[发明专利]一种基于大数据的地面公交固定线路时刻表的优化方法

说明书

本发明公开了一种基于大数据的地面公交固定线路时刻表的优化方法，首先，针对所要研究的目标线路，根据GPS轨迹数据，提取出所有共线公交线路；提取共线公交线路的IC刷卡数据，单位时间内到各站的车辆数数据；提取车辆运行时间数据。其次，对提取出的各项数据进行分析和处理。基于客流数据计算出乘客偏好系数，确定公交线路的全天工作时段、公交服务车辆的最大载客量、标准满载率、首末车发车时间以及最大、最小发车间隔。再次，将处理好的数据输入到构建好的多目标优化模型当中得到优化的公交发车时刻表。本发明提出的地面公交固定线路时刻表的优化方法，能够满足客流需求，增强公交运营效率，降低公交行驶延误，提高服务可靠性，提高乘客满意度。

技术领域

有效的公交发车时刻表是平衡乘客的服务需求与公交企业的运营成本之间矛盾的重要手段。本发明在不增加公交运营成本的前提下，利用海量的IC卡刷卡数据与GPS轨迹数据，对共线公交线路的客流进行OD客流分配，对公交发车时刻表进行优化，将公交发车间隔和可变的公交出行需求进行关联匹配，提高上座率，控制满载率，得到目标路线的最佳运营时刻表，对提高公交运营效率及满意度有重要作用，属于城市公共交通系统领域。

背景技术

公交是城市基础设施建设的重要组成部分。时刻表优化对于提高公交企业经济效益、提升市民出行质量具有重要意义。

公交数据来自基础设施、IC卡、车载GPS、手机基站等多个数据源，具有体量大、种类多、速度快、真实性强等显著特征，能够透视复杂现象真实地记录乘客、车辆、线路与路网行为。然而，目前我国大部分公交企业在调度管理环节很少借力公交数据，引发诸多问题。例如，调度人员依据主观经验确定发车时刻表与司乘人员配班计划，缺乏科学依据；采用人工计数方式统计客流，在高峰时段误差很大。同时，在我国地铁运营里程持续增长、规模不断扩大的背景下，公交上座率持续下降。

因此，当前公交企业如果能够在内外部因素的共同作用下，有效地利用公交数据进行客流分配，时刻表优化研究，这样就可以提高公交上座率，真正实现公交数据的决策有用性。

发明内容

针对目前国内公交时刻表人工定制为主，以及沿线公交运行和客流需求数据获取困难等问题，本发明提出了一种基于大数据的地面公交固定线路时刻表的优化方法，该方法基于城市公交调度中同型车的公交车辆分配与发车频率优化的问题进行建模；同时基于多条公交线路的发车频率及客流量数据，提出了在目标线路的客流运载量最大化，总在途运行时间最小化，满载率最接近标准满载率的目标下，建立公交发车频率优化问题的模型，对原有的公交时刻表进行优化，以得到适应沿线交通状况和公交客流需求的公交时刻表。

本发明提出的一种基于大数据的地面公交固定线路时刻表的优化方法，通过以下步骤实现：

(1)根据道路信息，对目标线路中的站点信息进行筛选，提取出具体交通地点的GPS点坐标；通过对交通地点的GPS点坐标的中心坐标地图进行匹配，识别出所研究的目标线路的单趟公交车的GPS轨迹数据；

(2)针对所研究的目标线路，基于GPS轨迹数据提取出所有与目标线路有重合部分的公交线路即共线公交线路；对所有共线公交线路的IC卡刷卡数据、GPS轨迹数据进行收集；

(3)对步骤(2)收集的IC卡刷卡数据、GPS轨迹数据进行预处理，所述预处理包括通过清洗、转换和/或规约化处理解决底层数据冗余、缺失、噪音等问题；

(4)通过对公交车行驶方向进行标注，将步骤(3)预处理后的IC卡刷卡数据与预处理后GPS轨迹数据进行交叉匹配，并基于上下车时间记录校正上下车位置数据，得到精准的IC卡刷卡数据。

(5)针对既有公交线路，处理IC卡刷卡数据，得到OD客流数据，开展大样本个体统计分析，刻画群体乘客在共线公交线路之间的选择偏好，构建共线客流时空分配模型，预测不同调度计划下的共线公交线路的客流量；