大數據環(huán)境下基于GISDK的公交線網優(yōu)化系統(tǒng)研究

林本江 閆冬

摘 要：全方位掌握公交客流特征是公交線網優(yōu)化的基礎和前提，科學、高效的優(yōu)化公交線網布局尤為重要。本文充分整合公交IC卡、GPS等大數據資源，實現了公交客流上下車推算，構建了線網指標評價體系，對系統(tǒng)基礎功能、數據基底和邏輯關系進行了詳細的介紹。以濟南市為例對公交大數據進行挖掘分析，基于本系統(tǒng)實現了軌道接駁公交線網優(yōu)化。應用結果表明，大數據環(huán)境下基于GISDK的公交線網優(yōu)化系統(tǒng)具有良好的適用性。

關鍵詞：公共交通;大數據;線網優(yōu)化

0 引言

隨著綠色出行理念的推進，集約式交通出行方式將成為未來出行的主旋律。尤其是在軌道交通和快速公交快速發(fā)展的背景之下，如何協(xié)調公共交通供給和需求之間的矛盾，優(yōu)化常規(guī)公交線路，有效的進行客流接駁，是公交線網優(yōu)化研究的重要內容。近年來，國內外專家學者在公共交通線網優(yōu)化中越來越多的使用大數據手段來支撐線網優(yōu)化，提高優(yōu)化方案的科學性[1-3]。相關研究表明公交大數據能夠為線網優(yōu)化方案提供指引，交通模型仿真能夠為線網優(yōu)化效果提供驗證，將公交大數據與交通模型融合是公交線網規(guī)劃技術發(fā)展的必然趨勢。

本文通過整合公交IC卡、GPS數據等交通大數據資源，利用TransCAD的GISDK功能調用公交大數據統(tǒng)計分析結果，實現公共交通信息與地理信息的空間結合，快速、便捷的對公交線路系統(tǒng)進行查詢分析，為客流預測、線網規(guī)劃與調整提供全面、科學的支撐。

1 線網優(yōu)化系統(tǒng)研究

1.1 公交大數據分析

為了解決公交乘車僅上車刷卡，無法確定乘客完整的出行路徑的問題，以公交乘客IC卡數據和車輛GPS數據為基礎，推算乘客上下車的算法模型算法已相對成熟[4-5]。本文使用基于聚類相似度的上車站推算和基于換乘、通勤和往返關系的下車站推算[6]，公交下車站點為公交客流分析的重點，具體流程如下。

1.2 GISDK功能介紹

TransCAD作為一款強大的交通規(guī)劃軟件，不僅具有客流預測、拓撲分析的能力，而且為用戶提供了地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)工具包GISDK。可從任何服從ODBC（開放數據庫互連）的數據源獲取數據庫信息，并且具有5類功能強大的函數：地圖類、地理數據與分析類、表格類、網絡類和矩陣類 [7-9]。

2 功能需求研究

結合公交線網優(yōu)化工作需求，圍繞客流特征查詢、公交線網評價和接駁線路分析和優(yōu)化方案評價等功能進行研究。

2.1 客流特征查詢

線路、方向、時間、站段等方面對公交客流的動態(tài)分布特征進行統(tǒng)計分析。結合公共交通模型，配置ODBC數據源，對不同查詢條件下公共交通客流的流量、流向、流時和流程等特征進行查詢。

2.2 線網指標評價體系

參考相關指標研究[10-11]，對公共交通線網評價指標進行精細化設計，包括全常規(guī)公交、軌道交通以及常規(guī)公交與軌道融合等三大體系，根據線網布局、線網服務水平將指標細

化至17個。其中公交大數據特征指標包括：客流量、客流密度、出行距離、發(fā)車間隔、換乘系數、上下車量、換乘量、最大斷面、運行速度的、運行時間等10項指標;公交線網特征指標包括：站點覆蓋率、非直線系數、線網密度、重復系數、站間距、線路長度、線路數等7項。

2.3 接駁線路分析

線路間的接駁可理解為站點間的接駁，本系統(tǒng)以線路的站點為底層數據，進行接駁/競爭線路分析，流程如下：

（1）以線路L的站點為研究對象，站點編號記為Si（i=1……n）;

（2）篩選各站點周邊其他線路公交站點，根據分析需求自定義篩選范圍，記為Bij（j=1……m）（線路L的第i個站點周圍有m個?？空荆?

（3）統(tǒng)計Bij中重復站點的線路，當每條線路重復站點個數小于閾值k時，該作為查詢線路的接駁線路，記為Lk（k=1……p），否則該線路作為競爭線路，記為Lh（h=1……q）。

2.4 線網優(yōu)化評價

以公交模型為基礎，調用線網評價模塊，篩選出不符合條件的線路。并對線網進行調整、客流分配、指標評估和方案評價，實現線網優(yōu)化，主要流程如下。

3 實例應用

軌道交通線路的有效接駁是城市公共交通一體化的重要環(huán)節(jié)，以濟南市軌道交通3號線競爭線路優(yōu)化調整為例進行應用，基于系統(tǒng)對線網優(yōu)化。

3.1 客流分析查詢

公交IC卡數據主要包括卡編號、線路編號、刷卡時間、車牌號等主要字段，GPS數據主要包括站序、車載機編號、線路編號、到離站等主要字段。通過時間聚類和基于往返、換乘關系的上下車推算算法，對公交大數據進行分析統(tǒng)計，得到常規(guī)公交客流信息，將軌道刷卡信息與常規(guī)公交推算結果進行整合，得到公共交通數據庫，3號線查詢結果如下。

3.2 競爭線路查詢

設定當常規(guī)公交線路與軌道交通3號線車站重復在4及4個以上時，存在競爭關系，通過查詢可知共有8條線與軌道交通3號線存在競爭關系，結果如下。

3.3 線路優(yōu)化與評價

圍繞軌道線路，對常規(guī)公交網絡實施“橫向加密、縱向抽疏”的調整模式[12-13]，強化接駁、弱化競爭，促進兩種交通方式和諧發(fā)展，線路優(yōu)化方案如下表。

線路優(yōu)化后與軌道交通3號線相關的線網方案如圖6，優(yōu)化后線網整體客運量增加0.2萬，線網客流量有所提升，公交運行效率得到提高。

4 結語

公交線網的優(yōu)化以及公交系統(tǒng)的管理、建模、運用是一個相對復雜、專業(yè)的過程。GISDK技術能夠為解決城市

交通問題提供一種有效的手段，尤其是在大數據環(huán)境下將數據與模型結合量化支撐線網優(yōu)化工作。本文將公交模型與公交大數據相結合，形成了公交評價指標體系、公交接駁/競爭查詢和公交優(yōu)化評價流程，面向不同的使用者具有較強的適應性和可移植性強。將公共交通線網融合分析，對公共交通資源進行整合優(yōu)化，提高了網絡適應客流變化的能力。

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