公共交通動態監測及決策支撐系統建設框架研究

程曉明 李旭 侯佳

摘 要：隨著公共交通建設發展的持續推進，其建設瓶頸期已初步顯現，直接通過大規模的公交基礎設施建設來拉動公交服務品質的邊際效益已經逐步降低。隨著相關技術的成熟，國家號召大力推進人工智能和信息化在公共交通行業中的應用，通過大數據技術、機器學習技術構建公共交通動態監測及決策支撐引擎，強化在既有公交設施基礎上的服務挖潛能力，提升公共交通服務軟實力和總體品質。本文對公共交通動態監測及決策支撐系統的建設必要性、用戶功能需求和總體功能進行探索研究，初步建立系統建設總體框架。

關鍵詞：動態監測;決策支撐;公交仿真

中圖分類號：U491.17 文獻標識碼：A

0 引言

進入十三五以來，隨著大數據、云計算、人工智能的技術突破，智能化、信息化發展作為國家核心發展戰略已在都各領域逐步落地。交通作為事關國計民生的核心領域受到了國家的格外關注。2017年國務院印發《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》（國發〔2017〕11號）。上述文件中明確提出了要積極依托大數據及人工智能的技術突破，建成覆蓋公共交通、城市路網、相關高速公路以及綜合樞紐的集成化交通信息采集、處理、決策支持和服務系統，實現對公交車、城市軌道以及客運樞紐運營車輛的智能監管。

公共交通系統是目前國內各大城市的市內綠色客運出行主體，為廣大居民提供了普適、可靠的出行服務，該系統的整體服務水平不僅影響城市的正常客流運轉，同時也對城市交通擁堵緩解起到決定作用。在后公交都市背景下，公共交通除了基礎設施的持續投入，還需要在信息化建設和人工智能技術應用方面強化突破，構建公共交通仿真決策平臺，有效提高城市公交的整體運行效率和服務水平，支撐城市公交的創新發展。本文對公共交通動態監測及決策支撐系統的建設必要性、用戶需求分析和總體功能設計進行研究，期望形成一套科學合理、普適有效的建設框架。

1 建設必要性分析

1.1 公共交通系統降本增效、服務提質的技術依托

公共交通系統的服務水平往往受到公交設施建設及實時運營管理兩大核心因素制約。國內各大城市在公共交通設施方面已經取得長足進度，在公交都市建設指導下公交線網規模及覆蓋面大幅增加，公交運力穩步增長，公交場站建設逐步完善，為公交服務水平進一步提升奠定了良好的設施基礎。但是普遍來看公交乘客對于公交系統服務依然有所詬病，不滿意最多的是運行速度慢、等車時間長、車輛準點率低、車內擁擠四大因素，造成上述現象的核心癥結恰恰是因為公共交通運營監管方面的弱勢發展。

因此，必須構建公共交通仿真決策平臺，平臺內不僅涵蓋公交軌道IC卡、公交GPS、車載視頻等公共交通大數據[1-3]，同時還將引入手機信令數據、道路流量視頻數據、實時信號燈數據等外部數據[4-6]。通過平臺運算核心對多源頭、海量、實時數據的聯合分析和規律解析，找出居民公交客流時空分布形成機理，從而動態優化公交線路運營發班計劃和道路信號燈配時，以此提升公共交通服務水平和效率水平。

1.2 公共交通系統科學決策、理性發展的有力支撐

隨著國內各大城市軌道交通建設持續推進，地鐵網絡化運營格局紛紛顯現。但是地鐵的開通運營勢必會影響現狀其沿線重疊較長路段地面公交線路的客流效益，不利于發揮地鐵和地面公交各自的服務優勢。在此背景下，各城市公交主管部門重點應結合地鐵線路的建設對公交線路進一步優化線位、強化運能、調整功能定位，以強化客流接駁。

因此，必須基于居民出行調查數據的基礎上，利用前述公交IC卡、手機信令等多元大數據共同構建公共交通仿真決策支撐平臺，對公共交通線網優化方案進行前置性仿真測試，評估優化后的線路客流規模、站點上下客量、換乘流量等客流效益指標，以此反饋原有方案中走向、站點、運力配置等線路參數，保障優化后的公交線路與居民實際出行需求方向相匹配，切實支撐政府部門在優化方案中的科學決策工作。

1.3 公共交通系統實時監管、安全生產的核心抓手

公共交通系統面向大眾服務，公交車輛的駕駛行為直接決定了乘客乘坐體驗性以及乘客自身安全性，進而對公共交通系統服務水平具有舉足輕重的影響。

基于公共交通仿真決策支撐平臺，可以通過對車輛GPS數據及道路視頻數據的聯合挖掘對駕駛員行為進行實時監測。重點通過車輛速度、是否頻繁變化車道、是否過近跟馳、是否違章等行為進行智能識別，以此為基礎制定安全駕駛指標綜合考評駕駛員駕駛行為等級，引導、提升駕駛人員駕駛行為，保障公交車輛規范、安全駕駛，提升公共交通客流吸引力。

2 用戶需求分析

本次平臺設計面對三大類用戶：政府管理部門（交通局運管處）、公交運營企業、交通管理部門，三類用戶由于用戶需求不同，需要不同的功能進行支撐。

2.1 政府管理部門

公共交通行業管理的實際操作部門，對公交運營企業進行監管和考核，向上級主管部門上報公交系統運行情況，并對公交線網優化方案進行決策。其對平臺主要需求為：

（1）公交客流情況的自動統計;（2）公交運行情況的自動統計;（3）公交線網優化方案供給布局評估;（4）公交線網優化方案的客流效益評估。

2.2 公交運營企業

公交運營企業是公交系統運營的實際操作者，其對平臺主要需求為：

（1）線網優化方案的客流仿真指標結果（線路層級）;（2）公交線路的客流效益監測;（3）公交車輛的運行狀態監測。

2.3 交通管理部門

交通管理部門是公交線路運營的支撐部門，其對平臺的主要需求為：

（1）公交車輛的運行狀態監測;（2）公交路權優先方案仿真評估;（3）節點信號優先方案仿真評估。

3 總體功能設計

3.1 數據管理子系統

數據管理子系統是城市公交線網優化仿真系統與公交公司、軌道公司、交管局、運營商等單位數據接入的中介。該系統遵循和不同數據源的接口規范，依據完備的數據交互機制，按照協商好的接口規范及標準體系與數據提供單位的數據進行穩定可靠的交互，具有數據匯聚功能。

在此基礎上數據管理子系統還具備初步的數據清洗、關聯功能，并形成與業務需求相對應的專題數據庫。

3.2 數據感知子系統

數據感知子系統是仿真系統的兩大核心之一，主要利用統計推斷、最優化分析、機器學習、深度學習等算法框架構建大數據分析引擎，在此基礎上對公交大數據、軌道大數據、運營商大數據等動態交通大數據進行融合挖掘分析，并將分析結果儲存到相關數據庫中。子系統核心實現公交客流實時監測與分析以及公交車輛運行實時監測與分析兩個基礎業務模塊，對現狀公共交通運行整體狀況進行全環節感知。

3.3 仿真應用子系統

仿真應用子系統同樣是仿真系統的兩大核心之一，在宏觀四階段模型框架、中觀動態交通分配核心算法以及GIS空間分析基礎上構建交通仿真分析引擎。利用仿真分析引擎構建宏觀離線仿真決策支撐模塊和中觀在線仿真決策支撐模塊。

其中宏觀離線仿真決策支撐模塊用以對公交線網優化布局方案、客流效益進行精準仿真評估，同時也可以對公交換乘優惠等于常規公交線網優化息息相關的公交政策的實際效益進行仿真預判，切實支撐相關管理部門的科學決策。中觀在線仿真決策支撐模塊則重點對公交線路運力排班方案、公交優先信號控制、公交專用道等路權設計方案效果進行實時、在線的仿真分析，支撐公交公司等公交運營主體的科學決策。

3.4 數據可視化子系統

數據感知子系統和仿真應用子系統的分析結果將通過數據可視化子系統向不同用戶進行發布和展示。除了常規的靜態圖表展示以外，本次還引入了數據儀表盤和地圖展示兩類可視化展示途徑，增加數據分析結果的展示表現力。

數據儀表盤根據不同專題，將相關指標按照統一邏輯整合在一個頁面，給用戶以整體、全局、全環節的數據表達力。

地圖展示則主要在百度、高德等地圖應用基礎上，將數據分析結果以熱力圖、遷徙圖、軌跡圖、染色圖等形式表達數來，使表達結果具備時空效應，為用戶提供更加直觀的展示效果。

4 結語

公共交通動態監測和決策支撐系統總體希望在構建公共交通的全景數據底盤的基礎上，形成更加豐富和精細化的公共交通評估指標體系和結果，支撐不同用戶在公交相關方向的決策。

筆者基于自身在公共交通規劃、設計以及大數據分析方向經驗進行了系統的總體設計的初步探索，限于筆者經驗和自身理論水平，難免有所疏漏。后續筆者將結合相關系統建設實證性研究的持續開展，不斷細化功能需求，細化功能設計，完善核心技術支撐，從而完善系統總體建設框架。

參考文獻：

[1]秦政.基于公交IC卡和GPS數據的乘客上下車站點研究[J].西部交通科技，2017，12（08）：115-119.

[2]李瑩，翁小雄.基于公交IC卡和GPS數據的換乘識別方法[J].廣西大學學報（自然科學版），2017，42（02）：579-586.

[3]楊萬波，王昊，葉曉飛，等.基于GPS和IC卡數據的公交出行OD推算方法[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2015，34（03）：117-121.

[4]李喆，孫健，倪訓友.基于智能手機大數據的交通出行方式識別研究[J].計算機應用研究，2016，33（12）：3527-3529+3558.

[5]李彬，楊銘，肖潤謀.基于乘客接受度的定制公交票價分析[J].中國科技論文，2016，11（07）：786-792.

[6]李祖芬，于雷，高永，等.基于手機信令定位數據的居民出行時空分布特征提取方法[J].交通運輸研究，2016，2（01）：51-57.