本發(fā)明在于解決如何獲取居民公交出行數(shù)據(jù)以便采取措施應(yīng)對不斷增長的公交需求的問題，通過對公交IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，挖掘了居民公交出行的時空特征，線路乘坐特征以及乘車行為特征，基于乘客的特征上車站點(diǎn)和公交IC卡數(shù)據(jù)生成居民公交出行OD矩陣。

本發(fā)明可用于判斷IC卡數(shù)據(jù)中乘客的上下車站點(diǎn)，不僅可以用于推導(dǎo)居民出行OD矩陣，還可作為其他公交數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，本發(fā)明將實(shí)驗(yàn)生成的公交出行OD矩陣映射為車輛出行OD矩陣，應(yīng)用于微觀交通仿真系統(tǒng)的實(shí)例中，得到了更加真實(shí)的仿真結(jié)果。

背景技術(shù)：

目前的公共交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集主要依靠人工抽樣調(diào)查的方法。不僅調(diào)查內(nèi)容繁多，而且組織困難，也會耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。人工調(diào)查采集數(shù)據(jù)不僅費(fèi)時費(fèi)力，也難以保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，無法為公交規(guī)劃和運(yùn)營決策提供有效幫助，需要使用更先進(jìn)的信息采集和分析手段。城市公交一卡通(又稱公交IC卡)的出現(xiàn)，為城市公交數(shù)據(jù)的采集提供有效的手段。與人工采集數(shù)據(jù)的方法相比，公交IC卡能夠在乘客上車刷卡的同時完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，減少了調(diào)查人員的工作量及調(diào)查開支。

公交IC卡又稱公交智能卡，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的許多城市中，稱為公交消費(fèi)交易的一種趨勢。它不僅能夠方便乘客乘車付費(fèi)，也能夠用于城市公交客流的調(diào)查中。IC卡具有存儲信息量大，技術(shù)簡單，系統(tǒng)成熟的特點(diǎn)。IC卡信息中包含了乘客的IC卡卡號、乘坐線路、乘坐車輛號、上下車時間等數(shù)據(jù)，不同IC卡存儲的信息應(yīng)公交系統(tǒng)的要求而定，不一定包含完整的乘客乘車信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，可以得到相關(guān)的客流信息，如線路高峰時段的客流、站點(diǎn)的客流以及斷面客流等，也可以獲取公交乘客出行的基本信息。

公交IC卡系統(tǒng)主要由車載收費(fèi)機(jī)、IC卡信息數(shù)據(jù)采集機(jī)、客運(yùn)公司IC卡管理中心、IC卡發(fā)行管理中心組成。其中，IC卡發(fā)行管理中心又包括硬件設(shè)備、財(cái)務(wù)結(jié)算以及軟件系統(tǒng)等部分。公交車輛經(jīng)過一天的運(yùn)營之后，工作人員采集車載收費(fèi)機(jī)中的交易記錄，隨后通過數(shù)據(jù)采集中心上傳至IC卡管理中心。IC卡管理中心通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲取車載收費(fèi)機(jī)的當(dāng)天交易金額，隨后向每臺車載收費(fèi)機(jī)傳達(dá)禁止交易清單，讓禁止交易清單保持最新。

居民公交出行OD矩陣包含了居民日常公交出行的起點(diǎn)和公交出行的終點(diǎn)及出行時間，基于這些公交基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以推導(dǎo)出居民出行的OD矩陣。一般來來說，當(dāng)居民公交出行時的上下車站點(diǎn)信息完整時，可以完成站點(diǎn)間居民公交出行OD矩陣的推導(dǎo)。

公交IC卡用戶公交出行上車站點(diǎn)推斷方法主要有聚類分析法和GPS定站法兩大類。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，聚類分析理念或聚類分析法逐漸被用于各領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)處理中，國內(nèi)公交IC卡數(shù)據(jù)挖掘便是將其應(yīng)用于公交居民出行上車站點(diǎn)的確定。其基本思路如圖3所示。GPS定站法是指結(jié)合公交行駛過程中的GPS信息對公交IC卡數(shù)據(jù)中的上車站點(diǎn)進(jìn)行推斷。通過匹配公交IC卡刷卡記錄的時間、車輛號、GPS數(shù)據(jù)中車輛到站時間，判斷乘客的上車站點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明以現(xiàn)有成都市公交IC卡數(shù)據(jù)、公交線路站點(diǎn)信息、站點(diǎn)GPS信息為基礎(chǔ)，判斷乘客IC卡刷卡記錄的上下車站點(diǎn)信息，之后推導(dǎo)出城市居民出行OD矩陣信息，并將其用于微觀交通仿真系統(tǒng)中。

(1)有效利用了缺少乘客上下車站點(diǎn)信息的公交IC卡數(shù)據(jù)，完善了公交IC卡刷卡記錄上下車站點(diǎn)的判斷算法。通過對公交IC刷卡上下車站點(diǎn)判斷算法的研究，可以更加準(zhǔn)確地還原乘客的出行軌跡。

城市居民公交出行的乘車行為特征是指乘客在公交站點(diǎn)上車時的行為特征，例如同一站點(diǎn)上車的乘客具有一定的集中性。本文中以車輛號為單位對每日的IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，用單輛公交車的IC卡數(shù)據(jù)中相鄰刷卡記錄的時間間隔描述城市居民公交出行的乘車行為特征。

城市居民公交出行的乘車行為特征的挖掘過程中，公交車輛是最小單位，通過對某輛公交車輛一天的IC卡刷卡記錄的時間進(jìn)行排序就可以得到單輛公交車的乘客乘車的時間軌跡圖，如圖4所示。

(2)基于公交IC卡數(shù)據(jù)及線路站點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)推導(dǎo)居民公交出行OD矩陣，豐富了出行OD矩陣推導(dǎo)理論及方法，能夠更加科學(xué)地獲取居民公交出行OD矩陣信息。

首先，基于乘客的歷史乘坐線路生成特征上車站點(diǎn)集。然后，利用特征上車站點(diǎn)集及城市居民公交出行的特征判斷IC卡數(shù)據(jù)的上下車站點(diǎn)。最后，基于已確定上下車站點(diǎn)的IC卡數(shù)據(jù)生成居民出行OD矩陣。

(3)將居民公交出行OD矩陣作為微觀交通仿真系統(tǒng)中車輛OD矩陣的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使得城市交通仿真更加真實(shí)性，能夠更好的模擬城市交通的運(yùn)行情況。

Oracle用于存儲公交IC卡數(shù)據(jù)，PL/SQL Developer是Oracle數(shù)據(jù)庫的可視化命令執(zhí)行工具，Eclipse用于編寫OD矩陣生成過程中各模塊代碼，MTSS又被稱為微觀交通仿真系統(tǒng)，用于加載車輛OD矩陣進(jìn)行仿真。

附圖說明

圖1公交IC卡系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)

圖2公交IC卡數(shù)據(jù)采集流程

圖3層次聚類過程圖

圖4公交車輛的乘客上車時間軌跡圖

圖5基于IC卡數(shù)據(jù)的OD矩陣推導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

圖6 MTSS系統(tǒng)架構(gòu)

圖7仿真過程實(shí)時展示

具體實(shí)施方式

基于公交IC卡數(shù)據(jù)生成出行OD矩陣的推導(dǎo)過程包括基于單個乘客的歷史乘坐線路生成乘客的特征上車站點(diǎn)，判斷具有特征上車站點(diǎn)乘客的IC卡刷卡記錄的上車站點(diǎn)，判斷每趟公交車輛的行駛方向，基于城市居民公交出行的乘車行為特征判斷乘客的上車站點(diǎn)，基于城市居民公交出行的回路特征判斷乘客的下車站點(diǎn)。最后，基于已判斷上下車站點(diǎn)的公交IC卡數(shù)據(jù)生成出行OD矩陣，基于IC卡數(shù)據(jù)的OD矩陣推導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

首先，針對參考數(shù)據(jù)集的時段性，規(guī)定算法中只有此時段內(nèi)的IC數(shù)據(jù)記錄可以根據(jù)參考數(shù)據(jù)集進(jìn)行上車站點(diǎn)標(biāo)記，否則不還原該條記錄。其次，針對無法在參考數(shù)據(jù)集中找到上車站點(diǎn)的乘車記錄，采用上車時間間隔推斷方法進(jìn)行站點(diǎn)標(biāo)記。由城市居民公交出行的乘車行為特征可知，同一站相鄰乘客的刷卡時間間隔與不同站點(diǎn)上車乘客的刷卡時間間隔具有一定的規(guī)律性。同一站上車的相鄰乘客刷卡時間間隔很短，時間閾值為一分鐘；而不同公交站點(diǎn)之間的乘客刷卡時間間隔由車輛在相鄰公交站點(diǎn)的行駛時間決定的。

城市居民公交出行OD矩陣是指通過統(tǒng)計(jì)公交乘客出行上車站點(diǎn)和下車站點(diǎn)而得出的公交站間OD矩陣。已判斷上下車站點(diǎn)的IC卡數(shù)據(jù)中不僅包含有乘客出行的上下車站點(diǎn)信息，還包含了乘客乘車出行的時間信息。通過對已判斷上下車站點(diǎn)的IC卡數(shù)據(jù)的分時段統(tǒng)計(jì)，可以觀察出不同時段的居民出行模式，為城市交通規(guī)劃及決策提供幫助。常見的出行OD矩陣表達(dá)形式有兩種，一種是矩陣形式，一種是三列式形式。矩陣形式適用于公交站點(diǎn)相對較少的情況，而三列式形式適用于公交站點(diǎn)相對較多的情況。

接下來將生成的居民出行OD矩陣映射為車輛OD矩陣，并應(yīng)用于微觀交通仿真系統(tǒng)中，模擬城市交通運(yùn)行狀況；通過與原有的車輛OD矩陣仿真結(jié)果對比，驗(yàn)證居民出行OD矩陣帶來的仿真結(jié)果更加符合真實(shí)交通狀況。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，我們進(jìn)行了微觀交通仿真系統(tǒng)(MTSS)的研發(fā)，其架構(gòu)如圖7所示。微觀交通仿真系統(tǒng)不僅能夠?yàn)槌鞘新肪W(wǎng)規(guī)劃提供有效性驗(yàn)證，而且可以通過仿真現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)分析和預(yù)測交通網(wǎng)絡(luò)何時何地可能出現(xiàn)的交通擁堵。