CN102800190B - 基于公交车gps数据的公交运送速度提取方法 - Google Patents

Abstract

基于公交车GPS数据的公交运送速度提取方法属于公交动态信息采集处理领域，专用于利用公交GPS数据提取运送速度的过程。本发明是以公共交通动态运行GPS采集数据为基础，在正确定位公交站点及线路信息的前提下，通过GPS数据定位到所运行的弧段的时间，判断公交车通过相邻两站的时刻，结合站点间的距离等静态信息，来计算公共交通站点间运送速度。此方法主要用于公交运行数据的动态采集，适用于所有装有GPS装置的公交线路，克服了传统采集方法的时间滞后性，大大减少了工作量，可应用于公共交通动态监测以及服务评价等方面。

Description

基于公交车GPS数据的公交运送速度提取方法

技术领域

本发明属于公交动态信息采集处理领域，建立了一种完整可靠的公交运送速度提取方法。

背景技术

优先发展公共交通是提高道路利用率，缓解拥堵，改善环境的重要手段。目前优先发展公共交通已成为各个城市交通可持续发展的主要策略。公共交通在城市居民出行中承担越来越多的乘客运输和通勤出行任务。要使公共交通交通系统可靠有效地运行，必须建立在可靠而准确的交通运行状态检测和参数获取的基础上。对公交运行状况进行实时监测与分析，及时准确地发现公交线网中存在的交通运行问题，是改善公共交通运行效率，解决城市交通问题的前提和基础。

公共交通的运送速度和运行效率直接影响到公共交通在居民出行选择中的吸引力，同时公交动态运行状况信息的获取直接影响公共交通信息服务的水平，目前传统的公交速度调查依赖于大规模的人工调查或抽样跟车调查，数据获取难度和实时性较差，人工操作过程中产生的误差影响也较大，所得到的结果无法满足公共交通运行监测、运营管理和乘客信息服务的应用需要。而随着信息化的普及，越来越多的公交车辆安装车载GPS监控系统，由GPS数据采集系统采集的数据为车辆的行驶的瞬时速度，数据波动程度巨大，不包括公交车辆进出站以及交通控制的延误时间，也不能准确描述公共交通运行状况。

总体来说，目前对公共交通运送速度的实时准确获取还没有很好的办法，现有的速度获取方法都有一定的局限性，难以适应目前监测与评价的不同层次用户的需求，因此必须利用公共交通车辆的运营数据，深入研究其运行过程中的运行状态特征和变化过程，找出内在的联系和规律，建立一套适应性强的公交运送速度处理方法，来满足公交动态信息提取、监测与评价的各种需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于公交车GPS数据的公交运送速度提取方法，使得对于公共交通运行状态的监测、评价更加科学、实时、完整和可靠。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：基于公交GPS数据的公交运送速度提取方法，其特征在于，应用安装有全球卫星定位系统（GPS）设备的公共交通系统进行行程时间数据的采集，结合公共交通基础数据，在利用地理信息系统技术进行数据处理，获得站点及线路信息，从而计算公共交通运送速度。

基于公交车GPS数据的公交运送速度提取方法，其特征在于，包括以下四个步骤：公交线网基础数据校核，公共交通GPS数据预处理，站点间运送速度计算，公交运送速度校核与修正方法；其具体步骤如下：

(1)：公交线网基础数据校核

把相同的站名的站点位置坐标统一，每个独立站点单方向有且仅有一个坐标位置；对每条公交运行线路进行校核，以线路实际运行的路径为参照，确保线路运行轨迹正确，运行弧段号正确并且连贯，保证线路的完整性；并根据线路的站点位置与线路运行信息，计算线路相邻站点间的距离。

（2）：公共交通GPS数据预处理

首先将公交车辆GPS运行的原始数据正确匹配到地图，并判断坐标的合法性；按照GPS坐标搜索“最短路径”，定位车辆所在弧段的具体位置，即站点的位置距路段起点的距离占整条路段的百分比位置；在此基础上，根据连续两个公交定位数据，都有所对应弧段的编号，计算编号之间的差值，对于差值出现以下几种情况：若差值大于公交线路弧段总数的1／5，认为连续两次定位之间距离过大，若差值为负数，则线路运行弧段的方向不正确。对于这几种情况，认为数据无效，需要根据搜索路径的结果，对定位数据间的弧段进行弥补，以保证形式路径的连续性；并找出公交车定位数据经过的两个站点，若站点编号是顺序排列的，则认为计算的公交行驶方向正确，反之则需要重新定位。

（3）站点间运送速度计算

以两相邻公交站点间路径为基本处理单位，通过数据的预处理，判断车辆到达相邻两个站点的具体时间，从而计算站点间的运行时间。

在计算得到的站点间运行时间，其结果由于数据质量及处理算法的问题，会出现异常值，在计算站点间运送速度之前，需要对其进行处理。在异常数据处理过程中，遵循以下两点：

1、行驶路径校核：车辆定位的具体位置，距离线路弧段的两个端点的距离，其最小值大于1000米，则弧段的长度过长，与实际情况不符，认为该数据无效，剔除该数据。

2、回传时间校核：车辆前后两次定位数据时间大于10分钟，则不能确定车辆行驶的路径是否正确，认为行驶路径不再连续，需重新分段计算。

利用校核后的站点间运行时间，结合站点间的距离，采取公式来计算公交车站点间运送速度。

$V=\frac{S}{T}---\left(1\right)$

式中V为公交车辆站点间运送速度；S为站点间距离；T为站点间运行时间

（4）公交运送速度校核与修正

公交运送速度需要在一个合理的范围之内，而通过计算得到的运送速度，会产生一些异常值，速度非常大或者非常小，与实际运行状况不符。这就需要对于一些异常值需要进行优化处理，利用相邻站点的运行数据进行合并分析，对于超过阈值的数据进行处理。

具体处理规则如下：

1)如果初步计算得出的站点间运送速度值大于各等级道路公交运送速度阈值（阈值如下），认为其为异常值，速度修正值的计算方法为，合并异常站点前后两个站点间的行程时间和站点距离，以总距离和总时间来计算得到运送速度，并以该速度值作为相邻两个站点区间的运送速度。速度阈值判断规则如下：

a）快速路路段，公交站点间运送速度的阈值为65km/h。

b）主干路路段，公交站点间运送速度的阈值为55km/h。

c）次干路路段，公交站点间运送速度的阈值为45km/h。

相邻站点运送速度合并合并

$V_i^{\′}=V_{i+1}^{\′}=\frac{s_i+s_{i+1}}{T_i+T_{i+1}}$

式中和为相邻公交站点间运送速度的修正值；S_i和S_i+1为站点间距离；T_i和T_i+1为相邻站点间的公交行程时间。

2)对速度合并处理完成后的站点区间运送速度进行第二次修正，得到合理准确的公交运送速度值，判断的规则如下：

a）快速路路段速度大于50km/h的站点间运送速度值，以50km/h作为此站点间的运送速度值。

b）主干路路段速度大于40km/h的站点间运送速度值，以40km/h作为此站点间的运送速度值。

c）次干路路段速度大于30km/h的站点间运送速度值，以30km/h作为此站点间的运送速度值。

本发明具有以下有益效果：

本发明考虑了交通运行的时效性，以动态实时的数据来获取公交实时运送速度，提高了速度获取的准确性及时效性，其结果可用于公共交通系统运行监测与评价，为公交车辆的到站时间预报、特殊时间监测、公交专用道施化等方面提供技术支持。

附图说明

图1公共交通运送速度处理流程；

图2站点聚合后位置示意图；

具体实施方式

本发明以北京市公共交通运行状况为例进行对公交GPS数据进行处理分析。

根据图1的公共交通运送速度处理流程，分为公交线网基础数据准备、公交GPS数据匹配与预处理、公交区间速度计算、运送速度校核与修正等四个模块来计算公共交通站点间运送速度。具体实施步骤如下：

（1）站点聚合与线路匹配。将北京市公交站点位置信息定位到GIS地图，不同线路的站点有各自的位置坐标，会出现同一个站点有不同的位置坐标，对于同一个站点的所有不同线路的位置坐标，进行人工聚合，确定唯一坐标。北京工业大学站点聚合后的小果如图1所示；基于搜索算法，确定出来的公交行驶路径，在计算过程中，会产生一定的偏差，线路弧段间断或与实际运行不匹配等情况。这就需要，对每条公交线路进行校核，采用手工核对方式，与线路实际运行的线路为参照，确保线路运行轨迹正确。本发明以300路公交线路为例，处理通过校核后的线路位置坐标以及站点位置和弧段长度等如表1所示。

表1公交线路行驶路径

（2）公共交通GPS数据预处理。对GPS数据进行预处理过程中分为以下几个阶段：

1、地图匹配

按照车辆、时间的顺序提取出来GPS数据文件，结合坐标位置信息，逐一匹配到地图，并判断GPS坐标是否合法。

2、按照GPS坐标搜索“最短距离”，定位车辆所在弧段具体位置

按照线路方向1进行弧段匹配，计算公交车定位数据距离线路每个弧段两端点的距离并找出最小值，如果最小值大于1000米则认为该数据为无效数据，在最小值的基础上计算出公交车定位数据与弧段起始点的距离，以及位于弧段的百分比位置，从而将公交车定位数据匹配到相应弧段上。

3、判断弧段是否连续

计算连续两个公交车定位数据匹配弧段的编号差值。出现以下情况，则认为数据无效，即差值大于公交线路总数的1／5，认为数据无效；两个公交车定位数据时间大于10分钟；两个公交车定位数据时间小于一分钟并且差值大于5；两个公交车定位数据时间大于60分钟并且差值为负数。并对正确的数据进行弥补，以保证数据的连续性。

4、确认公交行驶方向

公交车定位数据已经经过了两个站点，则需要找出公交车定位数据经过的站点。若站点编号是顺序排列的，则计算的公交行驶方向正确；若站点编号是倒序，则公交行驶方向错误。需要改变匹配线路方向，按照之前的方法重新计算所有公交车定位数据，重新进行定位，以确定正确的方向。

此阶段处理得到的公交车辆在行驶路径中，经过各个弧段的时间，以及所处位置比例。以300内路公交线路为例，结果如表2所示：

表2车辆行驶轨迹

（3）GPS匹配分析模型、速度计算。

以两相邻公交站点间路径为基本处理单位，通过数据的预处理，计算车辆到达两个站点的时间和行驶时间，从而推算出站点间消耗时间。结合站点位置数据中推算出的站点间实际距离，根据计算公交车站点间运送速度。以300内路公交线路为例，计算得到的站点间运送速度如表3所示

表3公交站点间行驶数据

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.基于公交车GPS数据的公交运送速度提取方法，其特征在于，包括以下四个步骤：公交线网基础数据校核，公共交通GPS数据预处理，站点间运送速度计算，公交运送速度校核与修正；其具体步骤如下：

（1）：公交线网基础数据校核：把相同的站名的站点位置坐标统一，每个独立站点单方向有且仅有一个坐标位置；对每条公交运行线路进行校核，以线路实际运行的路径为参照，确保线路运行轨迹正确，运行弧段号正确并且连贯，保证线路的完整性；并根据线路的站点位置与线路运行信息，计算线路相邻站点间的距离；

（2）：公共交通GPS数据预处理：首先将公交车辆GPS运行的原始数据正确匹配到地图，并判断坐标的合法性；按照GPS坐标搜索“最短路径”，定位车辆所在弧段的具体位置，即站点的位置距路段起点的距离占整条路段的百分比位置；在此基础上，根据连续两个公交定位数据，都有所对应弧段的编号，计算编号之间的差值，对于差值出现以下几种情况：若差值大于公交线路弧段总数的1／5，认为连续两次定位之间距离过大，若差值为负数，则线路运行弧段的方向不正确；对于上述这几种情况，认为数据无效，需要根据搜索路径的结果，对定位数据间的弧段进行弥补，以保证形式路径的连续性；并找出公交车定位数据经过的两个站点，若站点编号是顺序排列的，则认为计算的公交行驶方向正确，反之则需要重新定位；

（3）站点间运送速度计算

以两相邻公交站点间路径为基本处理单位，通过数据的预处理，判断车辆到达相邻两个站点的具体时间，从而计算站点间的运行时间；

在计算站点间运送速度之前，需要对异常数据处理过程中进行处理；在异常数据处理过程中，遵循以下两点：

行驶路径校核：车辆定位的具体位置，距离线路弧段的两个端点的距离，其最小值大于1000米，则弧段的长度过长，与实际情况不符，认为该数据无效，剔除该数据；

回传时间校核：车辆前后两次定位数据时间大于10分钟，则不能确定车辆行驶的路径是否正确，认为行驶路径不再连续，需重新计算；

利用校核后的站点间运行时间，结合站点间的距离，采取公式来计算公交车站点间运送速度；

$V=\frac{S}{T}$

式中V为公交车辆站点间运送速度；S为站点间距离；T为站点间运行时间

（4）公交运送速度校核与修正

对于一些公交运送速度异常值需要进行优化处理，利用相邻站点的运行数据进行合并分析，对于超过阈值的数据进行处理；

具体处理规则如下：

1)如果初步计算得出的站点间运送速度值大于各等级道路公交运送速度阈值，阈值如下，认为其为异常值，速度修正值的计算方法为，合并异常站点前后两个站点间的行程时间和站点距离，以总距离和总时间来计算得到运送速度，并以该速度值作为相邻两个站点区间的运送速度；速度阈值判断规则如下：

a）快速路路段，公交站点间运送速度的阈值为65km/h；

b）主干路路段，公交站点间运送速度的阈值为55km/h；

c）次干路路段，公交站点间运送速度的阈值为45km/h；

相邻站点运送速度合并合并

$V_i^{\′}=V_{i+1}^{\′}=\frac{s_i+s_{i+1}}{T_i+T_{i+1}}$

式中和为相邻公交站点间运送速度的修正值；S_i和S_i+1为站点间距离；T_i和T_i+1为相邻站点间的公交行程时间；

2)对速度合并处理完成后的站点区间运送速度进行第二次修正，得到合理准确的公交运送速度值，判断的规则如下：

快速路路段速度大于50km/h的站点间运送速度值，以50km/h作为此站点间的运送速度值；

主干路路段速度大于40km/h的站点间运送速度值，以40km/h作为此站点间的运送速度值；

次干路路段速度大于30km/h的站点间运送速度值，以30km/h作为此站点间的运送速度值。