CN115099542A - 跨城通勤出行生成和分布预测方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提出跨城通勤出行生成和分布预测方法、电子设备及存储介质,属于交通需求预测技术领域。首先,提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵;其次,构建出行生成和出行分布模型并标定参数;再次,计算未来年各交通小区的产生量和吸引量;再次,计算未来年初始出行分布矩阵,利用增长率法调整出行分布矩阵;再次,判断当前循环次数,当前循环次数大于1且未来年出行生成结果满足预设的收敛条件,结束循环,输出未来年出行生成和分布预测结果,否则,更新人口可达性和岗位可达性指标,重复前述过程。本发明提高了跨城通勤出行生成和分布预测精度。
Description
技术领域
本申请涉及出行生成和分布预测方法,尤其涉及跨城通勤出行生成和分布预测方法、电子设备及存储介质,属于交通需求预测技术领域。
背景技术
交通需求分析及预测是交通规划工作的基础,其通过数学模型来解析现状和未来交通演变的数理规律,与规划方案相结合可以更精确且定量的评估交通建设与管理决策的改善效果,从而支持管理者进行科学决策。在城市空间形态不断演化的今天,由于交通可达性的提升、经济产业的转移、核心城市与周边城市住房成本及公共服务的差异等形成了跨市职住结构,在城市边界涌现出了大量跨城通勤出行,这给交通需求预测工作带来了新的挑战。现阶段,应用最广泛的交通需求预测方法仍是传统的四阶段法,即出行生成、出行分布、方式划分、交通分配,针对四阶段法中的每个步骤,学者们又提出了各种预测模型和方法。
目前,在出行生成和分布的预测中,一般采用的流程和方法是:分析现状出行生成量与社会经济指标之间的关系,得到生成率或回归系数,再结合对未来社会经济指标的研判得到未来年各交通小区的产生量和吸引量,进而采用重力模型或目的地选择模型得到交通小区之间的分布量。该技术中出行生成的预测结果仅与社会经济指标相关,结果固定,不受后续出行分布的空间形态和实际交通网络的影响,但对于跨城通勤出行而言,交通小区的区位及可达性会显著影响生成量,进而影响出行分布的预测结果。因此,有必要优化上述流程和方法以满足跨城通勤出行生成和分布预测精度的要求。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念,以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此,为解决现有技术中存在的出行生成和分布预测精度低的技术问题,本发明提供一种跨城通勤出行生成和分布预测方法、电子设备及存储介质,通过手机信令数据识别现状职住和通勤出行,利用出行分布矩阵和阻抗矩阵构建各小区产生端阻抗和吸引端阻抗模型,进而引出人口可达性和岗位可达性指标,纳入出行生成模型中,采用目的地选择模型预测出行分布PA矩阵,并利用增长率法调整PA矩阵,采用出行生成-出行分布的循环结构使模型能更好的适应出行活动空间的变化以及经济产业要素的迁移,从而提升跨城通勤出行需求预测的精度。
方案一、一种跨城通勤出行生成和分布预测方法,包括以下步骤:
S1.利用手机信令数据提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵,具体包括常住人口识别、职住地识别和跨城通勤出行识别;
S2.基于出行阻抗和社会经济指标构建出行生成模型和出行分布模型,并标定模型参数,具体包括阻抗模型构建、出行生成模型构建及标定、出行分布模型构建及标定;
S4.利用S2所述标定的出行分布模型参数结合对未来年各项指标的研判计算效用矩阵和选择概率矩阵,根据S3中未来年各交通小区产生量和选择概率矩阵计算初始出行分布矩阵,利用增长率法调整出行分布矩阵;
S6.根据S3所述未来年交通小区的产生量和吸引量结果和S4所述出行分布矩阵输出未来年跨市通勤出行生成和分布预测结果。
优选的,S1所述利用手机信令数据提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵;具体包括以下步骤:
S11.常住人口识别:基于驻留天数识别常住人口;对驻留天数超过2/3分析数据时间的用户,认定为常住人口;
S12.常住人口居住地和工作地识别:基于驻留位置、驻留时段和驻留时长识别常住人口的居住地和工作地;
居住地:对常住人口用户在居家时段[21:00-7:00+1d]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户居住地;
工作地:对常住人口用户在工作日工作时段[9:00-17:00]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户工作地;
S13.识别常住人口跨市通勤出行:根据出行时间、出行起讫点位置识别跨市通勤出行;
将早高峰时段[6:00-10:00]从居住地出发到工作地或晚高峰时段[17:00-20:00]从工作地出发到居住地,且工作地和居住地不在同一个城市的出行标记为跨市通勤出行,以居住地所在交通小区为起点,工作地所在交通小区为终点集计这些出行得到跨市通勤分布矩阵。
优选的,S2所述基于出行阻抗和社会经济指标构建出行生成和分布模型,并标定模型参数;具体包括以下步骤:
S21.构建阻抗模型:利用时间矩阵和费用矩阵,结合时间价值计算综合阻抗矩阵;利用综合阻抗矩阵和跨市通勤分布矩阵,以分布量为权重分别构建产生端加权平均阻抗和吸引端加权平均阻抗;
综合阻抗:
产生端加权平均阻抗:
吸引端加权平均阻抗:
S22.构建出行生成模型,并标定模型参数的方法是:利用产生端加权平均阻抗和人口构建人口可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行产生线性回归模型;利用吸引端加权平均阻抗和岗位构建岗位可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行吸引线性回归模型;利用SPSS/Stata等软件标定出行产生和吸引模型参数;
出行产生模型:
出行吸引模型:
其中,为交通小区的人口可达性指标,为交通小区的第二产业岗位可达性指标,为交通小区的第三产业岗位可达性指标,为交通小区的人口,为交通小区的第二产业岗位数,为交通小区的第三产业岗位数,为交通小区的国民经济生产总值,~为待标定参数;
S23.构建出行分布模型,并标定模型参数的方法是:利用综合阻抗、小区社会经济指标和区位属性等构建效用函数;确定目的地选择概率计算公式;利用Biogeme等软件标定出行分布目的地选择模型参数;
优选的,S4所述利用S23中标定的出行分布模型参数结合对未来年各项指标的研判计算效用矩阵和选择概率矩阵,根据S3中未来年各交通小区产生量和选择概率矩阵计算初始出行分布矩阵,进一步利用增长率法调整出行分布矩阵,具体包括以下步骤:
S43.利用增长率法调整未来年跨城通勤分布矩阵;
调整方法为:计算吸引端调整系数,按公式计算得到新矩阵,再计算产生端调整系数,按公式计算得到新矩阵,两次矩阵更新过程为一次循环,再重新计算吸引端调整系数,重复前述过程,多次循环迭代后至发生量和吸引量增长系数达到收敛标准后结束循环。
方案二、一种电子设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的一种跨城通勤出行分布预测方法的步骤。
方案三、一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的一种跨城通勤出行分布预测方法。
本发明的有益效果如下:
1.将人口可达性和岗位可达性指标引入出行生成模型的指标中,使模型能够适用交通基础设施服务水平的变化,提高出行生成模型预测精度;
2.采用目的地选择模型预测跨城通勤出行分布,引入了目的地的产业经济要素、城市等级等指标,提高出行分布模型预测精度;
3.传统模型中仅有出行分布阶段的选择受到出行生成阶段影响,而没有考虑出行分布的空间形态对出行生成的影响,本发明提出的出行生成与出行分布联合模型,在出行分布完成之后,以小区间分布量为权重,更新各小区产生端和吸引端的阻抗,从而影响出行生成的结果,实现了小区间通勤活动空间的分布对小区总跨市通勤量的反馈。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为跨城通勤出行分布预测方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明,显然,所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例,而不是所有实施例的穷举。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、参照图1说明本实施方式,一种跨城通勤出行生成和分布预测方法,包括以下步骤:
S1.利用手机信令数据提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵;具体包括常住人口识别、常住人口职住地识别、跨市通勤出行识别三个步骤:
S11.常住人口识别:基于驻留天数识别常住人口;对驻留天数超过2/3分析数据时间的用户,认定为常住人口;空间范围为省级;
S12.常住人口居住地和工作地识别:基于驻留位置、驻留时段和驻留时长识别常住人口的居住地和工作地;
居住地:对常住人口用户在居家时段[21:00-7:00+1d]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户居住地;
工作地:对常住人口用户在工作日工作时段[9:00-17:00]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户工作地;
S13.识别常住人口跨市通勤出行:根据出行时间、出行起讫点位置识别跨市通勤出行;
将早高峰时段[6:00-10:00]从居住地出发到工作地或晚高峰时段[17:00-20:00]从工作地出发到居住地,且工作地和居住地不在同一个城市的出行,标记为跨市通勤出行,以居住地所在交通小区为起点,工作地所在交通小区为终点集计这些出行得到跨市通勤PA矩阵;
具体的,为了避免对每个出行个体单独分析的繁复工作,会按照地理位置、用地类型、行政区划等将研究区域划分为若干地理单元,划分后的每一个单元即为一个交通小区,后续的分析会将交通数据集计到各个小区或小区之间,如表1跨市通勤分布矩阵表,横坐标即为起点小区,纵坐标即为终点小区,单元格的值即为交通小区和之间跨市通勤出行量,行和即为交通小区跨市通勤产生量,列和即为交通小区跨市通勤吸引量,注意若交通小区和交通小区位于同一个城市,则为0。
表1跨市通勤分布矩阵表
S2.基于出行阻抗和社会经济等指标构建出行生成模型和出行分布模型,并标定模型参数;具体包括阻抗模型构建,出行生成模型构建及标定,出行分布模型构建及标定三个步骤:
S21.构建阻抗模型;利用时间矩阵和费用矩阵,结合时间价值计算综合阻抗矩阵;利用综合阻抗矩阵和跨市通勤分布矩阵,以分布量为权重分别构建产生端加权平均阻抗和吸引端加权平均阻抗;
综合阻抗:
产生端加权平均阻抗:
吸引端加权平均阻抗:
S22.构建出行生成模型,并标定模型参数的方法是:利用产生端加权平均阻抗和人口构建人口可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行产生线性回归模型;利用吸引端加权平均阻抗和岗位构建岗位可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行吸引线性回归模型;利用SPSS/Stata等软件标定出行产生和吸引模型参数;
具体的,现状各项指标和产生吸引量均已获得,仅剩系数待标定;
具体的,现状各项人口岗位等指标在统计年鉴、统计公报中直接获取,现状的产生吸引量在S1手机信令数据中已经提取得到;
出行产生线性回归模型:
出行吸引线性回归模型:
其中,为交通小区的人口可达性指标,为交通小区的第二产业岗位可达性指标,为交通小区的第三产业岗位可达性指标,为交通小区的人口,为交通小区的第二产业岗位数,为交通小区的第三产业岗位数,为交通小区的国民经济生产总值,~为待标定参数;
S23.构建出行分布模型,并标定模型参数的方法是:利用综合阻抗、小区社会经济指标和区位属性等构建效用函数;确定目的地选择概率计算公式;利用Biogeme等软件标定出行分布目的地选择模型参数;
具体的,现状各项指标和出行分布量均已获得,仅剩系数待标定;
S4.利用S23中标定的出行分布模型参数结合对未来年各项指标的研判计算效用矩阵和选择概率矩阵,根据S3中未来年各交通小区产生量和选择概率矩阵计算初始出行分布矩阵,利用增长率法调整出行分布矩阵,具体包括以下步骤:
S43.利用增长率法调整未来年跨城通勤分布矩阵;
当前各交通小区出行产生量为:
当前各交通小区出行吸引量为:
当前产生量调整系数计算公式为:
当前吸引量调整系数计算公式为:
调整方法为:计算吸引端调整系数,按公式计算得到新矩阵,再计算产生端调整系数,按公式计算得到新矩阵,两次矩阵更新过程为一次循环,再重新计算吸引端调整系数,重复前述过程,多次循环迭代后至发生量和吸引量增长系数达到收敛标准后结束循环;
S6.根据S3所述未来年交通小区的产生量和吸引量结果和S4所述出行分布矩阵输出未来年跨市通勤出行生成和分布预测结果。
本发明的缩略语和关键术语定义:
跨城通勤(Intercity Commuting):在一个城市居住,在另一个城市工作而引发的通勤行为;
出行生成(Trip Generation):通过各种数学方法预测研究区域内各交通小区的出行产生量(Production,P)和出行吸引量(Attraction,A);
出行分布(Trip Distribution):将出行生成阶段预测获得的各交通小区的产生量和吸引量转换成小区之间的空间PA量,即研究各小区产生量到了哪些小区,吸引量又是来自哪些小区;
PA矩阵:基家出行的出行分布矩阵。
实施例2、本发明的计算机装置可以是包括有处理器以及存储器等装置,例如包含中央处理器的单片机等。并且,处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的推荐数据的推荐方法的步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array,FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card, SMC),安全数字(Secure Digital, SD)卡,闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例3、计算机可读存储介质实施例
本发明的计算机可读存储介质可以是被计算机装置的处理器所读取的任何形式的存储介质,包括但不限于非易失性存储器、易失性存储器、铁电存储器等,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,当计算机装置的处理器读取并执行存储器中所存储的计算机程序时,可以实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的建模数据的建模方法的步骤。
所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明,但是受益于上面的描述,本技术领域内的技术人员明白,在由此描述的本发明的范围内,可以设想其它实施例。此外,应当注意,本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.跨城通勤出行生成和分布预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.利用手机信令数据提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵,具体包括常住人口识别、常住人口职住地识别、跨市通勤出行识别;
S2.基于出行阻抗和社会经济指标构建出行生成模型和出行分布模型,并标定模型参数,具体包括阻抗模型构建、出行生成模型构建及标定、出行分布模型构建及标定;
S4.利用S2所述标定的出行分布模型参数结合对未来年各项指标的研判计算效用矩阵和选择概率矩阵,根据S3中未来年各交通小区产生量和选择概率矩阵计算初始出行分布矩阵,利用增长率法调整出行分布矩阵;
S5.判断当前循环次数,若当前循环次数大于1且S3所述未来年交通小区的产生量和吸引量结果满足预设的收敛条件,执行S6,否则,根据S4所述出行分布矩阵重新计算产生端加权平均阻抗和吸引端加权平均阻抗,执行S3;
S6.根据S3所述未来年交通小区的产生量和吸引量结果和S4所述出行分布矩阵输出未来年跨市通勤出行生成和分布预测结果。
2.根据权利要求1所述的跨城通勤出行生成和分布预测方法,其特征在于,S1所述利用手机信令数据提取现状职住数据和跨市通勤分布矩阵具体包括以下步骤:
S11.常住人口识别:基于驻留天数识别常住人口;对驻留天数超过2/3分析数据时间的用户,认定为常住人口;
S12.常住人口居住地和工作地识别:基于驻留位置、驻留时段和驻留时长识别常住人口的居住地和工作地;
居住地:对常住人口用户在居家时段[21:00-7:00+1d]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户居住地;
工作地:对常住人口用户在工作日工作时段[9:00-17:00]累积驻留时长超过2/3分析数据时间的位置作为用户工作地;
S13.识别常住人口跨市通勤出行:根据出行时间、出行起讫点位置识别跨市通勤出行;
将早高峰时段[6:00-10:00]从居住地出发到工作地或晚高峰时段[17:00-20:00]从工作地出发到居住地,且工作地和居住地不在同一个城市的出行标记为跨市通勤出行,以居住地所在交通小区为起点,工作地所在交通小区为终点集计所有出行得到跨市通勤分布矩阵。
3.根据权利要求2所述的跨城通勤出行生成和分布预测方法,其特征在于,S2所述基于出行阻抗和社会经济指标构建出行生成和分布模型,并标定模型参数具体包括以下步骤:
S21.构建阻抗模型:利用时间矩阵和费用矩阵,结合时间价值计算综合阻抗矩阵;利用综合阻抗矩阵和跨市通勤分布矩阵,以分布量为权重分别构建产生端加权平均阻抗和吸引端加权平均阻抗;
综合阻抗:
产生端加权平均阻抗:
吸引端加权平均阻抗:
S22.构建出行生成模型,并标定模型参数的方法是:利用产生端加权平均阻抗和人口构建人口可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行产生线性回归模型;利用吸引端加权平均阻抗和岗位构建岗位可达性指标,结合其他社会经济指标构建出行吸引线性回归模型;利用SPSS/Stata软件标定出行产生和吸引模型系数:
出行产生模型:
出行吸引模型:
其中,为交通小区的人口可达性指标,为交通小区的第二产业岗位可达性指标,为交通小区的第三产业岗位可达性指标,为交通小区的人口,为交通小区的第二产业岗位数,为交通小区的第三产业岗位数,为交通小区的国民经济生产总值,~为待标定参数;
S23.构建出行分布模型,并标定模型参数的方法是:利用综合阻抗、小区社会经济指标和区位属性构建效用函数;确定目的地选择概率计算公式;利用Biogeme软件标定出行分布目的地选择模型参数;
4.根据权利要求3所述的跨城通勤出行生成和分布预测方法,其特征在于,利用S2所述标定的出行分布模型参数结合对未来年各项指标的研判计算效用矩阵和选择概率矩阵,根据S3中未来年各交通小区产生量和选择概率矩阵计算初始出行分布矩阵,利用增长率法调整出行分布矩阵,具体包括以下步骤:
S43.利用增长率法调整未来年跨城通勤分布矩阵;
当前各交通小区出行产生量为:
当前各交通小区出行吸引量为:
当前产生量调整系数计算公式为:
当前吸引量调整系数计算公式为:
7.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任一项所述的跨城通勤出行生成和分布预测方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的跨城通勤出行生成和分布预测方法。
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