北京市交通信息中心副主任 杜勇教授級(jí)高工

1.大數(shù)據(jù)背景下的北京公交

最近幾年，北京的地面公交客運(yùn)量在逐年下滑，而且下滑的幅度達(dá)到了10%以上。這其中包含了很多原因，其中主要的原因在于北京軌道交通大規(guī)模的發(fā)展。2014-2017年間，北京新開通了七條地鐵線，總里程約100公里。到2020年北京地鐵的運(yùn)營里程將會(huì)達(dá)到1000公里。另一方面，近幾年互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)入使交通行業(yè)產(chǎn)生的新業(yè)態(tài)，這對地面公交也造成了一定的沖擊。

圖1公交線路情況

圖2站點(diǎn)影響情況

上圖是2008-2017年間的公交和地鐵的日均客運(yùn)量，其中藍(lán)色代表地面公交，橙色代表軌道交通，從2014年開始，地面公交的客運(yùn)量逐年下降，而軌道逐年提升。到2015年9月份，軌道交通每天客運(yùn)量已經(jīng)超過了地面公交。對于典型的公交站點(diǎn)，軌道交通的開通使地鐵站點(diǎn)周邊的公交站點(diǎn)的客運(yùn)量急劇下降。

圖3 2016-2017年4-6月重點(diǎn)接駁站公交客流下降趨勢

對于近兩年興起的共享單車，這種出行方式和公交、地鐵相比有很大區(qū)別。公交、地鐵是中長距離的運(yùn)輸，單車出行主要以短途為主。我們認(rèn)為總體上共享單車、公交、地鐵是一種互補(bǔ)關(guān)系。通過分析2016-2017年的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)在共享單車投放比較集中的公交站點(diǎn)，站點(diǎn)的客運(yùn)量也受到了影響。平均客運(yùn)量下降了30%，更有甚者達(dá)到50%，所以共享單車對地面公交的局部客運(yùn)量還是會(huì)產(chǎn)生一些影響。

實(shí)際在這種情況下,地面公交運(yùn)營企業(yè)感受到?jīng)_擊和壓力.因?yàn)榭瓦\(yùn)量對運(yùn)營企業(yè)來說是生命線。所以傳統(tǒng)的企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力，但是大數(shù)據(jù)為傳統(tǒng)行業(yè)的管理方式變革帶來了機(jī)遇。

以北京市為例，對于公交方面的數(shù)據(jù)，我們擁有包括4萬多個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。同時(shí)每天會(huì)產(chǎn)生大概10億條的車輛定位數(shù)據(jù)，以及1000萬條乘客刷卡的數(shù)據(jù)，還有基于手機(jī)的數(shù)據(jù)。這些都是很寶貴的數(shù)據(jù)資源。在這個(gè)背景下，通過大數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)，公交技術(shù)的創(chuàng)新，可以的提高企業(yè)的效益、管理的效率，以及面向乘客的服務(wù)水平。

2.我們的探索與實(shí)踐

2009年之前，我們基于出租車的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)路況，主要還是面向機(jī)動(dòng)車駕駛者服務(wù)。從2010年開始，我們在前期工作的基礎(chǔ)上，依托了國家的“863計(jì)劃”課題，還有北京市科委的科研課題，啟動(dòng)了面向公共交通數(shù)據(jù)的研究。

到2013年的時(shí)候，北京公交做了一款A(yù)PP，它可以查公交的到站時(shí)間和到站距離。2014年我們在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域進(jìn)行拓展，除了向社會(huì)提供出行服務(wù)之外，還有公交企業(yè)運(yùn)營管理。到今年為止，我們初步形成了技術(shù)體系，而且這個(gè)成果獲得了北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，以及中國智能交通協(xié)會(huì)的科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

在公交的大數(shù)據(jù)處理方面，我們的工作主要包括三個(gè)方面，分別是基礎(chǔ)、支撐和應(yīng)用。在基礎(chǔ)方面我們進(jìn)行了精細(xì)化數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，這個(gè)工作往往會(huì)被大家忽略，人們往往會(huì)關(guān)注模型、算法。在支撐層面我們實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化計(jì)算公交的特征。在應(yīng)用層面我們實(shí)現(xiàn)智慧公交的決策服務(wù)，包括提供出行服務(wù)，運(yùn)營管理的服務(wù)，甚至政府的決策服務(wù)。通過以上實(shí)踐，我們認(rèn)為要把東西做到實(shí)處，讓它好用、實(shí)用，還要圍繞著實(shí)際的需求，而不是純理論的研究。下面將簡要闡述這三方面工作。

在數(shù)據(jù)匯聚和處理方面，目前我們梳理了北京公交的數(shù)據(jù)集，包括15大類，積累的數(shù)據(jù)大概1000億條，這些數(shù)據(jù)里面既包括線路、站點(diǎn)、車輛等靜態(tài)數(shù)據(jù)，也包括衛(wèi)星定位還有刷卡記錄等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，另外還有很多與地圖相關(guān)的數(shù)據(jù)。到目前為止，這些數(shù)據(jù)實(shí)際上已經(jīng)明確了數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)、存儲(chǔ)的規(guī)格還有動(dòng)態(tài)預(yù)處理流程，基本形成了數(shù)據(jù)預(yù)處理體系。

在公交的特征計(jì)算方面，主要包括客流計(jì)算，和公交運(yùn)行速度計(jì)算。在客流計(jì)算方面，我們發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存在不可避免的問題，包括刷卡記錄所反映的站需和實(shí)際不匹配的問題，以及乘客刷卡時(shí)間上有提前或延后的問題。另外還有駕駛員報(bào)站和實(shí)際到站不同步的問題等等。針對這些問題，我們形成了基于關(guān)鍵數(shù)據(jù)鏈客流的計(jì)算方法。

圖4基于多層次目標(biāo)關(guān)聯(lián)的公交運(yùn)營優(yōu)化調(diào)度方法

在速度計(jì)算方面，我們面臨很多的問題，包括公交車輛衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)樣本分布不全，缺失，以及公交車紅綠燈的等待帶來的誤差。這種情況下，我們也形成了一套精準(zhǔn)的計(jì)算公交車的運(yùn)行速度方法。通過這些技術(shù)的突破，我們每天能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的掌握北京市的大概900多條的公交線路，還有4萬多個(gè)站點(diǎn)動(dòng)態(tài)的客運(yùn)量。在運(yùn)行速度方面北京市全部運(yùn)行路網(wǎng)的速度以及公交車輛的速度可以實(shí)時(shí)提取，精度達(dá)到一分鐘。

在應(yīng)用層面我們做了這么幾方面的工作：支持公交更智能化的調(diào)度，基于多層次目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度方法。所謂的多層次目標(biāo)我們主要是以客運(yùn)量最大、運(yùn)行時(shí)間最短，以及車輛滿載率適中為主要目標(biāo)。同時(shí)要兼顧司乘人員的勞動(dòng)時(shí)常，還有廠站的物理?xiàng)l件等等，從而推導(dǎo)得出能為線路提供優(yōu)化的排班調(diào)度計(jì)劃以及最優(yōu)的配車數(shù)。

圖5 西南三環(huán)某條智慧公交新線規(guī)劃

北京公交運(yùn)營方面對上述技術(shù)做了較好的應(yīng)用示范。首先在客運(yùn)量上，去年9月份開通的線路，隨著配車數(shù)的增加，每個(gè)月平均每天的客運(yùn)量有一個(gè)提升。但優(yōu)化前每天平均客運(yùn)量約為5000人次，在優(yōu)化完調(diào)度時(shí)刻表以后，整體客運(yùn)量提升了20%左右，另外司乘人員的勞動(dòng)時(shí)間也是平均減少了20分鐘。最后在滿足線路要求的前提下，實(shí)際的配車數(shù)比計(jì)劃配車出減少了6輛。在公交線網(wǎng)規(guī)劃方面，當(dāng)公交線路新增調(diào)整或者延長時(shí)候，我們會(huì)進(jìn)行精確化客運(yùn)量的預(yù)測，例如首末站和中途站的設(shè)置。對于北京公交新開通的一個(gè)線路，左圖是最開始的方案，線路比較長，站點(diǎn)比較多，和軌道交通接駁的四個(gè)站點(diǎn)，傳統(tǒng)認(rèn)為這樣客運(yùn)量應(yīng)該是比較大。預(yù)測結(jié)果約為每天3500人次。基于我們的方法對其稍微調(diào)整，線路與站點(diǎn)也減少了，和地鐵接駁點(diǎn)由原來的四個(gè)變成了兩個(gè)。運(yùn)輸效率明顯提高。公交的安全管理方面，我們所做的探索主要是采用計(jì)算機(jī)圖象識(shí)別處理，計(jì)算車上乘客的數(shù)量、排隊(duì)等候的數(shù)量，針對駕駛員疲勞駕駛行為進(jìn)行預(yù)判。而且，基于數(shù)據(jù)我們也提出了地面公交運(yùn)營的評(píng)價(jià)體系，這個(gè)主要給公交企業(yè)提供量化的、客觀的、數(shù)字化指標(biāo)，讓他們了解整個(gè)運(yùn)營的實(shí)際情況是什么。在對社會(huì)的信息服務(wù)方面，我們推出了公交車輛到站時(shí)間、到站距離查詢服務(wù)。2013年推出的時(shí)候僅包含了78條線路，現(xiàn)在到目前為止已經(jīng)達(dá)到800多條，北京公交線路覆蓋率達(dá)到了99%。最近，我們將和一些全國性的定植公交的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)合作，依據(jù)我們線路規(guī)劃的方法，選取出一些線路來，讓他們進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)營。

圖6公交安全運(yùn)營管理應(yīng)用

3.未來發(fā)展展望

最后我們認(rèn)為大數(shù)據(jù)技術(shù)和公交未來的發(fā)展最后，大數(shù)據(jù)技術(shù)和公交未來的發(fā)展，還有很多事情可以去做：

第一，我們應(yīng)該以我們乘客的實(shí)際需求，多樣化的需求作為導(dǎo)向，以大數(shù)據(jù)作為支撐，從而改變現(xiàn)有單一的公交運(yùn)營模式，能夠向社會(huì)、乘客提供多元化、主動(dòng)的服務(wù)模式。比如說在傳統(tǒng)運(yùn)營的線路基礎(chǔ)上，提供接駁專線、高鐵快巴、微循環(huán)小巴等等。

第二，我們可以對社會(huì)提供更好的服務(wù)，包括現(xiàn)有的公交到達(dá)預(yù)測，車上擁擠程度預(yù)測，讓大家有一個(gè)更便捷、舒適的出行體驗(yàn)。

另外現(xiàn)在國家、地方政府特別重視節(jié)能減排，運(yùn)營車輛也在更新車純電動(dòng)車。這個(gè)方面我覺得還有很多工作需要進(jìn)行，包括純電動(dòng)車輛換電站布局、規(guī)劃等等問題。

希望傳統(tǒng)公交行業(yè)有更好的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提質(zhì)增效。

(新媒體責(zé)編：wb001)