基于多源數(shù)據(jù)融合的江蘇省水運(yùn)出行服務(wù)分析

周君

交通水運(yùn)行業(yè)作為整個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)的一個(gè)重要組成部分，在交通運(yùn)輸發(fā)展中起到的積極作用越來越顯著。本次研究利用AIS數(shù)據(jù)、VITS數(shù)據(jù)、船閘數(shù)據(jù)、港口數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，分析江蘇省內(nèi)、省外船舶OD及水運(yùn)貨運(yùn)OD特征，建立江蘇省的船舶、企業(yè)、港口、船閘、船舶行駛OD等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為整個(gè)航道網(wǎng)絡(luò)水運(yùn)貨運(yùn)量運(yùn)輸組織提供參考依據(jù)。

一、引言

各種交通數(shù)據(jù)之間各有特色，之間又有著千絲萬縷的聯(lián)系，在大量數(shù)據(jù)匯聚的“交通互聯(lián)網(wǎng)”包含著人、車、路、城市之間聯(lián)系，而這種最基礎(chǔ)的交通聯(lián)系，即回答“人往何處”的問題，回到乘客OD出行的問題。OD出行需要精確的描述乘客出行的出發(fā)地、目的地、交通方式、出行路徑、路網(wǎng)狀況等，需要對大量的乘客進(jìn)行個(gè)性化分析；然而單一的數(shù)據(jù)源很難兼顧精度與廣度，也就影響了需求分析精度和交通項(xiàng)目決策的科學(xué)性。為了彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)源精度廣度不能兼顧的缺陷，本項(xiàng)目將對多源大數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，實(shí)現(xiàn)更多的分析需求，使分析達(dá)到更高的精度；通過不同數(shù)據(jù)匯聚，構(gòu)建完整的“交通互聯(lián)網(wǎng)”，抽象出完整的交通OD信息，供交通規(guī)劃、決策和管理者使用。

二、多源數(shù)據(jù)簡介

目前交通系統(tǒng)中存有大量交通數(shù)據(jù)，通常包括靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。按采集時(shí)間不同，獲得動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)能描述斷面歷史與實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)特征。按采集地點(diǎn)變化，獲得的交通數(shù)據(jù)能描述整個(gè)路網(wǎng)交通流空間分布特征。按采集方式差異，人工調(diào)查數(shù)據(jù)能直接解析調(diào)查區(qū)域交通出行特征與規(guī)律，但數(shù)據(jù)量有限且主觀性強(qiáng)、更新周期長；車檢設(shè)備數(shù)據(jù)能提供檢測地點(diǎn)的交通流特征，但精確性與布設(shè)密度有關(guān)；浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)能提供行駛路段區(qū)間的運(yùn)行參數(shù)特征或單個(gè)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行特征，但穩(wěn)定性、連續(xù)性差；手機(jī)信令、公交IC卡數(shù)據(jù)，獲取方便、內(nèi)容完整、更新連續(xù)，能提供交通出行的精細(xì)化過程，但巨量數(shù)據(jù)分析與處理過程繁瑣。因而，不同的交通數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間、側(cè)重點(diǎn)及用途上都表現(xiàn)出差異性，能以不同程度描述目標(biāo)路段交通流運(yùn)行特征。綜合分析、處理多源交通數(shù)據(jù)就能得到全面、可靠與互補(bǔ)的交通信息。

三、水運(yùn)OD獲取及研究

（一）水運(yùn)數(shù)據(jù)的獲取

近幾年，隨著各類行業(yè)內(nèi)的需求涌現(xiàn)出許多業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，從交通運(yùn)輸水運(yùn)行業(yè)管理部門到各省交通運(yùn)輸廳、港行管理局、航務(wù)管理局，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以數(shù)量級的增長趨勢日益明顯。為更好地從各類水運(yùn)數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通水運(yùn)信息化，提高交通水運(yùn)行業(yè)的科學(xué)管理和組織服務(wù)水平，同時(shí)提高水路運(yùn)輸?shù)男?、安全性、整體效益，切實(shí)解決制約水運(yùn)行業(yè)發(fā)展中的瓶頸問題，需要獲取水運(yùn)航道數(shù)據(jù)；港口、碼頭、船閘等水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)；江蘇省內(nèi)河航道船舶VITS數(shù)據(jù)；港口吞吐量包括分裝（卸）貨港分貨類的吞吐量；港口吞吐量核查；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)調(diào)查數(shù)據(jù)等。

本次研究利用AIS數(shù)據(jù)、VITS數(shù)據(jù)、船閘數(shù)據(jù)、港口數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，分析江蘇省內(nèi)、省外船舶OD及水運(yùn)貨運(yùn)OD特征，建立江蘇省的船舶、企業(yè)、港口、船閘、船舶行駛OD等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為整個(gè)航道網(wǎng)絡(luò)水運(yùn)貨運(yùn)量運(yùn)輸組織提供參考依據(jù)。其主要處理方法如下：

省內(nèi)船舶及水運(yùn)貨運(yùn)OD特征：江蘇省船閘數(shù)據(jù)包括江蘇省內(nèi)河過閘船舶名稱、時(shí)間、運(yùn)輸貨物起訖點(diǎn)、貨種、貨運(yùn)載重等信息，船閘數(shù)據(jù)貨運(yùn)起訖點(diǎn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，會影響水運(yùn)貨運(yùn)OD的精準(zhǔn)性；VITS數(shù)據(jù)是江蘇省內(nèi)河運(yùn)行的船舶軌跡數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確記錄船舶名稱、經(jīng)緯度、運(yùn)行時(shí)間等信息，通過參數(shù)設(shè)定，可以判斷船舶運(yùn)行狀態(tài)、OD等。通過將VITS數(shù)據(jù)與船閘數(shù)據(jù)融合，利用VITS數(shù)據(jù)校準(zhǔn)船舶起訖點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲取準(zhǔn)確的江蘇省內(nèi)水運(yùn)貨運(yùn)OD。

省外船舶及水運(yùn)貨運(yùn)OD特征：江蘇省港口數(shù)據(jù)包括江蘇省港口港區(qū)名稱、貨運(yùn)起訖點(diǎn)、進(jìn)出港、內(nèi)外貿(mào)、貨種、貨運(yùn)量等信息，港口起訖點(diǎn)主要是人工上報(bào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)描述比較粗糙，無法細(xì)致描述水運(yùn)貨運(yùn)的運(yùn)行OD；AIS數(shù)據(jù)是沿江、沿海船舶運(yùn)行GPS數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確記錄船舶名稱、經(jīng)緯度、時(shí)間、運(yùn)行狀態(tài)等信息，可以判斷船舶的實(shí)際運(yùn)行OD。將港口數(shù)據(jù)與AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，借助AIS校核港口起訖點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確獲取江蘇省與省外、世界港口貨運(yùn)OD空間分布特征。

（二）水運(yùn)數(shù)據(jù)預(yù)處理

1. 軌跡數(shù)據(jù)重構(gòu)

結(jié)合航道走向、AIS數(shù)據(jù)、VITS數(shù)據(jù)的鄰近時(shí)刻、經(jīng)緯度等信息，借助GIS對VITS缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡重構(gòu)，補(bǔ)全完整的船舶運(yùn)行軌跡。

2. Date時(shí)間格式轉(zhuǎn)化

利用P y t h o n語句將V I T S數(shù)據(jù)的時(shí)間格式TIMESTAMP（12小時(shí)制）轉(zhuǎn)為DATE（24小時(shí)制）重新進(jìn)行時(shí)間存儲。

3. OD甄別

結(jié)合船舶的軌跡數(shù)據(jù)，對疑似?？奎c(diǎn)進(jìn)行判斷，利用區(qū)間距離、停泊時(shí)長來區(qū)分船舶是在船閘處停泊、臨時(shí)停泊還是真正意義上的靠港停泊。

4. 關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)定

利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、聚類分析的方法，將速度小于0.5千米/時(shí)、區(qū)間行駛距離大于10千米、停泊時(shí)長大于3小時(shí)的判斷為真正意義上的靠港停泊，即本研究中所指的OD。

5. 利用時(shí)空參數(shù)（區(qū)間距離、停泊時(shí)間）計(jì)算OD

AIS數(shù)據(jù)、VITS數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)回傳船舶在江河運(yùn)行的實(shí)時(shí)位置、速度等信息，為跟蹤船舶時(shí)空位置信息提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。利用時(shí)空數(shù)據(jù)計(jì)算OD的主要技術(shù)路線如圖1。

距離判斷。每一條船，根據(jù)經(jīng)緯度變化，確定下一條數(shù)據(jù)與上一條數(shù)據(jù)的距離（此處需要用經(jīng)緯度換算到實(shí)際距離）。若距離小于10km，則認(rèn)為船沒有行駛，位置為P（i）。若距離大于10公里，則認(rèn)為船停泊在下一個(gè)位置，位置為P（i+1）。

時(shí)間判斷。提取P（i）位置的最小時(shí)間對應(yīng)的經(jīng)緯度和時(shí)間，和最大時(shí)間對應(yīng)的經(jīng)緯度和時(shí)間。將最大時(shí)間和最小時(shí)間做差得到△t。如果△t<3，則認(rèn)為船僅為短時(shí)?？浚瑒h除該條數(shù)據(jù)。如果△t>3，則認(rèn)為船舶抵達(dá)碼頭，保留數(shù)據(jù)。

遍歷表格。遍歷整個(gè)數(shù)據(jù)表，最后得到的結(jié)果是每個(gè)船在每個(gè)位置的起始、結(jié)束對應(yīng)的經(jīng)緯度和時(shí)間。

6. 結(jié)合經(jīng)緯度、時(shí)間字段進(jìn)行數(shù)據(jù)融合

在Oracle中利用經(jīng)緯度、時(shí)間字段進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，匹配在相同時(shí)間、位置出現(xiàn)在船閘數(shù)據(jù)和VITS數(shù)據(jù)、港口數(shù)據(jù)和AIS數(shù)據(jù)的船舶，實(shí)現(xiàn)船舶OD與貨運(yùn)數(shù)據(jù)融合，為準(zhǔn)確獲取江蘇省省內(nèi)、省外水運(yùn)貨運(yùn)OD奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（三）水運(yùn)數(shù)據(jù)OD矩陣獲取

通過設(shè)定行駛區(qū)間距離L大于10千米，停泊時(shí)間大于3小時(shí)兩個(gè)參數(shù)，運(yùn)用Python對AIS數(shù)據(jù)、VITS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本次主要是對系泊AIS數(shù)據(jù)、以2開頭的內(nèi)河客船類數(shù)據(jù)、以3開頭的內(nèi)河液貨船類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，共獲得客船類OD。

（四）省內(nèi)水運(yùn)貨運(yùn)OD矩陣特征

江蘇省境內(nèi)水運(yùn)以京杭運(yùn)河為主要貨運(yùn)輸送通道，沿線南通市、泰州市、揚(yáng)州市、無錫市、蘇州市貨運(yùn)量較高，城市間貨運(yùn)聯(lián)系強(qiáng)度大，承擔(dān)連接蘇南、蘇北、省內(nèi)、省外貨運(yùn)重要的集疏運(yùn)功能。如圖2所示。

（五）省外水運(yùn)貨運(yùn)OD矩陣特征

1.港口貨運(yùn)量總體特征

江蘇省蘇州港、連云港、常州港鎮(zhèn)江港、南通港、無錫港、泰州港、南京港、南京港、鹽城港、揚(yáng)州港十大港口港區(qū)全年港口裝卸貨水運(yùn)貨運(yùn)量17.5億噸/年，其中與江蘇省內(nèi)港口間貨運(yùn)量為3.5億噸/年，占全省貨運(yùn)總量20%；與省外（去往中國其他省市、世界港口港區(qū)）港口間貨運(yùn)量14.0億噸，占全省貨運(yùn)總量80%。本小節(jié)主要分析江蘇省與省外（去往中國其他省市、世界港口港區(qū)）港口間OD及貨運(yùn)量分布特征。

在江蘇省與省外間貨運(yùn)量14.0億噸貨運(yùn)量中，從世界港口港區(qū)進(jìn)入到江蘇省港口的進(jìn)港貨運(yùn)量9.5億噸，占江蘇省與省外貨運(yùn)量的68%，由江蘇省港口出發(fā)至全世界港口的貨運(yùn)量為4.5億噸，占32%。江蘇省進(jìn)港貨運(yùn)量遠(yuǎn)大于出港貨運(yùn)量，進(jìn)港貨運(yùn)量是出港貨運(yùn)量的2倍。

2.港口進(jìn)出港貨運(yùn)OD特征

進(jìn)港貨運(yùn)特征分析

通過省外進(jìn)港貨運(yùn)OD分析，江蘇省進(jìn)港貨物主要來自浙江省、河北省、上海市、山東省等臨近省市；國外貨物主要來自南邊的澳大利亞、新西蘭。國內(nèi)浙江省與蘇州市聯(lián)系強(qiáng)度位居首位，國外澳大利亞與連云港市間貨運(yùn)聯(lián)系最高。

出港貨運(yùn)特征分析

通過省外出港貨運(yùn)OD分析，國內(nèi)主要發(fā)往大連市、上海市、廈門市、浙江省、廣州市；國外主要發(fā)往日本、韓國。

四、結(jié)束語

本文所提出的水路運(yùn)輸OD獲取方法，能對綜合運(yùn)輸系統(tǒng)中水路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，從而找出交通量增長與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，為區(qū)域綜合交通規(guī)劃提供重要的參考依據(jù)，為我省中長期綜合交通運(yùn)輸體系規(guī)劃提供重要數(shù)據(jù)支撐。

作者單位：江蘇省交通通信信息中心