專利名稱：一種公交ic卡收費與客流信息采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通運輸技術(shù)領(lǐng)域，是一種公共交通領(lǐng)域中的收費與客流信息采集方法。
背景技術(shù)：
在我國大部分城市中，公共交通普遍存在不方便、不快捷、不可靠、不舒適、不經(jīng)濟等問題，導(dǎo)致了較低的服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量，使其在城市交通系統(tǒng)中的主體地位尚難以確立，客運分擔(dān)率僅為10-30%，平均不足20%，中小城市甚至不足10%，普遍低于東京、巴黎、倫敦、紐約、新加坡、香港、首爾、庫里蒂巴、斯德哥爾摩、莫斯科等公交發(fā)達城市的60-80%的水平。此外，在我國很多城市中，由于公共交通的尷尬處境，不但不能滿足出行者需求，其自身反倒成為交通擁堵的重要成因之一，出現(xiàn)了公交落后與交通擁堵惡性循環(huán)的局面。公共交通存在上述問題的原因固然可以歸結(jié)為基礎(chǔ)設(shè)施不足、線網(wǎng)布局不夠合理、運營效率不高，但其核心是規(guī)劃與運營的客流信息基礎(chǔ)薄弱，不但嚴重影響了線網(wǎng)與站點布局的合理性，也使得已有系統(tǒng)的潛能難以有效發(fā)揮，致使公交服務(wù)的供給與出行需求在規(guī)模和結(jié)構(gòu)上嚴重失衡，資源不足與浪費同時并存。長期以來，通過入戶調(diào)查、公交線路隨車調(diào)查、公交站點調(diào)查等人工抽樣調(diào)查是獲取居民公交出行特征信息的主要方法。這種客流信息采集方法雖然比較成熟，但取得數(shù)據(jù)的成本過高、數(shù)據(jù)處理工作量大、周期長。此外，由于只能得到部分出行者在調(diào)查日期前很短一段時間內(nèi)的公交出行信息，且受調(diào)查者與被調(diào)查者的主觀影響較大，其調(diào)查結(jié)果難以準(zhǔn)確體現(xiàn)公交出行的總體需求規(guī)模與結(jié)構(gòu)和各線路日常出行需求的時空分布，更不能體現(xiàn)非常態(tài)下突發(fā)客流的出行需求特點，因而以此為基礎(chǔ)的公交規(guī)劃和運行調(diào)度難以滿足實際出行需求，這些信息也難以為運力配置決策以及相關(guān)法律法規(guī)、管理體制、財稅政策的制定提供有力支持。由于我國在交通調(diào)查體系的協(xié)調(diào)性和規(guī)范性方面與發(fā)達國家相距較大，單純依靠這種信息獲取方法所導(dǎo)致的公交需求與供給失衡問題更為嚴重。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了乘客自動計數(shù)系統(tǒng)，為更準(zhǔn)確、全面地獲取客流信息奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。這種方法通過在公交車前后門安裝特定的乘客計數(shù)裝置，采集公交車輛在各站點的到站時間、上車人數(shù)、下車人數(shù)和車輛載客數(shù)。根據(jù)乘客計數(shù)的原理不同，乘客自動計數(shù)系統(tǒng)可分為主動紅外線檢測、被動紅外線監(jiān)測、壓力感應(yīng)檢測以及視頻檢測等類型。這類方法可以實時、連續(xù)地獲取客流信息，但初始成本與運營成本較高，對工況條件要求也比較高，而且無法獲取乘客的換乘信息，難以對樞紐站布局與設(shè)計、跨線路的協(xié)調(diào)調(diào)度提供有力的信息支持。近年來，公交IC卡得到了廣泛應(yīng)用，不但有助于緩解公交行業(yè)中普遍存在的找零困難、殘假幣現(xiàn)象嚴重、點鈔工作量大等問題，而且提高了持卡乘客的上車效率和支付的便捷性。隨著持卡乘客數(shù)量的增加，公交IC卡的交易記錄成為低成本獲取客流信息的新途徑，受到了國內(nèi)外公交研究者的高度關(guān)注。國外的公交IC卡應(yīng)用較早，自上世紀(jì)80年代中期開始研究基于其收費數(shù)據(jù)的客流信息估計方法。絕大部分成果是在一票制條件下對客流信息進行的估計，主要包括用于線路發(fā)車間隔優(yōu)化的線路內(nèi)上車客流估計、用于線路間協(xié)調(diào)發(fā)車間隔優(yōu)化的換乘客流估計、以當(dāng)天首末次出發(fā)起點為基礎(chǔ)的出行矩陣(OD矩陣)估計、針對不同持卡者類型的出發(fā)時間與上車地點分布、人均出行次數(shù)估計等。韓國首爾2004年開始改用配備有GPS (或北斗)的分段計價公交IC卡系統(tǒng)，到2007年有90%的公交乘客和75%的地鐵乘客使用IC卡，將上下車兩次刷卡的收費數(shù)據(jù)與GPS (或北斗)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可對不同類型線路在不同時段乘客的刷卡規(guī)律、客流起終點分布、換乘客流分布、平均出行時間與距離等進行估計，進一步改善了客流信息估計的全面性和可靠性。我國基于公交IC卡數(shù)據(jù)估計客流信息的研究始于本世紀(jì)初，與發(fā)達國家的情況類似，由于我國城市的公交IC卡系統(tǒng)以一票制為主，因此絕大部分成果是以一票制收費記錄為基礎(chǔ)對各類客流信息進行估計，主要包括根據(jù)公交調(diào)度計劃和刷卡時間估計上車站點、根據(jù)前后連續(xù)兩次刷卡上車地點估計前次下車站點(換乘點與出行終點)、根據(jù)乘客一日出行路線形成的閉合圈估計下車站點以及據(jù)此進一步估計的車客流信息，如上車客流、下車客流、站點客流、線路客流、截面客流、平均出行次數(shù)、平均出行站數(shù)、平均換乘次數(shù)、單一線路站點間出行0D、區(qū)域公交出行0D。目前只有北京等少數(shù)城市的部分公交線路實行分段計價票制，而且在其上下車兩次刷卡的收費數(shù)據(jù)中還包括有準(zhǔn)確的站點信息，以此為基礎(chǔ)估計的公交客流信息，在指標(biāo)數(shù)量和可靠度方面都有明顯改善。從總體上看，公交IC卡具有技術(shù)成熟、交易迅速、成本低廉的特點，在方便乘客支付的同時，可以減少公交車輛停站上客時間、降低公交公司零鈔清點工作量和殘幣假幣損失，并具有更全面、可靠、及時、低成本采集客流信息的巨大潛力。我國在公交規(guī)劃設(shè)計與運營調(diào)度以及相關(guān)法規(guī)政策制定方面的客流信息基礎(chǔ)非常薄弱，嚴重影響了公交服務(wù)質(zhì)量、效率和成本的改善。因此，基于IC卡收費數(shù)據(jù)獲取公交客流信息的研究受到了高度關(guān)注，以上、下車站點估計為基礎(chǔ)，對多種客流信息的估計方法進行了有益探索。然而，與我國提升公交吸引力、建設(shè)公交都市、緩解城市交通擁堵、弓I領(lǐng)城市可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)相比，公交IC卡系統(tǒng)在公交優(yōu)先發(fā)展中的核心作用還沒有得到充分發(fā)揮，其在公交資源消費公平性和客流信息采集實時性方面的增值功能還存在巨大的提升空間，具體表現(xiàn)在如下兩個方面。第一，現(xiàn)有公交IC卡系統(tǒng)僅有票款支付和票款管理功能，且多在一票制條件下運行。一票制的主要成因是降低現(xiàn)金付費的難度，而不是IC卡技術(shù)的必然要求。在特定的歷史時期，一票制在減少售票員工作量方面發(fā)揮了重要作用，但其本質(zhì)是以犧牲公交資源消費的公平性為代價的，在IC卡技術(shù)日益成熟的條件下，這種票價機制既不合理，也沒有必要。第二，目前以單一票價IC卡系統(tǒng)的收費數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對客流信息進行估計的機制不順、操作復(fù)雜，而且估計結(jié)果在全面性、準(zhǔn)確性、及時性方面難以支持公交線網(wǎng)規(guī)劃、運營調(diào)度、管理制度、補貼政策等決策的科學(xué)性和協(xié)調(diào)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種公交IC卡收費與客流信息采集方法，從而為公平收費及公交相關(guān)決策提供信息基礎(chǔ)。本發(fā)明是公共交通信息化、智能化建設(shè)的核心功能，由硬件和軟件兩個部分組成。本發(fā)明是其軟件部分的核心算法。為使軟件部分正常運行，需要相應(yīng)的硬件部分作為支撐，主要包括基于GPS (或北斗)和無線通信的公交車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)、車載自動報站系統(tǒng)、公交車載IC卡刷卡系統(tǒng)。其運作流程為:
(1)設(shè)定乘行距離連續(xù)累計分段遞減費率、累計計程的有效時間長度和連續(xù)出行有效時間長度，并對所有公交線路、公交站點和公交車輛進行編碼，測定站點坐標(biāo)與站間距離；
(2)當(dāng)特定線路的特定公交車輛到達某個站點時，由GPS(或北斗)定位系統(tǒng)確定站點編碼和到站時刻，并傳輸?shù)絀C卡收費系統(tǒng)中；
(3)對于上車乘客，在上車刷卡時，首先記錄站點編碼、上車時刻；然后，判斷該乘客是否符合連續(xù)計程條件，分別采用對應(yīng)的費率，按照本站到本線路終點站的里程進行預(yù)收費，并從IC卡余額中扣除；最后，將線路編碼、站點編碼、上車時刻和扣款數(shù)額寫入乘客的IC卡中，將IC卡號、線路編碼、車輛編碼、站點編碼、上車時刻寫入車載機；
(4)對于下車乘客，在下車刷卡時，記錄站點編碼、下車時刻、本次乘行距離以及有效累計乘行距離，寫入乘客的IC卡中，并連同IC卡號一同寫入車載終端中，并退還多收票款；
(5)在車輛啟動平穩(wěn)運行后(確保不再有乘客刷卡)，將本站記錄的所有數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送到公交信息中心；
(6)在指定的一個或多個時間尺度下，對各線路、各區(qū)域的公交營業(yè)收入進行統(tǒng)計匯
總;
(7)實時獲取客流信息，在指定的一個或多個時間尺度下，針對特定線路，獲取其每個站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對指定的某些線路，獲取其各站點之間的換乘客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，獲取其各站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，可以按照另行劃定的交通小區(qū)，獲取各小區(qū)的上車客流量、下車客流量以及小區(qū)之間的OD客流量；
(8)離線獲取乘行特征信息，在指定的一個或多個時間尺度下，針對特定線路或者特定區(qū)域，對滿足連續(xù)出行有效時間長度要求的出行者，獲取平均乘行距離以及不同出行距離區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例、平均乘行時間以及不同乘行時間區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例。所述的這種公交IC卡收費與客流信息采集方法，主要解決了目前公交資源消費公平性較低以及公交客流信息嚴重缺失的問題，包括如下三個部分:
(I)連續(xù)累計乘行距離分段計程收費方法。(2)公交客流信息實時采集方法。(3)公交乘行特征信息采集方法。所述的連續(xù)累計乘行距離分段計程收費方法應(yīng)用于車載端，根據(jù)乘行距離連續(xù)累計分段遞減費率和累計計程的有效時間長度，在持卡乘客上車刷卡時，記錄其乘坐線路與車輛、上車站點與時刻等數(shù)據(jù)，判斷其是否符合連續(xù)計程條件，分別采用對應(yīng)的費率，按照本站到終點站的里程預(yù)收票款；在其下車刷卡時，記錄其下車站點與時刻、本次乘行距離以及累計有效乘行距離，按照對應(yīng)的費率計算本次應(yīng)付票款，退回多收的票款；在車輛啟動平穩(wěn)運行階段，將上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦恍畔⒅行?。所述的客流信息實時采集方法和公交乘行特征信息采集方法應(yīng)用于中心端，根據(jù)各公交車輛上傳的數(shù)據(jù)，可以在指定的一個或多個時間尺度下(如10分鐘、30分鐘、I小時、I天、I周、I月、I年等)，針對特定線路，獲取其每個站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對指定的某些線路，獲取其各站點之間的換乘客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，獲取其各站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，可以按照另行劃定的交通小區(qū)，獲取各小區(qū)的公交出行發(fā)生量、吸引量以及各小區(qū)之間的OD客流量；針對特定線路或者特定區(qū)域，對滿足連續(xù)出行有效時間長度要求的出行者，獲取平均乘行距離以及不同乘行距離區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例、平均乘行時間以及不同乘行時間區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例。本發(fā)明的顯著效果在于:一方面，實施乘行距離連續(xù)累計分段遞減費率和上下車兩次刷卡的計程收費方法，不但可以改善公交資源消費的公平性，而且有利于促進換乘出行，進而在更大程度上提高公交出行分擔(dān)率；另一方面，在IC卡技術(shù)成熟且成本較低的情況下，與車載GPS (或北斗)系統(tǒng)、自動報站系統(tǒng)等相結(jié)合，進一步拓展公交IC卡系統(tǒng)的客流信息采集功能，在實現(xiàn)連續(xù)累計乘行距離分段計程收費的同時，全面、可靠、及時、低成本地獲得乘客的出行鏈信息，并據(jù)此獲得不同時間尺度下的線路、換乘以及區(qū)域性的客流分布數(shù)據(jù)，不但具有很高的技術(shù)先進性和經(jīng)濟合理性，而且對于改善公共交通的線網(wǎng)規(guī)劃、運營調(diào)度、補貼政策、管理機制等方面決策的科學(xué)性和協(xié)調(diào)性具有顯著的應(yīng)用可行性。此外，本發(fā)明所述方法均由發(fā)明人首次提出，具有顯著的創(chuàng)新性，能夠在有效改善公交資源消費公平性的同時，填補公交客流信息實時采集與公交乘行特征信息連續(xù)采集的技術(shù)空白，有利于提升我國智能化公共交通的研究與應(yīng)用水平。


圖1為連續(xù)累計乘行距離分段計程收費流程；
圖2為特定線路客流數(shù)據(jù)獲取流程；
圖3為特定線路之間的換乘客流數(shù)據(jù)獲取流程；
圖4為特定區(qū)域內(nèi)的所有線路客流數(shù)據(jù)獲取流程；
圖5為另行劃定的交通小區(qū)客流數(shù)據(jù)獲取流程；
圖6為平均乘行距離和平均乘行時間數(shù)據(jù)獲取流程。
具體實施例方式本發(fā)明是以基于GPS (或北斗)定位系統(tǒng)和無線通信的公交車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)、公交車自動報站系統(tǒng)、公交車載IC卡刷卡系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計的軟件算法，其具體實施方式
包括如下3個環(huán)節(jié)。(I)應(yīng)用基礎(chǔ)部分
①對所有公交線路、公交站點和公交車輛進行同一編碼，且具有唯一性，分別為r ER X s€ 3、veF ；
②測定同一線路上相鄰站點之間的距離rf( , + l)e￡)；
③設(shè)定乘行距離連續(xù)累計分段區(qū)間we F及相應(yīng)的遞減費率/ e F、累計計程的有效時間長度T ；
④車載GPS (或北斗)定位系統(tǒng)和自動報站系統(tǒng)可以自動識別站點名稱及其編碼，車載IC卡收費系統(tǒng)能夠識別IC卡的有效性，無線通信系統(tǒng)能夠?qū)④囕d數(shù)據(jù)上傳到信息中心。(2)車載端部分
①車載端的算法用于在線完成連續(xù)累計乘行距離分段計程收費，其工作流程如圖1所示，分為上車刷卡、下車刷卡和信息發(fā)送三個環(huán)節(jié)。②在上車刷卡環(huán)節(jié)，對于每位上車乘客，在其刷卡時，首先記錄上車站點編碼Sa和上車時刻ta(i)，按照式(I)判斷該乘客是否符合連續(xù)計程條件:.1 T = 不符合達續(xù)計S條件始— 次衝的,計計程%T = #r符合連續(xù)計g條#,保持已育的累計計a
權(quán)利要求
1.一種公交IC卡收費與客流信息采集方法，其特征在于由以下步驟實現(xiàn): (1)設(shè)定乘行距離連續(xù)累計分段遞減費率、累計計程的有效時間長度和連續(xù)出行有效時間長度，并對所有公交線路、公交站點和公交車輛進行編碼，測定站點坐標(biāo)與站間距離； (2)當(dāng)特定線路的特定公交車輛到達某個站點時，由定位系統(tǒng)確定站點編碼和到站時亥IJ，并傳輸?shù)絀C卡收費系統(tǒng)中； (3)對于上車乘客，在上車刷卡時，首先記錄站點編碼、上車時刻；然后，判斷該乘客是否符合連續(xù)計程條件，分別采用對應(yīng)的費率，按照本站到本線路終點站的里程進行預(yù)收費，并從IC卡余額中扣除；最后，將線路編碼、站點編碼、上車時刻和扣款數(shù)額寫入乘客的IC卡中，將IC卡號、線路編碼、車輛編碼、站點編碼、上車時刻寫入車載機； (4)對于下車乘客，在下車刷卡時，記錄站點編碼、下車時刻、本次乘行距離以及有效累計乘行距離，寫入乘客的IC卡中，并連同IC卡號一同寫入車載終端中，并退還多收票款； (5)在車輛啟動平穩(wěn)運行后，將本站記錄的所有數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送到公交信息中心； (6)在指定的一個或多個時間尺度下，對各線路、各區(qū)域的公交營業(yè)收入進行統(tǒng)計匯總; (7)實時獲取客流信息，在指定的一個或多個時間尺度下，針對特定線路，獲取其每個站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對指定的某些線路，獲取其各站點之間的換乘客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，獲取其各站點的上車客流量、下車客流量以及站點之間的OD客流量；針對特定區(qū)域內(nèi)的所有線路，可以按照另行劃定的交通小區(qū)，獲取各小區(qū)的上車客流量、下車客流量以及小區(qū)之間的OD客流量； (8)離線獲取乘行特征信息，在指定的一個或多個時間尺度下，針對特定線路或者特定區(qū)域，對滿足連續(xù)出行有效時間長度要求的出行者，獲取平均乘行距離以及不同出行距離區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例、平均乘行時間以及不同乘行時間區(qū)間內(nèi)的出行者所占比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公交IC卡收費與客流信息采集方法，其特征在于:對所有公交線路、公交站點和公交車輛進行同一編碼，且具有唯一性，分別為r ei , seS^ ve Jr ;測定同一線路上相鄰站點之間的距離eD ;設(shè)定乘行距離連續(xù)累計分段區(qū)間we,及相應(yīng)的遞減費率/e P、累計計程的有效時間長度T ;車載GPS (或北斗)定位系統(tǒng)和自動報站系統(tǒng)可以自動識別站點名稱及其編碼，車載IC卡收費系統(tǒng)能夠識別IC卡的有效性，無線通信系統(tǒng)能夠?qū)④囕d數(shù)據(jù)上傳到信息中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公交IC卡收費與客流信息采集方法，其特征在于:車載端的算法用于在線完成連續(xù)累計乘行距離分段計程收費，分為上車刷卡、下車刷卡和信息發(fā)送三個環(huán)節(jié): (1)在上車刷卡環(huán)節(jié)，對于每位上車乘客，在其刷卡時，首先記錄上車站點編碼Sa和上車時刻ta(i),按照式(1)判斷該乘客是否符合連續(xù)計程條件:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公交IC卡收費與客流信息采集方法，其特征在于: (1)信息中心端的方法用于在線完成客流信息的獲取和離線完成乘客出行特征信息的獲取，在線部分包括特定線路客流數(shù)據(jù)獲取、特定線路之間的換乘客流量獲取、特定區(qū)域內(nèi)的所有線路客流數(shù)據(jù)獲取和另行劃定的交通小區(qū)客流數(shù)據(jù)的獲取，離線部分包括平均乘行距離數(shù)據(jù)獲取、平均乘行時間數(shù)據(jù)以及在給定乘行距離范圍和乘行時間范圍內(nèi)的乘客所占比例的獲取； (2)在特定線路客流數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)，能夠得到指定公交線路的客流量在時間和空間上的分布情況，在指定時間尺度為G的情況下，對于第g個時間段，線路r中站點Sa的上車人數(shù)以及線路r中所有站點的上車人數(shù)分別如式(6)和式(7)所示:
全文摘要
一種公交IC卡收費與客流信息采集方法，屬于交通運輸技術(shù)領(lǐng)域，通過在車載端根據(jù)乘行距離連續(xù)累計分段遞減費率和累計計程的有效時間長度，上、下車兩次刷卡后完成計程收費，并將乘客上車、下車的相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到信息中心；在信息中心端，針對特定線路、特定區(qū)域以及另行劃定的交通小區(qū)，首先實時獲取指定時間尺度下的上車客流量、下車客流量、OD客流量以及換乘客流量等數(shù)據(jù)；然后以非實時方式獲取指定時間尺度下的平均乘行距離與不同乘行距離范圍內(nèi)的乘客比例、平均乘行時間與不同乘行時間范圍內(nèi)的乘客比例等數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠在有效改善公交資源消費公平性，同時完成對公交客流信息實時采集與公交乘行特征信息連續(xù)采集，為公平收費及公交相關(guān)決策提供信息基礎(chǔ)。
文檔編號G07C9/00GK103198565SQ20131012578
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者王鐸源 申請人:王鐸源