基于GPS的個人出行數(shù)據(jù)采集與分析

摘 要：本文利用GPS采集的數(shù)據(jù)，分析個人交通出行的特點。在分析傳統(tǒng)交通信息采集的基礎上，運用GPS進行個人出行信息采集。本文分析GPS定位原理，建立GPS定位特征模型。結(jié)合模型分析1個個體，多個個體一日內(nèi)出行特點。研究個人一日內(nèi)的出行半徑，以及在時間點上的運動、靜止狀態(tài)。對人們交通出行行為進行研究，為城市交通規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：交通出行； GPS； 數(shù)據(jù)采集；出行行為

交通信息是智能交通系統(tǒng)運作的靈魂，而交通信息采集系統(tǒng)是ITS系統(tǒng)的重要組成部分之一，通過信息采集系統(tǒng)可以得到反映交通狀況的實時信息，得到各類所需的對決策有用的信息。傳統(tǒng)交通信息采集技術(shù)常常依靠人工調(diào)查員隨機調(diào)查幾個區(qū)域點的交通流信息，最后以記錄報表的方式向交通規(guī)劃者和政府職能部門匯報交通狀況。調(diào)查數(shù)據(jù)方式一般回傳速度慢，主觀因素干擾大，數(shù)據(jù)精度不高，數(shù)據(jù)量有限。

隨著科技的進步，城市道路交通信息采集的檢測技術(shù)越來越多，目前主流的檢測技術(shù)主要有：地感線圈檢測、紅外檢測、超聲波檢測、雷達檢測以及視頻檢測等。但隨著ITS中的出行者信息系統(tǒng)對交通系統(tǒng)中實時動態(tài)交通信息需求的不斷提高，目前餓交通信息采集方式也出現(xiàn)了很多不足，其不足主要表現(xiàn)在這幾方面：

（1）傳統(tǒng)的采集方式路網(wǎng)覆蓋率比較低，采集的交通信息不能全面反映路網(wǎng)交通狀態(tài)；

（2）不同采集方式具有不同的采集特點和環(huán)境適應性，信息源可靠性不高；

（3）傳統(tǒng)的采集方式在安裝和維護過程中需要破壞路面或影響正常的交通流，且每年對其的維護和保養(yǎng)都需要花費大量的人力和物力。

1 基于GPS定位進行交通數(shù)據(jù)采集

隨著GPS接收機的體積越來越小，內(nèi)存的容量越來越大，加之2000年后美國軍方取消SA（selective availability）政策后，GPS測量精度提高到3～5倍，使得GPS設備的應用面更加廣泛。本文討論的主要數(shù)據(jù)來源是手持GPS （GPSmap 60csx） 和Leadtek9553D車載GPS模塊通過隨身攜帶所采集，采集數(shù)據(jù)通過該模塊配套軟件和Google earth 軟件驗證，具有可靠性。

GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：（1）地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站和通訊輔助系統(tǒng)組成；（2）空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上；（3）用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X，Y，Z）。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，經(jīng)度X、緯度Y、高程Z和時間T，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。

2 GPS 定位特征模型

設個體一天內(nèi)的出行點為：O1，O2，…，Oi，…On，坐標為（Xi，yi ），則個體一天出現(xiàn)的期望坐標。為了得到個體一天內(nèi)的位置變化及出行情況，將時間作為坐標縱軸，得到該個體在空間和時間組成的三維空間中的軌跡，隨著時間在同一位置坐標點上累加的軌跡段出現(xiàn)在個體處于靜止狀

態(tài)的時間段內(nèi)；相對的，隨著時間的變化而在位置坐標上呈現(xiàn)出位移變化的點組成的軌跡則出現(xiàn)在個體處于移動狀況的時間段內(nèi)。這樣靜止與移動狀態(tài)在時間上的交替變化則反映出了個體在某時間段內(nèi)的位置變化情況。

通過GPS數(shù)據(jù)對具體某個個體的出行情況進行監(jiān)測，然后使用有效的數(shù)據(jù)處理及圖形仿真，理論上是可以清楚地掌握個體在隨時間變化的地理空間位置及個體的移動情況，由此推廣至N個個體，同樣也可以從大量的數(shù)據(jù)中分析得到群體出行行為的相關(guān)規(guī)律及特征。

3 實例驗證

3.1 1個個體的GPS數(shù)據(jù)特點

由針對個體出行的GPS數(shù)據(jù)采集方法，得到個人早上9點到晚上9點的出行GPS數(shù)據(jù)。從研究該個體一天出行情況的總輪廓出發(fā)，選取了GPS數(shù)據(jù)中的經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)，得到出行的最大半徑和聚集中心點。

一般情況下該個體一天出行的距離的最小包絡圓直徑為：2000 m。 為了得到個體一天內(nèi)的位置變化及出行情況，將時間作為坐標縱軸，得到該個體在空間和時間組成的三維空間中的軌跡。

由空間時間曲線，可以清晰地觀察到個體一天的出行情況。隨著時間在同一位置坐標點上累加的軌跡段出現(xiàn)在個體處于靜止狀態(tài)的時間段內(nèi)；相對的，隨著時間的變化而在位置坐標上呈現(xiàn)出位移變化的點組成的軌跡則出現(xiàn)在個體處于移動狀況的時間段內(nèi)。這樣靜止與移動狀態(tài)在時間上的交替變化則反映出了個體在某時間段內(nèi)的位置變化情況。在速度為零時，個體停止在 點，在時間上的累積就形成的STOP豎直段；同理在移動的情況下，有MOVE的斜線段。

結(jié)語：

個體的出行行為有六個特性：出行目的、出行時間分布、城市出行的空間分布、選擇所用的交通方式、交通安全以及出行成本。在有關(guān)交通系統(tǒng)的使用方面，個人出行行為的這六個特性，對于理解規(guī)劃過程中的技術(shù)分析問題以及要考慮的分類形式具有重要意義。

當GPS系統(tǒng)和衛(wèi)星影像與出行需求模型程序結(jié)合時，將使規(guī)劃師不僅能預測路網(wǎng)中人的活動趨勢，還可以估定這一活動趨勢對于社會經(jīng)濟和環(huán)境的影響；使規(guī)劃師在對重要環(huán)境和社區(qū)規(guī)劃決策的時間和空間條件下，能夠分析較遠距離獲取的數(shù)據(jù)。因此，城市交通運輸分析過程產(chǎn)生的信息更加豐富。

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作者簡介：

何林，女，漢族，1988年3月出生，西南交通大學碩士研究生，研究方向為交通運輸、鐵路車站作業(yè)智能化，四川交通職業(yè)技術(shù)學院教師。endprint