CN104809112A - 一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法。首先，通过接收、汇集、读取相关多源数据，对获取所有数据进行预处理，筛选、修复、挖掘后得到分析指标所需参数；其次，用层次分析法，以交通系统参与者（包括交通管理者、决策者、参与者）的感知情况能为目标层，将指标按其性质分为基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平四个准则层和相应的指标层；最后，结合模糊综合评判法对读取的多源数据进行公交发展水平评价，并计算公交发展水平的综合评价评分，得到公交发展水平的定性和定量评价结果。本发明不仅能够保证指标体系层次结构的清晰合理，还能够让指标体系的构建原则得到有效贯彻，有较大的推广应用前景。

Description

一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域领域，具体地说，特别涉及到一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法。 

背景技术

城市公交是城市内人们赖以生存的公用基础设施。合理、经济的城市公共交通发展方案，可以优化城市用地，为居民提供方便快捷、安全高效、经济舒适、准点和低公害的交通环境。随着交通运输部先后公布公交都市建设示范工程相关通知，各试点城市均紧锣密鼓的深化交通改革，城市公交规划体系初步形成、城市公共交通政策和标准规范体系基本完善、城乡客运一体化管理格局基本形成。城市公共交通尤其是公共汽（电）车（以下简称为公交）作为城市客运交通的主要方式之一，其发展水平直接关系到城市的客运交通的发展水平，从而影响到城市客运交通的发展，进而影响到公交都市的创建程度。 

然而现有的“公交都市”发展水平评价人仍然存在一些相关问题： 

1）现有的评价方法中数据源本身存在较大的缺陷，如公交信息源单一，常见的仅考虑静态基础数据或动态数据，缺乏将公交相关基础数据和公交实时数据进行融合，导致计算得到的公交发展水平评价指标结果不准确。 

2）以往的评价方法太过于片面，不够全面、完善，不适用于公交发展水平的综合评价，均属于只对公交发展水平中某一部分内容进行评价的方法，如针对公交系统服务水平的评价，针对常规公交线网的技术性能的评价，针对城市公共客运交通枢纽总体规划方案的评价等等。 

上述问题对现有的“公交都市”发展水平的综合评价造成了严重阻碍，不利于管理者对现有公交发展的优化管理；不利于决策者对现有的公交发展优化 决策；不利于出行者对现有的公交发展的全新认识。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，结合基础数据、统计数据和实时数据等多源数据，计算结果能够全方位的对城市交通发展水平进行综合评价，得到的定性、定量分析结果。 

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现： 

基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，包括如下步骤： 

1）通过接收、汇集、读取相关多源数据，对获取所有数据进行预处理，筛选、修复、挖掘后得到分析指标所需参数； 

2）用层次分析法，以交通系统参与者（包括交通管理者、决策者、参与者）的感知情况能为目标层，将指标按其性质分为基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平四个准则层和相应的指标层； 

3）结合模糊综合评判法对读取的多源数据进行公交发展水平评价，并计算公交发展水平的综合评价评分，得到公交发展水平的定性和定量评价结果； 

所述通过接收、汇集、读取相关多源数据，对获取所有数据进行预处理，筛选、修复、挖掘后得到分析指标所需参数，多源数据包括基础数据、统计数据，以及出租车和公交车GPS数据、IC卡数据等实时数据的读取、筛选、修复挖掘及融合。其中基础数据是指需要通过人工调查获取的数据，通常更新周期较长且需要人为更新，例如某地区的公交车辆保有量、公交场站面积、电子地图信息、公交线路及站点信息等；统计数据是指每一个统计周期，会自动进行更新的数据，例如出行分担率是利用统计间隔内的使用公交出行的比例来获取的；实时数据是指利用信息采集设备实时采集到的交通数据，例如计算车辆的平均行程速度。所述多源数据的采集、筛选和修复技术属于现有技术因此不详细介绍其结构、工作原理，不应视为公开不充分。 

所述基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，用层次分析法，在 空间维上以车辆为对象，将交通网络划分为节点、路段、路径网络，从交通设施、道路性能的角度，并结合不同交通系统参与者的感知情况，以城市公交发展水平为目标层，将指标按其性质分为基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平四个准则层和相应的指标层。各准则层与指标层的细化内容如下： 

1）基础设施建设水平 

一个地区的基础设施是否完善，是其经济能够长期持续稳定发展的重要基础。该功能项中内含7个底层指标，主要指常规公交的道路基础设施设备，如公共汽电车线路网密度、公交专用道里程、公交专用道设置比率、公共汽电车车均场站面积等等，这是城市道路基础设施建设水平的直接反应。 

2）公交装备配置水平 

公交装备配置是对城市交通工具投入的体现，是公交得以正常运营的基础。该功能项中含有公共交通乘车一卡通使用率、万人公交车辆保有量、绿色公交车辆比率和公共汽电车进场率四个底层指标，是城市公交发展的直接体现。 

3）公交运营管理水平 

公交运营管理水平从交通管理者角度，对公交运营的速度、拥堵、延误、碳排放等角度反映城市交通发展的水平，以便提升交通运输信息资源的深度开发与综合利用水平，在保证畅通、提升效率、服务出行方面取得明显突破。该功能项中含有8个底层指标，包括公交机动化分担率、公共汽电车进场率、正点率、线路平均行程速度等相关指标，来实现公交发展水平综合评价，为交通管理者提供辅助决策支持。 

4）公交服务水平 

公交服务水平从公交的使用者的角度反映公交发展水平。该功能项含有5个底层指标，包括早晚高峰时段公交平均拥挤度、公交运行速度波动、公交乘客满意度、平均换乘时间和乘客平均在途时间，实现评价。 

表1评价指标体系递阶结构 

所述的基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，结合模糊综合评判法对读取的多源数据进行公交发展水平评价，并计算公交发展水平的综合评价评分，得到公交发展水平的定性和定量评价结果，该方法包括： 

1).建立城市公交发展水平综合评价模型 

a).根据公交发展水平综合评价方法中各准则和指标，建立公交发展水平综合评价模型； 

b).对准则层的评价模型建立，包括依据递阶层次模型构造模型的两层因素集；第一层因素集X={X₁，X₂，X₃，X₄}={基础设施建设水平，公交装备配置水平，公交运营管理水平，公交服务水平}，第二层因素从属于第一层因素集，即指标层的所有指标； 

c).构建比较矩阵 

若某层有设（B₁，B₂，…，B_n）为评价因素集，A表示评价目标，要比较评价因素对评价目标的影响权重，即确定该层中对于某一准则所占的比重；在两两因素之间进行比较，用a_ij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则，成对两两比较判断矩阵为： 

$T={\left(a_{\mathrm{ij}}\right)}_{n\×n}=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

4).一致性检验，包括 

计算权重后，对每个判断矩阵都要进行一致性检验，以保证所得权重的合理性及正确性。 

（1）计算一致性指标，其中为判断矩阵的最大特征值。 

（2）查找一致性指标RI，当n=1，…，11时，RI的取值见表2。 

n	1	2	3	4	5	6	7	8	910		11
												RI	0.0	0.0	0.52	0.89	1.12	1.24	1.36	1.41	1.46	1.49	1.52

表2RI取值表 

（3）当随机一致性比率CR=CI/RI＜0.1时，认为该层次排序权重具有满意的一致性，判断矩阵的不一致程度在容许的范围内，可以用其归一化的特征向 量作为权向量；否则，需要重新调整判断矩阵的元素取值，直到得到满意的结果； 

e).权向量计算 

求判断矩阵T的最大特征根λ_max及相应的特征向量，把特征向量标准化后得到权重向量w=(w₁,w₂,…w_n)^T； 

2).城市公交发展水平综合评价 

a).确定评价指标的隶属函数 

由于该指标体系中的所有底层指标均属于定量指标，他们的隶属度通过梯形隶属度函数来确定；首先确定该指标的可能上下界数值a₀，a₅，再用四个等距离点a₁，a₂，a₃，a₄将区间[a₀,a₅]分成五等分，由于指标存在越大越优型和指标越小越优型两种情况，因此需要不同的转化方法，分别见公式（1），（2）； 

式中，a_ij表示第i个指标对第j种评语的隶属度，利用上式进行标准化处理，可得第S个因素集中表示相对隶属度的模糊评价矩阵T_S＝(r_sij)_n×m。 

b).确定指标体系的权重 

采用专家调查法及实际调研数据统计分析，基于层次分析法权重的计算方法，确定各级指标权重系数； 

表3城市公交发展水平综合评价指标及各级权重 

3).界定评价标准 

利用基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平4个评价指标准则层，得到基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法的关键指标评分V。根据分值状况，将其分为很好、较好、一般、较差、很 差等5个等级，具体的等级划分如下表所示： 

表4基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法的关键指标评价标准 

根据上述公交发展水平综合评价模型，得到到公交发展水平综合评价得分。 

定义评价等级的对应决策值集：U={U1，U2，U3，U4，U5}，U_i表示第i个评价等级所对应的决策分值。这里采用百分制将上述5个等级的决策分值分别定义为{100,75,50,25,0}，分值越高表示指标的评价结果越好。 

经过实地验证，基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法结合基础数据、统计数据和实时数据等多源数据，计算结果能够全方位的对城市交通发展水平进行综合评价，得到的定性、定量分析结果。由此可见，基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法的技术可行性与工程实用性，能为公交都市建设提供有力支持。 

附图说明

图1为本发明所述实施例的早、晚高峰时段上行站点行程时间统计图。 

图2为本发明所述实施例的早、晚高峰时段下行站点行程时间统计图。 

图3为本发明所述实施例的单车平均时速统计图。 

图4为本发明所述实施例的宁波市公交发展水平的综合评价。 

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 

基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法在以下三点上进行了理论与实践创新，首先在综合评价方法上将层次分析法和模糊综合评判法相结合，在定性、定量分析有机结合的同时，又考虑出行者的交通情况感知；其次，该方法在空间维上以车为对象，将交通网络划分成节点、路段及路径网络，由点至面，从交通设施、道路性能的角度，结合人的感知，全面进行公交发展水平的评价；在时间维上利用多源数据，计算得出不同时间概念层次的相关指标进行公交发展水平评价；最后，该评价方法通过对空间维与时间维的交叉，可以得到不同的评价关键指标。 

本实施例以宁波市14路公交车于2013年9月16日的全部运行车辆为例，以其全天运行数据作为分析基础，介绍所选指标计算所需的底层参数包括不同时段各个站点行程时间、行驶延误、单车时速共三个；以宁波市截止于2013年9月16日，所获取的多源数据为例，说明宁波市公交发展水平的综合评价。 

（一）站点行程时间 

站点行程时间是评价公交运营管理水平和公交服务水平的重要参数之一，乘客平均在途时间、平均延误水平、公交正点率、乘客满意度等的计算，都需要用到站点行程时间参数。此外，以站点为节点将线路划分成多个路段，能有效提高城市公交监控管理功能，为城市公交发展水平综合评价提供有力依据。本实施例将全天运行数据划分成以下时段：6:00-7:00，7:00-9:00，9:00-11:00，11:00-13:00，13:00-17:00，17:00-19:00，19:00-21:00。通过对宁波市14路公交车线路站点信息等基础数据，对应时间段内交通量等统计数据，以及出租车和公交车GPS数据、IC卡数据等实时数据进行预处理，筛选、修复、挖掘后得到站点行程时间参数，如下图所示： 

图1至图2分别显示了14路公交车上行和下行线路站点早晚高峰期行程时间参数统计结果,横坐标为站点名称，纵坐标为行程时间（单位：秒）。 

（二）行程延误 

行程延误参数是评价公交服务水平和公交运营管理水平的重要参数之一，可应用于公交正点率、平均延误水平、碳排放量、平均在途时间等指标的计算中。统计公交车平峰时段的平均速度，以其85分位数作为自由行使速度，约为40km/h。公交车平峰行程车速的85分位数约为20km/h，即自由行驶车速约为行程车速的2倍，其中延误主要来自交叉口和站点延误，研究表明交叉口和站点延误均占公交车行程时间延误的30%左右，即剔除交叉口和站点延误，自由行驶的行程时间约为平峰期间行程时间的两倍。 

针对交叉口延误，建议实施公交信号优先控制。公交车是大运量的交通方式，通过公交信号优先控制，减少公交车在交叉口的延误，大量减少以出行人数计算的出行总延误，提高公交的服务效率，促进城市公交发展。 

（三）单车时速 

单车时速参数也是评价公交服务水平和公交运营管理水平的重要参数之一，如在碳排放、线路运行波动系数、路网平均行程速、乘客平均在途时间等指标的计算中都需要用到单车时速参数。 

本实施例中，GPS装置共收集了80余辆公交车的运行记录，但是多数车辆的统计数据缺失较多，如图3统计了其中各个小时车辆运行记录均较为充分的车辆运行时速，共计22辆公交车。其中红色线条显示的是22辆公交车的平均时速，其中7:00-8:00、16:00-18:00的平均行驶车速较低，但整体变化不大，约16km/h。 

（四）宁波市公交发展水平的综合评价 

根据宁波市截止于2013年9月16日所获取的多源数据，各一级指标计算结果和宁波市公交发展水平综合评价结果如图4所示。 

宁波市公交发展水平为81分，可见宁波市公交都市建设示范工程中，公交装备配置已基本达到要求，但在基础设施的建设中，仍需要加大公共汽电车线路密度，增加公交专用道设置比例，减短公交平均换乘距离等，进而提高路网 的平均行程速度、减少平均换乘时间、减少出行延误、提高正点率等，从而促进公交运营管理和服务水平的提高，推动公交都市的快速发展。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (3)

1.一种基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，其特征在于：

1）通过接收、汇集、读取相关的多源数据，对获取的所有多源数据进行预处理，筛选、修复、挖掘后得到分析指标所需参数；

2）用层次分析法，以交通系统参与者的感知情况能为目标层，将指标按其性质分为基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平四个准则层和相应的指标层；

3）结合模糊综合评判法对读取的多源数据进行公交发展水平评价，并计算公交发展水平的综合评价评分，得到公交发展水平的定性和定量评价结果。

2.根据权利要求1所述的基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，其特征在于：所述多源数据包括基础数据、统计数据、实时数据的读取、筛选、修复挖掘及融合；所述基础数据是指需要通过人工调查获取的数据，其更新周期较长且需要人为更新；所述统计数据是指每一个统计周期会自动进行更新的数据；所述实时数据是指利用信息采集设备实时采集到的交通数据。

3.根据权利要求1所述的基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法，其特征在于：所述步骤3）的具体方法如下：

1).建立城市公交发展水平综合评价模型

a).根据公交发展水平综合评价方法中各准则和指标，建立公交发展水平综合评价模型；

b).对准则层的评价模型建立，包括依据递阶层次模型构造模型的两层因素集；第一层因素集X={X₁，X₂，X₃，X₄}={基础设施建设水平，公交装备配置水平，公交运营管理水平，公交服务水平}，第二层因素从属于第一层因素集，即指标层的所有指标；

c).构建比较矩阵

若某层有设（B₁，B₂，…，B_n）为评价因素集，A表示评价目标，要比较评价因素对评价目标的影响权重，即确定该层中对于某一准则所占的比重；在两两因素之间进行比较，用a_ij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则，成对两两比较判断矩阵为：

$T={\left(a_{\mathrm{ij}}\right)}_{n\×n}=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{n1}& a_{n2}& \·\·\·& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

d).一致性检验

计算权重后，对每个判断矩阵都要进行一致性检验，以保证所得权重的合理性及正确性；

（1）计算一致性指标，其中为判断矩阵的最大特征值；

（2）查找一致性指标RI，RI的取值如下：

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 RI 0.0 0.0 0.52 0.89 1.12 1.24 1.36 1.41 1.46 1.49 1.52

（3）当随机一致性比率CR=CI/RI＜0.1时，认为该层次排序权重具有满意的一致性，判断矩阵的不一致程度在容许的范围内，可以用其归一化的特征向量作为权向量；否则，需要重新调整判断矩阵的元素取值，直到得到满意的结果；

e).权向量计算

求判断矩阵T的最大特征根λ_max及相应的特征向量，把特征向量标准化后得到权重向量w=(w₁,w₂,…w_n)^T；

2).城市公交发展水平综合评价

a).确定评价指标的隶属函数

由于该指标体系中的所有底层指标均属于定量指标，他们的隶属度通过梯形隶属度函数来确定；首先确定该指标的可能上下界数值a₀，a₅，再用四个等距离点a₁，a₂，a₃，a₄将区间[a₀,a₅]分成五等分，由于指标存在越大越优型和指标越小越优型两种情况，因此需要不同的转化方法，分别见公式（1），（2）；

式中，a_ij表示第i个指标对第j种评语的隶属度，利用上式进行标准化处理，可得第S个因素集中表示相对隶属度的模糊评价矩阵T_S＝(r_sij)_n×m；

b).确定指标体系的权重

采用专家调查法及实际调研数据统计分析，基于层次分析法权重的计算方法，确定各级指标权重系数；

c).界定评价标准

利用基础设施建设水平、公交装备配置水平、公交运营管理水平和公交服务水平4个评价指标准则层，得到基于多源数据的城市公交发展水平综合评价方法的关键指标评分V；根据分值状况，将其分为很好、较好、一般、较差、很差等5个等级；

根据上述公交发展水平综合评价模型，得到到公交发展水平综合评价得分；定义评价等级的对应决策值集：U={U1，U2，U3，U4，U5}，Ui表示第i个评价等级所对应的决策分值。