大數(shù)據(jù)在城市軌道交通客流預(yù)測的應(yīng)用

涂小華 張 正

(1.江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330100；2.華東交通大學(xué)研究生部，江西 南昌 330000)

大數(shù)據(jù)在城市軌道交通客流預(yù)測的應(yīng)用

涂小華1張 正2

(1.江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330100；2.華東交通大學(xué)研究生部，江西 南昌 330000)

本文主要介紹大數(shù)據(jù)的概念、特點及大數(shù)據(jù)在軌道交通客流預(yù)測上的應(yīng)用，強調(diào)準確的客流預(yù)測能夠合理配置城市空間布局及充分利用沿線土地開發(fā)并為線路調(diào)度、制定票價提供技術(shù)基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù) 軌道交通 客流預(yù)測

一、大數(shù)據(jù)的概念及特點

對于大數(shù)據(jù)，是指無法在可承受的時間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。由于其所涉及到的資料規(guī)模數(shù)量巨大到無法估計的地步，所以市面上還沒有任何一個主流軟件能夠完美的做到提取、管理并為企業(yè)決策提出依據(jù)的作用；但其背后所隱含的巨大的信息價值一旦經(jīng)過有效的“加工”，就能帶來巨大的數(shù)據(jù)價值。早在1980年，托夫勒在《第三次浪潮》中就曾高瞻遠矚地預(yù)告：如果說IBM的主機拉開了信息化革命的大幕，那么“大數(shù)據(jù)”則是第三次浪潮的華彩樂章[1]。目前，大數(shù)據(jù)的開發(fā)與利用已經(jīng)在醫(yī)療服務(wù)、零售業(yè)、金融業(yè)、制造業(yè)、物流、電信等行業(yè)廣泛展開，并產(chǎn)生了巨大的社會價值和產(chǎn)業(yè)空間。最早提出“大數(shù)據(jù)”時代已經(jīng)到來的機構(gòu)是全球知名咨詢公司麥肯錫。麥肯錫在研究報告中指出，“數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到每一個行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域，逐漸成為重要的生產(chǎn)因素；而人們對于海量數(shù)據(jù)的運用將預(yù)示著新一波生產(chǎn)率增長和消費者盈余浪潮的到來。”由此可見，我們可以斷言，“大數(shù)據(jù)將會成為第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵，誰掌握了大數(shù)據(jù)，誰就掌握了天下?！?/p>

大數(shù)據(jù)的技術(shù)特點有四個層面：

第一，數(shù)據(jù)體量巨大。大型的數(shù)據(jù)集一般為TB級左右，而大數(shù)據(jù)一般是PB級甚至EB級；

第二，數(shù)據(jù)類型繁多。例如網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、圖片、地理位置信息等等；

第三，處理速度快，1秒定律，可從各種類型的數(shù)據(jù)中快速獲得高價值的信息，這一點也是和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有著本質(zhì)的不同；

第四，只要合理利用數(shù)據(jù)并對其進行正確、準確的分析，將會帶來很高的價值回報。

業(yè)界將其歸納為4個“V”——Volume(數(shù)據(jù)體量大)、Variety(數(shù)據(jù)類型繁多)、Velocity(處理速度快)、Value(價值密度低)。

二、城市軌道交通客流預(yù)測

2.1 城市軌道交通發(fā)展概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟高速的增長，城市規(guī)模不斷擴大。城市常住人口數(shù)量逐漸增大，居民出行的數(shù)量和出行強度逐漸增大，同時對出行的要求也越來越高。所以這對城市公共交通系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的公共巴士因為其運能小效率低，不能夠完美的承擔(dān)旅客運輸?shù)娜蝿?wù)。而軌道交通作為一種新型的交通運輸方式以其運量大、快速高效、安全性高、能耗低的優(yōu)勢逐漸成為解決城市道路擁堵的有效途徑。我國在城市軌道交通運輸組織研究中己經(jīng)積累了豐富的理論與方法，方吉祥[2]強調(diào)客流對軌道交通運輸組織的作用，基于傳統(tǒng)的四階段法，提出四階段預(yù)測模型，通過對客流時間以及空間分布的特性，提出不均衡客流條件下運輸組織方案。唐巧梅[3]針對突發(fā)性大客流的情況下城市軌道交通采取的措施進行研究。王玉萍[4]就“區(qū)域+市區(qū)”的概念提出多層次模型分析法，建立了多方式路徑下的劃分和分配組合模型。

2000年之前，全國僅有北京、上海、廣州三個城市擁有軌道交通線路。進入21世紀以來，隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，城市軌道交通也進入大發(fā)展時期?！笆晃濉逼陂g，我國城市軌道交通運營里程保持加速上升趨勢。截止到2012年，我國城市軌道交通累計運營里程達2064公里，其中2012年新增投運里程321公里[5]。其中，上海、北京和廣州位居全國前三甲，運營里程分別為444千米、442千米和221千米。截止到2012年12月31日，我國內(nèi)地已有北京、上海、天津、重慶、廣州、深圳、武漢、南京、沈陽、長春、大連、成都等17個城市累計開通70條城市軌道交通運營線路(含試運營線路)，總運營里程達到2064公里，居世界第一。其中地鐵1726公里，占84%；輕軌267公里，占13%；現(xiàn)代有軌電車41公里，占2%；磁懸浮30公里，占1%。我國的城市軌道交通行業(yè)步入一個跨越式發(fā)展的新階段，中國已經(jīng)成為世界最大的城市軌道交通市場。[6]

2.2 城市軌道交通客流預(yù)測的重要性

軌道交通作為一個運輸工具其核心任務(wù)是運輸旅客，所以“以人為本”逐漸成為核心思想，但是“人”作為系統(tǒng)中最復(fù)雜的因素，因為其變化無規(guī)律性，往往成為研究的主要障礙之一。所以我們引入“客流”的概念，用這一個數(shù)據(jù)的集合來反映問題的本質(zhì)，從而量化并且簡單這種復(fù)雜性。國內(nèi)有許多城市正在興建或者籌建軌道交通，而準確的預(yù)測客流大小能夠有效的幫助政府及有關(guān)單位制定相關(guān)的政策，規(guī)劃合適的線路，從而帶動地區(qū)經(jīng)濟。從技術(shù)角度而言，客流量大小決定了機車車輛的類型、站臺的長度、樓梯扶手的寬度、以及票價的擬定等。最重要的是它為系統(tǒng)運能，制定行車計劃，以及機車交路類型提供了根本依據(jù)。

城市客流主要是由城市規(guī)模大小，平均出行距離，土地利用空間布局以及當?shù)叵嚓P(guān)的一系列政策共同決定的。軌道交通客流預(yù)測是一項復(fù)雜的工作，首先預(yù)測的數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，項目繁多，目前主要都是從宏觀上去預(yù)測客流為規(guī)劃提供依據(jù)，而在微觀層面的預(yù)測上，專業(yè)軟件準確度誤差仍比較大。其次預(yù)測的年限較長，一般來說建設(shè)項目工期需要5年，然后再預(yù)測通車后25年遠期通車客流規(guī)模，總共30年的年限長度。遠遠超過城市規(guī)劃一般10年的規(guī)劃，所以軌道交通客流預(yù)測需要考慮到未來的客流需求變化情況，土地分布空間結(jié)構(gòu)，人口變化等一系列復(fù)雜的因素。同時國內(nèi)許多城市仍沒有軌道交通，如果僅僅是參考國內(nèi)幾個具有線路運營的城市，不能代表整個模型參數(shù)標準。不同的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)果具有不同的客流特點，因此，在軌道交通的運輸組織中，需要根據(jù)不同的客流特點選擇合適的運輸組織模式。

三、大數(shù)據(jù)在城市軌道交通客流預(yù)測的應(yīng)用

當今我們正逐漸進入信息社會，對信息傳遞的快速性、準確性的要求越來越高，因此大數(shù)據(jù)的作用越來越明顯。而采用大數(shù)據(jù)技術(shù)預(yù)測軌道交通客流這一種新的理念，避免了傳統(tǒng)問卷調(diào)查中的不準確和樣本容量有限的缺陷，同時也降低成本和節(jié)省時間。大數(shù)據(jù)的使用能夠豐富交通數(shù)據(jù)資源，實時掌握交通動態(tài)，構(gòu)建城市智能交通系統(tǒng)。

3.1 有助于城市軌道交通規(guī)劃布局，開發(fā)沿線用地。

大數(shù)據(jù)以其數(shù)據(jù)量之大跨越了區(qū)域間的限制，能夠從宏觀的角度上對城市軌道交通系統(tǒng)加以管理，構(gòu)建城市智能軌道交通管理體系。大數(shù)據(jù)將離散的個體現(xiàn)象集合起來，通過檢索、提取分析，能夠充分的滿足各種交通需求。同時通過對全網(wǎng)客流實時觀察，能充分的了解整個城市的運輸動態(tài)，為軌道交通線路規(guī)劃提供了技術(shù)基礎(chǔ)。沿線土地的利用與開發(fā)，能夠提供更多的就業(yè)崗位，拉動區(qū)域經(jīng)濟，另一方面也緩解中心城區(qū)居住壓力，更加科學(xué)的規(guī)劃城市空間布局。

3.2 能準確與其他交通方式接駁。

軌道交通作為一種快速、大運量的交通運輸方式，能夠主要擔(dān)負城市旅客運輸?shù)呢?zé)任，但是軌道交通只能實現(xiàn)“站到站”服務(wù)，不能實現(xiàn)“門對門”服務(wù)，所以軌道交通還需要與其他交通運輸方式配套組合。其他運輸工具需要做到為軌道交通集結(jié)、疏散旅客的作用，而讓軌道交通發(fā)揮運輸?shù)哪芰Γ瑸槁每吞峁└颖憬?、快速、舒適的換乘條件，使得旅客更加愿意選擇軌道交通出行，從而實現(xiàn)城市交通綜合客運最好的運輸效益和效率。

3.3 提升運輸服務(wù)水平，合理配置運輸資源。

在大數(shù)據(jù)的背景下，以手機定位預(yù)測OD為典型的移動定位技術(shù)能夠準確掌握城市旅客動態(tài)出行。同時也因為手機用戶范圍廣，受外界影響因素較小，成本較低等一系列優(yōu)點成為我國近些年來研究發(fā)展的熱點動向。準確預(yù)測客流首先能夠確定車輛的類型，避免運能的浪費，節(jié)約成本。其次由于客流的時間上差異性，根據(jù)早晚高峰期的分布可以制定相關(guān)的行車計劃，在高峰時期減少列車間隔時間，調(diào)高行車密度來避免乘客長時間的等待。這樣可以保證系統(tǒng)的服務(wù)水平，提升列車的平均滿載率，也可以降低單位旅客平均運輸成本。

3.4 制定合理票價。

在大數(shù)據(jù)背景下，利用智能卡讀取、視頻監(jiān)控等技術(shù)，能夠清楚的了解各區(qū)域之間旅客流動情況，客流信息經(jīng)過提取分析，然后根據(jù)票價制定的相關(guān)原則，合理制定票價，使得軌道交通運能得到最大的發(fā)揮，吸引客流，提高企業(yè)利潤，帶動社會經(jīng)濟效益。

四、大數(shù)據(jù)背景下軌道交通未來發(fā)展

我國的軌道交通發(fā)展至今約有40年，整體上仍處于初步階段。而隨著信息化社會的到來，互聯(lián)網(wǎng)智能手機、視頻設(shè)備、無線傳感器等一系列移動終端設(shè)備都無時無刻傳遞著龐大的信息數(shù)據(jù)。這些豐富的數(shù)據(jù)資源將為未來城市智能交通系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)基礎(chǔ)，幫助構(gòu)建新型信息化軌道交通。在未來“大數(shù)據(jù)”的時代，人和設(shè)備之間都可以通過移動數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接，人可以通過車輛連接互聯(lián)網(wǎng)上傳或者下載資料，而車輛間能夠?qū)崿F(xiàn)運行狀態(tài)與位置的共享。實現(xiàn)車輛實時控制，為列車制定行車計劃帶來極大的便利，滿足運營實時調(diào)度的需要。

五、有關(guān)建議

5.1 加快交通大數(shù)據(jù)體系建設(shè)

我國目前大數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于公共交通服務(wù)、交通引導(dǎo)物流調(diào)度優(yōu)化等方面。數(shù)據(jù)主要為政府部門服務(wù)，并沒有公開面向整個社會，而在國外，大多數(shù)城市是在私人數(shù)據(jù)管理庫中管理他們的交通和交通數(shù)據(jù)，并且僅由市政府人員監(jiān)視系統(tǒng)性能以實施改善措施。所以必須加大數(shù)據(jù)開放力度，讓全民能夠享受信息資源實現(xiàn)實時資源共享。政府應(yīng)該統(tǒng)籌帷幄，制定相關(guān)政策保證各部門之間的數(shù)據(jù)流通，突破傳統(tǒng)信息只在各部門之間的管理缺陷。同時交通部門也應(yīng)該加快信息化步伐，聚合各種交通需求數(shù)據(jù)，積極以動態(tài)方式提供存取。最后需加強對數(shù)據(jù)質(zhì)量的提煉，海量的數(shù)據(jù)庫勢必會導(dǎo)致有很多不需要的信息，無效的信息會增加人力成本的浪費。所以必須建立交通數(shù)據(jù)標準，強調(diào)與居民信息互動反饋，讓用戶賦予監(jiān)管修正數(shù)據(jù)的權(quán)利，保證數(shù)據(jù)的準確性、完整性、客觀性。

5.2 積極保護個人隱私信息

政府應(yīng)該制定一部完整的法令來保護用戶的個人隱私信息，避免被不法分子利用。交通部門在遵守這些法律原則的基礎(chǔ)上，進一步細化可發(fā)布的交通信息，同時開展數(shù)據(jù)隱私、安全教育的項目，加大居民對隱私規(guī)則的了解和增強防范意識。政府部門需要在開放數(shù)據(jù)商業(yè)性利用與個人隱私保護之間掌握平衡，給予企業(yè)數(shù)據(jù)保證利潤的同時也要減少公民對個人隱私泄露的擔(dān)憂。

六、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)作為21世紀最先進的技術(shù)將給世界帶來一場新的工業(yè)革命，數(shù)據(jù)帶來的價值超乎人們的想象。所以如何從中獲取有效數(shù)據(jù)將成為關(guān)鍵所在，一旦獲取有效信息將會給城市空間布局、沿線土地開發(fā)利用，列車行車計劃帶來實質(zhì)性的幫助。加大交通數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用在更多的交通領(lǐng)域做好充分準備。通過對運輸需求的預(yù)測來構(gòu)建一個良好有序的運輸環(huán)境，有效的緩解城市交通擁堵，實現(xiàn)交通智能化。而利用數(shù)據(jù)信息化提取為城市公共交通智能調(diào)度，路徑優(yōu)化的基礎(chǔ)上了解公民深層運輸需求，才能真正為居民生活提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

[1]蔣葉俊.布局大數(shù)據(jù)時代[J].當代貴州，2013，21(3)：15-17.

[2]方吉祥.城市軌道交通客流預(yù)測及運輸組織方案的研究[D].北京交通大學(xué)，2007.

[3]唐巧梅.城市軌道交通大客流運營組織方法研究[D].西南交通大學(xué)，2010.

[4]王玉萍.城市軌道交通客流預(yù)測與分析方法[D].長安大學(xué)，2011.

[5]佚名.我國軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[N].中國檢測網(wǎng)，2015.

[6]侯冠群.中資系統(tǒng)集成企業(yè)在中國軌道交通行業(yè)競爭優(yōu)勢研究[D].對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)，2010.

[7]唐要安.大數(shù)據(jù)在交通中的應(yīng)用[J].交通世界運輸車輛，2013，24(2)：126-127.

[8]李建國.大數(shù)據(jù)在智能交通中的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技與企業(yè)，2015.7(1)：73.