（交通运输规划与管理专业论文）基于浮动车数据的出租车运行研究.pdf

摘要 摘要 浮动车技术是近年来发展和应用最为迅速的智能交通技术之一，其利用在 路网上正常行驶的车辆以一定间隔向数据中心发送定位数据，而数据中心则对 数据进行收集、分析和处理，并得到实时交通参数以及其他数据，为市民、专 业机构和政府部门提供相应服务，而其中的被传体的原始数据就是浮动车数据， 一般包括经度、纬度、速度、方位角和时间等字段；而作为载体进行调查的车 辆则称为浮动车。 利用深圳浮动车数据，论文研究了各等级道路上出租车载客运行行程车速 与空驶行程车速的差别，得出了总体上各等级道路上出租车载客运行行程车速 大于空驶行程车速等相关结论；此外论文还研究了出租车载客运行和空驶路径 等级结构，认为支路上分布的空驶出租车最多，空驶车倾向于在支路上搜索乘 客；载客运行的出租车行驶i ：l n 最大和平均交通量的为快速路、干线主干道和 高速公里。对出租车交通的研究一般都是从乘客出发，而本文提出了出租车出 行的概念。利用浮动车数据，研究了出租车的出行次数、出行时距、出行空距 和出行分布等。 关键词：浮动车数据、出租车、出行特征、空驶、载客、地图匹配 目录 a b s t r a c t f l o a t i n gc a rd a t at e c h n i q u ei so n eo ft h ef a s t e s td e v e l o p i n ga n de x t e n s i v e l v a p p l i e di t st e c h n i q u e s ，w h i c hu t i l i z et h em o v i n gc a r si ns u r f a c en e t w o r kt oc o n v e v t i m e l yi n f o r m a t i o na ts o m ei n t e r v a lt oad a t ac e n t e r , t h e nt h ed a t ac e n t e rc o i l e c t s a n a l i z e sa n dp r o d u c e st i m e l yr o a dt r a f f i cs t a t ea n do t h e ri n f o r m a t i o n ，a n dm a k e si t a v a i l a b l et ot h ep u b l i c ，s s p e c i a l i z e dr e s e a r c h e ra n dg o v e r n m e n to f f i c e s t h e d a t a p r o d u c e di n c a r sa n dc o n v e y e dt ot h ed a t ac e n t e r i sc a l lf e d ( a b b r e v i a t i o nf o r f l o a t i n gc a rd a t a ) ，w h i c ht e l lt h ec a r si d ，l o n g i t u d e ，l a t i t u d e ，a z i m u t ha i l g l ea n d t i m ee t c ；a n dt h ec a r st h a td a t ac o m e sf r o ma r ec a l lf l o a t i n gc a r s w i t ht h ef e do fs h e n z h e n ，t h ed i s c r e p a n c yo ft h el i n kt r a v e ls p e e dd e r i v e df r o m o c c u p i e dt a x i s f e da n dt h el i n kt r a v e ls p e e dd e r i v e df r o mu n o c c u p i e dt a x i s ，f e di s s t u d i e di nt h i sp a p e r , a n dt h ec o n c l u s i o nt h a ta saw h o l eu n o c c u p i e dt a x i st r a v e l s l o w e rt h a no c c u p i e dt a x i s ；t h ep r o p o r t i o no f o c c u p i e dt a x i s t r a v e l dd i s t a n c eo ne a c h c l a s so fr o a d sa n dt h a to f u n o c c u p i e dt a x i si sa l s os t u d i e d ，a n ds o m ec o n c l u s i o n sa l e d r a w e d f u r t h e r m o r e t h es t u d yo fg e t t i n gt a x i b a s e dt r a v e lc h a r a t e r i s t c si sd e t a i l e d l y , w h i c ha r ec o m p o s eo ft r a v e lt i m ei n t e r v a l ，t r a v e ld i s t a n c ei n t e r v a l ，t r a v e lf f e q u e n c y ， a n ds oo n k e yw o r d s ：f l o a t i n gc a rd a t a ，t a x i ， o c c u p i e dd r i v i n g ，m 印一m a t c h i n g t r a v e lc h a r a c t e r i s t i c ，u n o c c u p i e dd r i v i n g ， 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 躲撕 答名：蜊、 湖、b ，平 月i - 1 2 _ o 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 一虢翰峄 ) o 瞳年弓月2a 日 f 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 学位论文作者签名：懈 年月 日 年弓月二h 日 谬 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1出租车交通研究和管理的必要性 出租车是城市公共交通的一个重要组成部分，与公交相比，具有快速、便利、 舒适、安全等特点，而与轨道交通相比，覆盖范围广，可达性高。出租车在城 市路网中的运行称为出租车交通，其在城市交通中占有举足轻重的地位： l 、出租车车辆拥有量 从1 9 9 3 年至2 0 0 3 年，中国出租汽车从1 9 万辆猛增到8 8 4 万辆，年均增长 达到了1 6 6 。在上海，出租车总量1 9 9 1 年为1 2 万辆，到2 0 0 4 年底已经增 长到4 2 万辆，增长幅度高达2 5 0 。 2 、出租车出行需求 表1 1 为各大中城市当年交通调查统计出的出租车出行分担率。 表1 1 我国各大中城市出租车出行分担率 城市名称比例统计年份城市名称比例统计年份 长沙 3 9 7 2 0 0 l 深圳 1 4 8 1 9 9 8 上海 1 0 6 1 9 9 8 广州 0 7 2 1 9 9 8 郑州 1 9 0 2 0 0 0 南京 1 0 2 2 0 0 1 石家庄 1 5 0 1 9 9 8 合肥 o 9 0 2 0 0 0 苏州 o 6 7 2 0 0 0 徐州 1 3 9 1 9 9 8 常德3 4 4 2 0 0 l珠海o 5 8 1 9 9 8 昆山1 2 4 2 0 0 2宜兴0 7 0 2 0 0 l 3 、出租车交通量占总交通量的比例 上海市于2 0 0 5 年进行的第三次综合交通大调查表明，出租车折算交通量在全 市范围内占比例为1 3 ，而在中心城内这一数据达到了2 0 。表1 2 为北京大学的 郭悦欣等于2 0 0 5 年4 月2 2 对北京中关村大街进行的出租车占所有交通量比例的 调查。 第l 章绪论 表1 2中关村大街出租车交通比例2 1 时间段 1 3 ：3 0 1 4 ：2 01 4 ：3 0 1 5 ：3 01 5 ：3 0 一1 6 ：3 11 4 ：6 0 一1 7 ：3 01 7 ：3 0 1 8 ：3 0 出租车比例3 3 2 2 3 1 8 1 3 2 4 5 2 5 7 0 2 1 0 6 出租车交通是城市交通不可缺少的部分，要管理好城市交通，解决好城市交 通问题，就不能忽视出租车交通。 1 1 2各国出租车统计 美国、英国等欧美国家以及新加坡等国家建立严格的交通统计制度，要求按 照月份、季度和年度组织交通数据的统计，并制成相关报表。我国北京、上海、 广州、南京和昆明等城市也已经连续几年组织了年度交通报告，对当年城市交 通的各种方式以及各种交通设施的利用情况进行了统计分析，目前我国广州、 南京、北京以及伦敦的年度发展报告都将出租车作为独立的统计对象。新加坡 土地和交通部年报中将出租车分为单班制出租车和双班制出租车，分别统计了 这两种出租车的平均载客数和平均载客距离。图1 1 为2 0 0 6 年其交通统计年报中 的公共交通利用情况统计，其中统计了出租车的平均日载客量和载客里程。 川a v e r a g ed a i l yr i d e r s h i p ( o o op 始n g e p 蠕p s 。艘。逍 m r t 1 t 2 7 6 1 3 3 8 l r t 5 77 b u s 2 , 7 8 82 , 7 8 5 t a x i 8 7 69 9 1 a v e r a g et r i pd i s l a n c e m r t ( k r m p a s s e n g e r - t r i p b u s ( k r m 7 p a s s e n g e r - t d p ) t a x i ( k m e n g a g e dt r i p 1 51 1 5 5 2s 。4 8 58 8 图1 1新加坡2 0 0 6 年交通统计年报：公共交通利用情况、 如表1 3 所示，北京在其年度统计报告中详尽列举了出租车车辆数、载客里 程、里程利用率、平均出行距离、平均空驶率、年客运总量和临时停车位等指 标。 第1 章绪论 表1 3北京出租车年度统计 ( 来源：北京市2 0 0 2 年交通发展年报) 指标单位1 9 9 81 9 9 9 2 0 0 02 0 0 l2 0 0 2 出租车辆数辆 5 9 2 8 05 9 4 8 56 4 8 5 66 3 6 4 96 3 8 0 5 载客行程万公里n an a 2 6 2 3 0 82 9 0 0 5 92 8 2 2 0 8 里程利用率 6 6 8 56 76 65 85 7 平均出行距离公里 n ，an a9 0 486 6 平均空驶率 n ，an a 3 44 24 3 年客运总量万人次 6 1 5 7 25 9 1 1 15 9 7 6 95 9 8 4 65 9 8 3 9 临时停车位泊位 n an a3 0 83 0 83 0 8 南京交通发展年报则不仅涉及到运营车次、载客里程、行驶里程及里程利用 率等运行指标，还涉及到车公里营收、均营收及月营收等收入性指标。表1 4 为 其2 0 0 4 年交通发展年报中的出租车统计。 表1 4南京出租车年度统计 ( 来源：南京2 0 0 4 年交通发展年报) 营运 指标 车公里营收营运车次载客里程行驶里程里程利用率均营收 月营收 年度 ( 元公里) ( 次) ( 公里)( 公里) ( ) ( 元)( 元) 2 0 0 l1 2 83 4 41 6 7 43 2 1 15 2 14 1 2 61 2 4 2 0 9 2 0 0 21 33 4 11 6 7 63 1 9 35 2 54 1 3 81 2 6 6 3 9 2 0 0 31 3 33 4 7 1 6 9 13 0 9 15 4 74 1 4 51 2 7 0 9 4 广9 ，i l 贝o 其交通发展年度报告中的第六部分公共交通中统计了出租车的数量， 出租车年总载客量，年载客里程。 出租车交通是城市交通不可缺少的一部分，是城市交通管理和研究的重点之 一，也是年度交通报告的重要内容之一。 1 1 3出租车交通数据采集现状 目前我国绝大多数城市出租车交通研究和管理所需的数据，都是通过人工调 查和利用出租车i c 卡数据获得的。 人工调查一般以对出租车司机的问卷调查的形式进行的。这样的大调查，耗 第l 章绪论 费大量的人力、物力、财力以及时间，而且数据具有时效性，处于高速发展和 成长期的城市交通变化很快，调查数据在一段时间之后就不再适用。 出租车i c 卡是用于出租车运营计价的电子设备，一条i c 卡数据记录出租车的 一个载次( 本文称出租车的一次运送乘客为载次) ，表1 x 所示为深圳出租车i c 卡 数据字段。其优点是量大、可持续获得且不需要支付另外的成本。但是一方面 由于涉及到经营公司的利益，往往不容易获得；另一方面，i c 卡数据( 表1 5 所 示) 只能提供出行的时间和距离，不包含乘客上下车位置和途经路径信息。 表1 5出租车i c 卡数据 字段含义 出租车公司i c 卡所安装车辆所属公司 出租车牌照i c 卡所安装车辆 司机编号驾驶该出租车的司机所对应的编号 上车时刻i c 卡开始计价的时间 下车时刻i c 卡停止计价的时间 行驶时间该载次所经历的时间 里程 该载次出租车的行驶里程 1 1 4先进技术的发展和在交通领域的应用 近年来，各种先进的技术被应用到交通领域，如计算机技术和自动化技术等， 特别是g p s 技术。出租车调度系统就是一个典型的应用。如图1 2 所示为k i a mt i a n s e o we ta l 对出租车调度系统的定义，认为出租车调度系统是及时跟踪出租车， 并响应乘客需求而向出租车发出命令的运行管理系统。 4 第l 章绪论 图1 2 k i a mt i a ns e o we ta l 对出租车调度系统的定义【1 】 2 0 0 0 年5 月s a 干扰被取消使得g p s 单机定位的精度从1 0 0 m 提高到2 0 m 左右之 后，g p s 得到了越来越广泛地应用，并出现了进行移动交通检测的浮动车技术： 出租车车载g p s 接收器按照一定规则的间隔时间通过无线通讯等向调度中心传 送车辆状态信息，包括车辆位置、载客状态、速度和航向等，一方面调度中心 根据这些数据匹配乘客发送的需求，向出租车发送调度命令，另一方面浮动车 技术相关模型对这些数据进行实时的处理，计算出对应时段各个路段的交通状 态。目前浮动车技术正在研究和完善之中，同时也在全球范围内得到了推广应 用。 1 2 相关研究 与论文相关的研究主要集中以下几个方面： 第1 章绪论 1 2 1基于g p s 数据的机动车出行行为调查 传统的机动车出行调查n 2 1 主要包括车辆牌照法( t h el i c e n s ep l a t e s u r v e y ) 、路边问卷调查法( t h er o a d s i d ei n t e r v i e ws u r v e y ) 这两种调查法。 前者的过程是：通过在关键点和兴趣点( k e yp o i n ta n di n t e r e s tp o i n t ) 上 设置观察点，记录下通过车辆的牌照和时间；调查结束后，集中各点的调查数 据，即可以得到各车辆的行驶路径和到达各点的时间。其缺点在于为了得到车 辆准确的行驶路径，要求关键点和兴趣点设置较密，甚至达到l 处路段，调查 成本极高；当车流密度较大或者行驶速度较快时，准确而且完整记录车辆牌照 困难。后者则是询问车辆驾驶员出发地点、目的地，出发时间以及行驶路径等； 缺点在于一方面要求拦住被调查车辆，影响了车辆的正常行驶，甚至可能引起 交通阻塞；一方面问卷回收率往往不高。无论是前者还是后者，都成本较高、 抽样样本有限，通常间隔若干年进行一次全面的调查，不能把握信息的动态变 化特征，无法对车辆的行驶过程进行监控。为了解决上述问题，有关研究机构 和研究人员采取了以g p s 来追踪被调查车辆的办法。最早最著名的实践之一是 1 9 9 6 年l e x i n g t o n n 3 1 所进行的交通大调查中，在2 1 6 辆私家车上安装了g p s 仪器并 进行了超过一个星期的定位数据的收集，并得到了超过3 0 0 0 次的出行数据； 0 1 i v e rj a ne ta l n 4 1 利用这次调查到的私家车出行的数据，证明了路径选择的 多样性。s w e d i s hi n t e l l i g e n ts p e e da d a p t a t i o n s ( i s a ) 2 0 0 3 年至2 0 0 4 年所 进行的持续研究中的一部分，是在近3 0 0 辆车上安装g p s 仪器，并持续了两年的 数据收集。g e o r g i a 技术研究院的h a i n a nl i 则在g e o r g i a 市区内1 3 个县的2 6 8 个 家庭的4 8 7 辆车辆上安装g p s 仪器，进行1 0 个月的数据的收集，并成功的采集到 超过6 0 0 ，0 0 0 条出行记录，用于对g e o r g i a 居民早上通勤的出行行为进行研究。 1 2 2 浮动车数据的研究和应用 m a r k u sf r i e d r i c h 四1 指出浮动车数据已经成为了对出行行为和交通需求进行 动态和连续监测的新的来源和手段。浮动车数据的应用和研究主要集中在以下 几个方面： 1 、实时交通信息 检测实时交通信息是浮动车数据的本能，也是浮动车数据区别于车辆调度以 及其他的g p s 定位的主要标志。这方面的研究主要集中在实时地图匹配算法、 行程车速的计算( 行程车速如何表达，数据如何融合等) 以及信息的发布等方 6 第1 章绪论 面。 2 、动态o d 矩阵 浮动车数据实现了对车辆的实时动态跟踪，因此可以得到的动态的浮动车辆 的出行o d 矩阵。结合定点监测到的流量数据，运用极大相似原则和数据挖掘等 研究方法，推导动态的o d 矩阵。 3 、路径选择行为研究 对浮动车在相同的o d 之间所选择的路径进行统计和研究，发展路径选择行 为理论。 1 3 研究目的及意义 1 3 1 研究对象 本节研究的对象是直接在路网上运行，占用道路资源的出租车，而不是出行 者。一般的出租车运行的研究都以乘客为主要的研究对象，统计乘客的日均出 租车出行次数，以乘客数据为权重来统计出租车出行距离等。而本文利用浮动 车数据，获取的是出租车出行的数据，不能判断出出租车所载乘客数，是以出 租车作为统计和分析的对象。 以出租车作为统计对象，得到的是出租车运行作为车辆的出行量，对道路资 源的消耗量，而非人的交通量，其与以乘客为统计对象有如下区别： 1 、研究目的不同 以乘客为统计对象是为了研究人的出行需求，是为了得到人的出租车出行率 等，研究的是交通的产生、吸引等；而以出租车为统计对象，则是为了研究出 租车的出行。 2 、研究内容不同 以乘客为统计对象的研究内容是人以出租车方式进行的所有出行的距离分 布、时间分布以及人以出租车方式出行的频率等；而以出租车为统计对象，则 研究出租车出行的距离分布、时间分布以及出租车出行的频率等。 3 、调查手段不同 以乘客为统计对象，一般通过家访问卷调查得到；而以出租车为统计对象， 那么被调查对象是出租车，通过在路网进行观察，i c 卡数据或者如本文的研究 利用浮动车数据得到。 7 第1 章绪论 1 3 2 研究意义 本文的研究意义一方面研究利用浮动车数据统计出租车交通的各项指标以 及需求特征，为城市交通规划以及出租车管理和制定相关政策等提供指导和依 据。目前，出租车数据的获得是同过人工调查和出租车i c 卡数据，人工调查耗 费大量的人力和财力，而i c 卡数据一方面只有行程时间和距离数据，另一方面 出租车运营公司处于自我保护的需要，往往不愿意提供自己的数据。利用浮动 车数据，不仅得到的样本量大，并且不会为获取这些信息和数据而增加大量成 本。 1 4 研究内容 论文主要研究了两部分的内容：一是出租车空驶运行和载客运行的差异，一 是出租车的出行特征。各章节安排如下： 第一章为绪论，介绍了论文的研究背景，先进的交通数据采集方式催生了本 论文研究的进行；论文研究的目的和意义。 第二章则简要地介绍了浮动车技术，介绍其定义、系统结构和主要功能，介 绍了其在美国、英国日本、德国以及我国的研究和应用；此外还介绍本论文数 据来源一深圳城市交通仿真系统，以及系统的浮动车数据格式和数据量等。 第三章介绍了浮动车数据算法。在对浮动车数据进行一系列的运算，得到路 段行程数据的算法，就是浮动车数据算法。算法由三个步骤组成，依次为数据 预处理、地图匹配和插值计算。第3 2 、3 3 和3 4 节将分别对三个步骤进行介绍。 第四章则进行出租车空驶和载客运行差异的研究。一直以来，对出租车空驶 和载客运行差异只有假设和猜想，本章则利用浮动车数据从行程车速和行驶路 径这两个方面进行了比较研究。 第五章则研究和分析了出租车出行特征。出租车出行是以出租车的出行车次 为单位，来研究出租车的载客出行的。载客状态下的出租车运行才成为出租车 出行。本章对出租车出行特征的研究分为出行需求和出行供给两部分进行的， 其中出行需求又分为出行次数、出行时距、出行空距和出行分布等四个方面， 而出行供给则分为满载率和空驶里程的空间分布这两个部分进行的。 第六章则为对全文的总结和归纳，总结了论文的研究内容，指出了论文研究 的不足之处，最后对内容的后继部分进行了展望。 8 第2 章浮动车技术 第2 章浮动车技术 2 1 浮动车技术介绍 驾驶车辆在路段上来回行驶，以记录车辆达到路段两端的时间，以及车辆超 越车辆数和被超越车辆数，以获得路段的车速、行程时间和流量参数等，这种 交通调查方式被称作浮动车调查，这就是浮动车最初的含义。随着g p s 、g i s 和 先进通讯技术的出现、发展和成熟，出现了车辆定位技术，并应用于出租车调 度、公交车调度和车辆自动导航等方面，后来研究人员利用这些方面的实时定 位数据用于获取动态的路网交通状态和参数，于是浮动车技术就开始出现并不 断发展和完善起来。 i t i s 对浮动车技术的定义是利用在路网上正常行驶的车辆以一定间隔向数 据中心发送定位数据，而数据中心则对数据进行收集、分析和处理，并得到实 时交通参数以及其他数据，为市民、专业机构和政府部门提供相应服务，而其 中的被传体的原始数据就是浮动车数据，一般包括经度、纬度、速度、方位角 和时间等字段；而作为载体进行调查的车辆则称为浮动车。图2 1 是其定义的结 构，由运行在室外道路上的探测车和室内的服务器端所构成。每辆探测车上装 有g p s 接收机，经简单的修正与运算后，将车辆的位置信息和速度信息实时地 传送至服务器端进行处理并储存。 9 第2 章浮动车技术 图2 1 i t i sh o u s e h o l d i n g 关于浮动车系统的结构 浮动车系统之所以得到各国家政府部门、研究机构和研究人员重视，并迅速 发展和推广，主要是因为其有别于传统固定检测方法的突出特点： a ) 覆盖面广，采集范围不再仅仅是点、线，而是面； b ) 投资省。浮动车系统通常结合调度和诱导系统建设，大大节省了投资： c ) 采集数据多样、准确。浮动车系统采集的路段平均车速、旅行时间对于 了解道路运行状况、分析拥堵原因、提供交通诱导服务等都是非常关键 的参数。 浮动车技术得到的成果用途广泛，表2 1 为i t i s y o 举的其主要的服务范围。 表2 1浮动车技术的服务范围【i t i s 】 市场 应用 政府部f - , n s l 构 拥挤检测一一如地方性的运输计划； 行程时间研究一如等时线等： 规划研究； 空气污染和环境问题研究； o d 矩阵； 物流和车队管理车辆调度 出行诱导和提示的服务提供路径预测和提示 l o 第2 章浮动车技术 商 研究和咨询机构拥挤监测： 行程时间研究； 规划研究； 空气污染研究； 运输研究； 地图提供商预测的行程时间 2 2 国内外研究与应用 在浮动车技术研究和应用方面，欧美国家以及日本走在前列，从上个世纪9 0 年份就先后启动一些项目，而我国则启动晚，本世纪初才陆续开始。本节主要 介绍国内外的这些应用。 2 2 1 美国 a d v a n c e 项目 该项目于1 9 9 1 年启动，于1 9 9 9 年发布作为项目已成熟标志的白皮书，由 i l l i n o i s ，i i 运输部、联邦公路管理局、美国汽车工业联合会、摩托罗拉公司、 i l l i n o i s 9 、i i 立大学运输研究所以及美国a r g o o n e 国家实验室联合完成，旨在于 7 8 0 平方公里的市域范围内建立一个路径诱导实验系统。该系统使用5 0 0 0 辆左右 的安装有g p s 设备的车辆进行实时路段旅行时间的收集。 f s p 项目 1 9 9 5 年，美国l o sa n g e l e s 郡都市交通运输局、c a l i f o r n i a 交通部和 c a l i f o r n i a 高速公路管理局共同开发了f s p 项目，该项目由1 4 4 辆装服务车辆覆 盖l o sa n g e l e s 郡3 9 3 英里长的高速公路，每一辆车上均装设有g p s 定位装置和移 动数据终端，并向频繁地向自动车辆定位系统传送数据，从而实时监测l o s a n g e l e s 君g 内高速公路的交通状况。 其他项目 佛罗里达州的i f l o r i d a 项目考察了浮动车在紧急事件发生时协助安全撤退 的有效性，以帮助该地区在飓风季节的减灾救灾活动。印第安纳州的z o o m 信息 系统是美国较有影响力的浮动车技术应用案例，除了印第安纳州交通部和联邦 高速公路管理局提供必要的支持外，福特公司，波音公司，以及普度大学都参 第2 章浮动车技术 与了z o o m 信息系统中r t t i i s ( r e a l t i m et r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r e i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 的开发和建设。 2 2 2英国 f v d 佃系统是由英国i t i sh o l d i n g s 公司开发的浮动车系统，该系统覆盖了英 国3 0 0 0 0 英里的城市道路长度，旨在为顾客提供实时路况数据、历史数据以及日 志数据服务，其具体业务包括： i t m c t m 该业务开始于2 0 0 2 年1 月，是向汽车制造商商业授权，将实时交通信息植入 i v s n ( 车内卫星导航系统) ，使卫星导航地图动态更新，反映实时路况，这样司 机能选择出最合理的路径行驶。 历史数据 系统每天生成2 5 0 万条各种数据记录。所有的这是历史数据都存放在一个超 大容量的名为c o n g e s t i o n i n d e xt m 的数据仓库中，该数据仓库目前数据已积累到 了5 亿条数据。 网络监测 t a g ( t r a f f i ca l e r tg e n e r a t o r ) 是面向车辆调度的服务，它通过判别出异 常延误，并以历史延误覆盖以得到真实延误，然后转换为相应格式提供给购买 服务的调度室。 电话服务 通过整合各交通部门、单位和机构收集的动态数据与浮动车数据，向电话咨 询者提供当地的道路拥挤情况。 网络服务 通过门户网站h t t p ：w w w g e t m e t h e r e c o u k 向公众提供实时路况，以及通 过路径规划算法建议出行路径等。 2 2 3 日本 上世纪8 0 年日本开始启用的a v i 系统被认为是日本最早的浮动车试验，该 系统为有限的道路路网提供了交通时间信息。继而从1 9 9 6 年开始大范围启用的 v i c s ( v e h i c l ei n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统覆盖了全日本 所有的高速公路，各级公路和主要城市道路，并大大推动了浮动车的进程。1 9 9 8 年开始在日本国土交通省和日本自动车研究所的推动下，启动了真正意义上的 1 2 第2 章浮动车技术 浮动车项目利用正在行驶的出租车，运货车，公交车，以及私人小汽车来 观测交通状况。另外，移动电话( c e l l u l a rp h o n e ) ，小灵通( p h a ) 和便携式个人 数字助手( p d a ) 也成为一种可能的动态交通观测工具得到广泛的关注和可行性 研究。 日本大力推动浮动车的实验和商业开发已经至少有1 0 年的历史了，在出租 车和私人小汽车的浮动车试验方面积累了充实的经验，其活力和巨大影响得到 了世界范围的公认( b i s h o p ，2 0 0 5 ) 。i n t e r n e ti t s 协议会是主要推动者和参与 者，这个协会包含了政府机构，大学和研究所等科研机构，汽车制造商，移动 通信商，以及一些咨询公司等等，其中庆音义塾大学成为核心组织和协调者。 从2 0 0 0 年到2 0 0 1 年，日本国土交通省和i n t e r n e ti t s 协议会组织并推动完成 了在东京和横滨的大规模浮动车试验( 3 0 0 辆浮动车) ，并计划在名古屋开展一 次规模更大的实验，成立了以名古屋大学森川高行教授为代表的专门的协调， 推动和管理机构p - d r g s ( 浮动车一b a s e dd y n a m i cr o u t eg u i d a n c es y s t e m ) 协议 会，该项目于2 0 0 2 年正式展开。 此外，在日本各主要都市都展开了不同规模和不同车辆种类的浮动车信息 采集试验，例如：京都市以公交车为主的浮动车信息采集试验和路段服务水平 的评价，广岛市利用浮动车成功的采集到驾驶员行为和交通安全信息，横滨市 2 0 0 4 年的公交车浮动车试验，等等。 2 2 4德国 德国宇航中心以出租车作为载体，在德国各大中城市展开了浮动车项目的开 发和研究，在全国一共有2 3 2 0 辆的浮动车，各城市数量及占该城市出租车的比 例见表2 2 。 表2 2德国各城市浮动车数量 城市 数量( 辆)比例 柏林 3 0 05 纽伦堡5 0 09 5 维也纳 6 0 01 2 慕尼黑2 2 06 斯图加特 7 0 09 5 第2 章浮动车技术 2 2 5我国 北京 北京市更新的出租车均配备了g p s 定位装置，并有多家出租车公司建立了调 度系统，项目利用现有的调度系统数据，建立了集浮动车实时处理和历史应用 分析功能于一体的浮动车交通信息采集示范系统。用于实时路况显示、路网运 行评价、拥堵评价、出租车运行分析等方面，为交通决策、管理和交通信息服 务提供有力的数据支持。目前，参与计算的出租车在8 0 0 0 辆左右，约占其全市 出租车总量1 2 ，占机动车总数的2 8 。每辆车大约每分钟上传一个g p s 点数 据，每天接收到的数据量约9 0 0 万条。n 浮动车数据对于五环内( 含五环) 次 干路以上路网的覆盖率达到9 0 以上。此外，利用浮动车数据生成交通事件信息， 自主研发了基于r d s t m c 、g p r s - t m c 的交通信息发布实验系统 此外我国还有广州和宁波等城市建立了浮动车系统，而本文研究所依托的深 圳城市交通仿真系统则在下一节进行介绍。 2 3 深圳城市交通仿真系统 2 3 1系统简介 深圳城市交通仿真系统( s h e n z h e nu r b a nt r a n s p o r ts i m u l a t i o ns y s t e m ， 简称s u t s s ) 是由同济大学交通运输工程学院、上海宝信软件公司以及深圳交通 中心智能交通所共同研发，作为深圳市智能交通系统的重要组成部分和启动工 程( 注：2 0 0 4 年深圳市政府投资计划项目，深发改 2 0 0 4 4 8 1 号) ，目的在于 形成城市交通仿真与公用信息平台一体化的结构，有效地提高深圳市城市交通 设施的规划建设与管理水平，提高城市道路交通预测能力，实时发布动态交通 信息，使车辆驾驶员和出行者了解当前道路交通情况，避开拥堵路段，缓解道 路交通拥挤状况；与此同时，定期( 主要指月报、年报) 发布交通报告，为政 府部门决策提供技术支持。该系统同时与规划局、交通局、交警局、城管局等 相关系统互联互通，实现信息资源的共享。s u t s s 利用计算机对深圳市城市道路 交通系统的结构、功能、行为以及交通参与者的行为特征和选择过程进行较为 真实的模拟仿真，采用计算机数字和图像模型再现复杂的道路交通现象，揭示 交通流状态变量随时间与空间变化的分布规律及其与交通控制变量间的关系， 使之成为城市交通参数分析和交通控制优化的有效手段；服务于深圳市城市交 1 4 第2 章浮动车技术 通规划、交通设施建设、交通事故预防、交通管理与控制等方面的具体实践。 本系统采集深圳市城市路网主要路段的交通数据，接收出租车运行单位的f c d 数据，结合来自交警局的道路交通状况数据，向市政府及有关职能部门提供交 通综合信息服务和交通决策支持，向交通规划设计单位提供智能交通仿真支持， 向交通出行者及公众提供实时交通信息服务( 图2 3 为其实时路况信息发布界 面) 。 一 磁凌织 辚、 绷殇 甏缸( i p s i 轵弘摩 图2 2深圳交通信息浮动采集系统结构框图 系统分为交通信息采集平台、公用信息平台、交通仿真平台和信息发布平 台等四个平台，其中交通信息采集平台建立了浮动车数据采集系统。可以作为 浮动车的车种有公交车、特种车、出租车以及私家车等，而该选择浮动车数据 采集系统选择出租车作为浮动车，主要是考虑到有以下优势： a ) 沉没成本比重大 沉没成本是管理会计中的一个术语，是一种历史成本，是指已经发生的或 是已经承诺无法回收的那部分成本。不论决策与否，沉没成本已经发生。一般 说来，城市出租车都是使用g p s 进行动态跟踪和调度，已经配备设备和支付通信 成本，选择出租车作为浮动车不再需要再支付这些费用，因此是沉没成本，经 济合理。 b ) 使用率高 出租车使用率高，日行驶距离和时间是私家小汽车的数倍。经计算，1 2 月3 日，深圳出租车的平均行驶里程为4 7 0 公里。如此高的使用率，能保证尽可能多 的产生浮动车数据。 c ) 覆盖率高 出租车行驶路线不固定，载客时行驶线路由乘客的需求决定，由于乘客的起 第2 章浮动车技术 讫点遍布城市，因此能保证较高的覆盖率。 图2 3深圳实时路况信恩发布 2 3 2浮动车数据 1 、格式 该系统浮动车数据格式如表2 3 所示，其中字段日期和时间分别为数据生成 时刻的日期和时间；字段公司代号则是该出租车所隶属的出租车公司的代号； 字段车辆i d 为该出租车受调度系统调度进行联系的车内嵌手机号码；字段经度 和纬度则是数据生成时刻的卫星定位车辆所对应的位置；字段速度为反映了该 时刻的车辆即时车速；字段方位角则是车辆该时刻的行驶方向，其中正北方为 1 6 ，而取值为0 时，则为未能测得方位角；字段运行状态为0 ，则车辆为空驶， 否则为载客，值为l 。 表2 3深圳浮动车数据格式 字段类型 说明 日期文本型其格式为”y y y y m m d d ”( 年，四位数；月，两位数；日，两 位数) ； 时间文本型其格式为”h h n n s s ”( 时，2 4 小时制，两位数；分，两位数； 秒，两位数) ； 公司代号 文本型1 个长度，表示属于哪个出租车公司，如“h ”为新星远； 车辆i d文本型为车载手机号码，唯一标识每一辆车，长度为1 1 位； 1 6 第2 章浮动车技术 经度双精度小数点后取6 位； 型 纬度双精度小数点后取6 位； 型 速度整数型为车辆发送数据时车载仪表盘所显示的速度； 方位角整数型发送数据时的车辆的大致方位，如新星远的方位角取o 一1 6 之间的整数； 运行状态0 或l0 表示车辆载客，1 表示车辆未载客； 定位状态0 或l0 表示由三颗及以上卫星定位，l 表示定位卫星少于，定位数 据不可靠： 2 、数据量 浮动车数据每日的数据量是该日各出勤的浮动车所发送的浮动车数据量之 和，是由出勤浮动车数和浮动车数据采样间隔共同决定的。出勤浮动车是指向 数据服务器发送数据的出租车。浮动车数据采样间隔是指同一浮动车连续向数 据服务器发送数据的时间间隔。出勤浮动车数越多，该日的浮动车数据量就越 大，浮动车数据采样间隔越小，各浮动车发送的数据就越多，从而该日的数据 量也就越大。 1 ) 出勤浮动车数 本文研究采用系统中所利用的一部分浮动车数据深圳某出租车公司所 属出租车作为浮动车所发送的数据。1 2 月3 日至1 2 月9 日一周内每天该部分浮动 车数据所反映的出租车车辆数如表2 4 ，以1 2 月3 日的车辆数作为标准数，那么 其它各日的波动率( 各日发送数据的车辆数与1 2 月3 日发送数据车辆数的比值) 均大于9 9 。对车辆编号进行对比，该周共出现1 3 9 4 辆车辆，其中按天数统计发 送数据的车辆数( 见表2 5 ) 为1 3 5 7 辆，占9 7 3 5 ，这说明该出租车公司被选取 为浮动车的出租车出勤率( 浮动车中出勤车辆占所有浮动车辆的比重) 高而且 稳定。截至2 0 0 6 年1 2 月底，深圳市出租车辆总数为1 2 3 0 5 辆，因此该公司所属浮 动车占深圳全部出租车辆的比例为： 1 7 第2 章浮动车技术 旦丝：11 3 3 1 2 3 0 5 表2 41 2 月3 日至1 2 月7 日浮动车数据车辆数 日期1 2 月3 日1 2 月4 日1 2 月5 日 1 2 月6 日 1 2 月7 日1 2 月8 日 1 2 月9 口 发送数据 车辆数 1 3 8 01 3 7 71 3 7 41 3 7 51 3 7 81 3 7 61 3 7 5 波动率 1 0 0 0 0 9 9 7 8 9 9 5 7 9 9 6 4 9 9 8 6 9 9 7 l 9 9 6 4 表2 5该周内发送数据天数为1 7 天的车辆 天数车辆数 13 2 7 37 48 56 6 6 71 3 5 7 合计1 3 9 4 2 ) 浮动车数据时间间隔 系统同一浮动车连续发送两数据间隔在1 分钟左右，当该值平均为1 分钟时， 该浮动车一天发送数据数为1 4 4 0 条。图2 4 为该周各日接收到的各浮动车数据量 频率累计曲线，从图中可以看出，仅低于1 0 的浮动车日接收数据量少于1 0 0 0 条。 1 8 第2 章浮动车技术 图2 4各日浮动车接受数据量频率累计 3 ) 数据量 通过将各日各出勤浮动车所发送的浮动车量累加，得到各日的浮动车数据 量，见表2 6 ，单位为条。 表2 6 各日浮动车数据量 日期1 2 月3 日1 2 月4 日1 2 月5 日1 2 月6 日1 2 月7 日1 2 月8 日 1 2 月9 日 数据量1 7 6 8 2 4 91 7 0 5 9 9 21 7 5 7 7 7 51 7 2 4 2 3 11 7 1 7 1 0 6 1 7 7 2 7 4 3 1 7 8 3 9 8 6 图2 5各日浮动车数据 1 9 第3 章浮动车数据算法 第3 章浮动车数据算法 第2 章对浮动车数据进行了介绍，而本章则是介绍将浮动车数据转化为行程 数据的算法。 3 1 算法概述 本文先在此引入浮动点和路段行程数据的概念，浮动点是指浮动车数据坐标 所对应在路网上的位置以及在位置的时间，而路段行程数据就是同一浮动车连 续两浮动点之间占用所经过的各个路段的时间和里程，其数据格式见表2 1 。 在对浮动车数据进行一系列的运算，得到路段行程数据的算法，就是浮动车 数据算法。算法由三个步骤组成，依次为数据预处理、地图匹配和插值计算。 第3 2 、3 3 和3 4 节将分别对三个步骤进行介绍。 网匝一匦圃一( 圃 图3 1浮动车数据算法框架 表3 1 路段行程数据格式 字段类型说明 c a ri d s t i n g 同表2 3 截至到上一浮动车点时，当日接收到的该浮动车累计数据 l a s t f c d _ i d l o n g i n t数 截至到下一浮动车点时，当日接收到的该浮动车累计数据 c u r r e n t f c d l i dl o n g i n t数 l i n kn 0 l o n g i n t 该浮动车所行经的第几个路段 o p e r a t e _ s t a t e i n t 0 表示为空驶，1 表示为载客 l i n k i d l o n g i n t 路段的编号 f r o m n o d el o n g i n t 该路段行驶方向的起始节点编号 t on