大数据环境下基于GISDK的公交线网优化系统研究

林本江 闫冬

摘 要：全方位掌握公交客流特征是公交线网优化的基础和前提，科学、高效的优化公交线网布局尤为重要。本文充分整合公交IC卡、GPS等大数据资源，实现了公交客流上下车推算，构建了线网指标评价体系，对系统基础功能、数据基底和逻辑关系进行了详细的介绍。以济南市为例对公交大数据进行挖掘分析，基于本系统实现了轨道接驳公交线网优化。应用结果表明，大数据环境下基于GISDK的公交线网优化系统具有良好的适用性。

关键词：公共交通;大数据;线网优化

0 引言

随着绿色出行理念的推进，集约式交通出行方式将成为未来出行的主旋律。尤其是在轨道交通和快速公交快速发展的背景之下，如何协调公共交通供给和需求之间的矛盾，优化常规公交线路，有效的进行客流接驳，是公交线网优化研究的重要内容。近年来，国内外专家学者在公共交通线网优化中越来越多的使用大数据手段来支撑线网优化，提高优化方案的科学性[1-3]。相关研究表明公交大数据能够为线网优化方案提供指引，交通模型仿真能够为线网优化效果提供验证，将公交大数据与交通模型融合是公交线网规划技术发展的必然趋势。

本文通过整合公交IC卡、GPS数据等交通大数据资源，利用TransCAD的GISDK功能调用公交大数据统计分析结果，实现公共交通信息与地理信息的空间结合，快速、便捷的对公交线路系统进行查询分析，为客流预测、线网规划与调整提供全面、科学的支撑。

1 线网优化系统研究

1.1 公交大数据分析

为了解决公交乘车仅上车刷卡，无法确定乘客完整的出行路径的问题，以公交乘客IC卡数据和车辆GPS数据为基础，推算乘客上下车的算法模型算法已相对成熟[4-5]。本文使用基于聚类相似度的上车站推算和基于换乘、通勤和往返关系的下车站推算[6]，公交下车站点为公交客流分析的重点，具体流程如下。

1.2 GISDK功能介绍

TransCAD作为一款强大的交通规划软件，不仅具有客流预测、拓扑分析的能力，而且为用户提供了地理信息系统二次开发工具包GISDK。可从任何服从ODBC（开放数据库互连）的数据源获取数据库信息，并且具有5类功能强大的函数：地图类、地理数据与分析类、表格类、网络类和矩阵类 [7-9]。

2 功能需求研究

结合公交线网优化工作需求，围绕客流特征查询、公交线网评价和接驳线路分析和优化方案评价等功能进行研究。

2.1 客流特征查询

线路、方向、时间、站段等方面对公交客流的动态分布特征进行统计分析。结合公共交通模型，配置ODBC数据源，对不同查询条件下公共交通客流的流量、流向、流时和流程等特征进行查询。

2.2 线网指标评价体系

参考相关指标研究[10-11]，对公共交通线网评价指标进行精细化设计，包括全常规公交、轨道交通以及常规公交与轨道融合等三大体系，根据线网布局、線网服务水平将指标细

化至17个。其中公交大数据特征指标包括：客流量、客流密度、出行距离、发车间隔、换乘系数、上下车量、换乘量、最大断面、运行速度的、运行时间等10项指标;公交线网特征指标包括：站点覆盖率、非直线系数、线网密度、重复系数、站间距、线路长度、线路数等7项。

2.3 接驳线路分析

线路间的接驳可理解为站点间的接驳，本系统以线路的站点为底层数据，进行接驳/竞争线路分析，流程如下：

（1）以线路L的站点为研究对象，站点编号记为Si（i=1……n）;

（2）筛选各站点周边其他线路公交站点，根据分析需求自定义筛选范围，记为Bij（j=1……m）（线路L的第i个站点周围有m个停靠站）;

（3）统计Bij中重复站点的线路，当每条线路重复站点个数小于阈值k时，该作为查询线路的接驳线路，记为Lk（k=1……p），否则该线路作为竞争线路，记为Lh（h=1……q）。

2.4 线网优化评价

以公交模型为基础，调用线网评价模块，筛选出不符合条件的线路。并对线网进行调整、客流分配、指标评估和方案评价，实现线网优化，主要流程如下。

3 实例应用

轨道交通线路的有效接驳是城市公共交通一体化的重要环节，以济南市轨道交通3号线竞争线路优化调整为例进行应用，基于系统对线网优化。

3.1 客流分析查询

公交IC卡数据主要包括卡编号、线路编号、刷卡时间、车牌号等主要字段，GPS数据主要包括站序、车载机编号、线路编号、到离站等主要字段。通过时间聚类和基于往返、换乘关系的上下车推算算法，对公交大数据进行分析统计，得到常规公交客流信息，将轨道刷卡信息与常规公交推算结果进行整合，得到公共交通数据库，3号线查询结果如下。

3.2 竞争线路查询

设定当常规公交线路与轨道交通3号线车站重复在4及4个以上时，存在竞争关系，通过查询可知共有8条线与轨道交通3号线存在竞争关系，结果如下。

3.3 线路优化与评价

围绕轨道线路，对常规公交网络实施“横向加密、纵向抽疏”的调整模式[12-13]，强化接驳、弱化竞争，促进两种交通方式和谐发展，线路优化方案如下表。

线路优化后与轨道交通3号线相关的线网方案如图6，优化后线网整体客运量增加0.2万，线网客流量有所提升，公交运行效率得到提高。

4 结语

公交线网的优化以及公交系统的管理、建模、运用是一个相对复杂、专业的过程。GISDK技术能够为解决城市

交通问题提供一种有效的手段，尤其是在大数据环境下将数据与模型结合量化支撑线网优化工作。本文将公交模型与公交大数据相结合，形成了公交评价指标体系、公交接驳/竞争查询和公交优化评价流程，面向不同的使用者具有较强的适应性和可移植性强。将公共交通线网融合分析，对公共交通资源进行整合优化，提高了网络适应客流变化的能力。

参考文献：

[1]林丽凡.基于大数据的常规公交主干线识别方法研究——以苏州为例[J].科学技术与创新，2021（5）：132-133.

[2]李孟洋，李胜利，贾宁.基于客流

大数据的公交发车班次仿真优化[J].综合运输，2020，42（12）：85-89+142.

[3]范黎林，孙剑斐.基于大数据的公交乘客线路选择估计模型仿真[J].计算机仿真，2016，33（5）：179-182.

[4]尹长勇，陈艳艳，陈绍辉.基于聚类分析方法的公交站点客流匹配方法研究[J].交通信息与安全，2010，28（3）：21-24.

[5]陈锋，刘剑锋.基于IC卡数据的公交客流特征分析：以北京市为例[J].城市交通，2016，14（1）：51-58+64.

[6]郑海星，朱海明，蒋寅，等.公共汽（电）车乘客上下车站推算方法[J].城市交通，2018，16（6）：21+40-46.

[7]涂圣武，张海军，罗洪波，等.基于GISDK的TransCAD软件宏的开发与应用[J].公路与汽运，2006（4）：45-47.

[8]曹钰，陈仲.基于GISDK实现四步骤交通需求预测模型反馈循环的方法研究[J].智能城市，2016，2（4）：62-63.

[9]许云.基于Transcad平台二次开发的城市公共交通线网优化决策支持系统[J].交通与运输，2012（7）：77-80.

[10]张祎.城市地面公交发展指数体系及评价研究——以上海为例[J].交通与港航，2019，6（6）：50-55.

[11]万鹏，张品立，黄云.国家公交都市考核评价指标体系及实施策略[J].城市道桥与防洪，2018（9）：6-7+38-41.

[12]桑晨.基于城市轨道交通站的公交站点线路分配问题研究[D].长安大学，2018.

[13]李葆青，孙杨.基于新建轨道交通线路的常规公交衔接优化策略[J].交通世界（工程技术），2020（3）：11-12+15.