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摘要: 2019年6月15日上午,由中国城市科学研究会城市大数据专业委员会主办、同济大学建筑与城市规划学院承办的中国城市科学研究会城市大数据专业委员会2019年会暨“大数据支撑的空间规划创新”学术研讨会在同济大学逸夫楼报告厅隆重开幕。本次会议共有400多名代表报名参会,其中规划院120人,高校老师90人。苏州规划设计研究院股份有限公司昆山分公司总工程师肖飞应邀参加下午《交通与出行特征》分论坛的交流演讲,演讲主题是《基于IC卡和GPS数据的居民公交出行特征分析与应用——以昆山市为例》。下面是该项目的主要内容。一、项目背景2016年8月,昆山市成功列入第一批全省 “公交优先示范城市” 创建试点建设城市。2017年3月,江苏省交通运输厅将昆山市推荐为第三批国家“公交都市”创建试点城市,也是全国第一个“公交都市”创建县级试点城市。近年来,昆山市委市政府坚持公交优先发展战略,出台一系列行动计划......(2019-06-20 18:14:13)| 本站微文频道仅收录微信文章标题与文首300字  |   作者:国匠城

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数据实践:基于IC卡和GPS数据的居民公交出行特征分析与应用——以昆山市为例




2019年6月15日上午,由中国城市科学研究会城市大数据专业委员会主办、同济大学建筑与城市规划学院承办的中国城市科学研究会城市大数据专业委员会2019年会暨“大数据支撑的空间规划创新”学术研讨会在同济大学逸夫楼报告厅隆重开幕。本次会议共有400多名代表报名参会,其中规划院120人,高校老师90人。


苏州规划设计研究院股份有限公司昆山分公司总工程师肖飞应邀参加下午《交通与出行特征》分论坛的交流演讲,演讲主题是《基于IC卡和GPS数据的居民公交出行特征分析与应用--以昆山市为例》。下面是该项目的主要内容。


一、项目背景


2016年8月,昆山市成功列入第一批全省 “公交优先示范城市” 创建试点建设城市。2017年3月,江苏省交通运输厅将昆山市推荐为第三批国家“公交都市”创建试点城市,也是全国第一个“公交都市”创建县级试点城市。近年来,昆山市委市政府坚持公交优先发展战略,出台一系列行动计划和实施方案,城市公交服务水平明显提升。主要工作任务包括:


  1. 持续推进持续推进公交线路调整,优化线网结构。

  2. 加快建设公交专用道和优先道,提升公交竞争力。

  3. 开展轨道交通S1线运营后配套公交线网调整规划。

  4. 加快公交场站基础设施建设,提升供给能力。

  5. 加大早晚高峰公交运力,优化运能布局。

  6. 加快公交信息化建设,强化公交运营管理。



城市公交客流空间分布与时间分布是公交线网规划、公交专用道规划、公交枢纽规划、公交运营调度及公交行车组织的重要基础数据。特别是近年来,随着公共交通在城市交通战略地位的不断提高,构建服务水平更高、运营效益更好的城市公交系统是城市交通发展的迫切需求,获取实时、全面的公交客流数据对城市公交发展就显得愈发重要。但是采用传统的人工调查方法很难获取,且调查方法存在人力耗费大、调查周期长、后期数据处理困难等问题,另一方面,随着公交IC卡自动收费系统与车辆GPS定位系统在国内各大城市的广泛使用,采用大数据分析有了海量的数据支撑,为采用现代信息技术实现公交客流时空分布的挖掘提供了可能。本项目以昆山市为例,基于2019年4月的IC卡和GPS数据,分析居民公交出行特征,为《昆山市公交专用道规划》、《昆山市2017、2018年公交发展计划》、《昆山市S1线配套公交调整规划》、《昆山市陆家镇近期公交线网调整规划》等项目提供了有力支撑。


项目起止时间:2019年2月-2019年5月


项目组成员:肖飞、徐佳峰、杨柳、刘杰、赵明、薛林、姚梦涛、支龙、王晶,冯建华、吴子昂。

二、公交大数据与技术处理


1.公交IC卡原始数据


根据昆山市民卡有限公司提供的2019年4月公交IC卡原始数据(2019.4.1-2019.4.30),目前日均用卡人数为13.4万人,日均刷卡次数为40.8万次,刷卡种类有普通卡、老人卡、学生卡、公交云卡、外地卡、员工卡等16种类型,每张卡包含21种属性信息,其中最为重要的属性信息是卡号、刷卡时间、线路名称、公交车牌号和站点名称。


图1:昆山市公交IC卡原始数据


2. 公交车GPS原始数据


根据昆山市公共交通集团有限公司提供的2019年4月公交车GPS原始数据(2019.4.1-2019.4.30),目前日均拥有GPS数据的车辆数为1261辆,日均信息记录条数为532381条,GPS信号出发频率为10-20秒/次。


 

视频:苏E01508F公交车GPS移动轨迹

3. 数据处理与分析


基于IC卡挖掘公交客流特征的根本目的是为城市公交规划与运营管理提供实时、全面的基础数据,但是IC卡自动收费系统设计的初衷并不是获取公交客流的时空分布,对于采用一票制的公交刷卡数据,刷卡记录中无法直接读取乘客的上车站点、下车站点、下车时间、换乘记录等信息,对获取公交客流时空分布特征数据造成极大困难。因此,开展基于IC卡与GPS数据的公交客流时空分布研究,需完成以下三项数据处理与分析:乘客公交上车站点识别、乘客公交下车站点识别和乘客公交换乘识别,技术路线如下。


图4:技术路线图


3.1  乘客公交上车站点识别


输入公交GPS原始数据、公交IC卡刷卡数据、公交基础线网数据,判断IC卡刷卡时间处于GPS车辆相应站点的到离站时间窗内,推算出刷卡对应的上车站点,然后遍历所有刷卡行为,得到基于IC卡的刷卡序列对应的上车地点及线路序列。


 

3.2  乘客公交下车站点识别


一般居民公交出行有两种情况:(1)出行起终点相同,一天最后一次公交出行终点和当天或第二天公交出行起点相同;(2)公交出行终点为下一次公交出行的起点,或下一次公交起点距离本次终点在可接受步行距离和时间范围内。


利用本次出行的上车站点信息、线路站点下客特征统计信息及常规公交出行上下客特征信息,推算上一次出行的下车站点,遍历所有刷卡行为,得到基于IC卡的刷卡序列对应的下车地点及线路序列。


图8:乘客公交下车站点识别示意图


3.3  乘客公交换乘识别


公交换乘行为识别主要判断乘客的连续两次乘车是否为换乘。基于IC卡与GPS数据研究常规公交的客流时空分布,识别出公交线路间的换乘行为是正确推导居民公交出行实际OD的前提条件。根据换乘站台位置关系的不同,在空间节点上,公交换乘可分为同站换乘和异站换乘。同站换乘指乘客从第一次乘坐的公交车下车后,在下车站台就可候车换乘其他线路的换乘过程;异站换乘指乘客从首次乘坐的公交车下车后,需要步行到另外的一个站台进行候车换乘的过程。根据对公交换乘过程的分析,乘客在连续2次乘坐公交车的时间差是识别换乘行为的重要判断标准。


为了找到比较好的换乘识别参数阈值,本项目针对不同阈值下的参数敏感性进行了详细分析。对工作日早高峰进行均质化处理,得到早高峰平均的换乘率参数敏感性情况,最终确定连续下车与上车时间差在0.5小时以内,下车站点与上车站点直线距离在1公里以内的刷卡行为,定位为换乘行为。


图9:同站换乘


图10:异站换乘

4.  公交OD扩样


通过IC卡用户的客流计算得到基于IC用户的公交出行OD,然后结合公交营收数据,分析历史多天的刷卡客流和投币客流,分析得到基于不同线路的IC卡刷卡率,最后基于IC卡的公交OD,通过线路刷卡率扩样到所有公交出行者的公交OD。


图11:公交OD扩样技术路线图

三、昆山市居民公交出行特征分析


1.  公交线网与站点布局


通过昆山市公共交通有限公司公交换乘查询系统官网

(http://wap.ksbus.com.cn:8800/kunshan)获得昆山市基础公交线网和站点数据。截止2019年4月,昆山市共有247条公交线路,3144个公交站点。其中核心区公交线网密度为2.73km/km2,公交站点500米覆盖率88.5%。


图12:昆山市公交线网布局


图13:昆山市公交站点布局


图14:核心区公交站点500m覆盖率

 

2.  公交客流时间分布


目前,昆山全市公交出行刷卡比例接近60%,工作日全天刷卡人次约为42.6万,清明节三天每天平均刷卡人次约为33.5万,周六平均每天刷卡人次约为37.9万,周日平均每天刷卡人次约为35.3万,工作日刷卡人次较节假日、周末高,周六刷卡人次较周日高。


另外,每天公交出行呈现“双峰”特征,早高峰为7点前后(6:30-7:30),最大刷卡人次约5.6万,公交出行晚高峰为17点前后(16:30-17:30),最大刷卡人次约4.7万。节假日、周末公交出行呈现“无峰”特征,7点-17点之间较为均衡,平均刷卡人次约2.8万。


图15:昆山市公交出行时间分布

3.  公交客流空间分布


根据公交乘客刷卡上下客点分布,得出24小时公交活跃度时变图和全天公交站点客流总量图。由图可见,昆山市公交客流活跃度最高的点均位于核心区。


图16:24小时公交客流活跃度变化图


图17:全天公交站点客流总量


4.  公交客流OD


根据城市行政边界、空间结构、公交出行特征、交通屏障等因素,将昆山划分为8个公交大区、64个公交中区、298个公交小区。西部副城-核心区-东部副城、北部新城-核心区公交客流量最大,其次为东部副城-花桥商务城和核心区-南部新城。


图18:公交大区客流OD分布


图19:公交中区客流OD分布


图20:公交小区客流OD分布


5.  公交客流走廊分布


根据公交线路路段客流分布,得出24小时路段公交客流时变图和全天路段公交客流总量图。由图可知,东西向客流走廊有萧林路、前进路、朝阳路、 绿地大道,南北向客流走廊有北门路-人民路、柏庐路、长江路、青阳路,而前进路客流走廊与正在建设的昆山轨道交通S1线走向一致。


图21:24小时路段公交客流变化图


图22:全天路段公交客流分布图


图23:正在建设的昆山轨道交通S1线


6.  公交枢纽服务范围


目前,昆山汽车客运南站始发和途径公交线路23条,客流服务范围覆盖面较广,各方向较为均衡。京沪高铁、沪宁城铁昆山南站始发和途径线路共有15条,客流服务范围主要是往城北方向和陆家、花桥方向。上海轨道交通11号线花桥站始发和途径线路共有12条,客流服务范围主要位于花桥商务城,以及昆山南站、汽车客运南站、沪宁城铁花桥站周边。


图24:汽车客运南站公交出行服务范围


图25:昆山南站公交出行服务范围


图26:轨道交通花桥站公交出行服务范围

 

7.  公交线路客流特征


基于数据及云计算技术,将公交线路站点上下客流量、站间OD流量、断面客流量、线路客流时变、线路断面时变等公交出行指标和线路长度、站点数量、客流量、非直线系数、发车间隔、日发班次等公交线路运营指标整合构建昆山市公交大数据云平台。主要功能如下:


(1)公交线网基础分析。用户可以对现有公交基础设施各项指标--常用的统计指标和公交都市考核指标体系中的相关指标进行细致分析和查询。


(2)公交运行分析。用户可以对任意时刻、任意线路、任意站点的公交运行情况进行分析和查询。


(3)公交走廊分析。用户可以对某天任意路段的公交客流情况进行分析和查询,包括:公交走廊客流总量、公交走廊客流时变、公交走廊潮汐现象分析、公交走廊客流构成、公交走廊拥挤度分析等。


(4)公交线网优化分析。用户可以通过软件交互分析和查询整个公交线网或单条公交线路的达标情况和不足之处,使其在进行公交线网优化及调整时能够更有针对性。


视频:昆山市公交大数据云平台操作界面动画演示

四、应用实践


1.  昆山市大站快线运行评估与优化


2017年3月15日,昆山开通了基于公交1路、8路、29路、122路的大站快车线K1、K8、K29、K122线,但是运行2年多来,由于对乘客缺乏吸引力,导致客流量“每况愈下”,昆山市交通运输特委托我院开展《昆山市大站快线运行评估与优化》工作。


以K8线为例,目前主要存在三个问题:(1)K8线站点选择不合理,原公交8路客流量较小站点不宜停靠(如长运电子、金浦大桥、华润中心);(2)K8线开行时段不合理,应选择公交8路客流量较大的早晚时段开行(如6:00-9:30,15:00-18:00);(3)K8线途径轨道S1线施工路段,班次用时与公交8路基本相同,发车间隔大,不能发挥快线运营优势。



根据公交8路站点上下客、断面客流量和OD客流量特征,结合市级西部、东部行政服务中心出行需求,对K8线优化如下:


①  线路番号改为“高峰2号”,采取截弯取直,走公交专用道(前进路),服务西部、东部行政服务中心和金融街商务区,班次用时较原公交8路缩短30%。


②  全长16.2公里,走通澄路、前进路、夏东街。共设荣心首末站、新江南·生活荟、体育中心、移动公司、昆山宾馆北、第一人民医院、电视台、市政府北、黎明清境、时代大厦、金融街站,共11站。


③  高峰2号在早晚高峰时段开行(6:00-9:30,15:00-18:00)。


2.  昆山市公交专用道规划(2017-2035)


现状昆山市公交专用道仅有1条柏庐路(昆太路-中环北线),共计2.82公里,同时在柏庐路、马鞍山路、中华园路、创业路、前进路和萧林路共设置44个公交优先路口。为进一步改善公交运行环境,提升公交服务水平,实现昆山公交优先“两市创建”指标,昆山市交通运输局特委托我院进行规划编制工作。


根据昆山市现状公交客流特征和远期公交客流预测和走廊布局,提出“一环十三横十二纵”的公交专用道网络布局,总里程286.4公里。目前,已实施完成11条公交专用道。


图27:现状公交客流走廊布局


图28:远期公交客流预测


图:29:远期公交客流走廊布局


3.  昆山市陆家镇近期公交线网调整规划


陆家镇,位于昆山市东南部,总面积35.98平方公里,人口总数约12万人。近年来,陆家以塑造童趣为主旨,以产城人文融合为导向,依托现有产业发展优势和特色人文资源,着力打造生产集约、生活宜居、生态优美、生机盎然“四生融合”的精致高品质特色小镇,实现高质量发展,陆家“童趣小镇”成功入围第二批全国特色小镇。


由于陆家镇有京沪高速公路、沪宁城际铁路、G312国道、黄浦江路、东城大道、吴淞江等公路、铁路、航道在境内贯穿,居住区、生活区、产业区被切割严重,导致公交线路绕行、公交线路长度过长、盲区较多、线路重复系数高等问题,为此昆山市陆家交通管理中心所特委托我院编制《昆山市陆家镇近期公交线网调整规划》。


图30:现状公交225路走向


图31:现状公交225路站点OD


图32:公交225路走向调整建议

五、项目特色与创新


(1)昆山市公交IC卡和GPS数据全面真实有效,匹配率85%以上,较一般城市高,有利于从点、线、面多层次和从年、月、周、日、时等多维度分析居民公交出行特征。


(2) 打造昆山首例公交大数据云平台,可以为昆山市公交规划、建设与运营决策提供科学合理的建议与方案,助力昆山“公交两市”创建。


(3)昆山市公交大数据云平台,是昆山智慧交通领域的重要创新,集查询、分析、评价、展示等多种功能于一体,数据资源定期整合和更新,可视化程度高。


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