(shù)表示W(wǎng)iFi 探針覆蓋范圍內(nèi)打開WiFi 的設(shè)備數(shù)量，活躍人數(shù)表示W(wǎng)iFi 探針覆蓋范圍內(nèi)打開并使用機(jī)場WiFi 的設(shè)備數(shù)量。

圖4 虹橋機(jī)場客流監(jiān)測平臺“首頁”

同時，系統(tǒng)可通過WiFi 探針捕捉到的設(shè)備廠商信息進(jìn)行客流監(jiān)控渠道的統(tǒng)計分析，從統(tǒng)計結(jié)果可知，iphone、Android 和華為三大手機(jī)品牌最受用戶喜愛。

此外，該系統(tǒng)還可通過手機(jī)等設(shè)備的MAC 地址信息和WiFi 探針覆蓋范圍進(jìn)而動態(tài)識別該乘客的地理位置并進(jìn)行歸類（是否屬于站外/站內(nèi)），從實際結(jié)果來看，站內(nèi)客流人數(shù)一般都多于站外人數(shù)。

（2） 人數(shù)統(tǒng)計。在“人數(shù)統(tǒng)計”界面（如圖5 所示） 中除了可實時顯示當(dāng)前時間內(nèi)機(jī)場的總客流人數(shù)、檢測人數(shù)、活躍人數(shù)、安檢人數(shù)外，還提供日期選擇功能，方便管理人員隨時查看機(jī)場的歷史日客流、周客流、月客流及年客流信息。同時，機(jī)場管理人員可通過同比和環(huán)比數(shù)據(jù)的實時顯示，全面了解當(dāng)前及歷史客流的整體變化趨勢情況。

圖5 虹橋機(jī)場客流監(jiān)測平臺“人數(shù)統(tǒng)計”界面

（3） 地點分析。“地點分析”界面（如圖6 所示） 提供機(jī)場各個WiFi 探針點位所檢測的客流數(shù)據(jù)情況，涵蓋客流人數(shù)、檢測人數(shù)、活躍人數(shù)、旅客平均停留時間、與昨日相比熱度等數(shù)據(jù)。此外，也提供了日期選擇功能，除顯示今日客流地點分析數(shù)據(jù)外，也可選擇任意一天、本周、本月或全年的客流地點數(shù)據(jù)。從客流檢測結(jié)果而言，越靠近換乘出入口的WiFi 探針點位（如AP3、AP6） 所檢測的客流人數(shù)越多，這也符合客流實際分布情況。

圖6 虹橋機(jī)場客流監(jiān)測平臺“地點分析”界面

（4） 全天候客流監(jiān)控。根據(jù)用戶的手機(jī)等設(shè)備MAC 地址信息是否首次出現(xiàn)可將旅客分為新乘客和老乘客兩類，并通過“全天候客流監(jiān)控”界面（如圖7 所示） 動態(tài)顯示各個時間段內(nèi)的新乘客和老乘客數(shù)量，從而提供最全面的旅客數(shù)據(jù)信息。

4.3 系統(tǒng)驗證。為了檢驗客流檢測算法和監(jiān)測系統(tǒng)的可行性，本文選取虹橋機(jī)場一周的實際客流數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，通過將實際客流與客流檢測算法計算的客流進(jìn)行對比分析，說明虹橋機(jī)場客流監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的合理性，驗證結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，通過本文設(shè)計的WiFi 探針客流檢測算法計算得到的機(jī)場客流量與實際客流人數(shù)大致相等，誤差率均不超4%。同時，虹橋機(jī)場客流監(jiān)測系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)客流數(shù)量的實時檢測，而且能對機(jī)場內(nèi)部客流的時空分布情況進(jìn)行可視化展示，并對歷史客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。因此，相比于其他客流檢測技術(shù)與方法，基于智能WiFi 探針技術(shù)的客流監(jiān)測系統(tǒng)具有檢測精度高、無人工干預(yù)、可時空動態(tài)檢測等優(yōu)點，應(yīng)用于機(jī)場客流的實時檢測是完全合理可行的。

5 結(jié)束語

圖7 虹橋機(jī)場客流監(jiān)測平臺“全天候客流監(jiān)控”界面

表3 客流預(yù)測準(zhǔn)確性難結(jié)果

本文以虹橋機(jī)場為例，通過對復(fù)雜客運交通樞紐現(xiàn)有客流檢測技術(shù)的優(yōu)缺點進(jìn)行多方面對比分析，在虹橋機(jī)場現(xiàn)有的硬件設(shè)施及在建的設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性升級，提出了基于WiFi 探針技術(shù)的客流智能檢測算法，實現(xiàn)對虹橋機(jī)場實時客流數(shù)量和客流時空分布的全天候動態(tài)檢測，并通過構(gòu)建機(jī)場客流實時監(jiān)測平臺實現(xiàn)對客流時空分布的可視化展示。相比與其他客流檢測技術(shù)，本文提出的智能WiFi 采集技術(shù)及客流監(jiān)測平臺在人力資源、經(jīng)濟(jì)成本、科學(xué)性、技術(shù)先進(jìn)性等各個方面盡力追求平衡，以達(dá)到良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。