基于公交專用道的準(zhǔn)點到站預(yù)測方法

李文鋒，楊 旭，林艷玲，游建泳，程 遠

(1．廈門衛(wèi)星定位應(yīng)用股份有限公司，福建 廈門 361000；2．長春公交(集團)有限責(zé)任公司，吉林 長春 130000)

公交車受路況、車流、紅綠燈等多種因素影響，很難像高鐵一樣按時到開，這就給乘客候車造成了困擾，經(jīng)常出現(xiàn)公交車“等半天不來，一來好幾輛”的情況，乘客的候車成本較高。如果公交車能夠像高鐵一樣每個站點都有時刻表并按時刻表準(zhǔn)時到站，乘客就可按點候車，大大減少了乘客的候車成本，提高公交的便捷性。

日本的公交很早就配備了先進的公交車優(yōu)先系統(tǒng)，公交車配備智能聯(lián)網(wǎng)裝置，通過與交通信號燈系統(tǒng)的交互，保證公交擁有優(yōu)先行駛權(quán)，幾乎做到了公交車完全準(zhǔn)點。國內(nèi)成都、濟南、武漢等城市已試點準(zhǔn)點公交，并開通了數(shù)條準(zhǔn)點公交線路，準(zhǔn)點誤差控制在1 min以內(nèi)。國內(nèi)對準(zhǔn)點公交課題也有了一定研究，別一鳴[1]等提出的城市公交線路時間控制點選擇算法是基于歷史公交GPS數(shù)據(jù)，在公交運行途中設(shè)置時間控制點，華雪東[2]等提出了基于數(shù)據(jù)融合的公交到站時間組合預(yù)測模型。

對于準(zhǔn)點公交的運營，不僅依賴于準(zhǔn)確的GPS定位，更依賴于歷史數(shù)據(jù)的計算分析，通過歷史數(shù)據(jù)挖掘公交車輛行駛特征與行駛時長的穩(wěn)定性?？茖W(xué)地制定公交站點準(zhǔn)點到站時間，加上公交專用道的開通，大大降低公交車的擁堵程度，為公交準(zhǔn)點到站提供了決定性條件。本文基于海量的GPS定位數(shù)據(jù)，在公交專用道開通的背景下，提出了公交準(zhǔn)點到站的時間預(yù)測方法與公交到站時間可靠度評估方法，有助于實現(xiàn)公交“定點發(fā)車，準(zhǔn)時到站”的目標(biāo)。

1 原始數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

1.1 原始數(shù)據(jù)采集

原始數(shù)據(jù)主要有海量公交車GPS定位數(shù)據(jù)、營運趟次數(shù)據(jù)、站點信息表及線路信息表。

1.1.1 公交車GPS數(shù)據(jù)

GPS數(shù)據(jù)來源于公交車臺上報的實時定位數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)記錄了車輛的運行軌跡，主要字段包括終端號、GPS時間、進出站類型、線路編號、站點序號、上下行、經(jīng)度、緯度等，具體如表1所示。

表1 公交車GPS數(shù)據(jù)

1.1.2 營運趟次數(shù)據(jù)

營運趟次信息來源于公交調(diào)度系統(tǒng)，從車輛營運調(diào)度過程中產(chǎn)生，包括設(shè)備ID、司機編號、起始站點ID、進入起始站時間、離開起始站時間、終點站ID、線路ID、班次號、行車方向、準(zhǔn)點參數(shù)、原始發(fā)車時間，如表2所示。

表2 營運趟次數(shù)據(jù)

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為更好地提高數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，必須將采集來的數(shù)據(jù)進行清洗，矯正異常數(shù)據(jù)。GPS軌跡會出現(xiàn)設(shè)備信號不穩(wěn)定而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的情況，需要將丟失的數(shù)據(jù)重新補傳。GPS軌跡會發(fā)生漂移現(xiàn)象，需要結(jié)合GIS地圖數(shù)據(jù)糾偏。營運趟次數(shù)據(jù)會因接口不穩(wěn)定導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，需要經(jīng)過業(yè)務(wù)員的補錄與審核，數(shù)據(jù)清洗預(yù)處理后再錄入正式數(shù)據(jù)庫。

2 公交準(zhǔn)點到站時間預(yù)測

2.1 斷面運行時長計算

要預(yù)測公交到站時間，首先需要獲取到準(zhǔn)確的公交運行時長，而公交運行時長在不同路段、不同時間內(nèi)是不一樣的，需要分類處理。本文將公交線路劃分為若干個斷面，將時間劃分為若干個細分時段，依次計算每個斷面、每個不同時段內(nèi)的公交車輛運行時長。

第一步：獲取至少三個月的公交專用道途經(jīng)線路的公交GPS軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)日期特征分類，分為周一、周二、周三、周四、周五、周六、周日七個類別，每個類別的數(shù)據(jù)都有不同的特征，需要分別計算。

第二步：將七個類別的數(shù)據(jù)再分組，每15 min分為一組，例如：00：00—00：15為一組，00：15—00：30為一組，依此類推。

第三步：以組為單位，獲取每條線路、每個相鄰站間的車輛到離站信息，計算組內(nèi)站間的運行時長，站間運行時長=后一站到站時間-前一站離站時間。

第四步：將每個小組內(nèi)相同線路、相同斷面的站間運行時長求平均，獲得每條線路不同時間段內(nèi)的站間運行時長。

本文提出了公交運行時長可靠指數(shù)的概念，是指在某一特定時段內(nèi)某一特定路段中，公交車輛運行時長方差的倒數(shù)，公交運行時長可靠指數(shù)越高，代表該線路公交車輛運行速度越穩(wěn)定，到站準(zhǔn)點的概率就越大。如表3所示，在不同時段里，“蓮坂外圖書城-綠家園小區(qū)”的平均運行時長更穩(wěn)定，據(jù)其計算出的運行時長可靠指數(shù)更高，則由到站預(yù)測方法得出的班次時間表準(zhǔn)點率也較高。

基于以上所述，公交調(diào)度人員可提醒司機在“蓮前-蓮坂外圖書城”路段中要注意控制車速，以提高公交到站的準(zhǔn)點率。

2.2 站內(nèi)?？繒r長計算

除了車輛的站間運行時長，還應(yīng)獲取準(zhǔn)確的車輛站間?？繒r長，這樣才能減少車輛的到站時間累加計算誤差。車輛?？繒r長在不同的日期類別與不同時間段內(nèi)，由于客流量的不同，會有不同的區(qū)別，因此，本文提出的計算方法是分日期類別與時間段來計算站內(nèi)?？繒r長。

第1步：獲取至少三個月的公交專用道途經(jīng)線路公交GPS軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)日期特征分類，分為周一、周二、周三、周四、周五、周六、周日七個類別，每個類別的數(shù)據(jù)都有不同特征，需要分別計算。

第2步：將七個類別的數(shù)據(jù)再進行分組，每15 min分為一組，例如：00:00～00:15一組，00:15—00:30一組，依此類推。

第3步：以組為單位，獲取每條線路、每個站點的車輛到離站信息，計算組內(nèi)站點的站內(nèi)停靠時長，站內(nèi)?？繒r長=離站時間-到站時間。

第4步：將每個小組內(nèi)相同線路、相同站點的站內(nèi)?？繒r長求平均，獲得每條線路不同時間段內(nèi)的站內(nèi)停靠時長。

計算結(jié)果如表4所示。

表3 公交線路斷面運行時長參數(shù)表

表4 公交線路站內(nèi)?？繒r長參數(shù)表

2.3 到站時間計算

計算好斷面運行時長與站內(nèi)?？繒r長后，便可用累加法計算每條線路的到站時間。

第1步：獲取線路排班數(shù)據(jù)，得到每條線路的首站發(fā)車時間。

第2步：從線路的首站開始，對每個站點都判斷到站時間與離站時間所在的時段區(qū)間，獲取對應(yīng)時段的斷面運行時長與站內(nèi)?？繒r長，從第一站開始進行累加，直到最后一站，得到每個站點的到站時間與離站時間，匯總每個班次的到站時間表，從而實現(xiàn)公交到站預(yù)測。

示例：周一某班次，“蓮前”公交站的到站時間為08:37:00，按表3、表4所得，運行時長為3 min，?？繒r長為0.5 min，則可預(yù)測出下一站“蓮坂外圖書城”站到站時間為08:40:30。

3 公交準(zhǔn)點率統(tǒng)計

3.1 準(zhǔn)點區(qū)間設(shè)定

考慮到公交車很難把準(zhǔn)點精確到秒，結(jié)合實際情況，本文認(rèn)為準(zhǔn)點不應(yīng)該是一個點，而是一個區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)到站的都應(yīng)認(rèn)為是準(zhǔn)點，所以可設(shè)置公交1 min內(nèi)早到或1 min內(nèi)晚到都為準(zhǔn)點。由于不同線路不同站點的情況不相同，也應(yīng)該對線路與站點的準(zhǔn)點區(qū)間進行個性化設(shè)置。

3.2 準(zhǔn)點率統(tǒng)計

為評估公交的準(zhǔn)點到站情況及本文提出的到站預(yù)測方法的可靠性，在此提出準(zhǔn)點率的計算方法。

第1步：根據(jù)本文提出的到站時間預(yù)測方法，預(yù)測某線路各班次的到站時間表，同時收集該線路班次中各站點的實際到站時間。

第2步：遍歷每個班次每個站點，將實際到站時間與預(yù)測的到站時間進行比對，判斷實際到站時間是否落在預(yù)測時間的準(zhǔn)點區(qū)間內(nèi)，如果在區(qū)間內(nèi)，則判斷為準(zhǔn)點，否則為非準(zhǔn)點。

第3步：通過第二步所收集的準(zhǔn)點數(shù)據(jù)計算準(zhǔn)點率。準(zhǔn)點率=準(zhǔn)點班次數(shù)/班次總數(shù)。

本文所提公交到站時間預(yù)測方法，旨在預(yù)測公交車輛的定點到站時間，通過采集實際到站時間數(shù)據(jù)，根據(jù)以上所述三個步驟進行的準(zhǔn)點率統(tǒng)計，便可校驗該方法的可靠性。

4 結(jié) 語

本文基于公交GPS軌跡數(shù)據(jù)，在公交專用道設(shè)立的背景下，提出了公交車輛準(zhǔn)點到站時間的預(yù)測方法，并提出了公交準(zhǔn)點到站可靠程度的評價體系，不僅能夠根據(jù)排班準(zhǔn)確計算每一班次的公交車輛到站時間表，而且能夠在實際運營當(dāng)中，評價公交準(zhǔn)點到站的可靠程度，對于可靠程度較低的線路，可采取諸如司機提醒控速的方法提高公交準(zhǔn)點率。本文通過日期分類與時間分割方法，從歷史數(shù)據(jù)計算車輛平均運行時長，從而計算對應(yīng)時段內(nèi)的公交到站時間，能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測公交準(zhǔn)點到站時間，減少誤差。