李恒鑫

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063）

0 引言

鐵路客貨運(yùn)OD 大數(shù)據(jù)是開展鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、制定運(yùn)輸組織計(jì)劃的重要依據(jù)。經(jīng)過(guò)若干年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，鐵路行業(yè)部門已經(jīng)積累了大量客貨運(yùn)OD 大數(shù)據(jù)資源，而目前鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)的應(yīng)用仍存在應(yīng)用場(chǎng)景深度不足[1-2]、運(yùn)輸特征解析不足[3-5]、數(shù)據(jù)高效易用性較差[6-7]等問題，亟待創(chuàng)新研發(fā)快速高效的鐵路客貨運(yùn)OD 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)方法，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，支持鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)化、精準(zhǔn)化發(fā)展。此外，由于鐵路運(yùn)輸與運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的專業(yè)性和特殊性，尚未形成成熟的囊括鐵路客運(yùn)和貨運(yùn)的分析系統(tǒng)[8]，使得數(shù)據(jù)挖掘和分析對(duì)鐵路規(guī)劃、設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的支持十分有限，數(shù)據(jù)潛力亟待挖掘。

在總結(jié)大量既有研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)化、便利化原則，整合多級(jí)粒度地理信息、鐵路客貨運(yùn)OD 數(shù)據(jù)資源，聯(lián)合研制開發(fā)了“鐵路OD 大數(shù)據(jù)分析和可視化平臺(tái)”（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”），擬通過(guò)數(shù)字化、信息化、智能化手段顯著提升鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)分析和可視化的效率，促進(jìn)鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)在鐵路規(guī)劃、綜合交通規(guī)劃中的價(jià)值發(fā)揮，為鐵路規(guī)劃人員提供一款易用、實(shí)用、常用的鐵路OD 大數(shù)據(jù)“生產(chǎn)力工具”。

1 數(shù)據(jù)源設(shè)計(jì)

1.1 地理空間數(shù)據(jù)

地理空間數(shù)據(jù)是進(jìn)行OD 分析的基礎(chǔ)，主要用于OD 起終點(diǎn)的定位和運(yùn)量的集計(jì)統(tǒng)計(jì)。平臺(tái)遵循數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化原則預(yù)制了多級(jí)粒度的地理空間數(shù)據(jù)，包括邊界面數(shù)據(jù)和代表點(diǎn)數(shù)據(jù)。多級(jí)粒度分別包括縣區(qū)級(jí)、地市級(jí)、?。ㄗ灾螀^(qū)）級(jí)、城市群級(jí)、地區(qū)級(jí)。此外，鐵路交通小區(qū)作為特殊地理空間也被納入。

1.2 鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)

鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)是平臺(tái)使用的核心數(shù)據(jù)，包含有向的起終點(diǎn)信息和數(shù)量。平臺(tái)所使用的鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)粒度為鐵路小區(qū)級(jí)（近似縣區(qū)級(jí)）OD 數(shù)據(jù)，由于鐵路小區(qū)嚴(yán)格歸屬于地級(jí)市，故可由鐵路小區(qū)向上分別集計(jì)地市級(jí)、?。ㄗ灾螀^(qū)）級(jí)等上級(jí)粒度OD。

鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)包含了豐富的品類信息，可分為客運(yùn)、貨運(yùn)兩大類，客運(yùn)包含分車型客運(yùn)量OD，貨運(yùn)包含鋼鐵、糧食等16 種細(xì)分品類OD。

2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

2.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化原則

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的目的主要有3 個(gè)：一是確立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，保障數(shù)據(jù)的易更新性；二是保障數(shù)據(jù)預(yù)處理流程的自動(dòng)化；三是通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，保障算法、功能的標(biāo)準(zhǔn)化[9]。

平臺(tái)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容包含數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表兩個(gè)層面。數(shù)據(jù)庫(kù)層面為上層框架設(shè)計(jì)，對(duì)支撐平臺(tái)各模塊、各算法的數(shù)據(jù)表進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，其中需重點(diǎn)考慮表與表之間的連接關(guān)系和層次。數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)為下層內(nèi)容設(shè)計(jì)，需對(duì)各表的字段、數(shù)據(jù)類型、字段含義進(jìn)行設(shè)計(jì)。

平臺(tái)在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中，同時(shí)關(guān)注數(shù)據(jù)的垂直化，確保各級(jí)數(shù)據(jù)向上級(jí)粒度集計(jì)統(tǒng)計(jì)時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性和便捷性。一方面要求具有歸屬關(guān)系的下級(jí)粒度面層、點(diǎn)層要素需繼承上級(jí)粒度的屬性，如縣區(qū)級(jí)要素需同時(shí)記錄所屬的地市、省等上級(jí)粒度信息。另一方面要求鐵路特有要素，如鐵路站點(diǎn)、鐵路線段起終點(diǎn)、鐵路小區(qū)，需同時(shí)記錄所屬行政區(qū)劃、交通小區(qū)的屬性信息。

2.1.2 功能業(yè)務(wù)化原則

功能業(yè)務(wù)化是保障平臺(tái)成為“生產(chǎn)力工具”的必要條件，專業(yè)化平臺(tái)研發(fā)的首要目的是支撐實(shí)際業(yè)務(wù)而非僅看重可視化效果。平臺(tái)主要從多級(jí)粒度、品類選擇、輸出圖表三個(gè)方面體現(xiàn)功能業(yè)務(wù)化原則。

首先，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化原則的支撐下，平臺(tái)提供了滿足不同層面業(yè)務(wù)分析的多級(jí)粒度的OD 分析功能。多級(jí)粒度包含縣區(qū)級(jí)、鐵路交通小區(qū)級(jí)、?。ㄗ灾螀^(qū)）級(jí)、城市群級(jí)、地區(qū)級(jí)共五級(jí)粒度。

其次，平臺(tái)提供了靈活的鐵路客貨運(yùn)品類、子品類OD 分析功能。鐵路OD 分析的一大特色是具備豐富的客貨品類信息，不同品類的OD 分析也是支撐鐵路規(guī)劃方案編制的重要依據(jù)。為滿足實(shí)際業(yè)務(wù)對(duì)分品類OD 分析的需求，平臺(tái)提供了客運(yùn)量和貨運(yùn)量的自定義品類功能。其中，客運(yùn)量品類包含分車型運(yùn)量子品類，貨運(yùn)量品類包含煤炭、糧食等16 種子品類。

此外，平臺(tái)提供了地圖可視化、統(tǒng)計(jì)圖表、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等業(yè)務(wù)強(qiáng)相關(guān)功能。在鐵路規(guī)劃日常工作中，OD數(shù)據(jù)可視化、統(tǒng)計(jì)圖表制作是高頻需求，為此平臺(tái)提供了靈活豐富的功能。考慮到日常業(yè)務(wù)中需大量使用數(shù)據(jù)的范式化表格制作以及數(shù)據(jù)的二次分析加工，平臺(tái)提供了高效且實(shí)用的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

2.1.3 使用便利化原則

在保障平臺(tái)功能對(duì)業(yè)務(wù)充分支撐的基礎(chǔ)上，為了提升易用性、降低使用門檻、提升使用效率，平臺(tái)對(duì)界面設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)進(jìn)行充分優(yōu)化，提升平臺(tái)使用的便利性。平臺(tái)主要從分析對(duì)象選擇、分析設(shè)置、工具箱三個(gè)角度體現(xiàn)使用便利化原則。

（1）靈活多樣的目標(biāo)區(qū)域選擇方式。OD 分析目標(biāo)區(qū)域是指平臺(tái)在自定義分析時(shí)所分析的對(duì)象。平臺(tái)對(duì)分析對(duì)象的選取提供了地圖點(diǎn)選、地圖框選、區(qū)域名稱搜索等靈活的選擇方式，提升了平臺(tái)使用的便利性。

（2）所選即所得的分析設(shè)置功能。平臺(tái)包括查詢?cè)O(shè)置和可視化設(shè)置兩種設(shè)置功能，均通過(guò)自動(dòng)化手段進(jìn)行了合理精簡(jiǎn)，使用者僅需簡(jiǎn)單設(shè)置即可得到預(yù)期分析結(jié)果。在運(yùn)量統(tǒng)計(jì)方面提供了到達(dá)、發(fā)送、總到發(fā)、凈到發(fā)等常見分析項(xiàng)；在可視化設(shè)置方面提供了豐富的配色預(yù)設(shè)、端點(diǎn)大小、期望線粗細(xì)調(diào)整等功能，且均可在地圖可視化中即時(shí)生效。

（3）豐富快捷的工具箱功能。平臺(tái)提供了測(cè)距、測(cè)面積、半徑參考圓、圖幅書簽、設(shè)施搜索等小工具。用戶可使用半徑參考圓點(diǎn)擊地圖任意位置生成半徑為200km、400km 至1000km 的同心圓，便于進(jìn)行距離參考；用戶可使用圖幅書簽記錄當(dāng)前地圖位置和縮放等級(jí)。工具箱可在平臺(tái)各個(gè)功能下使用，有效提升了日常OD 分析的便利性。

2.2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

2.2.1 總體功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)的總體功能由分析設(shè)定組件、地圖可視化組件、統(tǒng)計(jì)圖表組件三大組件構(gòu)成。其中，分析設(shè)定組件作為輸入端、控制端，由用戶輸入分析需求。地圖可視化組件和統(tǒng)計(jì)圖表組件為輸出端，輸出分析結(jié)果。在分析設(shè)定組件中，用戶可對(duì)分析時(shí)間、分析空間粒度、分析客貨品類、分析模式進(jìn)行靈活便捷的設(shè)定；平臺(tái)根據(jù)分析設(shè)定的需求，從鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢數(shù)據(jù)結(jié)果，并傳輸給輸出端；地圖可視化組件將使用OD 查詢結(jié)果和配套的背景數(shù)據(jù)共同生成地圖可視化結(jié)果；與此同時(shí)，統(tǒng)計(jì)圖表組件將生成相應(yīng)的結(jié)果。

2.2.2 界面與交互設(shè)計(jì)

平臺(tái)采用清晰的分區(qū)界面設(shè)計(jì)保障了平臺(tái)的易用性和高效性。平臺(tái)總體界面包含上、下、左、右、中五部分。左面板為一級(jí)模塊選擇面板；右面板為分析設(shè)定面板；上面板為工具箱；下面板為統(tǒng)計(jì)圖表面板；中央最大面板為地圖可視化面板。其中，右側(cè)面板功能最為豐富，又包含上中下三個(gè)子面板：上部為分析粒度選擇面板，中部為自定義分析選擇集操作面板，下部為詳細(xì)設(shè)置面板。

3 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)效果

3.1 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

3.1.1 選擇功能

為提供靈活的分析與可視化手段，平臺(tái)提供靈活的時(shí)間選擇、分析單元選擇、客貨品類選擇功能。時(shí)間選擇可以對(duì)各個(gè)涉及時(shí)間范圍的功能產(chǎn)生影響。粒度選擇功能包含地理區(qū)域粒度和鐵路專用粒度兩類。地理區(qū)域粒度包含縣區(qū)級(jí)、地市級(jí)、省（自治區(qū)）級(jí)、城市群級(jí)、地區(qū)級(jí)五種粒度。例如，選定地市級(jí)粒度，則OD 分析結(jié)果將以地市為單位集計(jì)統(tǒng)計(jì)。鐵路專用粒度包含鐵路小區(qū)、鐵路站點(diǎn)、鐵路線段、鐵路線四種粒度，其中鐵路小區(qū)和鐵路站點(diǎn)可用于鐵路OD分析平臺(tái)。品類選擇包括三級(jí)品類：一級(jí)品類為頂層品類，包含客運(yùn)、貨運(yùn)、行包三種類別；二級(jí)品類是對(duì)一級(jí)品類的展開，客運(yùn)包含G、D、C、普車四種客運(yùn)列車品類，貨運(yùn)包括食品、農(nóng)業(yè)、能源、材料、礦石、集裝箱、其他七種品類；三級(jí)品類是對(duì)二級(jí)品類的進(jìn)一步展開，如貨運(yùn)—材料品類進(jìn)一步包含鋼鐵、水泥、木材、礦建材料四種品類。

3.1.2 OD 分析可視化功能

平臺(tái)提供了端點(diǎn)、期望線、區(qū)域面三類可視化效果，為專業(yè)人員提供了充分、靈活、易用的OD 分析出圖業(yè)務(wù)支撐。三類可視化效果以圖層形式組織，圖層可獨(dú)立開關(guān)，每類可視化提供具體設(shè)置項(xiàng)。

端點(diǎn)可視化包含運(yùn)量、凈運(yùn)量、結(jié)構(gòu)構(gòu)成三種模式。其中，運(yùn)量模式提供了發(fā)送量、到達(dá)量、總到發(fā)量三種子模式，以氣泡形式渲染；凈運(yùn)量為發(fā)送量與到達(dá)量的差值，主要用于體現(xiàn)貨運(yùn)品類的凈流入、流出情況，以雙色氣泡形式渲染；結(jié)構(gòu)構(gòu)成模式包含發(fā)送構(gòu)成、到達(dá)構(gòu)成兩種模式，主要用于分析呈現(xiàn)各級(jí)品類的構(gòu)成情況，以餅圖形式渲染。

期望線渲染模式包含發(fā)送模式、到達(dá)模式、雙向三種子模式。期望線以弧線形式根據(jù)右手規(guī)則嚴(yán)謹(jǐn)表達(dá)流向——從運(yùn)輸?shù)钠瘘c(diǎn)觀察終點(diǎn)，期望線位于右手邊。期望線支持彩色、單色渲染，同時(shí)支持粗細(xì)渲染，顏色和粗細(xì)隨交流量大小自動(dòng)變化。

區(qū)域面渲染與氣泡渲染所使用的數(shù)據(jù)一致，主要用于突出運(yùn)量差異性，彌補(bǔ)僅憑端點(diǎn)氣泡大小區(qū)分度不直觀的缺陷。區(qū)域面渲染支持不同色帶的選擇，如紅、黃、綠、藍(lán)色帶，紫、藍(lán)、綠、黃色帶等彩色色帶和單色色帶。

3.1.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能

為便于使用者下載數(shù)據(jù)進(jìn)行文本編制或進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，平臺(tái)提供了快捷的數(shù)據(jù)“一鍵導(dǎo)出”功能。數(shù)據(jù)導(dǎo)出將遵循分析控制組件設(shè)定的條件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，并將結(jié)果以Excel 格式下載至本地。數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和定制表格數(shù)據(jù)導(dǎo)出兩種模式。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)出提供按選定粒度集計(jì)和原始OD 數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，如選定上海市（發(fā)送）對(duì)外省級(jí)OD 分析，則可導(dǎo)出上海至各省的發(fā)送量和相對(duì)應(yīng)的原始OD 數(shù)據(jù)。定制表格數(shù)據(jù)導(dǎo)出是指按照規(guī)劃方案編制技術(shù)規(guī)程要求，導(dǎo)出的特定格式OD 數(shù)據(jù)表格，以規(guī)定的矩陣形式組織OD 數(shù)據(jù)，并在鑲邊行進(jìn)行自動(dòng)集計(jì)統(tǒng)計(jì)。

3.2 應(yīng)用效果

平臺(tái)開發(fā)定位為生產(chǎn)力專業(yè)工具，故對(duì)日常工作的效率提升可直接體現(xiàn)應(yīng)用效果。平臺(tái)內(nèi)測(cè)版現(xiàn)已投入使用，根據(jù)來(lái)自兩家大型規(guī)劃單位的兩個(gè)業(yè)務(wù)部門的日常使用反饋，相比于使用SQL、Excel、ArcGIS等工具而言，以處理“特定年份自選某一地市至全國(guó)各省特定多種貨品的運(yùn)量”為例，應(yīng)用平臺(tái)使OD 數(shù)據(jù)處理、查詢平均時(shí)間從18min 縮短至2min；基于桌面GIS 軟件的OD 標(biāo)準(zhǔn)化出圖（含數(shù)據(jù)處理、查詢）的平均時(shí)間從34min 縮短至4min；總體平均時(shí)耗減少約90%。

由此可見，平臺(tái)可顯著提升鐵路OD 分析工作的效率，有效減少數(shù)據(jù)處理、查詢和出圖時(shí)間，使專業(yè)規(guī)劃人員可以將更多的時(shí)間和精力投入規(guī)劃方案的編制，提升了生產(chǎn)力，達(dá)到了平臺(tái)預(yù)期的建設(shè)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合“鐵路OD 大數(shù)據(jù)分析和可視化平臺(tái)”的實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提出了鐵路大數(shù)據(jù)分析工具開發(fā)應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)化、便利化原則，從數(shù)據(jù)組織、總體設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)方面介紹了鐵路OD 分析和可視化工具的構(gòu)建方法，并基于用戶的實(shí)際使用體驗(yàn)對(duì)平臺(tái)的落地應(yīng)用效果進(jìn)行了客觀評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明：平臺(tái)可作為生產(chǎn)力工具，有效提升日常鐵路OD 分析工作的效率，使鐵路客貨OD 數(shù)據(jù)分析工作時(shí)耗相較以往手工處理減少約90%。所研究?jī)?nèi)容對(duì)鐵路規(guī)劃領(lǐng)域信息化系統(tǒng)的開發(fā)具有一定參考意義，對(duì)我國(guó)鐵路規(guī)劃領(lǐng)域的數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。