基于大數(shù)據(jù)的綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊友盛 韋宇欣 秦樹(shù)峰

摘要：綜合交通樞紐主要就是集機(jī)場(chǎng)、高速公路交通、鐵路交通、地鐵交通、長(zhǎng)途客運(yùn)交通、公交交通等于一體的交通樞紐，是城市整體交通系統(tǒng)中非常重要的節(jié)點(diǎn)。為此，文章提出基于大數(shù)據(jù)的綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議和系統(tǒng)的應(yīng)用措施，旨在為提升綜合交通樞紐的客流監(jiān)測(cè)效果提供參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；綜合交通樞紐；客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U492.1A551853

0引言

綜合交通樞紐是集機(jī)場(chǎng)、高速公路交通、鐵路交通、地鐵交通、長(zhǎng)途客運(yùn)交通、公交交通等于一體的交通樞紐，是城市整體交通系統(tǒng)中非常重要的節(jié)點(diǎn)，有助于全面掌控不同交通系統(tǒng)的客流狀況，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)客流規(guī)模，提高樞紐運(yùn)力的調(diào)度精準(zhǔn)性，預(yù)防大規(guī)模游客在交通樞紐滯留。傳統(tǒng)的城市綜合交通樞紐監(jiān)測(cè)工作主要使用紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)、壓力監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)測(cè)等技術(shù)，但是此類(lèi)硬件設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備安裝困難、維護(hù)難度高、監(jiān)測(cè)的范圍狹窄，缺少對(duì)樞紐周?chē)缆窢顩r和交通集疏運(yùn)行能力數(shù)據(jù)的分析，很難確保對(duì)綜合交通樞紐的全面監(jiān)測(cè)和對(duì)客流規(guī)模的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，對(duì)運(yùn)力調(diào)度和避免旅客滯留產(chǎn)生不利影響。而以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)全面預(yù)測(cè)分析客流規(guī)模，對(duì)提升交通樞紐運(yùn)力和預(yù)防游客滯留具有重要意義。因此，在綜合交通樞紐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需重點(diǎn)采用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升交通樞紐監(jiān)測(cè)工作的水平。

1.1大數(shù)據(jù)建設(shè)框架的設(shè)計(jì)

采用大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)建設(shè)框架的設(shè)計(jì)，以大數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)采集收集機(jī)場(chǎng)客流、智慧高速公路堵點(diǎn)數(shù)據(jù)、城市道路數(shù)據(jù)、軌道交通和地面公交數(shù)據(jù)、出租交通與鐵路客貨運(yùn)交通數(shù)據(jù)、公路客貨運(yùn)數(shù)據(jù)等。利用Hadoop大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和處理技術(shù)，構(gòu)建能夠大規(guī)模進(jìn)行海量數(shù)據(jù)信息處理的集群，存儲(chǔ)和處理海量的綜合交通樞紐數(shù)據(jù)信息。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將大數(shù)據(jù)建設(shè)框架分成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和交換數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、主題數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用來(lái)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化類(lèi)型和非結(jié)構(gòu)化類(lèi)型的數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)對(duì)綜合交通樞紐數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、聯(lián)機(jī)分析、數(shù)據(jù)挖掘處理。主要的建設(shè)框架如圖1所示。

綜合交通樞紐大數(shù)據(jù)具備體量大、數(shù)據(jù)處理速度快、模態(tài)多元化、真假數(shù)據(jù)共存、價(jià)值豐富性、數(shù)據(jù)可視化的特點(diǎn)，只有全面有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，才能充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。因此，在大數(shù)據(jù)建設(shè)框架中采用spss軟件、Sas軟件和hive云計(jì)算模型等，可準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的清洗、融合、統(tǒng)計(jì)分析和聯(lián)機(jī)分析，深入完成數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化操作，提升數(shù)據(jù)處理效果。

1.2客流監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合交通樞紐屬于城市交通領(lǐng)域中非常重要的核心部分，對(duì)城市內(nèi)外交通服務(wù)具有重要的影響，匯集多種類(lèi)型的交通方式，每天有上萬(wàn)次客流出行，產(chǎn)生多元化、復(fù)雜化的交通出行數(shù)據(jù)。綜合交通樞紐運(yùn)營(yíng)情況與周?chē)母咚俟方煌?、道路交通、客流等存在直接?lián)系。為確保客流監(jiān)測(cè)效果，此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行不同交通運(yùn)行狀況、綜合樞紐運(yùn)行管理數(shù)據(jù)的采集，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的客流情況與公共交通運(yùn)力，分析樞紐內(nèi)部和外部的狀況，提前進(jìn)行旅客信息的發(fā)布，精準(zhǔn)進(jìn)行交通車(chē)次的調(diào)度，預(yù)防發(fā)生旅客滯留的問(wèn)題，整體的樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

2.1樞紐室內(nèi)定位

近年來(lái)，在綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，樞紐室內(nèi)定位技術(shù)一直屬于應(yīng)用難度較高的技術(shù)，無(wú)論采用壓力監(jiān)測(cè)、紅外和視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)，都存在相應(yīng)的缺陷，難以精確地、大范圍地進(jìn)行樞紐客流的監(jiān)測(cè)。為有效解決此類(lèi)問(wèn)題，本次研究中提出利用LampSite+SVA進(jìn)行樞紐室內(nèi)定位的措施，通過(guò)樞紐室內(nèi)定位技術(shù)全面進(jìn)行綜合交通樞紐客流實(shí)時(shí)性位置數(shù)據(jù)的采集。LampSite是當(dāng)前較為先進(jìn)的天線室內(nèi)多規(guī)模覆蓋問(wèn)題處理技術(shù)，能夠進(jìn)行室內(nèi)盲點(diǎn)的補(bǔ)充和熱點(diǎn)擴(kuò)充，整體設(shè)備的體積很小，能夠靈活進(jìn)行部署，容量也很高，適合應(yīng)用在客流密度較大的綜合交通樞紐監(jiān)測(cè)中。與此同時(shí)，LampSite架構(gòu)具備BBU層次、RHUB層次和pRRU層次，不同層次的應(yīng)用能夠使射頻信號(hào)和基帶信號(hào)之間良好轉(zhuǎn)換。SVA是將數(shù)字化小蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)部分的能力開(kāi)放平臺(tái)系統(tǒng)。其中API具備TDOA定位功能、指紋定位功能和場(chǎng)強(qiáng)三角定位功能，能有效進(jìn)行樞紐室內(nèi)的位置分析計(jì)算和數(shù)據(jù)信息傳輸。定位算法的精確度能夠達(dá)到4～7 m，準(zhǔn)確完成不同交通形式乘車(chē)區(qū)域客流數(shù)據(jù)、樞紐周?chē)腥藬?shù)據(jù)、小區(qū)住戶(hù)數(shù)據(jù)的區(qū)分。將LampSite和SVA技術(shù)相互整合，能夠提升樞紐室內(nèi)定位的精準(zhǔn)性。

近年來(lái)在綜合交通樞紐室內(nèi)定位方面主要采用無(wú)線網(wǎng)指紋定位技術(shù)和藍(lán)牙定位技術(shù)。定位的準(zhǔn)確性很容易受到外部基站位置的影響，定位的范圍較小，不能確保準(zhǔn)確進(jìn)行綜合交通樞紐室內(nèi)客流的定位。表1為不同定位技術(shù)的應(yīng)用效果對(duì)比表。由表1可知，LampSite+SVA定位技術(shù)的應(yīng)用準(zhǔn)確性非常明顯，具有推廣的價(jià)值，因此本次設(shè)計(jì)中將LampSite+SVA定位技術(shù)應(yīng)用在樞紐類(lèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，準(zhǔn)確進(jìn)行樞紐室內(nèi)客流的定位，實(shí)時(shí)性獲得位置數(shù)據(jù)信息，掌控客流時(shí)空狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地對(duì)異常狀況作出預(yù)警［1］。

2.2樞紐客流分析

整體系統(tǒng)中進(jìn)行樞紐客流的分析，采用智能手機(jī)指令數(shù)據(jù)獲得實(shí)時(shí)的樞紐客流數(shù)據(jù)，對(duì)樞紐客流的實(shí)時(shí)性情況、集散時(shí)間與短時(shí)客流等進(jìn)行分析，如圖3所示。

2.2.1客流實(shí)時(shí)性情況分析

樞紐客流實(shí)時(shí)性情況分析的過(guò)程中主要是進(jìn)行樞紐在站與乘車(chē)區(qū)的客流研究，其中在站客流主要是樞紐之內(nèi)的乘車(chē)旅客，需要將內(nèi)部工作人員數(shù)據(jù)排除，按照運(yùn)營(yíng)商在區(qū)域范圍內(nèi)的占有率，合理擴(kuò)樣處理，計(jì)算方式見(jiàn)式（1）：

可按照基站下各個(gè)用戶(hù)停留時(shí)間做出統(tǒng)計(jì)研究和分析判斷，準(zhǔn)確判斷工作人員的數(shù)據(jù)。同時(shí)需要注意，樞紐內(nèi)平均每天停留時(shí)間在2 h以上的用戶(hù)，可以將其標(biāo)定成為工作人員。另外，LampSite+SVA定位技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的位置計(jì)算精度能夠達(dá)到4～7 m的指標(biāo)，所以使用此類(lèi)技術(shù)可以準(zhǔn)確進(jìn)行區(qū)域范圍內(nèi)等車(chē)客流的識(shí)別，采集不同交通區(qū)域內(nèi)的等車(chē)客流數(shù)據(jù)信息，計(jì)算區(qū)域下基站檢測(cè)出來(lái)的用戶(hù)數(shù)量之和［2］。

2.2.2集散時(shí)間的合理分析

從本質(zhì)層面而言，樞紐內(nèi)乘客的停留時(shí)間能夠?qū)屑~集散效率反映出來(lái)，合理對(duì)其進(jìn)行分析和研究，需要采集整體計(jì)算時(shí)間、不同交通區(qū)域乘車(chē)客流的等車(chē)時(shí)間，以樞紐內(nèi)乘客停留平均時(shí)間為基礎(chǔ)，將非乘車(chē)行為用戶(hù)的數(shù)據(jù)扣除后，對(duì)剩余用戶(hù)平均停留時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，得到樞紐內(nèi)整體集散時(shí)間的參數(shù)，可按照式（2）進(jìn)行計(jì)算分析：

每個(gè)交通乘車(chē)區(qū)域范圍內(nèi)的集散時(shí)間，都可以通過(guò)乘客進(jìn)入?yún)^(qū)域到上車(chē)離去的平均時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，將交通運(yùn)輸能力和服務(wù)質(zhì)量反映出來(lái)，使調(diào)度部門(mén)能夠按照乘車(chē)區(qū)域集散時(shí)間進(jìn)行分析和研究，制定對(duì)交通運(yùn)力進(jìn)行調(diào)整和調(diào)度的方案計(jì)劃［3］。

2.2.3短時(shí)客流的合理預(yù)測(cè)分析

在樞紐短時(shí)客流預(yù)測(cè)的過(guò)程中主要是將歷史和實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)輸入時(shí)間序列模型，對(duì)歷史數(shù)據(jù)全面分析排列時(shí)間序列，構(gòu)建相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，通過(guò)模型進(jìn)行未來(lái)客流量的預(yù)測(cè)分析。如式（3）所示，在模型中設(shè)置相關(guān)序列X={X1，X2，……Xn}，預(yù)測(cè)結(jié)果為n個(gè)，向前預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)值為x（k+h），可利用公式描述線性或者是非線性的回歸過(guò)程。

可通過(guò)此類(lèi)模型科學(xué)合理分析和預(yù)測(cè)短時(shí)客流，為相關(guān)工作的有效開(kāi)展提供保障，如圖4所示。

2.3樞紐信息發(fā)布

在綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，完成樞紐客流分析操作和樞紐室內(nèi)定位操作后，需要按照實(shí)際情況發(fā)布樞紐的數(shù)據(jù)信息，分析研究樞紐客流狀況，為乘客、周邊出租車(chē)、交通行業(yè)等發(fā)布相關(guān)的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)乘客合理進(jìn)行交通換乘方式的選擇、為運(yùn)力的調(diào)度提供依據(jù)、為周?chē)鲎廛?chē)的運(yùn)營(yíng)提供指引，確保能夠改善交通樞紐的換乘效率，預(yù)防出現(xiàn)旅客滯留的問(wèn)題，降低出租車(chē)空載問(wèn)題的發(fā)生率［4］。

系統(tǒng)運(yùn)行期間大數(shù)據(jù)中心能夠全面采集車(chē)流數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)和客流數(shù)據(jù)，為管理人員進(jìn)行車(chē)輛靜態(tài)信息、車(chē)輛運(yùn)行信息和樞紐運(yùn)行信息的反饋，使調(diào)度工作人員能夠準(zhǔn)確判斷是否會(huì)發(fā)生突發(fā)狀況，科學(xué)合理開(kāi)展車(chē)輛調(diào)度工作。與此同時(shí)，綜合交通樞紐是城市交通領(lǐng)域中的重要節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)城市外部和內(nèi)部交通功能。節(jié)假日期間和重大活動(dòng)特殊期間，可能會(huì)有大規(guī)模客流，在這種情況下可通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性進(jìn)行樞紐內(nèi)客流數(shù)據(jù)的采集，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)短時(shí)客流情況，合理進(jìn)行不同交通等車(chē)乘客數(shù)量數(shù)據(jù)和平均集散時(shí)間數(shù)據(jù)的發(fā)布，為乘客發(fā)布不同交通乘車(chē)區(qū)域內(nèi)的等車(chē)時(shí)間信息和擁堵度信息，使乘客合理選擇換乘的方法［5］。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需合理完善相關(guān)的大數(shù)據(jù)建設(shè)框架、客流監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)，確保能夠準(zhǔn)確進(jìn)行交通樞紐客流監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在基于大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合交通樞紐客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面，必須完善樞紐室內(nèi)定位的功能、樞紐客流實(shí)時(shí)性情況分析功能、客流集散時(shí)間分析功能和短時(shí)客流分析功能，實(shí)時(shí)發(fā)布相關(guān)的樞紐信息，確保系統(tǒng)的良好應(yīng)用。

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基金項(xiàng)目：廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“智慧高速車(chē)路一體技術(shù)研究與示范項(xiàng)目”（編號(hào)：桂科AB21196008）

作者簡(jiǎn)介：楊友盛（1982—），高級(jí)工程師，主要從事高速公路機(jī)電工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理及建筑智能化工程建設(shè)工作。