新型居民交通出行調(diào)查輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄔 嵐，陳 婷，鄭 藝，朱亞運(yùn)，周 濤，潘 浩

(1.南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，南京210037;2.東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096)

居民出行調(diào)查 (簡稱OD調(diào)查)是進(jìn)行城市綜合交通規(guī)劃中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。傳統(tǒng)的調(diào)查方法主要采用家訪調(diào)查法，調(diào)查需要多部門協(xié)同完成，除了制表，人工培訓(xùn)，試驗(yàn)調(diào)查和大規(guī)模入戶調(diào)查外，收集回來的數(shù)據(jù)表格數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)表格需要人工輸入，工作量巨大，枯燥繁瑣，調(diào)查成本高。所得數(shù)據(jù)是由被調(diào)查者回憶式完成，誤差較大;公眾的配合程度不一，通常選周三為調(diào)查日，對(duì)于周末出行等情況反映不夠全面。OD調(diào)查一般每5a需重新調(diào)查一次，目前很多城市都達(dá)不到。利用現(xiàn)在的高新技術(shù)改善居民出行調(diào)查工作顯得尤為必要。國內(nèi)外興起許多以定位技術(shù)和移動(dòng)電子設(shè)備為主的新型調(diào)查方法，相較于以前的方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)信息量大，效率高、節(jié)省成本。

20世紀(jì)90年代中期，GPS設(shè)備第一次被引進(jìn)交通調(diào)查領(lǐng)域來考查個(gè)人的出行問題，設(shè)備不能方便攜帶，也沒有配置內(nèi)存來存儲(chǔ)軌跡。2001年Wolf［1］提出并證明了 GPS調(diào)查可減少漏報(bào)情況。2006年日本對(duì)基于GPS的手機(jī)調(diào)查進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)［2］，但未形成實(shí)際軟件，也未與GIS結(jié)合進(jìn)行居民出行基本指標(biāo)的判定。2007年，Jianhe［3］創(chuàng)新性的提出了一種將GPS數(shù)據(jù)、GIS和網(wǎng)頁調(diào)查結(jié)合起來的出行調(diào)查方法，著重于出行方式和出行目的的檢測(cè)和識(shí)別。此方法應(yīng)用于荷蘭出行調(diào)查中［4］，并證明了基于GPS的方法能獲得可靠的多日調(diào)查數(shù)據(jù)。但要求用戶在指定日期出行時(shí)隨身攜帶GPS手持設(shè)備，并發(fā)放流水日記，直到調(diào)查過程結(jié)束后再一并收回問卷和設(shè)備，而且整理數(shù)據(jù)時(shí)，還需要將設(shè)備和問卷一一對(duì)應(yīng)編號(hào)，實(shí)際上仍然增大了工作量。

2007 年，楊飛［5］、黃美靈［6］等人的研究提出基于GSM無線通信系統(tǒng)下，手機(jī)在通信網(wǎng)絡(luò)中位置區(qū)的變化間接地反映了手機(jī)用戶在路網(wǎng)中位置的變化，通過建立通信網(wǎng)絡(luò)中位置區(qū)與路網(wǎng)劃分的交通小區(qū)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將位置區(qū)變化信息映射到交通小區(qū)，從而獲取相應(yīng)的OD數(shù)據(jù)。該技術(shù)數(shù)據(jù)采集過程完全依賴于GSM的定位功能，沒有用戶的直接參與，而只能獲得出行時(shí)間、距離、出發(fā)地和目的地的數(shù)據(jù)，至于用戶的出行方式、出行目的及個(gè)人信息無從得知，調(diào)查結(jié)果不全面，且GSM定位的精度有限，而且精度因通信基站密度不同有較大變化，因此僅適于較為粗糙的調(diào)查小區(qū)，并且受限于城市中心范圍。2007年，李洪武［7］等將GIS技術(shù)應(yīng)用于大型活動(dòng)交通管理中，開發(fā)了基于GIS技術(shù)的大型活動(dòng)交通管理模擬信息系統(tǒng)，在很大程度上提高了交通組織管理的科學(xué)性和效率。2010年，張治華［8］依靠GPS數(shù)據(jù)的時(shí)空特征，獲得對(duì)常規(guī)出行信息的有效提取方法，包括GPS數(shù)據(jù)過濾、行程識(shí)別、方式判別和目的檢測(cè)的方法，并開發(fā)軟件通過小量的樣本進(jìn)行了實(shí)際檢驗(yàn)，但并未應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上。張博［9］在其博士論文中利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，對(duì)出行方式的特征進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了路徑匹配和出行方式模糊識(shí)別的方法。2010年，張兵［10］等構(gòu)建了建基于GIS的交通信息發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，蘆方強(qiáng)［11］等研究了基于公交OD數(shù)據(jù)的居民公交出行特征研究。2011年廣東佛山設(shè)計(jì)出了基于GSM和GPS的調(diào)查軟件，但是軟件界面復(fù)雜，操作較繁瑣，不利于推廣，且未對(duì)出行目的進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)思路

OD調(diào)查系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則主要是對(duì)用戶端的手機(jī)軟件操作要簡單易行，對(duì)數(shù)據(jù)合理分析要能得出出行方式、出行目的及出行量。

系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，第一模塊是移動(dòng)設(shè)備上的客戶端軟件開發(fā)，第二模塊分析處理服務(wù)端是進(jìn)行用戶出行信息的接收儲(chǔ)存以及數(shù)據(jù)分析。

在移動(dòng)設(shè)備上開發(fā)的居民出行調(diào)查軟件 (簡稱ODAS軟件)?；贏ndroid系統(tǒng)用Java語言開發(fā)完成，用戶下載ODAS軟件時(shí)填寫注冊(cè)信息，然后在手機(jī)上安裝運(yùn)行軟件，此后不需要用戶再進(jìn)行任何其他操作，移動(dòng)設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)信息到MYSQL數(shù)據(jù)庫中，結(jié)合GIS工具，將道路網(wǎng)、公交線網(wǎng)、建筑物屬性、用地屬性輸入GIS中，進(jìn)行起訖點(diǎn)判斷以及出行目的的判斷，通過平均速度、瞬時(shí)速度和停留時(shí)間以及出行路徑與公交線網(wǎng)比對(duì)判斷出行方式，最后獲得出行量分布。

用戶安裝運(yùn)行軟件后，移動(dòng)設(shè)備將每30s(時(shí)間間隔可自由設(shè)置，例如可以設(shè)置成15s，或1min)錄入位置等信息數(shù)據(jù)到基礎(chǔ)信息庫，如圖1所示。

圖1中第一列信息為日期時(shí)間，第二、三列為經(jīng)度緯度，第四列為30s的出行距離，第五列為30s的平均速度，在全天24 h的2880條反饋信息中每條信息中的速度值可以近似看做是出行的瞬時(shí)速度。

在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，反饋的數(shù)據(jù)會(huì)有個(gè)別時(shí)間段的位置信息沒有記錄，數(shù)據(jù)丟失，但時(shí)間長度不超過數(shù)分鐘，系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行檢查糾錯(cuò)，采取與相鄰信息的近似處理。

GIS信息庫和數(shù)據(jù)分析均由操作人員后臺(tái)處理，GIS地圖需為帶經(jīng)緯度的矢量圖，根據(jù)用地圖標(biāo)注用地屬性，根據(jù)小區(qū)劃分圖在GIS地圖上確定小區(qū)位置，路網(wǎng)、公交線網(wǎng)根據(jù)需求定期更新。

2 數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

由于ODAS軟件在用戶手機(jī)中安裝運(yùn)行后不需再進(jìn)行其他操作，因此對(duì)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

(1)對(duì)初始出行起點(diǎn)的判定。判定原則:出行距離大于300m且經(jīng)過城市道路作為開始出行的O點(diǎn)。

圖1 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫格式Fig.1 Format of basic information data

在一天的出行數(shù)據(jù)中，找出連續(xù)30 min速度小于1.2 m/s的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分組編號(hào)。每組里面對(duì)基礎(chǔ)信息庫中每10條信息的出行距離累加，如果出行距離大于300 m，且出行軌跡與道路網(wǎng)重疊，表明出行利用了城市道路網(wǎng)，則表示開始出行。取第一條信息的位置點(diǎn)為出行起點(diǎn)，對(duì)應(yīng)到GIS圖中得到O點(diǎn)小區(qū)編碼。

(2)對(duì)一次出行的終點(diǎn)的判定。判定原則:每30 s的平均速度小于1.2 m/s，停留時(shí)間大于30 min，移動(dòng)范圍半徑小于300 m。

對(duì)基礎(chǔ)信息庫中每60條信息的出行距離累加，即為30min的用戶出行距離，并計(jì)算30 min的出行平均速度。如果出行距離小于300m，平均速度小于或等于1.2m/s，則取這60條信息中的第一條信息的位置點(diǎn)為此次出行的終點(diǎn)，對(duì)應(yīng)到GIS圖中得到D點(diǎn)小區(qū)編碼。

圖2 速度分析圖Fig.2 Velocity distribution analysis

第二次出行的O點(diǎn)即為上次出行的D點(diǎn)，第二次出行的D點(diǎn)仍然按照上述方法得出，以此類推，可以得出一天中每個(gè)用戶的出行次數(shù)和每次出行的起訖點(diǎn)。

(3)對(duì)出行目的的判定。判定原則:GIS中設(shè)置用地屬性及建筑物屬性如商場、醫(yī)院、辦公大樓、居住區(qū)，根據(jù)建筑物屬性和停留時(shí)間判定出行目的。

居民出行數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)庫后，操作人員將每個(gè)出行終點(diǎn)的經(jīng)緯度導(dǎo)入GIS圖里，根據(jù)每個(gè)終點(diǎn)所在建筑物的性質(zhì)及用地屬性，并且結(jié)合居民在終點(diǎn)停留的時(shí)間長度來判斷出行目的。以揚(yáng)州市區(qū)為例:居民從揚(yáng)州大學(xué)出行，到達(dá)目的地?fù)P州市中醫(yī)院，從建筑物性質(zhì)可知，出行目的有兩種可能:上班或者看病。結(jié)合速度分析圖 (如圖2所示)可知，第一次出行D點(diǎn)的時(shí)間在9點(diǎn)鐘左右，第二次出行的O點(diǎn)在下午5點(diǎn)鐘左右，所以第一次出行的目的是去醫(yī)院上班。

(4)對(duì)出行方式的判定。判定原則:采用平均速度為主，結(jié)合瞬時(shí)速度以及與公交線路的重合度判定。居民出行方式根據(jù)速度分析圖中的速度與每種交通方式的速度范圍表 (見表1)對(duì)比，得出出行方式，以出行者從南京林業(yè)大學(xué)到東南大學(xué)為例。

表1 每種出行方式的速度范圍 (km/h)Tab.1 The velocity range of each travel mode(km/h)

如圖3所示，開始10 min的平均速度是5 km/h，可以判定出行方式是步行，停頓數(shù)分鐘后平均速度達(dá)到14 km/h，判定出行方式為自行車出行，中途的停頓為紅燈時(shí)間，最后一段平均速度又變?yōu)?.5 km/h，出行方式為步行。

圖3 自行車速度分析圖Fig.3 The velocity analysis of bicycle

3 操作實(shí)例

以一個(gè)被調(diào)查者騎自行車從南京林業(yè)大學(xué)到東南大學(xué)為例。首先，被調(diào)查居民者下載并安裝軟件到HuaweiC8650手機(jī)，然后啟動(dòng)軟件并填寫個(gè)人信息，如圖4所示。

圖4 ODAS手機(jī)界面(a)login interface;(b)survey running interface Fig.4 ODAS interface.

點(diǎn)擊出行后，手機(jī)界面跳轉(zhuǎn)至地圖頁面，顯示出行者此刻所在位置，此時(shí)被調(diào)查者將手機(jī)保持開機(jī)狀態(tài)即可?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存的經(jīng)緯度信息。此調(diào)查系統(tǒng)的特點(diǎn)概括如下:

(1)手機(jī)軟件操作簡便易行，對(duì)于非專業(yè)基礎(chǔ)人員亦可方便進(jìn)行調(diào)查，易于推廣。

(2)由于軟件本身隨著用戶出行而記錄數(shù)據(jù)，所以記錄的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性。

(3)可以得到一天完整的出行記錄以及工作日和非工作日的出行記錄，保證了數(shù)據(jù)的充足性，同時(shí)無需前期制表和后期的數(shù)據(jù)錄入，大大調(diào)查效率。

(4)如果加以配合手機(jī)流量獎(jiǎng)勵(lì)、手機(jī)話費(fèi)贈(zèng)送等措施，能夠大大提高調(diào)查數(shù)量和調(diào)查的時(shí)間范圍。

(5)由于調(diào)查可以獲得海量的信息數(shù)據(jù)，對(duì)于公交線網(wǎng)的評(píng)價(jià)、交通擁堵節(jié)點(diǎn)的等都能有效分析，同時(shí)系統(tǒng)還可應(yīng)用在出租車合乘的管理上。

以揚(yáng)州市區(qū)為例，首先根據(jù)系統(tǒng)生成的速度時(shí)間圖來進(jìn)行OD點(diǎn)的判斷以及各出行方式的判斷。然后將最終的數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS圖中，根據(jù)地圖上的分區(qū)找到O點(diǎn)和D點(diǎn)所在小區(qū)，錄入OD表，如圖5所示。并且在GIS圖中找出對(duì)應(yīng)的建筑物名稱或者地點(diǎn)名稱 (如圖5所示，見表2)。

圖5 GIS中揚(yáng)州市分區(qū)圖Fig.5 Zone division map of Yangzhou in GIS

根據(jù)建筑物的性質(zhì)、速度時(shí)間圖以及基礎(chǔ)信息進(jìn)行出行目的的判斷。

4 結(jié)論

這項(xiàng)研究中，設(shè)計(jì)出了基于移動(dòng)設(shè)備的OD調(diào)查系統(tǒng)，并應(yīng)用于揚(yáng)州OD調(diào)查。通過反饋的調(diào)查數(shù)據(jù)，確定了出行的起訖點(diǎn)、出行目的和出行方式。

表2 小區(qū)匹配表Tab.2 The corresponding zone number of OD point

ODAS軟件是基于安卓系統(tǒng)的手機(jī)用戶，未來還可以考慮基于塞班、ios等系統(tǒng)的軟件開發(fā)，適用于各種手機(jī)用戶。居民出行調(diào)查在綜合交通規(guī)劃中具有舉足輕重的地位，它的應(yīng)用推廣前景十分廣闊。

［1］ Wolf J，Loechl M，Thompson M and Arce C.Trip rate analysis in GPS-enhanced personal travel surveys［J］.Transport Survey Quality and Innovation，2003，28:483-498.

［2］ Itsubo S，Hato E.A study of the effectiveness of a household travel survey using GPS-equipped cell phones and a WEB diary through a comparative study with a paper based travel survey［A］.85th Annual Meeting of the Transportation Research Board，Washington，D.C.，January，2006.

［3］ Jianhe D，and Lisa A.Increasing the accuracy of trip rate information from passive multi-day GPS travel dataset automatic trip end identification issues［J］.Transportation Research Part A，2007，41(3):220-232.

［4］齊冬梅，鄭加柱.基于Auto CAD的地形圖線型定制［J］.森林工程，2011，27(5):58 －60.

［5］楊 飛.基于手機(jī)定位的交通OD數(shù)據(jù)獲取技術(shù)［J］.系統(tǒng)工程，2007，25(l):42 －48.

［6］黃美靈，陸百川.基于手機(jī)定位的交通OD數(shù)據(jù)獲取技術(shù)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29(1)162 －166.

［7］李洪武，蔡先華，陸 建.GIS技術(shù)在大型活動(dòng)交通管理中的應(yīng)用研究.現(xiàn)代城市研究［J］，2007(2):54－59.

［8］張治華.基于GPS軌跡的出行信息提取研究［D］.上海:華東師范大學(xué)，2010.

［9］張 博.基于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位的OD調(diào)查的出行方式劃分研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2010.

［10］張 兵，鄧 衛(wèi)，姜桂艷.基于GIS的交通信息發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)［J］.武漢理工大學(xué)，2010，34(1)5 －9.

［11］蘆方強(qiáng)，陳學(xué)武，胡曉健.基于公交OD數(shù)據(jù)的居民公交出行特征研究［J］.交通運(yùn)輸工程與信息，2010，8(2)12 －15.