大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下公共交通線網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)變革淺析

程曉明 李旭 侯佳

摘 要：公共交通大數(shù)據(jù)分析已經(jīng)逐步融入公共交通線網(wǎng)優(yōu)化工作中，但是由于數(shù)據(jù)分析技術(shù)瓶頸和規(guī)劃思維的慣性，導(dǎo)致現(xiàn)有線網(wǎng)優(yōu)化工作依然沒有產(chǎn)生應(yīng)有的變革和提升。本文基于公交大數(shù)據(jù)和手機(jī)信令數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及居民出行機(jī)理解析的最新成果，對(duì)于公交線網(wǎng)優(yōu)化的技術(shù)流程、模式、體系發(fā)展進(jìn)行分析和展望。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析;居民出行機(jī)理;公共交通服務(wù)設(shè)計(jì);公交線網(wǎng)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U491.17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

公共交通系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)各大城市的市內(nèi)綠色客運(yùn)出行主體，為廣大居民提供了普適、可靠的出行服務(wù)，該系統(tǒng)的整體服務(wù)水平不僅影響城市的正?？土鬟\(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也對(duì)城市交通擁堵緩解起到?jīng)Q定作用。國(guó)內(nèi)城市已經(jīng)將公交優(yōu)先發(fā)展作為城市交通發(fā)展核心戰(zhàn)略，持續(xù)以公交都市為目標(biāo)進(jìn)行城市總體建設(shè)。公共交通線網(wǎng)是公交系統(tǒng)提供服務(wù)的核心載體，很多城市定期進(jìn)行公交線網(wǎng)優(yōu)化的編制工作，及時(shí)診斷并調(diào)整公交線路，逐步優(yōu)化公交服務(wù)品質(zhì)，提升公共交通競(jìng)爭(zhēng)力。

進(jìn)入十三五以來，公共交通監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)體系已經(jīng)初步成型。很多規(guī)劃設(shè)計(jì)單位試圖將大數(shù)據(jù)分析引入公交線網(wǎng)優(yōu)化編制的技術(shù)支撐體系中，通過動(dòng)態(tài)化、細(xì)粒度的公交運(yùn)行指標(biāo)分析，更加科學(xué)地評(píng)估診斷公交系統(tǒng)發(fā)展癥結(jié)，支撐更加科學(xué)、合理的公交線網(wǎng)優(yōu)化編制方案的形成[1-6]。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能技術(shù)在交通出行選擇機(jī)理領(lǐng)域的研究深入，公交線網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)體系將迎來新一輪變革。本次研究立足公交線網(wǎng)優(yōu)化編制訴求，基于現(xiàn)階大數(shù)據(jù)分析支撐技術(shù)體系的研究成果，對(duì)下一階段公交線網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)支撐體系的構(gòu)成和方向進(jìn)行展望。

1 現(xiàn)狀發(fā)展

現(xiàn)狀對(duì)于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用模式主要用于現(xiàn)狀分析評(píng)估手段的替代升級(jí)和輔助方案決策，其中尤以現(xiàn)狀分析評(píng)估的替代升級(jí)最為成熟，主要基于手機(jī)信令數(shù)據(jù)、車輛定位數(shù)據(jù)以及交易支付數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合數(shù)據(jù)挖掘，系統(tǒng)分析公交運(yùn)行指標(biāo)，替代傳統(tǒng)人工調(diào)查獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估的模式。

1.1 指標(biāo)分析內(nèi)容

基于上述大數(shù)據(jù)分析一般分析城市空間、客流效益、運(yùn)行效率三方面內(nèi)容。

（1）城市空間分析：人口崗位、職住關(guān)系、出行OD。

（2）客流效益：網(wǎng)絡(luò)特征、線路特征、站點(diǎn)特征。

（3）運(yùn)行效率：運(yùn)行速度、車頭時(shí)距、車輛延誤等。

1.2 相對(duì)于傳統(tǒng)手段的優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)調(diào)查，基于大數(shù)據(jù)分析具有以下兩大優(yōu)勢(shì)。

（1）樣本規(guī)模。相對(duì)傳統(tǒng)調(diào)查來說，大數(shù)據(jù)分析最大優(yōu)勢(shì)是樣本規(guī)模。以手機(jī)信令數(shù)據(jù)為例，移動(dòng)數(shù)據(jù)按照市場(chǎng)占有率為60%～70%，也就是其分析指標(biāo)可以刻畫研究范圍內(nèi)60%～70%出行者的出行特征和社會(huì)特征，相對(duì)于傳統(tǒng)居民出行調(diào)查1%～3%的抽樣率優(yōu)勢(shì)顯著，在后續(xù)擴(kuò)樣分析過程中指標(biāo)失真率將會(huì)大大降低。

公交線路運(yùn)行調(diào)查也類似，在現(xiàn)狀公交信息化近乎100%普及的情況下可直接獲取全樣本的公交線路運(yùn)行指標(biāo)。

（2）數(shù)據(jù)頻率。傳統(tǒng)調(diào)查一般根據(jù)項(xiàng)目需求開展，最高頻率不過每年度進(jìn)行一次調(diào)查。而大數(shù)據(jù)分析則賦予規(guī)劃編制單位動(dòng)態(tài)獲取每天數(shù)據(jù)指標(biāo)的能力，可以對(duì)于公交系統(tǒng)進(jìn)行全方位、全過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，對(duì)于更加全面診斷公交系統(tǒng)運(yùn)行問題提供的最直接的數(shù)據(jù)支撐。

1.3 現(xiàn)階段發(fā)展問題

現(xiàn)階段公交大數(shù)據(jù)分析通過大樣本、全過程的數(shù)據(jù)分析手段和模式已經(jīng)在公交線網(wǎng)優(yōu)化過程中起到了不可忽視的作用，但是從公交線網(wǎng)優(yōu)化自身技術(shù)體系來看依然沒有產(chǎn)生根本性變化。

（1）依然是“公交系統(tǒng)”而不是“公交乘客”?，F(xiàn)階段所有分析和評(píng)估指標(biāo)都是圍繞表征公交系統(tǒng)運(yùn)行效率展開的，后續(xù)方案也是以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行效率為目標(biāo)，對(duì)于居民出行的服務(wù)提供、居民自身出行選擇關(guān)注過少。

（2）沒有跳出“就公交論公交”的規(guī)劃范疇。大部分指標(biāo)都是基于公交實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行的挖掘，對(duì)于公交系統(tǒng)以外的居民出行關(guān)注度不夠。雖然后續(xù)逐步將手機(jī)信令數(shù)據(jù)引入技術(shù)體系，但是收集分析結(jié)果和公交數(shù)據(jù)分析結(jié)果基本沒有融合，導(dǎo)致公交線網(wǎng)優(yōu)化基本就是公交系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?yōu)化，與其他交通方式之間的互動(dòng)或者競(jìng)合缺乏足夠的研究。

2 數(shù)據(jù)賦能

現(xiàn)階段公交大數(shù)據(jù)分析缺乏的是對(duì)個(gè)體出行特征的精細(xì)化描摹和個(gè)體選擇行為的深入刻畫，導(dǎo)致無法對(duì)公共交通線網(wǎng)優(yōu)化的技術(shù)方法和流程產(chǎn)生根本性變革。現(xiàn)階段隨著手機(jī)信令數(shù)據(jù)分析的持續(xù)深入，對(duì)于個(gè)體出行的分析逐步成為可能。

2.1 居民個(gè)體時(shí)空軌跡還原

時(shí)空軌跡還原最大的障礙在于從基站坐標(biāo)推斷居民出行的精確起訖點(diǎn)坐標(biāo)，在城市核心區(qū)雖然基站密度較高，但是路網(wǎng)更密，地塊也較為零散;在城市外圍區(qū)域路網(wǎng)雖然較稀疏，但是基站密度也較低，這都為起訖點(diǎn)定位帶來較大障礙。

但是隨著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商推出了最小化路測(cè)數(shù)據(jù)（MDT數(shù)據(jù)），可以反映用戶實(shí)際位置，這為確定用戶實(shí)際位置提供了有效路徑。但是由于數(shù)據(jù)產(chǎn)生機(jī)制和數(shù)據(jù)規(guī)模限制，MDT數(shù)據(jù)只能反映一部分運(yùn)營(yíng)商用戶活動(dòng)特征。在此情景下，可以建立啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)路徑尋路優(yōu)化模型，利用MDT數(shù)據(jù)和手機(jī)信令數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行模型訓(xùn)練;將訓(xùn)練好的模型應(yīng)用至全體手機(jī)信令數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型應(yīng)用，并利用志愿者實(shí)際路測(cè)反饋并進(jìn)一步優(yōu)化模型，至此不斷完善校核模型，形成穩(wěn)定模塊。

2.2 居民個(gè)體出行選擇機(jī)理擬合

在居民出行軌跡精準(zhǔn)還原的基礎(chǔ)上進(jìn)一步需要進(jìn)行出行方式的精準(zhǔn)識(shí)別，這在出行軌跡還原精度和質(zhì)量較高的基礎(chǔ)上，通過比對(duì)軌跡形態(tài)和綜合交通網(wǎng)絡(luò)形態(tài)以及綜合出行速度可以獲得辨識(shí)度較高的出行方式。

獲取大量居民出行方式、目的、時(shí)間、軌跡選擇的精準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可建立居民出行選擇與綜合交通設(shè)施供給之間的互動(dòng)模型，并利用居民出行選擇數(shù)據(jù)進(jìn)行大量模型訓(xùn)練，重點(diǎn)擬合綜合交通設(shè)施供給對(duì)居民出行選擇的內(nèi)在影響。

3 變革方向

在新技術(shù)賦能的背景下，公共交通線網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)將迎來最為顯著的變革和進(jìn)化，核心體現(xiàn)在規(guī)劃編制過程中需要回答四個(gè)問題。

3.1 還原對(duì)象：有哪幾類需求

對(duì)居民出行需求進(jìn)行底層分類，從出行目的、出行時(shí)間、出行距離、出行強(qiáng)度等等，這些需求純粹反映了城市空間布局引發(fā)的居民出行活動(dòng)，是所有交通產(chǎn)生的源頭，也是后續(xù)進(jìn)行公交服務(wù)設(shè)計(jì)的對(duì)象。

3.2 機(jī)理解析：選擇（不選擇）公交出行原因

基于居民出行機(jī)理模型分析上述幾類需求中，哪些選擇公交出行、哪些沒有選擇公交出行、分別原因是什么。這是規(guī)劃編制核心環(huán)節(jié)，承前啟后，是現(xiàn)狀癥結(jié)分析的核心體現(xiàn)，也是后續(xù)優(yōu)化方案和支撐方案形成的有力指導(dǎo)。

3.3 服務(wù)設(shè)計(jì)：提供（完善）哪幾類公交服務(wù)

摒棄原有直接進(jìn)行公交系統(tǒng)設(shè)施供給的思路，而是形成公交客流市場(chǎng)覆蓋—公交服務(wù)設(shè)計(jì)—公交設(shè)施供給的方案生成模式。針對(duì)既有客流市場(chǎng)完善提升服務(wù);針對(duì)可以爭(zhēng)取的潛在客流市場(chǎng)，從公交服務(wù)模式、公交服務(wù)頻率、公交走廊梳理進(jìn)行新型公交服務(wù)設(shè)計(jì)，并基于此進(jìn)行公交線路及運(yùn)力配置設(shè)計(jì)。

3.4 保障體系：需要哪些公交線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)支撐

有別于傳統(tǒng)公交線網(wǎng)僅僅針對(duì)公交線路和運(yùn)力進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，還需要針對(duì)公交線網(wǎng)高效運(yùn)行所需要的公交優(yōu)先、公交場(chǎng)站、運(yùn)力配置進(jìn)行保障性設(shè)計(jì)，保證公交服務(wù)按照既定設(shè)計(jì)進(jìn)行投放。

通過回答這四個(gè)問題，構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的公交線網(wǎng)優(yōu)化的技術(shù)路線，推動(dòng)公交線網(wǎng)優(yōu)化工作的可持續(xù)推進(jìn)。

4 結(jié)語

本次在深入分析既有公交線網(wǎng)優(yōu)化工作的核心問題基礎(chǔ)上，圍繞公交大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展階段和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于公交線網(wǎng)優(yōu)化工作的可能性變革進(jìn)行分析和展望。由于本文中居民出行特征解析技術(shù)仍處于原型開發(fā)和實(shí)驗(yàn)階段，后續(xù)技術(shù)的演變的模型的更新仍存在不確定因素，但是筆者相信隨著實(shí)證性研究的持續(xù)推進(jìn)，必然會(huì)形成最為穩(wěn)定和有效的線網(wǎng)優(yōu)化底層支撐新技術(shù)體系，從而切實(shí)推進(jìn)線網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)變革，切實(shí)提升公共交通服務(wù)品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力，落實(shí)城市公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。

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