基于浮動車的公交到站時間動態預測方法研究

高萬寶

摘要：浮動車交通信息采集技術是通過在車輛上安裝GPS設備，利用車輛的動態位置變化信息，進行實時路況提取的技術。本文針對公交到站時間預測，研發了一種基于浮動車的公交車到站動態誘導方案，能夠提高公交到站時間預報的準確度，提升公交系統的信息管理和服務水平。

關鍵詞：浮動車;預測

1.前言

現有公交系統由于無法預知到站時間等因素，造成市民在站臺等待時間較長，公交出行率偏低。國內外的學者們提出了很多行程時間預測模型，如歷史趨勢方法、非參數回歸模型、時間序列方法、神經網絡、卡爾曼濾波模型等，在變化的交通狀況條件下，這些方法和模型不能取得令人滿意的預測結果。

本文研發了一種基于浮動車的公交到站動態誘導方法，能夠提高公交到站時間預報的準確度，為公眾出行提供信息誘導，合理安排行程，提升交通信息化的服務水平。

2.交通信息數據采集

本文選擇基于浮動車進行交通信息采集，獲取實時的交通數據，用于公交到站時間的智能預測，該方案需要在公交車上安裝GPS設備，獲取路網實時的交通運行參數信息，然后進行綜合計算。

公交車上安裝GPS定位設備組成公交浮動車，在公交站點安裝誘導屏設備，采用數據通訊和存儲設備實時獲取全部公交浮動車的動態參數數據，并將動態參數數據發送至動態誘導處理服務器，公交浮動車的動態參數數據包括時間、經度、緯度、高度、方向角和瞬時速度等。

3.數據地圖匹配

將公交浮動車的GPS坐標點匹配到相應的路段上，并采用九宮格數據篩選和點到直線距離模型，對公交浮動車的實時GPS坐標進行路段匹配。

1）基于路網的地理空間數據系統，覆蓋網格化處理層，獲取每個網格的編號及邊界范圍，并根據路段的起點和終點坐標信息，對路段和網格進行關聯綁定。

設路段編碼為點擊并拖拽以移動，網格編碼點擊并拖拽以移動，對網格編碼點擊并拖拽以移動與路段編碼點擊并拖拽以移動進行一對多關聯配對，

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，i為當前路段的編號;j為當前網格的編號;I為當前網格內的所有路段個數;J為道路網上所有網格的總個數。

2）根據實時GPS坐標信息，獲取該公交浮動車所在的網格，并以該網格為中心、周圍九宮格為半徑，搜索目標范圍內的路段信息，得到候選匹配路段集。

3）獲取候選路段集中各個候選路段信息，包括候選路段編號、候選路段起點坐標、候選路段終點坐標和候選路段方向角;根據候選路段起點坐標和候選路段終點坐標，得到候選路段線性函數;

設公交浮動車的當前坐標為點擊并拖拽以移動，候選路段點擊并拖拽以移動的直線方程為點擊并拖拽以移動，則采用公式（3）計算出點擊并拖拽以移動與點擊并拖拽以移動之間的距離點擊并拖拽以移動：

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

4）根據浮動車當前坐標點到各個路段的距離以及方向角，計算坐標匹配指數MI，根據坐標匹配指數的大小，判斷其匹配度，指數越大表示匹配的匹配度越大，在匹配指數集中，選取指數最大的路段為匹配路段。

4.行車路徑推測

獲取公交車在前后兩個時間點坐標的匹配路段，根據路徑規劃模型和距離權值，搜索該公交浮動車的軌跡路段集，獲取公交浮動車的行車路線。

1）加載空間地理模塊，讀取與某個公交浮動車前后兩相鄰坐標各自相匹配的路段，分別作為該公交浮動車的起點路段和終點路段。

基于公交浮動車的起點路段和終點路段信息，搜索公交浮動車的拓展路段集，拓展路段指的是當車輛行駛到某個路段的終點時，其接下來可能行駛的路段;

2）根據起點路段及拓展路段信息，根據距離權值大小確定真實行駛路段;

3）將依次得到的各個真實行駛路段相連，得到公交浮動車的行駛路線。

5.旅行時間計算

假設某輛公交浮動車在計算周期內所經過的一系列GPS點，經地圖匹配和行車路徑推測后的具體路徑為點擊并拖拽以移動，其中，點擊并拖拽以移動表示該車所經過的第i個路段的編碼;

計算該車通過路段點擊并拖拽以移動的出行時間：

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

其中，點擊并拖拽以移動表示車輛j在路段點擊并拖拽以移動上的出行時間;點擊并拖拽以移動表示車輛在點擊并拖拽以移動時間內經過路徑的長度;點擊并拖拽以移動表示車輛j前后相鄰兩個上報數據的時間差;點擊并拖拽以移動表示路段點擊并拖拽以移動的長度;根據各個路段的出行時間，得到公交浮動車在軌跡路段集的分配時間;

再計算路段旅行時間：

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

其中，點擊并拖拽以移動表示路段點擊并拖拽以移動的路段旅行時間，點擊并拖拽以移動表示路段點擊并拖拽以移動上參與計算的公交浮動車的總個數，當點擊并拖拽以移動等于0，即該路段上沒有數據覆蓋時，需要用歷史數據進行彌補處理。

6.歷史數據彌補

對公交浮動車樣本覆蓋數量小于n的路段，進行歷史數據彌補計算，獲取路段校正旅行時間。

當路段上沒有公交浮動車的GPS數據覆蓋時，根據該路段同一時間段的歷史旅行時間點擊并拖拽以移動和該路段最近一次計算的旅行時間點擊并拖拽以移動，計算得到該路段的校正旅行時間點擊并拖拽以移動：

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

當路段上有公交浮動車的GPS數據覆蓋時，計算當前路段的校正旅行時間點擊并拖拽以移動;

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

再更新該路段最近一次計算的旅行時間點擊并拖拽以移動，

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

并利用公示（8）更新同一時間段的歷史平均速度點擊并拖拽以移動;

點擊并拖拽以移動 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

其中，k1，k2，k3是大于0且略小于1的系數。

7.公交到站時間預測

獲取與公交站點相關的且將要到達該公交站點的浮動車的GPS坐標，根據地圖匹配和路徑規劃模型，獲取經過路段集，將各個路段的校正旅行時間相加，得到公交浮動車到達該公交站點的到達預測時間。

公交站點誘導屏設備實時發布各個將要到站的車輛信息，包括公交線路、車輛位置和到達時間數據，實現公交到站的動態誘導。

8.結論

本文通過構建基于浮動車的公交到站誘導算法，實現公交到站時間的動態預報，對公眾出行進行有效疏導，合理安排行程時間，提升公交系統的服務水平。

參考文獻：

[1] Adolf D M. Traffic Flow Fundamentals[M]. Prentice Hall， 1990： 160-226.

[2] 秦玲，張劍飛，郭鵬. 浮動車交通信息采集與處理關鍵技術及其應用研究[J]. 交通運輸系統工程與信息，2007， 7（1）： 39-42.