浮動車數(shù)據(jù)在城市交通研究中的應(yīng)用探索

吳丹+++顏韜

摘 要：浮動車采集技術(shù)是交通采集技術(shù)的一種，合理利用浮動車海量數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)城市交通問題研究。結(jié)合武漢市某一區(qū)域浮動車統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析周邊道路交通運(yùn)行狀況，探索浮動車數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：交通擁堵；浮動車；動態(tài)路徑規(guī)劃；交通決策支持

引言

大中城市交通擁堵問題已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的一大難題，以武漢市為例，目前全市機(jī)動車擁有量已經(jīng)突破160萬大關(guān)，同時私人小汽車仍以平均月增2萬輛的速度增長，交通擁堵、停車?yán)щy、空氣污染等問題已經(jīng)嚴(yán)重影響城市可持續(xù)發(fā)展，亟待采取良好的軟硬件措施來緩解。

文章涉及的浮動車采集技術(shù)是伴隨著ITS新技術(shù)應(yīng)用而在近幾年發(fā)展起來的動態(tài)實(shí)時交通信息采集技術(shù)，即在普通的運(yùn)行車輛（如出租車、公交車、警車等）上安裝定位和無線通信裝置，實(shí)現(xiàn)車輛與交通數(shù)據(jù)中心的信息交換，反饋車輛動態(tài)位置等信息。目前包括武漢市在內(nèi)的很多大中城市均利用浮動車數(shù)據(jù)建立了城市路網(wǎng)實(shí)時路況網(wǎng)上發(fā)布平臺，但是對于浮動車數(shù)據(jù)如何指導(dǎo)城市交通研究的分析深度還較缺乏，文章通過選取武漢市某一區(qū)域分析周邊道路一段時期的浮動車數(shù)據(jù)，總結(jié)區(qū)域交通運(yùn)行特點(diǎn)，探索浮動車數(shù)據(jù)的深度利用價值。

1 浮動車數(shù)據(jù)建立

武漢市浮動車系統(tǒng)是利用現(xiàn)有出租車調(diào)度中心采集的出租車實(shí)時GPS數(shù)據(jù)而搭建，采集的數(shù)據(jù)包括車輛編號、當(dāng)前日期、當(dāng)前時刻、經(jīng)緯度坐標(biāo)、方向角、瞬時速度、車輛狀態(tài)等，這些數(shù)據(jù)每隔30s由出租車發(fā)送至浮動車數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，篩除異常數(shù)據(jù)，然后通過地圖匹配算法將數(shù)據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)逐一對應(yīng)至電子地圖上，根據(jù)數(shù)據(jù)記錄的車輛編號、當(dāng)前時刻、經(jīng)緯度坐標(biāo)等生成每輛浮動車的行駛路徑。依據(jù)行駛路徑與路網(wǎng)地圖的一一對應(yīng)關(guān)系，可以獲得單位時間內(nèi)，某一路段被浮動車經(jīng)過的次數(shù)，以及根據(jù)時間和長度指標(biāo)計算該路段行駛車速，文章案例將針對以上兩個指標(biāo)分析區(qū)域交通運(yùn)行狀況。

2 案例分析

2.1 案例區(qū)域選擇

為保證研究有效性，區(qū)域選取遵循以下原則：

2.1.1 周邊沒有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如地鐵、道路等施工項(xiàng)目，避開外界因素造成的非正常交通流影響。

2.1.2 交通特征有一定代表性，節(jié)假日、工作日等不同時期交通運(yùn)行狀況有較大差異，便于對浮動車數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行對比。

目前武漢市交通建設(shè)項(xiàng)目頗多，選擇的區(qū)域需在較長一段時間內(nèi)沒有建設(shè)項(xiàng)目，最終選定武漢市江岸區(qū)育才小學(xué)片區(qū)為案例分析對象，該區(qū)域分布有2所小學(xué)及1所幼兒園，日常交通較擁堵，為適宜選擇區(qū)域。

該區(qū)域分布有五條主次干道，確定分析的道路范圍如圖1，該范圍含5個相交路口（路口編號見圖1），分別從五條道路的數(shù)據(jù)統(tǒng)計量、路段車速、路口車速三個方面進(jìn)行擁堵分析。

圖1 研究范圍示意圖

2.2 分析時間段選擇

統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要截取2011年春節(jié)前后三天以及2011年三月份部分工作日、雙休日共七天的早高峰（8：00～9：00）和晚高峰（18：00～19：00）浮動車數(shù)據(jù)。分別為2月2日（除夕）、2月3日（初一）、2月4日（初二）、3月7日（星期一）、3月9日（星期三）、3月19日（星期六）、3月27日（星期日），分析不同時期該區(qū)域道路的交通運(yùn)行狀況。

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計量

針對以上時間段，過濾掉異常數(shù)據(jù)后，五條道路早晚高峰共獲得183823條有效車輛信息記錄（見圖2）。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出：（1）3月份非節(jié)假日時間段早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計量均高于2月份春節(jié)放假期間的早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計量，一定程度上可以反映春節(jié)期間五條道路車流量較非節(jié)假日期間的車流量要??；（2）3月份中工作日早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計量相對高于雙休日早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計量，且周一的統(tǒng)計量最高，可以反映周一的道路交通流量相對更大。

圖2 五條道路早晚高峰統(tǒng)計量匯總圖

2.3.2 路段車速分析

路段車速分析基于各路段統(tǒng)計長度與浮動車行駛路徑的平均旅行時間的比值而獲得，經(jīng)統(tǒng)計得五條道路早晚高峰平均速度見圖3、圖4。

圖3 早高峰五條道路分方向平均速度對比圖

圖4 晚高峰五條道路分方向平均速度對比圖

從上圖可以看出：（1）較春節(jié)假日、雙休日來說，工作日道路運(yùn)行速度最低，尤其是黃孝河路平均車速不足10km/h，較其他道路更易出現(xiàn)交通擁堵；（2）就道路分方向車速來說，黃孝河路和建設(shè)大道雙向呈現(xiàn)明顯不均衡性，且早晚高峰交通特性一致，均是黃孝河路（發(fā)展大道至建設(shè)大道方向）和建設(shè)大道（黃浦大街至臺北路方向）車速更低。

2.3.3 路口車速分析

分析圖1中標(biāo)示的5個路口（路口編號見圖1），路口車速分析以早高峰數(shù)據(jù)為例來分析，根據(jù)每個路口各個流向車輛行駛軌跡，統(tǒng)計各個流向路口旅行時間，計算每個路口平均車速如下圖5。由圖可以看出：（1）與路段車速類似，工作日路口車速較春節(jié)假日、雙休日相對更低；（2）路口2（建設(shè)大道與澳門路相交路口）和路口4（黃孝河路與解放公園路路口）的路口行駛車速低于20km/h，尤其是路口2，平均車速低于15km/h，較其他路口交通運(yùn)行效率更低。

2.4 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證浮動車數(shù)據(jù)對道路交通運(yùn)行狀態(tài)判別的有效性，2011年3月17日（周四）進(jìn)行了人工跟車測速調(diào)查，與浮動車3月9日（周三）車速分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，經(jīng)統(tǒng)計浮動車計算車速與人工調(diào)查車速值誤差20%以內(nèi)（由于人工跟車調(diào)查樣本量較小，因此與浮動車統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在一定誤差），從數(shù)據(jù)量級來看基本相符。

通過浮動車數(shù)據(jù)分析可以得出該區(qū)域常態(tài)交通擁堵路段為黃孝河路、建設(shè)大道，且易產(chǎn)生擁堵的方向分別是：黃孝河路從發(fā)展大道至建設(shè)大道方向、建設(shè)大道從黃浦大道至臺北路方向。常態(tài)交通擁堵點(diǎn)為建設(shè)大道與澳門路路口、黃孝河路與解放公園路路口，基本符合實(shí)際道路交通運(yùn)行狀況。endprint

3 應(yīng)用前景

從以上案例分析是基于浮動車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時期的交通變化規(guī)律，證明浮動車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性，深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，以下從交通擁堵評價、路網(wǎng)交通預(yù)測、動態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。

3.1 交通擁堵評價

以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動車歷史數(shù)據(jù)庫，按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計與處理，掌握面、線、點(diǎn)在不同時段的平均車速的分布規(guī)律，尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日（如清明節(jié)、國慶節(jié)）等典型時段交通運(yùn)行特征，總結(jié)時變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線，為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測

基于浮動車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫，分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢，可建立短時交通預(yù)測模型，利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時交通預(yù)測（如路段車速、行駛時間），為實(shí)時動態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合，用于校核宏觀模型參數(shù)，提高模型預(yù)測精度，為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。

3.3 動態(tài)路徑規(guī)劃

基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時路網(wǎng)預(yù)測模型，可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時間最短的路徑計算，從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時最優(yōu)路徑規(guī)劃，并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布，為交通參與者提供動態(tài)交通導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。

3.4 交通決策支持

通過建立浮動車歷史數(shù)據(jù)分析平臺，輔以其他的靜態(tài)交通采集方式（如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等）可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫，可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢，還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型，為交通緩堵措施制定、大型活動交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

隨著城市化的不斷加快，城市機(jī)動化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn)，城市交通、環(huán)境、社會發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā)，智能化交通需要得到充分發(fā)展，而浮動車具備覆蓋廣、易采集、能反映動態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢，該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用，為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]翁劍成，周翔等，翟雅嶠，等.浮動車數(shù)據(jù)在城市宏觀交通特性研究中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2008，32（5）：806-809.

[2]辛飛飛，陳小鴻，林航飛.浮動車數(shù)據(jù)路網(wǎng)時空分布特征研究[J].中國公路學(xué)報，2008，21（4）：105-110.

[3]王力，王川久，沈曉蓉，等.基于模糊旅行時間的動態(tài)交通分配模型研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（10）：1149-1152.

[4]李宇光，熊普選，樂陽.基于大樣本浮動車數(shù)據(jù)的武漢市車輛行駛速度獲取與分析[J].交通信息與安全，2009，27（4）：26-29.

作者簡介：吳丹（1981，12-），女，籍貫：湖北，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：交通工程專業(yè)學(xué)士，主要研究方向：城市交通工程。endprint

3 應(yīng)用前景

從以上案例分析是基于浮動車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時期的交通變化規(guī)律，證明浮動車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性，深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，以下從交通擁堵評價、路網(wǎng)交通預(yù)測、動態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。

3.1 交通擁堵評價

以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動車歷史數(shù)據(jù)庫，按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計與處理，掌握面、線、點(diǎn)在不同時段的平均車速的分布規(guī)律，尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日（如清明節(jié)、國慶節(jié)）等典型時段交通運(yùn)行特征，總結(jié)時變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線，為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測

基于浮動車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫，分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢，可建立短時交通預(yù)測模型，利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時交通預(yù)測（如路段車速、行駛時間），為實(shí)時動態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合，用于校核宏觀模型參數(shù)，提高模型預(yù)測精度，為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。

3.3 動態(tài)路徑規(guī)劃

基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時路網(wǎng)預(yù)測模型，可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時間最短的路徑計算，從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時最優(yōu)路徑規(guī)劃，并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布，為交通參與者提供動態(tài)交通導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。

3.4 交通決策支持

通過建立浮動車歷史數(shù)據(jù)分析平臺，輔以其他的靜態(tài)交通采集方式（如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等）可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫，可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢，還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型，為交通緩堵措施制定、大型活動交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

隨著城市化的不斷加快，城市機(jī)動化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn)，城市交通、環(huán)境、社會發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā)，智能化交通需要得到充分發(fā)展，而浮動車具備覆蓋廣、易采集、能反映動態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢，該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用，為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]翁劍成，周翔等，翟雅嶠，等.浮動車數(shù)據(jù)在城市宏觀交通特性研究中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2008，32（5）：806-809.

[2]辛飛飛，陳小鴻，林航飛.浮動車數(shù)據(jù)路網(wǎng)時空分布特征研究[J].中國公路學(xué)報，2008，21（4）：105-110.

[3]王力，王川久，沈曉蓉，等.基于模糊旅行時間的動態(tài)交通分配模型研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（10）：1149-1152.

[4]李宇光，熊普選，樂陽.基于大樣本浮動車數(shù)據(jù)的武漢市車輛行駛速度獲取與分析[J].交通信息與安全，2009，27（4）：26-29.

作者簡介：吳丹（1981，12-），女，籍貫：湖北，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：交通工程專業(yè)學(xué)士，主要研究方向：城市交通工程。endprint

3 應(yīng)用前景

從以上案例分析是基于浮動車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時期的交通變化規(guī)律，證明浮動車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性，深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，以下從交通擁堵評價、路網(wǎng)交通預(yù)測、動態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。

3.1 交通擁堵評價

以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動車歷史數(shù)據(jù)庫，按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計與處理，掌握面、線、點(diǎn)在不同時段的平均車速的分布規(guī)律，尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日（如清明節(jié)、國慶節(jié)）等典型時段交通運(yùn)行特征，總結(jié)時變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線，為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測

基于浮動車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫，分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢，可建立短時交通預(yù)測模型，利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時交通預(yù)測（如路段車速、行駛時間），為實(shí)時動態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合，用于校核宏觀模型參數(shù)，提高模型預(yù)測精度，為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。

3.3 動態(tài)路徑規(guī)劃

基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時路網(wǎng)預(yù)測模型，可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時間最短的路徑計算，從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時最優(yōu)路徑規(guī)劃，并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布，為交通參與者提供動態(tài)交通導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。

3.4 交通決策支持

通過建立浮動車歷史數(shù)據(jù)分析平臺，輔以其他的靜態(tài)交通采集方式（如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等）可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫，可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢，還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型，為交通緩堵措施制定、大型活動交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

隨著城市化的不斷加快，城市機(jī)動化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn)，城市交通、環(huán)境、社會發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā)，智能化交通需要得到充分發(fā)展，而浮動車具備覆蓋廣、易采集、能反映動態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢，該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用，為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]翁劍成，周翔等，翟雅嶠，等.浮動車數(shù)據(jù)在城市宏觀交通特性研究中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2008，32（5）：806-809.

[2]辛飛飛，陳小鴻，林航飛.浮動車數(shù)據(jù)路網(wǎng)時空分布特征研究[J].中國公路學(xué)報，2008，21（4）：105-110.

[3]王力，王川久，沈曉蓉，等.基于模糊旅行時間的動態(tài)交通分配模型研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（10）：1149-1152.

[4]李宇光，熊普選，樂陽.基于大樣本浮動車數(shù)據(jù)的武漢市車輛行駛速度獲取與分析[J].交通信息與安全，2009，27（4）：26-29.

作者簡介：吳丹（1981，12-），女，籍貫：湖北，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：交通工程專業(yè)學(xué)士，主要研究方向：城市交通工程。endprint