一种基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法，包括以下步骤：（1）、站点信息预处理；（2）、对各站点的历史上车客流分别进行统计；（3）、计算出行下车概率；（4）、实时计算各站点的交通出行量，根据公交IC卡和GPS报站信息，实时计算上下行各方向的实时站点的交通出行量；（5）、根据所述上下行各方向的实时站点的交通出行量计算线路断面需求信息。本发明的基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法，基于双向上车客流首先计算出旅客的出行下车概率，基于历史上车客流数据，可以预先计算并存储，可直接调用出行下车概率对计算时期上车流量计算交通出行量，方案简单实用，求解效率高，同时具有良好的实时性。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，具体地说，是涉及一种公交断面客流量获取方 法及系统。

背景技术

城市公交断面客流是指在单位时间内公交线路通过某一站点的客流量。公交断 面客流是城市公共交通规划与管理的重要依据，其对于公交线路满载率计算、智能 化实时公交调度以及线网优化调整等都具有重要意义。

传统获取公交断面客流方法主要有两类，一是采用人工跟车抽样调查，该方法 需要投入大量的人力和资金，有限的抽样线路也无法反映城市公交系统客流分布规 律全貌。此外，当公交运输组织方案或是旅客出行规律发生变化后，则已有调查数 据及其推演规律的有效性变差；二是在车内安装踏板垫或红外线式的自动乘客计数 器，通过统计车辆上下车客流量来推算断面客流，但受监测环境多样化、旅客行为 复杂性等因素影响，实际检测精度有限，实际工程应用也较少。

近些年来，随着智能公交系统的快速发展，通过分析公交IC卡数据、车辆GPS 定位数据等信息，从而估算公交客流的方法逐渐受到人们重视。若获知IC卡持卡旅 客的上、下车站点，则可推算公交线路在相应站点的上、下车流量，进而计算求解 线路断面客流。对于上车站点及客流的推算，基于时间匹配分析公交IC卡刷卡数据 与GPS报站数据的方案已比较成熟。对于下车站点及客流的推算，目前技术方案则 主要分为两类，一类是通过分析旅客出行换乘规律，进而根据换乘后的上车站点估 算可能的前程下车站点；另一类则是基于出行链闭合假设，推算某一IC卡全天出行 记录中的两次上车站点互为出行起讫点。这些方案能较精确地估算某一IC卡持卡旅 客的出行行为，但应用于整个城市级的公交系统断面客流分析时，数据计算量大， 实时性也较差，具有一定的局限性。

申请号为201510198468.0的发明专利《一种基于IC卡数据的公交站点区间客 流估计方法》，提出了一种通过单向上车客流确定站点吸引权重，从而推算下车客流 的方法，但仅考虑单向上车客流的计算方法还比较粗略，特别是对于具有潮汐流现 象的公交线路，该方法的计算准确度将大幅降低。

发明内容

本发明为了解决传统获取公交断面客流方法数据计算量大，实时性差的问题， 提出了一种基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法及系统，可以解决上述问 题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法，包括以下步骤：

(1)、站点信息预处理，将公交线路经由的双向各站点分别编号，其中，下行 方向站点编号为上行方向站点编号为所述i的取值范围为1～n，所述n为 公交线路单向经由总站点数，所述n为大于1的整数，所述下行方向所有站点的编 号按照车辆行驶方向递增，所述上行方向所有站点的编号按照车辆行驶方向递减；

(2)、对各站点的历史上车客流分别进行统计，其中，下行方向第i站点的历 史上车客流为上行方向第j站点的历史上车客流为

(3)、计算出行下车概率，所述出行下车概率是指在下行方向上，第i站点上 车客流在本行驶方向的下游第j站点下车的概率，等于相对方向的第j站点的历史 上车客流与相对方向的第j站点上游站点集的历史上车客流之和的比值，以及在上 行方向上，第j站点上车客流在本行驶方向的下游第i站点下车的概率，等于相对 方向的第i站点的历史上车客流与相对方向的第i站点上游站点集的历史上车客流 之和的比值，其中，下行方向第i站点上车客流在第j站点下车的概率为上行 方向第j站点上车客流在第i站点下车的概率为i＜j≤n，所述上行方向和下 行方向互为相对方向；

(4)、实时计算各站点的交通出行量，根据公交IC卡和GPS报站信息，实时计 算上下行各方向的实时站点的交通出行量；

(5)、根据所述上下行各方向的实时站点的交通出行量计算线路断面需求信息。

基于上述的公交断面客流量获取方法，本发明同时提出了一种基于双向上车客 流的公交断面客流量获取系统，包括：

信息采集模块，包括IC卡刷卡终端、GPS报站终端及无线通信模块，分别用于 采集刷卡客流信息、进行GPS报站、以及数据无线通信；

信息存储模块，用于存储信息采集模块传输的IC卡刷卡数据及GPS报站数据， 定期将实时数据库中数据转存至历史数据库；

信息处理模块，用于执行以下步骤：

(1)、站点信息预处理，将公交线路经由的双向各站点分别编号，其中，下行 方向站点编号为上行方向站点编号为所述i的取值范围为1～n，所述n为 公交线路单向经由总站点数，所述n为大于1的整数，所述下行方向所有站点的编 号按照车辆行驶方向递增，所述上行方向所有站点的编号按照车辆行驶方向递减；

(2)、对各站点的历史上车客流分别进行统计，其中，下行方向第i站点的历 史上车客流为上行方向第j站点的历史上车客流为

(3)、计算出行下车概率，所述出行下车概率是指在下行方向上，第i站点上 车客流在本行驶方向的下游第j站点下车的概率，等于相对方向的第j站点的历史 上车客流与相对方向的第j站点上游站点集的历史上车客流之和的比值，以及在上 行方向上，第j站点上车客流在本行驶方向的下游第i站点下车的概率，等于相对 方向的第i站点的历史上车客流与相对方向的第i站点上游站点集的历史上车客流 之和的比值，其中，下行方向第i站点上车客流在第j站点下车的概率为上行 方向第j站点上车客流在第i站点下车的概率为i＜j≤n，所述上行方向和下 行方向互为相对方向；

(4)、实时计算各站点的交通出行量，根据公交IC卡和GPS报站信息，实时计 算上下行各方向的实时站点的交通出行量；

信息发布模块，用于通过PC端或移动端界面查询信息处理模块所计算的线路断 面需求信息。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的基于双向上车客流的 公交断面客流量获取方法，基于双向上车客流首先计算出旅客的出行下车概率，乘 客的出行下车概率基于历史上车客流数据，可以预先计算并存储，当需要求解当前 计算时期的断面客流时，直接调用出行下车概率对计算时期上车流量进行流量分配 即可，方案简单实用，求解效率高，同时具有良好的实时性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得 更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或 现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法的一种实 施例流程图；

图2是本发明所提出的基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法的一种实 施例中双向各站点分别编号示意图；

图3是本发明所提出的基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法的一种实 施例中双向站点数进行调整的示意图；

图4是本发明所提出的基于双向上车客流的公交断面客流量获取系统的一种实 施例原理方框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，为了解决传统获取公交断面客流方法数据计算量大，实时性差的问 题，本实施例提出了一种基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法，如图1所 示，包括以下步骤：

S1、站点信息预处理，将公交线路经由的双向各站点分别编号，如图2所示， 其中，下行方向站点编号为上行方向站点编号为所述i的取值范围为1～n， 所述n为公交线路单向经由总站点数，所述n为大于1的整数，所述下行方向所有 站点的编号按照车辆行驶方向递增，所述上行方向所有站点的编号按照车辆行驶方 向递减；通过采用本步骤对站点信息预处理，方便后续步骤计算。

S2、对各站点的历史上车客流分别进行统计，其中，下行方向第i站点的历史 上车客流为上行方向第j站点的历史上车客流为历史上车客流数据用于计 算出行下车概率，使得下车概率值基于历史数据统计原理，更加准确、接近实际值。

S3、计算出行下车概率，所述出行下车概率是指在下行方向上，第i站点上车 客流在本行驶方向的下游第j站点下车的概率，等于相对方向的第j站点的历史上 车客流与相对方向的第j站点上游站点集的历史上车客流之和的比值，以及在上行 方向上，第j站点上车客流在本行驶方向的下游第i站点下车的概率，等于相对方 向的第i站点的历史上车客流与相对方向的第i站点上游站点集的历史上车客流之 和的比值，其中，下行方向第i站点上车客流在第j站点下车的概率为上行方 向第j站点上车客流在第i站点下车的概率为i＜j≤n，所述上行方向和下行 方向互为相对方向；本实施例中出行下车概率的计算方式，基于其中一行驶方向上 乘客在某一站点下车，往往返程的时候会在与该站点对面线路的同一站点上车，由 此得来出行下车概率，解决了客流下车站点难以估算的问题。

S4、实时计算各站点的交通出行量，根据公交IC卡和GPS报站信息，实时计算 上下行各方向的实时站点的交通出行量；由于步骤S3中已经计算出了出行下车概 率，因此，各站点的交通出行量也能够相应计算出。

S5、根据所述上下行各方向的实时站点的交通出行量计算线路断面需求信息。 由于步骤S4中可以得出各站点的交通出行量，而断面客流是指在单位时间内公交线 路通过某一站点的客流量，因此线路断面需求信息也可相应得出。

本实施例的基于双向上车客流的公交断面客流量获取方法，通过挖掘分析海量 公交IC卡和GPS报站的历史数据，结合线路双向上车客流确定任意站点处至下游站 点的旅客下车概率，进而可根据IC卡和GPS报站实时数据推算线路各站点交通出行 量，并最终获得公交线路断面客流量，为公交运营规划与管理提供良好的决策支撑。 乘客的出行下车概率基于历史上车客流数据，可以预先计算并存储，当需要求解当 前计算时期的断面客流时，直接调用出行下车概率对计算时期上车流量进行流量分 配即可，方案简单实用，求解效率高，同时具有良好的实时性。

作为一个优选的实施例，所述步骤S3中，所述出行下车概率的计算方法如下：

对于下行方向，第i站点的下游站点集为相对方向第j 站点上游站点集下行方向第i站点至第j站点的下车概率 等于相对方向的第j站点的历史上车客流与相对方向的第j站点下游站点集的 历史上车客流之和的比值，

对于上行方向，第j站点下游站点集为相对方向第i站点 上游站点集上行方向第j站点至第i站点的下车概率等于 相对方向的第i站点的历史上车客流与相对方向的第i站点上游车站集的历史上 车客流之和的比值，

实际运营的公交线路可能存在双向停靠站点数不一致的现象，为了保证后续步 骤计算的顺利进行，还需要对站点多的线路进行站点合并预处理，因此，所述步骤 S1中，还包括比较下行方向和上行方向的站点数量是否一致的步骤：

S11、计算上、下行方向的站点数量，并分别记为n1和n2，并判断两者是否相 等，若相等，执行步骤S2，若不相等，则执行步骤S12；

S12、对站点数量较多的线路的所有区间计算站间距，查找出站间距最小的区间， 并将该区间的两端站点合并为一个站点；

S13、对合并站点后的线路更新站点编号，返回步骤S11。

显然地，处理后新车站的上车客流即是其所包含的所有原始车站上车客流之和， 经过处理后的公交线路双向车站均可唯一匹配，即对于上行车站，必存在下行车站 与之对应；反之亦然，如图3所示，展示了对双向站点数进行调整的示例。

根据实际应用需要，优选确定相应的统计时期，并基于公交IC卡和GPS报站的 历史数据计算线路在任意站点的分上、下行方向的历史上车客流。由于通过IC卡及 GPS报站数据估算上车客流属于公知技术，这里不再赘述。特别地，可根据待计算 情形的时期、天气等特征提取类似特征下的相应上车客流。例如，期望计算当前情 形下的公交断面客流，其时期特征为周一、八月，则提取同处于周一、八月的历史 上车客流作为后续步骤的待输入数据。

本实施例中优选根据加权优化思想对历史上车客流进行修正，所述步骤2中， 还包括对历史上车客流进行修正的步骤：

${\bar{Q}}_U^j=\alpha {\tilde{Q}}_U^j+(1-\alpha ){\hat{Q}}_U^j;$

${\bar{Q}}_D^i=\beta {\tilde{Q}}_D^i+(1-\beta ){\hat{Q}}_D^i;$

其中，为上行车站第j站点的全天上车客流的初始历史均值，为上行车站 第j站点的全天上车客流的最近若干天的历史均值，为下行车站第i站点的全天 上车客流的初始历史均值，为下行车站第i站点的全天上车客流的最近若干天的 历史均值，α、β为反映输入数据重要程度的权重系数，且满足0≤α≤1，0≤β≤1。

本方法还具有灵活性好的优点，可根据实际情形优化出行下车概率，提升统计 指标计算准确度。可结合计算时期的相关特征，如时期、天气等等，优化提取具有 类似情形特征的历史上车客流，从而灵活计算适用不同场景的出行下车概率，提高 了后续统计指标准确度。

所述步骤S4中，基于公交IC卡和GPS报站实时数据，实时统计当前计算时期 线路站点的上车客流，然后按出行下车概率计算由当前上车站点至所有下游车站的 站点的交通出行量：

$q_D^{ij}=Q_D^i{p}_D^{ij}\gamma =\frac{Q_D^i{\bar{Q}}_U^j\gamma }{{\Sigma }_{i<j^{\prime }\le n}{\bar{Q}}_U^{j^{\prime }}};$

$q_U^{ji}=Q_U^j{p}_U^{ji}\gamma =\frac{Q_U^j{\bar{Q}}_D^i\gamma }{{\Sigma }_{1\le i^{\prime }<j}{\bar{Q}}_D^{i^{\prime }}};$

其中，为下行方向由第i车站至第j车站的实时站点间的交通出行量、为 上行方向由第j车站至第i车站的实时站点间的交通出行量,为下行方向第i站 点的当前上客流，为上行方向第j站点的当前上客流，γ为将刷卡客流进行折算 的放大系数，满足γ＞1，γ可通过抽样调查或是分析刷卡金额和总票款收入获取。本 实施例的公交断面客流量获取方法，具有良好的实时性。基于已计算和存储的出行 下车概率，可结合公交上车客流实时计算站点交通出行量，进而可实时动态反映线 路客流的时空演化规律。例如，可根据实时IC卡及GPS报站数据计算当前早高峰时 段的站点交通出行量，无需等待获取全天的客流量数据。

所述步骤S5计算线路断面需求的方式为：

$g_D^{ij}=\underset{1\le i^{\prime }\le i,j\le j^{\prime }\le n}{\Sigma }{q}_D^{i^{\prime }{j}^{\prime }};$

$g_U^{ji}=\underset{j\le j^{\prime }\le n,1\le i^{\prime }\le i}{\Sigma }{q}_U^{j^{\prime }{i}^{\prime }};$

其中，为统计期内，下行方向由第i站点至第j站点的断面需求，为统计 期内，上行方向由第j站点至第i站点的断面需求。

此外，在所述步骤S5之后，还包括计算线路区间满载率的步骤：

${\mu }_D^{ij}=\frac{g_D^{ij}}{cN};$

${\mu }_U^{ji}=\frac{g_U^{ji}}{cN};$

其中，为统计期内，下行方向由第i站点至第j站点的区间满载率，为统 计期内，上行方向由第j站点至第i站点的区间满载率，c为单辆公交的平均核定 载客数，N为统计时期的公交线路的发车班次总数。

还包括从所述和中比较出最大区间满载率的步骤，若最大区间满载率大于 设定阈值，则增设该区间段的区间车，以缓解该区间的乘车紧张问题。

实施例二，本实施例基于实施例一中的公交断面客流量获取方法，提出了一种 基于双向上车客流的公交断面客流量获取系统，如图4所示，包括：

信息采集模块，包括IC卡刷卡终端、GPS报站终端及无线通信模块，分别用于 采集刷卡客流信息、进行GPS报站、以及数据无线通信；

信息存储模块，用于存储信息采集模块传输的IC卡刷卡数据及GPS报站数据， 定期将实时数据库中数据转存至历史数据库；

信息处理模块，用于执行以下步骤：

S1、站点信息预处理，将公交线路经由的双向各站点分别编号，其中，下行方 向站点编号为上行方向站点编号为所述i的取值范围为1～n，所述n为公 交线路单向经由总站点数，所述n为大于1的整数，所述下行方向所有站点的编号 按照车辆行驶方向递增，所述上行方向所有站点的编号按照车辆行驶方向递减；

S2、对各站点的历史上车客流分别进行统计，其中，下行方向第i站点的历史 上车客流为上行方向第j站点的历史上车客流为

S3、计算出行下车概率，所述出行下车概率是指在下行方向上，第i站点上车 客流在本行驶方向的下游第j站点下车的概率，等于相对方向的第j站点的历史上 车客流与相对方向的第j站点上游站点集的历史上车客流之和的比值，以及在上行 方向上，第j站点上车客流在本行驶方向的下游第i站点下车的概率，等于相对方 向的第i站点的历史上车客流与相对方向的第i站点上游站点集的历史上车客流之 和的比值，其中，下行方向第i站点上车客流在第j站点下车的概率为上行方 向第j站点上车客流在第i站点下车的概率为i＜j≤n，所述上行方向和下行 方向互为相对方向；

S4、实时计算各站点的交通出行量，根据公交IC卡和GPS报站信息，实时计算 上下行各方向的实时站点的交通出行量；

信息发布模块，用于通过PC端或移动端界面查询信息处理模块所计算的线路断 面需求信息。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技 术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换， 也应属于本发明的保护范围。