基于多線路前車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于城市智能公共交通信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)公交到站時(shí) 間預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)展城市公共交通是緩解城市交通擁堵、改善人居環(huán)境最有效的手段之一。通過 向乘客提供實(shí)時(shí)的公交到站信息，可以滿足乘客個(gè)性化的出行需求，減少乘客不必要的等 車時(shí)間，使乘客更加合理的安排出行，從而提升公交出行的吸引力。由于城市道路交通環(huán)境 具有復(fù)雜多變的特征，因此如何提高公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性一直以來都 是一個(gè)難點(diǎn)。
[0003] 目前已有的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法主要以公交GPS數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源，利用 歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到預(yù)測(cè)模型，再結(jié)合實(shí)時(shí)車輛運(yùn)行信息對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。公開號(hào)為 CN104217605A的中國(guó)發(fā)明專利"一種公交車到站時(shí)間測(cè)算方法和裝置"中，將公交車的運(yùn)行 過程劃分為多個(gè)部分，針對(duì)不同的部分訓(xùn)練出不同的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由于需要對(duì)大量 的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練才能達(dá)到一定的精度要求，因此難以保證預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性。
[0004] 根據(jù)公交車的GPS數(shù)據(jù)，可以獲取車輛在不同站點(diǎn)之間的行程時(shí)間，判斷對(duì)應(yīng)路 段的路況。現(xiàn)有方法多側(cè)重于單條公交線路的信息，由于公交車的發(fā)車存在間隔，并且發(fā)車 間隔不一，同時(shí)受到公交運(yùn)力等多種因素的限制，可能出現(xiàn)兩個(gè)站點(diǎn)之間在相對(duì)長(zhǎng)的一段 時(shí)間內(nèi)沒有該線路公交車經(jīng)過的情形，城市道路交通環(huán)境的干擾較多，因此，單條公交線路 GPS數(shù)據(jù)所提供的信息有限，不足以反映出道路的實(shí)時(shí)交通狀況，進(jìn)而影響了公交到站時(shí)間 的預(yù)測(cè)精度。
[0005] 對(duì)于某線路相鄰兩個(gè)站點(diǎn)間的路段，往往會(huì)有其他線路的公交車經(jīng)過，彼此之間 具有較強(qiáng)的參考作用。公開號(hào)為CN103828868A的中國(guó)專利"一種基于多公交線路運(yùn)行數(shù) 據(jù)融合的城市公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法"中利用了通過相鄰兩個(gè)站點(diǎn)的所有公交線路的運(yùn)行 數(shù)據(jù)；論文"基于前車數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)公交車輛到站時(shí)間預(yù)測(cè)模型研究"在計(jì)算待預(yù)測(cè)車輛相鄰 兩個(gè)站點(diǎn)間的行程時(shí)間時(shí)，考慮了距離當(dāng)前時(shí)刻最近一次通過該相鄰兩個(gè)站點(diǎn)的車輛（前 車）的運(yùn)行數(shù)據(jù)。上述專利和論文中，都利用了多條線路數(shù)據(jù)融合來進(jìn)行預(yù)測(cè)，一定程度上 提高了預(yù)測(cè)精度，但均只考慮了與待預(yù)測(cè)線路相鄰兩個(gè)站點(diǎn)完全重合的線路運(yùn)行數(shù)據(jù)，忽 略了部分重合的線路運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)待預(yù)測(cè)線路的參考作用。然而，在城市路網(wǎng)環(huán)境中，信號(hào)交 叉口將相鄰兩個(gè)站點(diǎn)劃分為多個(gè)路段，信號(hào)交叉口不僅上下游路況存在差異，車輛直行、左 轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的下游路段路況也不盡相同。相鄰兩個(gè)站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)路段的不同部分的路況差 異性也將影響最終公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)的精度。因此，與待預(yù)測(cè)線路相鄰兩個(gè)站點(diǎn)部分重合 的線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)也具有一定參考作用。
[0006] 因此，需要綜合考慮與待預(yù)測(cè)線路相鄰兩個(gè)站點(diǎn)完全重合和部分重合的多線路前 車運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立一種既能滿足實(shí)時(shí)性應(yīng)用需求又具有較高精度的公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方 法，從而提高到站信息的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多線路前車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)公交到站 時(shí)間預(yù)測(cè)方法，既能滿足實(shí)時(shí)性應(yīng)用需求又具有較高精度。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0009] 基于多線路前車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0010] 1)根據(jù)公交車的行駛方向和交叉口，將公交線路劃分為子路段；
[0011] 2)獲取所有經(jīng)過子路段I1^的公交線路信息，建立子路段與公交線路的對(duì)應(yīng)關(guān) 系；
[0012] 3)根據(jù)實(shí)時(shí)的公交GPS數(shù)據(jù)，計(jì)算集合Line1^中的公交線路的車輛通過子路段 I li j的行程時(shí)間
[0013] 4)利用前車運(yùn)行數(shù)據(jù)估計(jì)待預(yù)測(cè)線路公交車在子路段Iu上的行程時(shí)間；
[0014] 5)預(yù)測(cè)公交車到站時(shí)間。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，對(duì)于相鄰兩個(gè)?？空军c(diǎn)之間包含道路交叉口的路段L1，以 交叉口 Sli,為分割節(jié)點(diǎn)，將其進(jìn)一步劃分為更短的子路段1 所述子路段I1^包括?？空?點(diǎn)到交叉口之間的路段、相鄰兩個(gè)交叉口之間的路段以及交叉口到?？空军c(diǎn)之間的路段； 對(duì)于不含交叉口的路段L1，則其子路段為路段L1自身。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟2)中，令包括待預(yù)測(cè)公交線路在內(nèi)經(jīng)過子路段I1^的公交線路 共有η (η多1)條，則每個(gè)子路段對(duì)應(yīng)一個(gè)公交線路集合Line1^
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟3)中，
[0018] 令路段L1上的路段分割點(diǎn)構(gòu)成集合S {s u I j = 1，2···};
[0019] 對(duì)于站點(diǎn)i到交叉口 Slil之間的子路段，記錄車輛k到達(dá)站點(diǎn)i的時(shí)刻T 及交叉口 Slil的時(shí)刻T u，則車輛k在子路段Ilil的行程時(shí)間t lilik= T U-Tamreil;
[0020] 對(duì)于交叉口 S1Jj彡1)與交叉口 Sl，]+1之間的子路段，分別記錄車輛到達(dá)兩個(gè)交叉 口的時(shí)刻T1, j (j彡1)以及T1, j+1，車輛在路段I1, j+1上的行程時(shí)間11 j+1,k= T h 」(j彡1);
[0021] 對(duì)于交叉口 S1Jj彡I)與站點(diǎn)i+1之間的子路段，則分別記錄車輛到達(dá)交叉口 S1, j (j彡1)以及站點(diǎn)i+Ι的時(shí)刻T1, j (j彡1)和TalT1TC,1+1，車輛在路段I1, j+1的行程時(shí)間t li j+1,k =Tarriveil^-T1,.,(j ^ D ;
[0022] 在子路段為路段L1自身的情況下，分別記錄車輛k到達(dá)站點(diǎn)i和站點(diǎn)i+1的時(shí)刻 T arrive, i、Tarrive, i+1，計(jì)算得到車輛 k 在路段 Li上的行程時(shí)間 t Ik= T ^riveiP1-Tarriveii 〇
[0023] 進(jìn)一步，所述步驟4)中，選取最近一個(gè)時(shí)間段內(nèi)公交車在子路段I1^上的行程時(shí) 間信息，令該段時(shí)間內(nèi)包括本線路車輛在內(nèi)共有m輛公交車經(jīng)過子路段I li j，按照車輛經(jīng)過 的先后順序形成集合Itli u，t^2，…，tuJ，則待預(yù)測(cè)線路公交車在子路段Ili,上的期望行 程時(shí)間可以通過下式計(jì)算得到：
[0024]
[0025] 進(jìn)一步，根據(jù)實(shí)時(shí)的公交車GPS數(shù)據(jù)判斷公交車目前所處的位置，令當(dāng)前時(shí)刻為 T_，公交車到達(dá)下游站點(diǎn)的時(shí)刻為：
[0026]
[0027] 其中，每+#為預(yù)測(cè)的公交車到達(dá)站點(diǎn)i+n的時(shí)間，i為公交車當(dāng)前所在站點(diǎn)編 號(hào)，N為下游待預(yù)測(cè)站點(diǎn)數(shù)，N彡1，為待預(yù)測(cè)公交車在相鄰兩個(gè)站點(diǎn)i+n-1 與i+n之間的期望行程時(shí)間；
[0028] 當(dāng)η = 1時(shí)，，(/十"-丨,/十"）的計(jì)算方式如下：
[0029]
[0030] 其中，ξ#為公交車在路段L1的子路段U,上的期望行程時(shí)間，d ^,為子路段Iu 的長(zhǎng)度，d_為根據(jù)實(shí)時(shí)公交GPS數(shù)據(jù)計(jì)算得到的公交車當(dāng)前所在位置與子路段I u起點(diǎn)的 距離，0 < d < j為車輛所在子路段序號(hào)，j+r為后續(xù)子路段序號(hào)。
[0031] 當(dāng)η彡2時(shí)，即下游待預(yù)測(cè)站點(diǎn)數(shù)N彡2, ￡(? + ? -Μ+??)的計(jì)算方式如下：
[0032]
[0033] 其中，Lu為公交車在路段L1+n啲子路段I 1+n ^上的期望行程時(shí)間，j為子路 段序號(hào)。
[0034] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)公交到站時(shí)間的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。 其特點(diǎn)在于考慮了不同運(yùn)行區(qū)段具有不同的道路交通環(huán)境特征，對(duì)公交線路路段進(jìn)行了更 加精細(xì)化的劃分，有利于提高預(yù)測(cè)精度。同時(shí)，考慮相繼通過同一路段的公交車在行程時(shí)間 上存在較強(qiáng)的相關(guān)性，前車運(yùn)行數(shù)據(jù)可以充分反映實(shí)時(shí)路況，在多條公交線路前車運(yùn)行數(shù) 據(jù)的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)公交到站時(shí)間，具有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0035] 圖1示出了基于多線路前車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法的流程示意 圖；
[0036] 圖2示出了子路段劃分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方 式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0038] 參見圖1，本實(shí)施例的基于多線路前車運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)公交到站時(shí)間預(yù)測(cè)方法，包 括將待預(yù)測(cè)公交線路劃分為多個(gè)行駛路段、建立路段與公交線路的對(duì)應(yīng)關(guān)系、計(jì)算車輛在 不同路段上的行程時(shí)間、估計(jì)待預(yù)測(cè)車輛在不同路段上的行程時(shí)間、預(yù)測(cè)公交車到達(dá)下游 站點(diǎn)的時(shí)間五個(gè)步驟。具體如下：
[0039] 1)根據(jù)公交車的行駛方向和交叉口，將公交線路劃分為不同的子路段。公交車具 有定線行駛定點(diǎn)停車的特點(diǎn)，對(duì)待預(yù)測(cè)公交線路路段的劃分如圖2所示。
[0040] 首先按照線路停靠站點(diǎn)位置對(duì)線路進(jìn)行劃分，站點(diǎn)1和站點(diǎn)2之間的路段劃分為 路段L1，站點(diǎn)2和站點(diǎn)3之間的路段劃分為L(zhǎng) 2，以此類推。由于道路交叉口對(duì)道路交通運(yùn) 行環(huán)境有重要影響，因此針對(duì)相鄰兩個(gè)?？空军c(diǎn)之間包含道路交叉口的路段L 1，以交叉口 Sli,為分割節(jié)點(diǎn)，將其進(jìn)一步劃分為更短的子路段U ,，包括停靠站點(diǎn)到交叉口之間的路段、 相鄰兩個(gè)交叉口之間的路段以及交叉口到?？空军c(diǎn)之間的路段，分別作為路段1^的組成部 分，如圖2中路段L 1*子路段I u，lli2, Ili3…組成。對(duì)于不含交叉口的路段L1，則其子路段 的數(shù)量為1，并且子路段U:為路段L i自身。
[0041] 2)獲取所有經(jīng)過子路段I1^的公交線路信息，建立子路段與公交線路的對(duì)應(yīng)關(guān) 系。經(jīng)過子路段Iu的其他公交線路與待預(yù)測(cè)公交線路具有并線行駛的關(guān)系，假設(shè)包括待 預(yù)測(cè)公交線路在內(nèi)共有n(n多1)條線路的公交車經(jīng)過該子路段，則可以得