本發(fā)明涉及智能化公共交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于公交OD數(shù)據(jù)的公交換乘識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

近年來，智能公交系統(tǒng)如公交IC卡收費(fèi)系統(tǒng)和車輛GPS系統(tǒng)在各個(gè)城市的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有真實(shí)、準(zhǔn)確、樣本量大、更新快等特點(diǎn)，可以真實(shí)地描述城市公交運(yùn)營情況和居民公交出行特征，越來越多的學(xué)者通過對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析得到公交OD信息。而通過公交OD信息可以對(duì)公交系統(tǒng)進(jìn)行換乘識(shí)別，公交系統(tǒng)的換乘識(shí)別分析可以獲得更加完善的公交客流信息和換乘信息，這對(duì)于城市公共交通系統(tǒng)特別是公交換乘樞紐的規(guī)劃和設(shè)計(jì)有著重要意義。

目前的公交IC卡收費(fèi)系統(tǒng)有兩種，一種是分段計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，其在乘客上車和下車都需刷卡從而可以記錄乘客的上下車相關(guān)信息，另一種是一票制計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，其只要求乘客在上車時(shí)刷卡，因此只記錄了乘客的上車信息，可知這兩種系統(tǒng)都沒有對(duì)公交乘客的換乘信息做記錄。目前的公交系統(tǒng)中，大部分采用一票制收費(fèi)系統(tǒng)，國內(nèi)外最早是通過連續(xù)兩次刷卡時(shí)間間隔來進(jìn)行一票制收費(fèi)系統(tǒng)的公交換乘識(shí)別，如將刷卡時(shí)間間隔小于60min的連續(xù)兩次公交出行中的第2次乘車定義為換乘行為。這種方法簡單易操作，但是若第一次乘車時(shí)間過長或過短，則會(huì)出現(xiàn)漏判或錯(cuò)判。針對(duì)這個(gè)問題，有研究提出通過GPS信息判斷出下車站點(diǎn)及下車時(shí)間從而得到換乘時(shí)間，看是否小于給定的判斷閾值，進(jìn)而判斷出乘客2次乘車是換乘行為還是出行行為。這種方法排除了前一次乘車車內(nèi)時(shí)間的干擾，但用于判斷的時(shí)間閾值大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出且為固定值，不能適應(yīng)目前復(fù)雜多變的公交系統(tǒng)，且也可能錯(cuò)判一些短時(shí)間的活動(dòng)行為。因此，后來有研究提出了可變參數(shù)換乘識(shí)別方法，即針對(duì)不同類型的換乘方式分別給出換乘時(shí)間參數(shù)的表達(dá)式，分別得到各線路公交車的時(shí)間約束閾值。當(dāng)前關(guān)于換乘行為識(shí)別的研究基本都是從時(shí)間角度上進(jìn)行判斷，僅從時(shí)間角度，容易將乘客在下車站點(diǎn)附近進(jìn)行的短時(shí)活動(dòng)行為(如接送孩子上下學(xué)等)誤判為換乘行為。有部分研究考慮了空間角度，但也僅僅考慮了換乘距離這一因素，沒有分析乘客出行整個(gè)過程的空間特征，換乘識(shí)別準(zhǔn)確性不夠高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種基于公交OD數(shù)據(jù)的公交換乘識(shí)別方法，在現(xiàn)有基于智能公交信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)判斷公交刷卡乘客上下車站點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上得到公交刷卡乘客的OD數(shù)據(jù)后，提取出單個(gè)公交刷卡乘客一天且大于一條刷卡記錄的公交OD數(shù)據(jù)，從時(shí)間和空間兩個(gè)方面綜合時(shí)間方面對(duì)公交乘客進(jìn)行換乘識(shí)別，時(shí)間方面主要是從乘客的站臺(tái)候車時(shí)間及最大候車時(shí)間閾值進(jìn)行比較識(shí)別，空間方面將乘客的換乘步行距離、迂回系數(shù)、直達(dá)系數(shù)三個(gè)參數(shù)與其分別設(shè)定的閾值進(jìn)行比較識(shí)別，只有在時(shí)間和空間兩個(gè)方面都滿足要求才識(shí)別為換乘，提高了換乘識(shí)別的精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于公交OD數(shù)據(jù)的公交換乘識(shí)別方法，包括如下步驟：

S1、提取單個(gè)乘客一天的公交OD數(shù)據(jù)，若該乘客當(dāng)天的公交OD數(shù)據(jù)只有一條記錄，則判定出行不是換乘，若超過一條記錄，則按時(shí)間先后進(jìn)行排序，并從第1條OD記錄開始；

S2、順序遍歷該乘客相鄰的兩條OD記錄的線路號(hào)是否相同,所述相鄰的兩條OD記錄分別為第i條OD記錄與第i+1條OD記錄，若相同，則判定乘客沒有進(jìn)行換乘，數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，重復(fù)步驟S2；若不相同，則進(jìn)入下一步；

S3、求當(dāng)前一次乘車的下車站點(diǎn)與下一次乘車的上車站點(diǎn)間的步行距離，并將步行距離與步行換乘距離閾值進(jìn)行比較，若步行距離大于步行換乘距離閾值，則判定乘客下一次乘車為二次出行，數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄,回到步驟S2；若步行距離小于或等于步行換乘距離閾值，則進(jìn)入下一步；

S4、計(jì)算相鄰兩次乘車記錄間的迂回系數(shù)，并將迂回系數(shù)與迂回系數(shù)閾值進(jìn)行比較，若迂回系數(shù)大于迂回系數(shù)閾值，則判定乘客第二次乘車為二次出行，數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄,回到步驟S2；若迂回系數(shù)小于或等于迂回系數(shù)閾值，則進(jìn)入下一步；

S5、將線路站點(diǎn)信息數(shù)據(jù)中每條線路的站點(diǎn)提取出來構(gòu)成一個(gè)站點(diǎn)集合，提取當(dāng)天乘客前一條乘車記錄的上車站點(diǎn)和后一條乘車記錄的下車站點(diǎn)構(gòu)成公交出行OD集合；若OD集合屬于任一線路的站點(diǎn)集合，則判定第二次乘車為二次出行，數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄,回到步驟S2，否則，進(jìn)入下一步；

S6、確定乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間；根據(jù)乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間，確定乘客在下一個(gè)上車站點(diǎn)的站臺(tái)候車時(shí)間；確定乘客的最大候車時(shí)間閾值；進(jìn)行公交換乘識(shí)別，若站臺(tái)候車時(shí)間大于最大候車時(shí)間閾值，則第二次乘車為二次出行，反之，則為換乘行為；若當(dāng)前記錄不是當(dāng)天乘客出行的最后一條OD記錄，則數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，回到步驟S2；若當(dāng)前記錄是該乘客最后一條OD記錄，則提取當(dāng)天下一名乘客的乘車OD記錄，回到步驟S1。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中的公交OD數(shù)據(jù)由公交IC卡數(shù)據(jù)挖掘分析所得到，所述公交OD數(shù)據(jù)包括：公交IC卡號(hào)、車牌號(hào)、線路號(hào)、上車站點(diǎn)、上車時(shí)間、下車站點(diǎn)、下車時(shí)間和公交車輛GPS運(yùn)行數(shù)據(jù)；所述公交車輛GPS運(yùn)行數(shù)據(jù)包括線路號(hào)、車牌號(hào)、站點(diǎn)名稱、進(jìn)站時(shí)間、出站時(shí)間以及各線路的站點(diǎn)信息、各站點(diǎn)的地理坐標(biāo)信息。

進(jìn)一步地，所述步驟S2具體為：

對(duì)當(dāng)天乘客相鄰兩條記錄的線路號(hào)L_i及L_i+1進(jìn)行判斷，若L_i＝L_i+1，則判定相鄰兩次乘車的線路號(hào)相同，乘客并沒有進(jìn)行換乘行為，判定乘客為兩次公交出行；若L_i≠L_i+1，則進(jìn)入步驟S3；其中，在判定乘客第二次乘車為二次出行后，搜索下一乘客的一天的公交OD數(shù)據(jù)，若無下一乘客的公交OD數(shù)據(jù)，則停止結(jié)束，若有則返回步驟S1。

進(jìn)一步地，所述步驟S3具體為：

求第i次乘車的下車站點(diǎn)與第i+1次乘車的上車站點(diǎn)間的步行距離D并與步行換乘距離閾值D_max進(jìn)行比較，若D＞D_max，則第i+1次乘車為二次出行,數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，返回步驟S2；若D≤D_max，則進(jìn)入步驟S4。

進(jìn)一步地，所述換乘距離閾值D_max取值范圍為300-500m。

進(jìn)一步地，所述步驟S4具體為：

計(jì)算相鄰兩次刷卡記錄間的迂回系數(shù)C，將其與迂回系數(shù)閾值C_max比較，若C＞C_max，則第二次乘車為二次出行,數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，返回步驟S2；若C＜C_max，則進(jìn)入步驟S5。

進(jìn)一步地，所述迂回系數(shù)，其表達(dá)式如下：

其中，K_i為乘客上一次乘坐公交的距離，即車輛從乘客上車站點(diǎn)至下車站點(diǎn)間的走行距離；K_i+1為乘客后次乘坐公交的距離；D_i為乘客的步行距離；K_i,i+1為乘客上一次乘車的上車站點(diǎn)至后次乘車的下車站點(diǎn)間的直線距離。

進(jìn)一步地，所述步驟S5具體為：

將線路站點(diǎn)信息數(shù)據(jù)中每條線路的站點(diǎn)提取出來構(gòu)成一個(gè)站點(diǎn)集合W_j，W_j表示線路j的站點(diǎn)集合，1≤j≤N，N為城市公交線路的線路總數(shù)；提取當(dāng)天前一條刷卡記錄的上車站點(diǎn)B_i和后一條刷卡記錄的下車站點(diǎn)A_i+1構(gòu)成公交出行OD集合{B_i，A_i+1}，若{B_i，A_i+1}屬于任一線路站點(diǎn)集合W_j，則直達(dá)系數(shù)等于1，第二次乘車為二次出行,數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，返回步驟S2，否則，進(jìn)入步驟S6。

進(jìn)一步地，所述S6具體為：

S61)確定乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間：

根據(jù)前后兩條記錄的步行距離及乘客的平均步行速度v，可以得到乘客的步行時(shí)間T_w＝D/v，乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間T_arr＝T_Ai+T_w；

S62、確定乘客在下一個(gè)上車站點(diǎn)的候車時(shí)間：

乘客的站臺(tái)候車時(shí)間等于乘客在下個(gè)站點(diǎn)的上車時(shí)間減去其到達(dá)該站點(diǎn)的時(shí)間，即T_L＝T_B(i+1)-T_arr；

S63、確定乘客的最大候車時(shí)間閾值：

乘客最大候車時(shí)間閾值等于乘客在下個(gè)站點(diǎn)的上車時(shí)間與同一線路上個(gè)班次公交車到達(dá)該上車站點(diǎn)的時(shí)間間隔，根據(jù)線路號(hào)及上車站點(diǎn)名稱及上車時(shí)間，可在GPS數(shù)據(jù)里查找得到上一班次公交車的的到站時(shí)間T_g，則最大候車時(shí)間閾值T_Lmax＝T_B(i+1)-T_g；

S64、進(jìn)行公交換乘識(shí)別：

若T_L大于最大候車時(shí)間閾值T_Lmax，則第二次乘車為二次出行；反之，則為換乘行為，若當(dāng)前記錄不是當(dāng)天乘客出行的最后一條OD記錄，則數(shù)據(jù)指針移向下一條乘車記錄，回到步驟S2；若當(dāng)前記錄是該乘客最后一條OD記錄，則提取當(dāng)天下一名乘客的乘車OD記錄，回到步驟S1。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明根據(jù)乘客在公交出行時(shí)偏好選擇不迂回、直達(dá)的路線，提出迂回系數(shù)和直達(dá)系數(shù)作為公交換乘識(shí)別的參數(shù)，可以有效的將進(jìn)行短時(shí)活動(dòng)的公交出行從換乘識(shí)別的結(jié)果中剔除出來，提高了公交換乘識(shí)別的準(zhǔn)確率；

(2)與傳統(tǒng)換乘識(shí)別采用的固定時(shí)間閾值不同，本發(fā)明采用兩輛車實(shí)時(shí)的到站間隔作為候車時(shí)間閾值進(jìn)行公交換乘時(shí)間方面的識(shí)別，針對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)的公交系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的靈活性；

(3)本發(fā)明分析的OD數(shù)據(jù)是通過融合公交IC卡和公交GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析可得，可較為完整和準(zhǔn)確地提取公交乘客的出行信息，同時(shí)充分考慮公交乘客的出行特征，數(shù)據(jù)采集方便且準(zhǔn)確率高，為公交換乘識(shí)別提供可靠的數(shù)據(jù)支持；

(4)本發(fā)明方法考慮因素全面，實(shí)用性強(qiáng)，很大程度地提高公交換乘識(shí)別的準(zhǔn)確率，且為后面的公交換乘系統(tǒng)的優(yōu)化提供豐富、及時(shí)的決策依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于公交OD數(shù)據(jù)的公交換乘識(shí)別方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于公交OD數(shù)據(jù)的公交換乘識(shí)別方法，其步驟如下：

(1)提取單個(gè)乘客一天的公交OD數(shù)據(jù)，并按時(shí)間進(jìn)行排序；

(2)基于換乘識(shí)別的前提條件判斷；

(3)基于換乘步行距離的換乘識(shí)別；

(4)基于迂回系數(shù)的換乘識(shí)別；

(5)基于直達(dá)系數(shù)的換乘識(shí)別；

(6)基于站臺(tái)候車時(shí)間的換乘識(shí)別。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)的具體過程為：

提取單個(gè)乘客一天的公交OD數(shù)據(jù)，公交OD數(shù)據(jù)由公交IC卡數(shù)據(jù)挖掘分析所得到，所述公交OD數(shù)據(jù)包括：公交IC卡號(hào)、車牌號(hào)、線路號(hào)、上車站點(diǎn)、上車時(shí)間、下車站點(diǎn)、下車時(shí)間和公交車輛GPS運(yùn)行數(shù)據(jù)；所述公交車輛GPS運(yùn)行數(shù)據(jù)包括線路號(hào)、車牌號(hào)、站點(diǎn)名稱、進(jìn)站時(shí)間、出站時(shí)間以及各線路的站點(diǎn)信息、各站點(diǎn)的地理坐標(biāo)信息，若該乘客當(dāng)天只有一條記錄，則該次出行不是換乘，若超過一條記錄，則按時(shí)間先后進(jìn)行排序；

所述步驟(2)的具體過程為：對(duì)當(dāng)天乘客相鄰兩條記錄的線路號(hào)L_i及L_i+1進(jìn)行判斷，若L_i＝L_i+1，說明相鄰兩次乘車線路號(hào)相同，乘客并沒有進(jìn)行換乘行為，判斷為兩次公交出行；若L_i≠L_i+1，則進(jìn)入第(3)步。

所述步驟(3)中，求第i次乘車的下車站點(diǎn)與第i+1次乘車的上車站點(diǎn)間的步行距離D并與步行換乘距離閾值D_max進(jìn)行比較，若D＞D_max，則第i+1次乘車為二次出行；若D≤D_max，則進(jìn)入第(4)步。所述換乘距離閾值通常取值范圍為300-500m。

所述步驟(4)中，計(jì)算相鄰兩次乘車記錄間的迂回系數(shù)C，將其與迂回系數(shù)閾值C_max比較，若C＞C_max，則第二次乘車為二次出行；若C＜C_max，則進(jìn)入第(5)步，迂回系數(shù)表達(dá)式如下：

其中，K_i為乘客前次乘坐公交的距離(即車輛從上車站點(diǎn)至下車站點(diǎn)間的走行距離)，K_i+1為乘客后次乘坐公交的距離，D_i為乘客的步行距離，K_i,i+1為乘客前次乘車的上車站點(diǎn)至后次乘車的下車站點(diǎn)間的直線距離。

所述步驟(5)中，將線路站點(diǎn)信息數(shù)據(jù)中每條線路的站點(diǎn)提取出來構(gòu)成一個(gè)站點(diǎn)集，W_j表示線路j的站點(diǎn)集合，1≤j≤N，N為城市公交線路的線路總數(shù)，提取當(dāng)天乘客前一條乘車記錄的上車站點(diǎn)B_i和后一條乘車記錄的下車站點(diǎn)A_i+1構(gòu)成公交出行OD集{B_i，A_i+1}，若{B_i，A_i+1}屬于任一線路站點(diǎn)集合W_j，則直達(dá)系數(shù)等于1，第二次乘車為二次出行，否則，進(jìn)入第(6)步。

所述步驟(6)中，具體過程如下：

(61)確定乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間：

根據(jù)前后兩條記錄的步行距離及乘客的平均步行速度v(取值1.2m/s)，可以得到乘客的步行時(shí)間T_w＝D/v，乘客到達(dá)下一個(gè)上車站點(diǎn)的時(shí)間T_arr＝T_Ai+T_w；

(62)確定乘客在下一個(gè)上車站點(diǎn)的站臺(tái)候車時(shí)間：

乘客的站臺(tái)候車時(shí)間等于乘客在下個(gè)站點(diǎn)的上車時(shí)間減去其到達(dá)該站點(diǎn)的時(shí)間，即T_L＝T_B(i+1)-T_arr；

(63)確定乘客的最大候車時(shí)間閾值：

乘客最大候車時(shí)間閾值等于乘客在下個(gè)站點(diǎn)的上車時(shí)間與同一線路上個(gè)班次公交車到達(dá)該上車站點(diǎn)的時(shí)間間隔，根據(jù)線路號(hào)及上車站點(diǎn)名稱及上車時(shí)間，可在GPS數(shù)據(jù)里查找得到上一班次公交車的的到站時(shí)間T_g，則最大候車時(shí)間閾值T_Lmax＝T_B(i+1)-T_g；

(64)進(jìn)行公交換乘識(shí)別

若T_L大于最大候車時(shí)間閾值T_Lmax，則第二次乘車為二次出行，反之，則為換乘行為。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明根據(jù)乘客在公交出行時(shí)偏好選擇不迂回、直達(dá)的路線，提出迂回系數(shù)和直達(dá)系數(shù)作為公交換乘識(shí)別的參數(shù)，可以有效的將進(jìn)行短時(shí)活動(dòng)的公交出行從換乘識(shí)別的結(jié)果中剔除出來，提高了公交換乘識(shí)別的準(zhǔn)確率；

(2)與傳統(tǒng)換乘識(shí)別采用的固定時(shí)間閾值不同，本發(fā)明采用兩輛車實(shí)時(shí)的到站間隔作為候車時(shí)間閾值進(jìn)行公交換乘時(shí)間方面的識(shí)別，針對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)的公交系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的靈活性；

(3)本發(fā)明分析的OD數(shù)據(jù)是通過融合公交IC卡和公交GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析可得，可較為完整和準(zhǔn)確地提取公交乘客的出行信息，同時(shí)充分考慮公交乘客的出行特征，數(shù)據(jù)采集方便且準(zhǔn)確率高，為公交換乘識(shí)別提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

其中，上述步驟中，本方法針對(duì)的是每個(gè)乘客個(gè)體進(jìn)行識(shí)別，輸入數(shù)據(jù)為單個(gè)乘客某一天內(nèi)的OD記錄。

綜上所述，本發(fā)明方法考慮因素全面，實(shí)用性強(qiáng)，很大程度地提高公交換乘識(shí)別的準(zhǔn)確率，且為后面的公交換乘系統(tǒng)的優(yōu)化提供豐富、及時(shí)的決策依據(jù)。

實(shí)施例

以某市已匹配完成上下車站點(diǎn)的公交OD數(shù)據(jù)為例，選取某乘客一天內(nèi)公交OD記錄，采用本發(fā)明對(duì)該乘客進(jìn)行公交換乘識(shí)別，具體過程如下所示：

步驟一：提取乘客一天的公交OD記錄如表1所示，由于乘車記錄超過1條，因此將記錄按時(shí)間先后順序排列；

表1公交乘客出行OD信息表格

步驟二：基于換乘識(shí)別的前提條件判斷中，由于第一條乘車記錄的線路號(hào)L₁＝K5，第二條刷卡記錄的線路號(hào)L₂＝609，L₁≠L₂，進(jìn)入步驟三。

步驟三：基于換乘步行距離的換乘識(shí)別中，設(shè)步行換乘距離閾值D_max＝500米，計(jì)算得第一條記錄與第二條紀(jì)錄間的步行距離D＝444米＜500米，進(jìn)入步驟四。

步驟四：基于迂回系數(shù)的換乘識(shí)別中，根據(jù)線路站點(diǎn)信息及各站點(diǎn)經(jīng)緯度信息，可以算出第一條記錄與第二條記錄間的迂回系數(shù)為14.5，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值將迂回系數(shù)閾值C_max設(shè)定為1.7。迂回系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)定的閾值，說明乘客連續(xù)兩次乘車路線過于迂回，第二次乘車不是換乘為二次出行，公交換乘識(shí)別結(jié)束。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。