客流采集分析與公眾出行信息服務(wù)技術(shù)探究

周永興　陳啟兵　鄒振

【摘要】本文以南京智能公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告中的“客流采集分析與公眾出行信息服務(wù)技術(shù)研究”為依據(jù)，對(duì)研究?jī)?nèi)容方面的一些內(nèi)容進(jìn)行了論述。

【關(guān)鍵詞】南京智能公共交通系統(tǒng)；運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)；客流采集分析；公眾出行信息服務(wù)技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U491.17 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0441—03

1.客流采集分析與出行信息服務(wù)技術(shù)項(xiàng)目的背景

南京市作為江蘇省的省會(huì)城市和區(qū)域中心城市，近十年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市常住人口和流動(dòng)人口不斷增加，公眾出行需求迅猛增長(zhǎng)，公眾對(duì)城市公共交通服務(wù)的質(zhì)量需求在不斷提高；2013、2014南京要承辦“亞青會(huì)”、“青奧會(huì)”，也對(duì)城市公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理提出了新的挑戰(zhàn)，只有城市公共交通管理理念不斷創(chuàng)新，管理模式不斷變化，管理手段不斷強(qiáng)化，才能跟上公共交通服務(wù)的要求。

交通運(yùn)輸部在《公路水路交通運(yùn)輸信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確提出：“開(kāi)展重點(diǎn)領(lǐng)域示范試點(diǎn)工程建設(shè)……3.城市客運(yùn)智能化應(yīng)用示范工程……推廣城市公共交通智能系統(tǒng)建設(shè)，……提升城市公共交通的協(xié)同運(yùn)行效率和服務(wù)能力，提高公交出行分擔(dān)率，緩解城市交通擁堵?！?/p>

省交通運(yùn)輸廳在《江蘇交通運(yùn)輸信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出：“8大工程：4、城鄉(xiāng)客運(yùn)信息服務(wù)工程……全面推進(jìn)城市公交信息化管理，包括電子站牌、車載系統(tǒng)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)、行業(yè)管理系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)公交調(diào)度、運(yùn)營(yíng)、管理的信息化、智能化，加強(qiáng)公交企業(yè)與運(yùn)管部門問(wèn)的信息交換和共享，提高對(duì)公交車輛突發(fā)事件的應(yīng)急處置能力。”

為貫徹落實(shí)公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略，切實(shí)提高交通樞紐城市公交信息化水平，根據(jù)南京市政府辦公廳《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)市發(fā)改委<南京市2009年信息化工作要點(diǎn)>的通知》（寧政辦發(fā)[2009]94號(hào)）精神，南京市交通運(yùn)輸局向市發(fā)改委提出《南京市智能公共交通系統(tǒng)（一期）》立項(xiàng)申請(qǐng)，2011年4月獲得正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，開(kāi)始了實(shí)施方案的制定。在此過(guò)程中，南京智能公交系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)，特別是客流采集分析與出行信息服務(wù)技術(shù)成為項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)。

2.南京智能公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)狀

2.1 南京市公交企業(yè)概況及現(xiàn)狀

截至2011年底，南京公交企業(yè)共八家，經(jīng)營(yíng)公交線路401條，公交車輛6130臺(tái)，日均客運(yùn)量300萬(wàn)人次以上，線路總長(zhǎng)度為6536公里。

目前的公交運(yùn)機(jī)制，在管理和公眾服務(wù)上存在諸多問(wèn)題，已不能滿足公交優(yōu)先和公交的快捷、周到、人性化服務(wù)的要求：主要反映在：（1）前期缺少上位規(guī)劃，沒(méi)有統(tǒng)一的信息采集、處理機(jī)制，造成信息不能共享，形成多個(gè)“信鼠孤島”。由于歷時(shí)原因，南京市的智能公交建設(shè)相對(duì)滯后，沒(méi)有統(tǒng)一的上位規(guī)劃，南京IC卡公司的信息系統(tǒng)、各個(gè)公交企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各自為政，已形成多個(gè)“信息孤島”，沒(méi)有與全市信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、客流統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、公眾出行信息交互系統(tǒng)進(jìn)行有效融合。（2）公交企業(yè)的客流統(tǒng)計(jì)設(shè)備應(yīng)用效果不理想。南京市公交總公司自2003年開(kāi)始智能調(diào)度系統(tǒng)的探索應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)站、超速監(jiān)控等基本功能；部分車隊(duì)可以自動(dòng)生成電子路單，但覆蓋率和準(zhǔn)確率均不高；客流統(tǒng)計(jì)設(shè)備試驗(yàn)效果不理想，基本停用。（3）公眾出行提供的信息服務(wù)水平較低，不能滿足公眾出行及時(shí)、方便、快捷的服務(wù)需求。行業(yè)管理部門沒(méi)有統(tǒng)一的信息平臺(tái)，各公交企業(yè)、IC卡公司、政府部門問(wèn)的數(shù)據(jù)無(wú)法互通、共享，導(dǎo)致行業(yè)監(jiān)管決策的科學(xué)技術(shù)手段幾乎為零。

為市民提供的出行服務(wù)手段單一，主要依靠門戶網(wǎng)站、各大媒體公告，沒(méi)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的服務(wù)措施，2009年南京市在“三中路”上安裝了29塊電子站牌，只顯示公交總公司一家企業(yè)的車輛距離本站的距離，公眾對(duì)應(yīng)用效果不滿意。

2012年7月30日，南京市城建集團(tuán)召開(kāi)會(huì)議，宣布正式成立南京公共交通集團(tuán)，南京公共交通集團(tuán)下屬的4家企業(yè)：江南公交客運(yùn)有限公司、揚(yáng)子客運(yùn)有限公司、東山客運(yùn)有限公司和場(chǎng)站公司。江南公交客運(yùn)有限公司包括原公交總公司、中北巴士、雅高巴士；揚(yáng)子客運(yùn)有限公司包括原中北浦口客運(yùn)公司、中北六合客運(yùn)公司、新寧浦巴士公司、公交總公司江北客運(yùn)部以及原交通運(yùn)輸局下屬的金陵交運(yùn)、雙虹客運(yùn)、六合新集等3家。東山客運(yùn)有限公司則包括新城巴士和江寧通盛客運(yùn)公司兩家。場(chǎng)站公司則包括所有非公交營(yíng)運(yùn)的資產(chǎn)，如場(chǎng)站站房、公交物業(yè)等。

公交企業(yè)整合后，將著力解決以前多家經(jīng)營(yíng)，無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、線路重疊、線網(wǎng)優(yōu)化、線路配車等突出矛盾，同時(shí)將有效提高車輛、道路利用率等問(wèn)題，但這些問(wèn)題的解決都依賴于獲取大量的線路線網(wǎng)數(shù)據(jù)，而這些相關(guān)數(shù)據(jù)的來(lái)源基礎(chǔ)是各個(gè)站點(diǎn)、線路的客流數(shù)據(jù)，所以獲取準(zhǔn)確的各線路上下客流數(shù)據(jù)顯得至關(guān)重要。

2.2 客流統(tǒng)計(jì)與現(xiàn)狀分析

目前，南京智能公交運(yùn)營(yíng)管理的現(xiàn)代化程度不高，車輛目前依然沿用“定點(diǎn)發(fā)車、兩頭卡點(diǎn)”的傳統(tǒng)調(diào)度方式，調(diào)度人員難以掌握途中路況及客流等關(guān)鍵信息，加上道路交通環(huán)境的惡化，使得公交運(yùn)營(yíng)的平穩(wěn)性及服務(wù)的可靠性難以得到保證，每天的高峰流量、正點(diǎn)率、滿載率、放車數(shù)等營(yíng)運(yùn)管理指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和分析基本上靠調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)判斷或人工抽查，沒(méi)有相應(yīng)的科學(xué)準(zhǔn)確的客流數(shù)據(jù)支撐，使得統(tǒng)計(jì)結(jié)果誤差比較大。特別是在客流統(tǒng)計(jì)與分析方面，僅限于部分公交企業(yè)局部線路和車輛安裝的客流采集設(shè)備，且均在試驗(yàn)、探索階段，并且這些客流統(tǒng)計(jì)設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)體系和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采集的客流數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率不高，數(shù)據(jù)量不大，在智能調(diào)度、客流預(yù)測(cè)和線網(wǎng)優(yōu)化等方面未能形成很好的示范效應(yīng)和輔助決策參考作用。

2.3 公眾出行服務(wù)現(xiàn)狀分析

由于種種原因，南京市的智能公交建設(shè)相對(duì)滯后，沒(méi)有統(tǒng)一的上位規(guī)劃，南京IC卡公司的信息系統(tǒng)、各個(gè)公交企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各自為政，已形成多個(gè)“信息孤島”，沒(méi)有與全市信號(hào)燈智能控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、客流統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、公眾出行信息交互系統(tǒng)進(jìn)行有效融合，公眾服務(wù)信息難以滿足。

行業(yè)管理部門沒(méi)有統(tǒng)一的信息平臺(tái)，各公交企業(yè)、IC卡公司、政府部門間的數(shù)據(jù)無(wú)法互通、共享，導(dǎo)致行業(yè)監(jiān)管決策的科學(xué)技術(shù)手段相對(duì)滯后，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)代化手段和途徑發(fā)布公眾出行服務(wù)信息，公眾出行提供的信息服務(wù)水平較低

綜上所述，2007年實(shí)施“公交優(yōu)先”發(fā)展戰(zhàn)略以來(lái)，南京城市客運(yùn)公共交通信息化管理手段得到了一定程度的加強(qiáng)，但是由于城市客運(yùn)行業(yè)的信息化建設(shè)起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)，加之長(zhǎng)期形成的企業(yè)隸屬不同的管理部門，條塊分割嚴(yán)重，各單位從各自需求出發(fā)研發(fā)系統(tǒng)，尤其缺少統(tǒng)一的公共信息服務(wù)平臺(tái)。針對(duì)這一情況，南京市客運(yùn)交通管理處編制完成了《南京市智能公共交通系統(tǒng)項(xiàng)目（一期）可行性研究報(bào)告》，并通過(guò)市發(fā)改委審批，正式立項(xiàng)實(shí)施?！赌暇┦兄悄芄步煌ㄏ到y(tǒng)項(xiàng)目（一期）可行性研究報(bào)告》是涵蓋全市的公共客運(yùn)交通運(yùn)營(yíng)管理的大系統(tǒng)，按照“一個(gè)中心，三個(gè)應(yīng)用體系”構(gòu)架組織實(shí)施，依托該工程，本課題承擔(dān)運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)——客流采集分析與公主出行信息服務(wù)的研究。

3.對(duì)客流采集分析與公眾出行信息服務(wù)技術(shù)的分析

3.1 客流采集技術(shù)業(yè)務(wù)功能需求

本課題主要研究基于“IC卡+投幣+視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)”的綜合客流采集技術(shù)。公交客流信息采集技術(shù)與車輛定位、無(wú)線信息傳輸?shù)燃夹g(shù)相配合可完成公交車輛的乘客上下車人數(shù)、上下車時(shí)間、相應(yīng)站點(diǎn)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，真實(shí)地記錄各時(shí)間、各區(qū)段的上下客情況，可實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地把信息傳輸?shù)焦徽{(diào)度中心，獲得客流隨時(shí)間的變化、公交OD、斷面通過(guò)量、滿載率、平均運(yùn)距等一系列指標(biāo)數(shù)據(jù)，從而為科學(xué)合理地安排發(fā)車時(shí)間及間隔、優(yōu)化公交線路、輔助完成客流調(diào)查工作等提供第一手資料，還可以全面如實(shí)地反映出公交車輛的實(shí)際載客人數(shù)，方便與收入之間的核對(duì)。

城市公共交通是隨客流、道路條件、氣候等不斷變化的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，如果信息不靈或反饋不及時(shí)，調(diào)度人員就無(wú)法進(jìn)行有效的指揮調(diào)度。對(duì)公交客流的全面、準(zhǔn)確把握是公交管理工作的基礎(chǔ)，它不僅為日常調(diào)度提供依據(jù)，也為線網(wǎng)優(yōu)化提供了參考。

3.1.1 客流統(tǒng)計(jì)方法現(xiàn)狀分析

客流統(tǒng)計(jì)主流方法有：基于IC卡的方式、基于踏板壓感的方式、基于紅外的方式、基于視頻檢測(cè)的方式，目前投幣統(tǒng)計(jì)客流的技術(shù)應(yīng)用較少。

IC卡信息量大且全面，技術(shù)簡(jiǎn)單成熟，通過(guò)對(duì)IC卡數(shù)據(jù)接口的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以獲取乘客上下車的時(shí)間、相應(yīng)站點(diǎn)等數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到公交乘客出行基本信息，包括平均出行次數(shù)、起訖點(diǎn)分布、平均換乘次數(shù)、出行耗時(shí)、出行距離等。

智能公交投幣機(jī)目前應(yīng)用比較廣泛，但其主要用途是識(shí)別假幣，很少用于客流數(shù)據(jù)采集。

基于視頻檢測(cè)分析的方式，通過(guò)在前后車門上部位置固定攝像機(jī)，通過(guò)視頻圖像，利用快速數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)采集的視頻信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù)人員在視頻序列中的移動(dòng)方向，確定人員的運(yùn)動(dòng)方向，這是目前在客流統(tǒng)計(jì)方面最新的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1.2 引入基于公交IC卡客流分析技術(shù)

國(guó)內(nèi)外及省內(nèi)很多城市成功采用了IC卡刷卡數(shù)據(jù)作為客流采集數(shù)據(jù)，包括蘇州在內(nèi)，已經(jīng)取得了較好的研究效果。本項(xiàng)目將引入基于公交IC卡數(shù)據(jù)的客流規(guī)律挖掘模型，利用構(gòu)建的模型分析和算法，將所需的客流數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的采集模塊。其中，涉及的信息和數(shù)據(jù)主要包括：（1）客流峰值劃分——公交客流峰值區(qū)間的劃分，對(duì)于在人工調(diào)查中確定調(diào)查時(shí)間、人員安排上非常有用。同時(shí)在提高預(yù)測(cè)時(shí)段站點(diǎn)客流的精度，優(yōu)化公交運(yùn)營(yíng)的調(diào)度，縮短居民出行等候時(shí)間等方面也有著廣泛的應(yīng)用。Fisher算法是特征抽取最為有效的方法之一，而且公交IC卡數(shù)據(jù)樣本豐富，F(xiàn)isher算法能很好的解決區(qū)間劃分問(wèn)題。（2）上車站點(diǎn)、?？繒r(shí)間判定——采用聚類分析，對(duì)公交IC卡數(shù)據(jù)信息中某公交車某一趟運(yùn)營(yíng)刷卡記錄的分析，由此來(lái)確定乘客的上車站點(diǎn)。對(duì)大部分的公交出行者而言，其上車站點(diǎn)和下車站點(diǎn)總是相互轉(zhuǎn)換的，即回程時(shí)的上車站點(diǎn)就是出發(fā)時(shí)的下車站點(diǎn)，而出發(fā)時(shí)的上車站點(diǎn)又是回程時(shí)的下車站點(diǎn)。以公交乘客完成一次出行目的作為一次出行，一次出行的第一次刷卡站點(diǎn)作為出行起點(diǎn)，最后下車站點(diǎn)作為出行終點(diǎn)，之間的刷卡站點(diǎn)作為換乘站點(diǎn)。在單一票制線路中，結(jié)合公交調(diào)度數(shù)據(jù)來(lái)判定車輛靠站時(shí)間、乘客上車站點(diǎn)。（3）下車站點(diǎn)、時(shí)刻判定在單一票制線路中，乘客下車無(wú)需刷卡，因此刷卡數(shù)據(jù)沒(méi)有關(guān)于下車站點(diǎn)的記錄，不能像判斷上車站點(diǎn)一樣，通過(guò)刷卡時(shí)間判斷下車站點(diǎn)。但由于公交定線定站的運(yùn)營(yíng)特征以及城市居民出行特點(diǎn)，決定了公交出行在線路的選擇上和客流的分布上具有一定的規(guī)律性和穩(wěn)定性。利用這些特性，本課題研究?jī)烧军c(diǎn)模型和站點(diǎn)吸引規(guī)律來(lái)判定乘客下車站點(diǎn)。（4）客流指標(biāo)——在對(duì)公交IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，確定了乘客上下車站點(diǎn)、時(shí)間以及站點(diǎn)時(shí)段上、下車人數(shù)。利用這些信息，可以獲取多種客流指標(biāo)。具體如站點(diǎn)發(fā)生吸引率、時(shí)段平均客流、最大斷面、出行距離、乘車耗時(shí)、全天線路滿載率與高峰滿載率、短期可流總量預(yù)測(cè)等。

3.1.3 智能投幣設(shè)備的應(yīng)用改進(jìn)研究

智能投幣設(shè)備在解決公交企業(yè)的投幣不足、假幣、“票貪”等問(wèn)題上發(fā)揮了積極作用：通過(guò)該類型設(shè)備通過(guò)先進(jìn)的光電檢測(cè)技術(shù)，可以成功杜絕類似1元硬幣的游戲幣、殘缺紙幣，并通過(guò)電子密碼鎖防止駕乘人員盜取票款。

本課題通過(guò)與相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)商合作，給智能公交投幣機(jī)增加計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，改造后的設(shè)備不僅可以將假幣拒之門外，還可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)客流信息，作為客流信息采集的重要來(lái)源。

主要通過(guò)在智能投幣機(jī)上加裝能顯示投幣金額和累積總數(shù)顯示器，通過(guò)數(shù)據(jù)接口的與承載設(shè)備連接，將實(shí)時(shí)的投幣數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心。根據(jù)公交線路票價(jià)，新型智能公交投幣機(jī)可以將投幣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成投幣上車的人數(shù)，就可以準(zhǔn)確地掌握該部分的客流信息。

3.1.4 基于視頻圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究

基于視頻圖像的處理是應(yīng)用在公交車乘客計(jì)數(shù)上的新技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)在圖像中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的出現(xiàn)來(lái)判定是否有乘客經(jīng)過(guò)。