基于浮動(dòng)車的公交到站時(shí)間動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法研究

高萬(wàn)寶

摘要：浮動(dòng)車交通信息采集技術(shù)是通過(guò)在車輛上安裝GPS設(shè)備，利用車輛的動(dòng)態(tài)位置變化信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)路況提取的技術(shù)。本文針對(duì)公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)，研發(fā)了一種基于浮動(dòng)車的公交車到站動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)方案，能夠提高公交到站時(shí)間預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，提升公交系統(tǒng)的信息管理和服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：浮動(dòng)車;預(yù)測(cè)

1.前言

現(xiàn)有公交系統(tǒng)由于無(wú)法預(yù)知到站時(shí)間等因素，造成市民在站臺(tái)等待時(shí)間較長(zhǎng)，公交出行率偏低。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們提出了很多行程時(shí)間預(yù)測(cè)模型，如歷史趨勢(shì)方法、非參數(shù)回歸模型、時(shí)間序列方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波模型等，在變化的交通狀況條件下，這些方法和模型不能取得令人滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果。

本文研發(fā)了一種基于浮動(dòng)車的公交到站動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)方法，能夠提高公交到站時(shí)間預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，為公眾出行提供信息誘導(dǎo)，合理安排行程，提升交通信息化的服務(wù)水平。

2.交通信息數(shù)據(jù)采集

本文選擇基于浮動(dòng)車進(jìn)行交通信息采集，獲取實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)，用于公交到站時(shí)間的智能預(yù)測(cè)，該方案需要在公交車上安裝GPS設(shè)備，獲取路網(wǎng)實(shí)時(shí)的交通運(yùn)行參數(shù)信息，然后進(jìn)行綜合計(jì)算。

公交車上安裝GPS定位設(shè)備組成公交浮動(dòng)車，在公交站點(diǎn)安裝誘導(dǎo)屏設(shè)備，采用數(shù)據(jù)通訊和存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)時(shí)獲取全部公交浮動(dòng)車的動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，并將動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送至動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)處理服務(wù)器，公交浮動(dòng)車的動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)包括時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高度、方向角和瞬時(shí)速度等。

3.數(shù)據(jù)地圖匹配

將公交浮動(dòng)車的GPS坐標(biāo)點(diǎn)匹配到相應(yīng)的路段上，并采用九宮格數(shù)據(jù)篩選和點(diǎn)到直線距離模型，對(duì)公交浮動(dòng)車的實(shí)時(shí)GPS坐標(biāo)進(jìn)行路段匹配。

1）基于路網(wǎng)的地理空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)，覆蓋網(wǎng)格化處理層，獲取每個(gè)網(wǎng)格的編號(hào)及邊界范圍，并根據(jù)路段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)信息，對(duì)路段和網(wǎng)格進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定。

設(shè)路段編碼為點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，網(wǎng)格編碼點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，對(duì)網(wǎng)格編碼點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)與路段編碼點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)進(jìn)行一對(duì)多關(guān)聯(lián)配對(duì)，

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，i為當(dāng)前路段的編號(hào);j為當(dāng)前網(wǎng)格的編號(hào);I為當(dāng)前網(wǎng)格內(nèi)的所有路段個(gè)數(shù);J為道路網(wǎng)上所有網(wǎng)格的總個(gè)數(shù)。

2）根據(jù)實(shí)時(shí)GPS坐標(biāo)信息，獲取該公交浮動(dòng)車所在的網(wǎng)格，并以該網(wǎng)格為中心、周圍九宮格為半徑，搜索目標(biāo)范圍內(nèi)的路段信息，得到候選匹配路段集。

3）獲取候選路段集中各個(gè)候選路段信息，包括候選路段編號(hào)、候選路段起點(diǎn)坐標(biāo)、候選路段終點(diǎn)坐標(biāo)和候選路段方向角;根據(jù)候選路段起點(diǎn)坐標(biāo)和候選路段終點(diǎn)坐標(biāo)，得到候選路段線性函數(shù);

設(shè)公交浮動(dòng)車的當(dāng)前坐標(biāo)為點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，候選路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)的直線方程為點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，則采用公式（3）計(jì)算出點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)與點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)之間的距離點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)：

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

4）根據(jù)浮動(dòng)車當(dāng)前坐標(biāo)點(diǎn)到各個(gè)路段的距離以及方向角，計(jì)算坐標(biāo)匹配指數(shù)MI，根據(jù)坐標(biāo)匹配指數(shù)的大小，判斷其匹配度，指數(shù)越大表示匹配的匹配度越大，在匹配指數(shù)集中，選取指數(shù)最大的路段為匹配路段。

4.行車路徑推測(cè)

獲取公交車在前后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)坐標(biāo)的匹配路段，根據(jù)路徑規(guī)劃模型和距離權(quán)值，搜索該公交浮動(dòng)車的軌跡路段集，獲取公交浮動(dòng)車的行車路線。

1）加載空間地理模塊，讀取與某個(gè)公交浮動(dòng)車前后兩相鄰坐標(biāo)各自相匹配的路段，分別作為該公交浮動(dòng)車的起點(diǎn)路段和終點(diǎn)路段。

基于公交浮動(dòng)車的起點(diǎn)路段和終點(diǎn)路段信息，搜索公交浮動(dòng)車的拓展路段集，拓展路段指的是當(dāng)車輛行駛到某個(gè)路段的終點(diǎn)時(shí)，其接下來(lái)可能行駛的路段;

2）根據(jù)起點(diǎn)路段及拓展路段信息，根據(jù)距離權(quán)值大小確定真實(shí)行駛路段;

3）將依次得到的各個(gè)真實(shí)行駛路段相連，得到公交浮動(dòng)車的行駛路線。

5.旅行時(shí)間計(jì)算

假設(shè)某輛公交浮動(dòng)車在計(jì)算周期內(nèi)所經(jīng)過(guò)的一系列GPS點(diǎn)，經(jīng)地圖匹配和行車路徑推測(cè)后的具體路徑為點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，其中，點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示該車所經(jīng)過(guò)的第i個(gè)路段的編碼;

計(jì)算該車通過(guò)路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)的出行時(shí)間：

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

其中，點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示車輛j在路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)上的出行時(shí)間;點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示車輛在點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)路徑的長(zhǎng)度;點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示車輛j前后相鄰兩個(gè)上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間差;點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)的長(zhǎng)度;根據(jù)各個(gè)路段的出行時(shí)間，得到公交浮動(dòng)車在軌跡路段集的分配時(shí)間;

再計(jì)算路段旅行時(shí)間：

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

其中，點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)的路段旅行時(shí)間，點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)表示路段點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)上參與計(jì)算的公交浮動(dòng)車的總個(gè)數(shù)，當(dāng)點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)等于0，即該路段上沒(méi)有數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，需要用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行彌補(bǔ)處理。

6.歷史數(shù)據(jù)彌補(bǔ)

對(duì)公交浮動(dòng)車樣本覆蓋數(shù)量小于n的路段，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)彌補(bǔ)計(jì)算，獲取路段校正旅行時(shí)間。

當(dāng)路段上沒(méi)有公交浮動(dòng)車的GPS數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，根據(jù)該路段同一時(shí)間段的歷史旅行時(shí)間點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)和該路段最近一次計(jì)算的旅行時(shí)間點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，計(jì)算得到該路段的校正旅行時(shí)間點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)：

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

當(dāng)路段上有公交浮動(dòng)車的GPS數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)，計(jì)算當(dāng)前路段的校正旅行時(shí)間點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng);

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

再更新該路段最近一次計(jì)算的旅行時(shí)間點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng)，

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

并利用公示（8）更新同一時(shí)間段的歷史平均速度點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng);

點(diǎn)擊并拖拽以移動(dòng) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

其中，k1，k2，k3是大于0且略小于1的系數(shù)。

7.公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)

獲取與公交站點(diǎn)相關(guān)的且將要到達(dá)該公交站點(diǎn)的浮動(dòng)車的GPS坐標(biāo)，根據(jù)地圖匹配和路徑規(guī)劃模型，獲取經(jīng)過(guò)路段集，將各個(gè)路段的校正旅行時(shí)間相加，得到公交浮動(dòng)車到達(dá)該公交站點(diǎn)的到達(dá)預(yù)測(cè)時(shí)間。

公交站點(diǎn)誘導(dǎo)屏設(shè)備實(shí)時(shí)發(fā)布各個(gè)將要到站的車輛信息，包括公交線路、車輛位置和到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)公交到站的動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)。

8.結(jié)論

本文通過(guò)構(gòu)建基于浮動(dòng)車的公交到站誘導(dǎo)算法，實(shí)現(xiàn)公交到站時(shí)間的動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)，對(duì)公眾出行進(jìn)行有效疏導(dǎo)，合理安排行程時(shí)間，提升公交系統(tǒng)的服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 秦玲，張劍飛，郭鵬. 浮動(dòng)車交通信息采集與處理關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2007， 7（1）： 39-42.