基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：1)對(duì)獲取的多元信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，所述多元信息數(shù)據(jù)包括預(yù)測(cè)線路的公交車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)、通行路段其它線路公交車(chē)輛的GPS數(shù)據(jù)和公交車(chē)IC卡數(shù)據(jù)。處理后得到信息包括：車(chē)輛運(yùn)行位置、車(chē)速、站間區(qū)間、車(chē)輛在各車(chē)站到達(dá)時(shí)刻、離開(kāi)時(shí)刻、上車(chē)人數(shù)和下車(chē)人數(shù)；2)建立模型預(yù)測(cè)公交車(chē)輛的站-站間行駛時(shí)間；根據(jù)推算的車(chē)站上下客量預(yù)測(cè)在站停站時(shí)間；由此得到區(qū)間行程時(shí)間并進(jìn)行公交車(chē)輛的到站時(shí)間預(yù)測(cè)。進(jìn)而開(kāi)發(fā)一種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)原型系統(tǒng)。本發(fā)明的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法具有預(yù)測(cè)時(shí)效性、準(zhǔn)確性較高的優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)諸多大中城市提出"公交都市"概念，通過(guò)打造綠色的公交都市來(lái)緩解日益 增長(zhǎng)的機(jī)動(dòng)車(chē)出行需求及嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題。"公交都市"通過(guò)引入ITS技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn) 公交運(yùn)營(yíng)與調(diào)度、公交出行的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及集成化。國(guó)內(nèi)外大城市發(fā)展經(jīng)驗(yàn) 表明，要解決城市交通問(wèn)題，尤其是特大型城市的交通問(wèn)題，必須充分發(fā)揮公共交通的重要 作用。公交（以下公交指公共汽、電車(chē)交通）到站時(shí)間服務(wù)是提高公眾交通吸引力的關(guān)鍵 服務(wù)之一。精確的公交車(chē)到站時(shí)間預(yù)測(cè)信息可以減少乘客的候車(chē)時(shí)間，乘客可以有效地安 排出行計(jì)劃。同時(shí)，公交行駛時(shí)間是優(yōu)化運(yùn)營(yíng)計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵因素。為了維持公交運(yùn)營(yíng)的 服務(wù)質(zhì)量，公交企業(yè)通常根據(jù)車(chē)輛的實(shí)時(shí)情況采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)調(diào)整運(yùn)行時(shí)刻表和發(fā)車(chē)間 隔，從而更有效地進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，提高公交服務(wù)水平。因此，研究公交行程時(shí)間的預(yù)測(cè)（等 效于到站時(shí)間預(yù)測(cè)），無(wú)論是對(duì)運(yùn)營(yíng)者還是出行者都有很大的意義。
[0003] 隨著智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展，以及智慧城市等概念的出現(xiàn)，城市道路交通 數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的單點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展為多點(diǎn)檢測(cè)，使得以往離散空間、離散時(shí)間的靜 態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)展為連續(xù)空間、連續(xù)時(shí)間的動(dòng)態(tài)軌跡數(shù)據(jù)，如浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)，不僅僅本線路公 交車(chē)作為浮動(dòng)車(chē)，通行于相同路段的多條公交線路車(chē)輛均可作為浮動(dòng)車(chē)。這就為交通流運(yùn) 行特征的提取，提供了技術(shù)支持，也有助于城市公交行駛時(shí)間的預(yù)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)。
[0004] 此外，我國(guó)大城市中心區(qū)內(nèi)，客流量較大且各車(chē)站客流分布不均衡，都使用相同的 停站時(shí)間參數(shù)（國(guó)內(nèi)較多應(yīng)用都沿襲原來(lái)國(guó)外模型做法，停站時(shí)間因?yàn)榕c行駛時(shí)間相比太 小所以就簡(jiǎn)化為單一參數(shù)）將一定影響行程時(shí)間預(yù)測(cè)精度，累積下來(lái)會(huì)產(chǎn)生較大的預(yù)測(cè)誤 差。同時(shí)公交車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中受到道路通行條件影響比較劇烈，車(chē)輛在站間行駛時(shí)間隨 機(jī)性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)僅使用車(chē)輛行駛時(shí)間的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不能反映實(shí)時(shí)的交通狀況變化?？梢?jiàn)， 傳統(tǒng)的基于單條公交線路GPS歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)技術(shù)在信息的時(shí)效性和信息的準(zhǔn)確性兩方 面存在一定的不足。
[0005] 經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)技術(shù)未見(jiàn)公 開(kāi)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服已有公交到站預(yù)測(cè)方式的時(shí)效性較差、準(zhǔn)確性較低的不足，本發(fā)明提供 了一種時(shí)效性良好、準(zhǔn)確性較高的基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出了以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，所述預(yù)測(cè)方法包括以下步驟：
[0009] 1)對(duì)獲取的多元信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，所述多元信息數(shù)據(jù)包括 預(yù)測(cè)線路的公交車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)、通行路段其它線路公交車(chē)輛的GPS數(shù)據(jù)和公交車(chē)1C卡信 息，數(shù)據(jù)處理后得到的信息包括：線路編號(hào)、車(chē)牌編號(hào)、車(chē)輛運(yùn)行位置、車(chē)速、所在站間區(qū)間、 車(chē)輛在各車(chē)站到達(dá)時(shí)刻、離開(kāi)時(shí)刻、上車(chē)人數(shù)和下車(chē)人數(shù)；
[0010] 2)建立模型預(yù)測(cè)公交車(chē)輛的站-站間行駛時(shí)間；
[0011] 2. 1)當(dāng)公交線路集合所包含的公交車(chē)輛數(shù)目k，即k〈N時(shí)，N為公交線路集合所包 含的公交車(chē)輛數(shù)目的最小閾值，基于公交運(yùn)行線路中相鄰兩個(gè)站點(diǎn)間的行程時(shí)間的歷史數(shù) 據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸，來(lái)得到預(yù)測(cè)的路段行程時(shí)間，通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)： ./-1
[0012] 4ι=Σ^%+ι+4+ρ Kn<j-l n=l
[0013] 其中，4+1為第j班公交車(chē)從第i個(gè)站點(diǎn)到第i + 1個(gè)站點(diǎn)的預(yù)測(cè)運(yùn)行時(shí)間； 回歸系數(shù)；Ci為納入樣本的公交車(chē)從第i個(gè)站點(diǎn)到第i+1個(gè)站點(diǎn)的歷史運(yùn)行時(shí)間，ΦΜ+1 為路段行程時(shí)間估計(jì)參數(shù)；
[0014] 2. 2)當(dāng)公交線路集合所包含的公交車(chē)輛數(shù)目k，即Ν < k < Μ時(shí)，Μ為公交線路集 合所包含的公交車(chē)輛數(shù)目的最大閾值，預(yù)測(cè)的路段行程時(shí)間的計(jì)算過(guò)程包括以下步驟：
[0015] ①公交線路集合L的確定：公交線路集合L為{/ψ?〗1 ，
[0016] 為公交車(chē)輛j在當(dāng)前站點(diǎn)的到站時(shí)刻，為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在 目標(biāo)站點(diǎn)的到站時(shí)刻；
[0017] ②加權(quán)因子確定：
[0018] 加權(quán)因子rk由公交線路集合中的公交車(chē)輛的站站間的行駛時(shí)間按到站間隔的倒 數(shù)計(jì)算得到，計(jì)算公式由以下實(shí)現(xiàn)：
[_ k二i
[0020] 其中，為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在當(dāng)前站點(diǎn)的到站時(shí)間；m為公交線路 集合中的公交車(chē)輛總數(shù)； m
[0021] 預(yù)測(cè)的路段行駛時(shí)間計(jì)算式為：€+1 ;
[0022] 其中，G為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在站站間的行駛時(shí)間；
[0023] 3)根據(jù)推算的車(chē)站上下客量預(yù)測(cè)在站停站時(shí)間：
[0024] C? (k) = as,^ (^)+ , (k) x Max(Nul, Νο?ι?) + (k) x C
[0025] 其中，爲(wèi)" (M Is.. Μ)為回歸參數(shù)，Max(Nin，N?！篂樵摴卉?chē)站上下客人數(shù) 的最大值，C為公交車(chē)輛的乘客滿載率，由此時(shí)車(chē)上實(shí)際載客數(shù)量與額定最大載客數(shù)量的百 分比表示。
[0026] 由公交車(chē)輛的站-站間行駛時(shí)間、在站停站時(shí)間得到區(qū)間行程時(shí)間并進(jìn)行公交車(chē) 輛的到站時(shí)間預(yù)測(cè)。
[0027] -種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括公交GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 1C卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中，
[0028] 所述公交GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括車(chē)載公交車(chē)GPS數(shù)據(jù)采集設(shè)備、線路站點(diǎn)信息表 和路網(wǎng)GIS地圖，分別提供公交車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、線路站點(diǎn)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)表、GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0029] 所述1C卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括車(chē)載機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別提供乘客刷卡信息、公 交1C卡操作型數(shù)據(jù)庫(kù)和公交1C卡數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；
[0030] 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模塊、預(yù)處理模塊、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)估計(jì)模塊和公 交到站時(shí)間預(yù)測(cè)模塊，其中：
[0031] ①數(shù)據(jù)接收模塊將公交GPS、1C卡采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到預(yù)處理模塊上，并 能對(duì)數(shù)據(jù)接收條數(shù)、數(shù)據(jù)接收時(shí)間、服務(wù)器運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的質(zhì)量狀 況；
[0032] ②預(yù)處理模塊以公交GPS數(shù)據(jù)作為輸入，根據(jù)其歷史數(shù)據(jù)特征與相關(guān)性來(lái)識(shí)別異 常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、修正問(wèn)題數(shù)據(jù)和互補(bǔ)融合補(bǔ)充數(shù)據(jù)；
[0033] ③運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)估計(jì)模塊，根據(jù)預(yù)處理模塊獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算路段行駛時(shí)間、 站點(diǎn)客流延誤，并基于歷史數(shù)據(jù)與調(diào)查信息進(jìn)行公交運(yùn)行特征的估計(jì)，構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與 歷史特征庫(kù)；
[0034] ④公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)模塊，基于公交運(yùn)行特征庫(kù)，實(shí)時(shí)計(jì)算區(qū)間內(nèi)的路段行駛時(shí) 間，對(duì)公交車(chē)輛到站時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0035] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：時(shí)效性良好、準(zhǔn)確性較高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法的流程圖。
[0037] 圖2是樣本選取原理圖。
[0038] 圖3是實(shí)例的樣本選擇示意圖。
[0039] 圖4是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041] 實(shí)施例1
[0042] 參照?qǐng)D1?圖3,一種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，包括以下步 驟：
[0043] 1).對(duì)獲取的多元信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，所述多元信息數(shù)據(jù)包 括預(yù)測(cè)線路的公交車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)、通行路段其它線路公交車(chē)輛的GPS數(shù)據(jù)和公交1C卡數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù)處理后得到的信息包括：線路編號(hào)、車(chē)牌編號(hào)、車(chē)輛運(yùn)行位置、車(chē)速、所在站間區(qū)間 (上、下游相鄰站點(diǎn)ID)，車(chē)輛在各車(chē)站到達(dá)時(shí)刻、離開(kāi)時(shí)刻、上車(chē)人數(shù)和下車(chē)人數(shù)等；
[0044] 2).對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)做車(chē)輛車(chē)牌和線路匹配，計(jì)算得到路段行駛時(shí)間以及站點(diǎn)的客 流延誤，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行公交車(chē)輛未來(lái)到站時(shí)間預(yù)測(cè)。所述的車(chē)輛車(chē)牌和線路匹配技術(shù) 都已屬于現(xiàn)有技術(shù)，因此不詳細(xì)介紹其匹配方法，不應(yīng)視為公開(kāi)不充分；
[0045] 所述的路段行駛時(shí)間定義為公交車(chē)輛在目標(biāo)站點(diǎn)的到站時(shí)間減去在當(dāng)前站點(diǎn)的 離站時(shí)間，可以由以下公式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述預(yù)測(cè)方法包括 以下步驟： 1) 對(duì)獲取的多元信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，所述多元信息數(shù)據(jù)包括預(yù)測(cè) 線路的公交車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)、通行路段其它線路公交車(chē)輛的GPS數(shù)據(jù)和公交車(chē)1C卡信息，數(shù) 據(jù)處理后得到的信息包括：線路編號(hào)、車(chē)牌編號(hào)、車(chē)輛運(yùn)行位置、車(chē)速、所在站間區(qū)間、車(chē)輛 在各車(chē)站到達(dá)時(shí)刻、離開(kāi)時(shí)刻、上車(chē)人數(shù)和下車(chē)人數(shù)； 2) 建立模型預(yù)測(cè)公交車(chē)輛的站-站間行駛時(shí)間； 2. 1)當(dāng)公交線路集合所包含的公交車(chē)輛數(shù)目k，即k〈N時(shí)，N為公交線路集合所包含的 公交車(chē)輛數(shù)目的最小閾值，基于公交運(yùn)行線路中相鄰兩個(gè)站點(diǎn)間的行程時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)回歸，來(lái)得到預(yù)測(cè)的路段行程時(shí)間，通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)：
其中，么t為第j班公交車(chē)從第i個(gè)站點(diǎn)到第i+Ι個(gè)站點(diǎn)的預(yù)測(cè)運(yùn)行時(shí)間；β n為回歸 系數(shù)；Οι為納入樣本的公交車(chē)從第i個(gè)站點(diǎn)到第i+1個(gè)站點(diǎn)的歷史運(yùn)行時(shí)間，Φ?^+1為路 段行程時(shí)間估計(jì)參數(shù)； 2. 2)當(dāng)公交線路集合所包含的公交車(chē)輛數(shù)目k，即Ν < k < Μ時(shí)，Μ為公交線路集合所 包含的公交車(chē)輛數(shù)目的最大閾值，預(yù)測(cè)的路段行程時(shí)間的計(jì)算過(guò)程包括以下步驟： ① 公交線路集合L的確定：公交線路集合L為休S ， 為公交車(chē)輛j在當(dāng)前站點(diǎn)的到站時(shí)刻，？?λ為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在目標(biāo) 站點(diǎn)的到站時(shí)刻； ② 加權(quán)因子確定： 加權(quán)因子rk由公交線路集合中的公交車(chē)輛的站站間的行駛時(shí)間按到站間隔的倒數(shù)計(jì) 算得到，計(jì)算公式由以下實(shí)現(xiàn)：

其中，為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在當(dāng)前站點(diǎn)的到站時(shí)間；m為公交線路集合 中的公交車(chē)輛總數(shù)； 預(yù)測(cè)的路段行駛時(shí)間計(jì)算式為 其中，匕^為公交線路集合中的公交車(chē)輛k在站站間的行駛時(shí)間； 3) 根據(jù)推算的車(chē)站上下客量預(yù)測(cè)在站停站時(shí)間： r ：!s \k)^ as , (k) + A- , (k)x Max{Nin, ) + Λ , x C 其中氣_,，⑷，？V.,⑷為回歸參數(shù)，Max (Nin，Ν_)為該公交車(chē)站上下客人數(shù)的最 大值，C為公交車(chē)輛的乘客滿載率，由此時(shí)車(chē)上實(shí)際載客數(shù)量與額定最大載客數(shù)量的百分比 表不； 由公交車(chē)輛的站-站間行駛時(shí)間、在站停站時(shí)間得到區(qū)間行程時(shí)間并進(jìn)行公交車(chē)輛的 到站時(shí)間預(yù)測(cè)。
2. -種基于多元信息數(shù)據(jù)的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括 公交GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、1C卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 所述公交GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括車(chē)載公交車(chē)GPS數(shù)據(jù)采集設(shè)備、線路站點(diǎn)信息表和路 網(wǎng)GIS地圖，分別提供公交車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、線路站點(diǎn)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)表、GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)； 所述1C卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括車(chē)載機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別提供乘客刷卡信息、公交1C 卡操作型數(shù)據(jù)庫(kù)和公交1C卡數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)； 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模塊、預(yù)處理模塊、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)估計(jì)模塊和公交到 站時(shí)間預(yù)測(cè)模塊，其中： 所述數(shù)據(jù)接收模塊將公交GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到預(yù)處理模塊上，并能對(duì) 數(shù)據(jù)接收條數(shù)、數(shù)據(jù)接收時(shí)間、服務(wù)器運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的質(zhì)量狀況； 所述預(yù)處理模塊以公交GPS數(shù)據(jù)作為輸入，根據(jù)其歷史數(shù)據(jù)特征與相關(guān)性來(lái)識(shí)別異常 數(shù)據(jù)，并進(jìn)行剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、修正問(wèn)題數(shù)據(jù)和互補(bǔ)融合補(bǔ)充數(shù)據(jù)； 運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)估計(jì)模塊，根據(jù)預(yù)處理模塊獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算路段行程時(shí)間、站點(diǎn)客 流延誤，并基于歷史數(shù)據(jù)與調(diào)查信息進(jìn)行公交運(yùn)行特征的估計(jì)，構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史特 征庫(kù)； 公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)模塊，基于公交運(yùn)行特征庫(kù)，實(shí)時(shí)計(jì)算區(qū)間內(nèi)的路段行程時(shí)間，對(duì)公 交車(chē)輛到站時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK104064028SQ201410282998
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】錢(qián)小鴻, 滕靖, 徐建軍, 陳思錦, 張書(shū)漿, 金威敏 申請(qǐng)人:銀江股份有限公司, 同濟(jì)大學(xué)