大數據環境下基于GISDK的公交線網優化系統研究

林本江 閆冬

摘 要：全方位掌握公交客流特征是公交線網優化的基礎和前提，科學、高效的優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，基于本系統實現了軌道接駁公交線網優化。應用結果表明，大數據環境下基于GISDK的公交線網優化系統具有良好的適用性。

關鍵詞：公共交通;大數據;線網優化

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展的背景之下，如何協調公共交通供給和需求之間的矛盾，優化常規公交線路，有效的進行客流接駁，是公交線網優化研究的重要內容。近年來，國內外專家學者在公共交通線網優化中越來越多的使用大數據手段來支撐線網優化，提高優化方案的科學性[1-3]。相關研究表明公交大數據能夠為線網優化方案提供指引，交通模型仿真能夠為線網優化效果提供驗證，將公交大數據與交通模型融合是公交線網規劃技術發展的必然趨勢。

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進行查詢分析，為客流預測、線網規劃與調整提供全面、科學的支撐。

1 線網優化系統研究

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二次開發工具包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分布特征進行統計分析。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，包括全常規公交、軌道交通以及常規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個停靠站）;

（3）統計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節，以濟南市軌道交通3號線競爭線路優化調整為例進行應用，基于系統對線網優化。

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計，得到常規公交客流信息，將軌道刷卡信息與常規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 線路優化與評價

圍繞軌道線路，對常規公交網絡實施“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展，線路優化方案如下表。

線路優化后與軌道交通3號線相關的線網方案如圖6，優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

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

交通問題提供一種有效的手段，尤其是在大數據環境下將數據與模型結合量化支撐線網優化工作。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化，提高了網絡適應客流變化的能力。

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