基于GPS的個(gè)人出行數(shù)據(jù)采集與分析

摘 要：本文利用GPS采集的數(shù)據(jù)，分析個(gè)人交通出行的特點(diǎn)。在分析傳統(tǒng)交通信息采集的基礎(chǔ)上，運(yùn)用GPS進(jìn)行個(gè)人出行信息采集。本文分析GPS定位原理，建立GPS定位特征模型。結(jié)合模型分析1個(gè)個(gè)體，多個(gè)個(gè)體一日內(nèi)出行特點(diǎn)。研究個(gè)人一日內(nèi)的出行半徑，以及在時(shí)間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)、靜止?fàn)顟B(tài)。對(duì)人們交通出行行為進(jìn)行研究，為城市交通規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：交通出行； GPS； 數(shù)據(jù)采集；出行行為

交通信息是智能交通系統(tǒng)運(yùn)作的靈魂，而交通信息采集系統(tǒng)是ITS系統(tǒng)的重要組成部分之一，通過(guò)信息采集系統(tǒng)可以得到反映交通狀況的實(shí)時(shí)信息，得到各類所需的對(duì)決策有用的信息。傳統(tǒng)交通信息采集技術(shù)常常依靠人工調(diào)查員隨機(jī)調(diào)查幾個(gè)區(qū)域點(diǎn)的交通流信息，最后以記錄報(bào)表的方式向交通規(guī)劃者和政府職能部門匯報(bào)交通狀況。調(diào)查數(shù)據(jù)方式一般回傳速度慢，主觀因素干擾大，數(shù)據(jù)精度不高，數(shù)據(jù)量有限。

隨著科技的進(jìn)步，城市道路交通信息采集的檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越多，目前主流的檢測(cè)技術(shù)主要有：地感線圈檢測(cè)、紅外檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)以及視頻檢測(cè)等。但隨著ITS中的出行者信息系統(tǒng)對(duì)交通系統(tǒng)中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通信息需求的不斷提高，目前餓交通信息采集方式也出現(xiàn)了很多不足，其不足主要表現(xiàn)在這幾方面：

（1）傳統(tǒng)的采集方式路網(wǎng)覆蓋率比較低，采集的交通信息不能全面反映路網(wǎng)交通狀態(tài)；

（2）不同采集方式具有不同的采集特點(diǎn)和環(huán)境適應(yīng)性，信息源可靠性不高；

（3）傳統(tǒng)的采集方式在安裝和維護(hù)過(guò)程中需要破壞路面或影響正常的交通流，且每年對(duì)其的維護(hù)和保養(yǎng)都需要花費(fèi)大量的人力和物力。

1 基于GPS定位進(jìn)行交通數(shù)據(jù)采集

隨著GPS接收機(jī)的體積越來(lái)越小，內(nèi)存的容量越來(lái)越大，加之2000年后美國(guó)軍方取消SA（selective availability）政策后，GPS測(cè)量精度提高到3～5倍，使得GPS設(shè)備的應(yīng)用面更加廣泛。本文討論的主要數(shù)據(jù)來(lái)源是手持GPS （GPSmap 60csx） 和Leadtek9553D車載GPS模塊通過(guò)隨身攜帶所采集，采集數(shù)據(jù)通過(guò)該模塊配套軟件和Google earth 軟件驗(yàn)證，具有可靠性。

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：（1）地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測(cè)站和通訊輔助系統(tǒng)組成；（2）空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)道平面上；（3）用戶裝置部分，主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬(wàn)2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X，Y，Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，經(jīng)度X、緯度Y、高程Z和時(shí)間T，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。

2 GPS 定位特征模型

設(shè)個(gè)體一天內(nèi)的出行點(diǎn)為：O1，O2，…，Oi，…On，坐標(biāo)為（Xi，yi ），則個(gè)體一天出現(xiàn)的期望坐標(biāo)。為了得到個(gè)體一天內(nèi)的位置變化及出行情況，將時(shí)間作為坐標(biāo)縱軸，得到該個(gè)體在空間和時(shí)間組成的三維空間中的軌跡，隨著時(shí)間在同一位置坐標(biāo)點(diǎn)上累加的軌跡段出現(xiàn)在個(gè)體處于靜止?fàn)?/p>

態(tài)的時(shí)間段內(nèi)；相對(duì)的，隨著時(shí)間的變化而在位置坐標(biāo)上呈現(xiàn)出位移變化的點(diǎn)組成的軌跡則出現(xiàn)在個(gè)體處于移動(dòng)狀況的時(shí)間段內(nèi)。這樣靜止與移動(dòng)狀態(tài)在時(shí)間上的交替變化則反映出了個(gè)體在某時(shí)間段內(nèi)的位置變化情況。

通過(guò)GPS數(shù)據(jù)對(duì)具體某個(gè)個(gè)體的出行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后使用有效的數(shù)據(jù)處理及圖形仿真，理論上是可以清楚地掌握個(gè)體在隨時(shí)間變化的地理空間位置及個(gè)體的移動(dòng)情況，由此推廣至N個(gè)個(gè)體，同樣也可以從大量的數(shù)據(jù)中分析得到群體出行行為的相關(guān)規(guī)律及特征。

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 1個(gè)個(gè)體的GPS數(shù)據(jù)特點(diǎn)

由針對(duì)個(gè)體出行的GPS數(shù)據(jù)采集方法，得到個(gè)人早上9點(diǎn)到晚上9點(diǎn)的出行GPS數(shù)據(jù)。從研究該個(gè)體一天出行情況的總輪廓出發(fā)，選取了GPS數(shù)據(jù)中的經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)，得到出行的最大半徑和聚集中心點(diǎn)。

一般情況下該個(gè)體一天出行的距離的最小包絡(luò)圓直徑為：2000 m。 為了得到個(gè)體一天內(nèi)的位置變化及出行情況，將時(shí)間作為坐標(biāo)縱軸，得到該個(gè)體在空間和時(shí)間組成的三維空間中的軌跡。

由空間時(shí)間曲線，可以清晰地觀察到個(gè)體一天的出行情況。隨著時(shí)間在同一位置坐標(biāo)點(diǎn)上累加的軌跡段出現(xiàn)在個(gè)體處于靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間段內(nèi)；相對(duì)的，隨著時(shí)間的變化而在位置坐標(biāo)上呈現(xiàn)出位移變化的點(diǎn)組成的軌跡則出現(xiàn)在個(gè)體處于移動(dòng)狀況的時(shí)間段內(nèi)。這樣靜止與移動(dòng)狀態(tài)在時(shí)間上的交替變化則反映出了個(gè)體在某時(shí)間段內(nèi)的位置變化情況。在速度為零時(shí)，個(gè)體停止在 點(diǎn)，在時(shí)間上的累積就形成的STOP豎直段；同理在移動(dòng)的情況下，有MOVE的斜線段。

結(jié)語(yǔ)：

個(gè)體的出行行為有六個(gè)特性：出行目的、出行時(shí)間分布、城市出行的空間分布、選擇所用的交通方式、交通安全以及出行成本。在有關(guān)交通系統(tǒng)的使用方面，個(gè)人出行行為的這六個(gè)特性，對(duì)于理解規(guī)劃過(guò)程中的技術(shù)分析問(wèn)題以及要考慮的分類形式具有重要意義。

當(dāng)GPS系統(tǒng)和衛(wèi)星影像與出行需求模型程序結(jié)合時(shí)，將使規(guī)劃師不僅能預(yù)測(cè)路網(wǎng)中人的活動(dòng)趨勢(shì)，還可以估定這一活動(dòng)趨勢(shì)對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響；使規(guī)劃師在對(duì)重要環(huán)境和社區(qū)規(guī)劃決策的時(shí)間和空間條件下，能夠分析較遠(yuǎn)距離獲取的數(shù)據(jù)。因此，城市交通運(yùn)輸分析過(guò)程產(chǎn)生的信息更加豐富。

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作者簡(jiǎn)介：

何林，女，漢族，1988年3月出生，西南交通大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸、鐵路車站作業(yè)智能化，四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。endprint