客流采集分析与公众出行信息服务技术探究

【摘要】本文以南京智能公共交通系统运营关键技术研究报告中的“客流采集分析与公众出行信息服务技术研究”为依据，对研究内容方面的一些内容进行了论述。

【关键词】南京智能公共交通系统；运营关键技术；客流采集分析；公众出行信息服务技术

【中图分类号】U491.17 【文献标识码】B 【文章编号】1672-5158（2013）01―0441―03

1.客流采集分析与出行信息服务技术项目的背景

南京市作为江苏省的省会城市和区域中心城市，近十年来，随着社会经济的快速发展，城市规模不断扩大，城市常住人口和流动人口不断增加，公众出行需求迅猛增长，公众对城市公共交通服务的质量需求在不断提高；2013、2014南京要承办“亚青会”、“青奥会”，也对城市公交系统的运营管理提出了新的挑战，只有城市公共交通管理理念不断创新，管理模式不断变化，管理手段不断强化，才能跟上公共交通服务的要求。

交通运输部在《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划》中明确提出：“开展重点领域示范试点工程建设……3.城市客运智能化应用示范工程……推广城市公共交通智能系统建设，……提升城市公共交通的协同运行效率和服务能力，提高公交出行分担率，缓解城市交通拥堵。”

省交通运输厅在《江苏交通运输信息化“十二五”发展规划》中提出：“8大工程：4、城乡客运信息服务工程……全面推进城市公交信息化管理，包括电子站牌、车载系统、企业运营调度系统、行业管理系统、信息服务系统等，实现公交调度、运营、管理的信息化、智能化，加强公交企业与运管部门问的信息交换和共享，提高对公交车辆突发事件的应急处置能力。”

为贯彻落实公交优先发展战略，切实提高交通枢纽城市公交信息化水平，根据南京市政府办公厅《关于转发市发改委的通知》（宁政办发[2009]94号）精神，南京市交通运输局向市发改委提出《南京市智能公共交通系统（一期）》立项申请，2011年4月获得正式批准立项，开始了实施方案的制定。在此过程中，南京智能公交系统运营关键技术，特别是客流采集分析与出行信息服务技术成为项目建设的关键一环。

2.南京智能公共交通系统运营的现状

2.1 南京市公交企业概况及现状

截至2011年底，南京公交企业共八家，经营公交线路401条，公交车辆6130台，日均客运量300万人次以上，线路总长度为6536公里。

目前的公交运机制，在管理和公众服务上存在诸多问题，已不能满足公交优先和公交的快捷、周到、人性化服务的要求：主要反映在：（1）前期缺少上位规划，没有统一的信息采集、处理机制，造成信息不能共享，形成多个“信鼠孤岛”。由于历时原因，南京市的智能公交建设相对滞后，没有统一的上位规划，南京IC卡公司的信息系统、各个公交企业的生产运营系统各自为政，已形成多个“信息孤岛”，没有与全市信号灯智能控制系统、视频监控系统、客流统计分析系统、公众出行信息交互系统进行有效融合。（2）公交企业的客流统计设备应用效果不理想。南京市公交总公司自2003年开始智能调度系统的探索应用，实现了自动报站、超速监控等基本功能；部分车队可以自动生成电子路单，但覆盖率和准确率均不高；客流统计设备试验效果不理想，基本停用。（3）公众出行提供的信息服务水平较低，不能满足公众出行及时、方便、快捷的服务需求。行业管理部门没有统一的信息平台，各公交企业、IC卡公司、政府部门问的数据无法互通、共享，导致行业监管决策的科学技术手段几乎为零。

为市民提供的出行服务手段单一，主要依靠门户网站、各大媒体公告，没有点对点的服务措施，2009年南京市在“三中路”上安装了29块电子站牌，只显示公交总公司一家企业的车辆距离本站的距离，公众对应用效果不满意。

2012年7月30日，南京市城建集团召开会议，宣布正式成立南京公共交通集团，南京公共交通集团下属的4家企业：江南公交客运有限公司、扬子客运有限公司、东山客运有限公司和场站公司。江南公交客运有限公司包括原公交总公司、中北巴士、雅高巴士；扬子客运有限公司包括原中北浦口客运公司、中北六合客运公司、新宁浦巴士公司、公交总公司江北客运部以及原交通运输局下属的金陵交运、双虹客运、六合新集等3家。东山客运有限公司则包括新城巴士和江宁通盛客运公司两家。场站公司则包括所有非公交营运的资产，如场站站房、公交物业等。

公交企业整合后，将着力解决以前多家经营，无序竞争、线路重叠、线网优化、线路配车等突出矛盾，同时将有效提高车辆、道路利用率等问题，但这些问题的解决都依赖于获取大量的线路线网数据，而这些相关数据的来源基础是各个站点、线路的客流数据，所以获取准确的各线路上下客流数据显得至关重要。

2.2 客流统计与现状分析

目前，南京智能公交运营管理的现代化程度不高，车辆目前依然沿用“定点发车、两头卡点”的传统调度方式，调度人员难以掌握途中路况及客流等关键信息，加上道路交通环境的恶化，使得公交运营的平稳性及服务的可靠性难以得到保证，每天的高峰流量、正点率、满载率、放车数等营运管理指标的统计和分析基本上靠调度人员的经验判断或人工抽查，没有相应的科学准确的客流数据支撑，使得统计结果误差比较大。特别是在客流统计与分析方面，仅限于部分公交企业局部线路和车辆安装的客流采集设备，且均在试验、探索阶段，并且这些客流统计设备没有统一的技术体系和数据标准，采集的客流数据准确率不高，数据量不大，在智能调度、客流预测和线网优化等方面未能形成很好的示范效应和辅助决策参考作用。

2.3 公众出行服务现状分析

由于种种原因，南京市的智能公交建设相对滞后，没有统一的上位规划，南京IC卡公司的信息系统、各个公交企业的生产运营系统各自为政，已形成多个“信息孤岛”，没有与全市信号灯智能控制系统、视频监控系统、客流统计分析系统、公众出行信息交互系统进行有效融合，公众服务信息难以满足。

行业管理部门没有统一的信息平台，各公交企业、IC卡公司、政府部门间的数据无法互通、共享，导致行业监管决策的科学技术手段相对滞后，无法通过现代化手段和途径公众出行服务信息，公众出行提供的信息服务水平较低

综上所述，2007年实施“公交优先”发展战略以来，南京城市客运公共交通信息化管理手段得到了一定程度的加强，但是由于城市客运行业的信息化建设起步较晚、基础薄弱，没有统一的行业规划和标准，加之长期形成的企业隶属不同的管理部门，条块分割严重，各单位从各自需求出发研发系统，尤其缺少统一的公共信息服务平台。针对这一情况，南京市客运交通管理处编制完成了《南京市智能公共交通系统项目（一期）可行性研究报告》，并通过市发改委审批，正式立项实施。《南京市智能公共交通系统项目（一期）可行性研究报告》是涵盖全市的公共客运交通运营管理的大系统，按照“一个中心，三个应用体系”构架组织实施，依托该工程，本课题承担运营关键技术――客流采集分析与公主出行信息服务的研究。

3.对客流采集分析与公众出行信息服务技术的分析

3.1 客流采集技术业务功能需求

本课题主要研究基于“IC卡+投币+视频检测数据”的综合客流采集技术。公交客流信息采集技术与车辆定位、无线信息传输等技术相配合可完成公交车辆的乘客上下车人数、上下车时间、相应站点等数据统计工作，真实地记录各时间、各区段的上下客情况，可实时或准实时地把信息传输到公交调度中心，获得客流随时间的变化、公交OD、断面通过量、满载率、平均运距等一系列指标数据，从而为科学合理地安排发车时间及间隔、优化公交线路、辅助完成客流调查工作等提供第一手资料，还可以全面如实地反映出公交车辆的实际载客人数，方便与收入之间的核对。

城市公共交通是随客流、道路条件、气候等不断变化的随机服务系统，如果信息不灵或反馈不及时，调度人员就无法进行有效的指挥调度。对公交客流的全面、准确把握是公交管理工作的基础，它不仅为日常调度提供依据，也为线网优化提供了参考。

3.1.1 客流统计方法现状分析

客流统计主流方法有：基于IC卡的方式、基于踏板压感的方式、基于红外的方式、基于视频检测的方式，目前投币统计客流的技术应用较少。

IC卡信息量大且全面，技术简单成熟，通过对IC卡数据接口的系统设计，可以获取乘客上下车的时间、相应站点等数据，也可以通过数据分析得到公交乘客出行基本信息，包括平均出行次数、起讫点分布、平均换乘次数、出行耗时、出行距离等。

智能公交投币机目前应用比较广泛，但其主要用途是识别假币，很少用于客流数据采集。

基于视频检测分析的方式，通过在前后车门上部位置固定摄像机，通过视频图像，利用快速数字信号处理器对采集的视频信号进行分析，根据人员在视频序列中的移动方向，确定人员的运动方向，这是目前在客流统计方面最新的发展趋势。

3.1.2 引入基于公交IC卡客流分析技术

国内外及省内很多城市成功采用了IC卡刷卡数据作为客流采集数据，包括苏州在内，已经取得了较好的研究效果。本项目将引入基于公交IC卡数据的客流规律挖掘模型，利用构建的模型分析和算法，将所需的客流数据集成到统一的采集模块。其中，涉及的信息和数据主要包括：（1）客流峰值划分――公交客流峰值区间的划分，对于在人工调查中确定调查时间、人员安排上非常有用。同时在提高预测时段站点客流的精度，优化公交运营的调度，缩短居民出行等候时间等方面也有着广泛的应用。Fisher算法是特征抽取最为有效的方法之一，而且公交IC卡数据样本丰富，Fisher算法能很好的解决区间划分问题。（2）上车站点、停靠时间判定――采用聚类分析，对公交IC卡数据信息中某公交车某一趟运营刷卡记录的分析，由此来确定乘客的上车站点。对大部分的公交出行者而言，其上车站点和下车站点总是相互转换的，即回程时的上车站点就是出发时的下车站点，而出发时的上车站点又是回程时的下车站点。以公交乘客完成一次出行目的作为一次出行，一次出行的第一次刷卡站点作为出行起点，最后下车站点作为出行终点，之间的刷卡站点作为换乘站点。在单一票制线路中，结合公交调度数据来判定车辆靠站时间、乘客上车站点。（3）下车站点、时刻判定在单一票制线路中，乘客下车无需刷卡，因此刷卡数据没有关于下车站点的记录，不能像判断上车站点一样，通过刷卡时间判断下车站点。但由于公交定线定站的运营特征以及城市居民出行特点，决定了公交出行在线路的选择上和客流的分布上具有一定的规律性和稳定性。利用这些特性，本课题研究两站点模型和站点吸引规律来判定乘客下车站点。（4）客流指标――在对公交IC卡数据进行数据挖掘的基础上，确定了乘客上下车站点、时间以及站点时段上、下车人数。利用这些信息，可以获取多种客流指标。具体如站点发生吸引率、时段平均客流、最大断面、出行距离、乘车耗时、全天线路满载率与高峰满载率、短期可流总量预测等。

3.1.3 智能投币设备的应用改进研究

智能投币设备在解决公交企业的投币不足、假币、“票贪”等问题上发挥了积极作用：通过该类型设备通过先进的光电检测技术，可以成功杜绝类似1元硬币的游戏币、残缺纸币，并通过电子密码锁防止驾乘人员盗取票款。

本课题通过与相关设备生产商合作，给智能公交投币机增加计数统计功能，改造后的设备不仅可以将假币拒之门外，还可以自动统计客流信息，作为客流信息采集的重要来源。

主要通过在智能投币机上加装能显示投币金额和累积总数显示器，通过数据接口的与承载设备连接，将实时的投币数据传送至数据中心。根据公交线路票价，新型智能公交投币机可以将投币数据转换成投币上车的人数，就可以准确地掌握该部分的客流信息。

3.1.4 基于视频图像的运动目标检测与跟踪技术研究

基于视频图像的处理是应用在公交车乘客计数上的新技术，通过检测在图像中的运动目标的出现来判定是否有乘客经过。

视频图像序列的处理流程：首先对背景图像进行更新，检测运动目标是否存在并去除背景的干扰，提取目标的大概位置；第二，采用较有效的图像滤波、图像分割、形态学处理等方法对图像进行处理，并根据统计特征清除伪目标，提取乘客头部真正目标和目标特征；最后，对该类目标进行跟踪计数。

本课题研究视频检测计数技术，主要用于前后门的下车数据统计。

综上所述，根据公交线路票价，将投币数据转换成投币上车的人数，再将IC卡的刷卡人数相加，就可以准确地掌握上车客流信息；通过视频检测计数技术，基本可以掌握下车客流数据。综合上下车客流信息可以对于车上实时客流信息、乘客出行规律研究、站点客流信息提供更为科学合理地决策依据。

3.2 公众出行服务技术业务功能需求

3.2.1 城市信息化总体需求

为树立城市交通数字化、交通信息化、交通智能化、交通服务人性化的新形象，城市交通行业必须在“环境宜居要能与欧美先进国家媲美”战略目标的征程中担当好“先行官”。为此，城市交通行业必须坚持全面、协调、可持续发展的科学发展观，以先进的道路及交通运输基础设施和先进的管理体制为基础，以信息技术为支撑，争取交通运输环境最佳，交通服务质量最佳，构筑新的现代交通运输体系。

现阶段急需通过综合交通信息基础平台实现公交、地铁、停车、铁路、航班、气象等信息的融合。平台预留数据接口，可以把采集到的各种数据及时提供给各相关部门，各部门据此开展各种联动协同工作，从而更有效地实现对交通的管理。

随着统一开放、竞争有序的交通运输市场的逐步建立，道路运输、城市公交、公路建养等方面新形势、新晴况层出不穷，原有的交通运输管理方式已越来越不适应运输市场发展的需要。这就需要运用现代信鼠技术特别是计算机技术、网络技术，加快行业管理信息化建设，打破传统观念和部门界限，优化工作程序，增强工作的透明度，提高工作效率，提升领导决策的科学性。通过信息技术，改善行业管理手段，加强交通行业的行政执法水平、行业管理能力、分析决策能力、应急处理能力和公共服务能力，达到提高行业监管水平的目的。在信息化时代，交通信息化建设要跟上发展形势。加强交通信息化建设是提高政府管理水平和宏观调控能力的需要，是增强政府公共服务能力的需要，是提高交通行业竞争力的需要，也是建设创新型行业的需要。

综上所述，要实现从传统粗放型交通向现代化、高效率的集约型交通的转变，提高交通生产、运营、管理以及为民服务的质量，实现城市交通的可持续发展，促进城市经济与社会的协调发展，就必须加快交通信息化建设步伐。通过信息化建设，建成一个具有决策支持信息、行业管理信息、公路基础设施建设与管理信息、公路及城市客货运输信息、车辆动态监控服务以及为社会公众提供信息服务的现代化交通信息体系，为城市交通的跨越式发展服务。

城市交通信息化需求具体表现在：（1）信鼠化基础设施建设的需求包括交通计算机网络、数据库平台、信息交换与接口标准、交通信息化共用技术平台等。（2）科学管理、智能决策的信息需求――开发与配备实用的政府办公信息系统和交通运输业务管理系统，实现信息采集与分析、数据存储与检索、数据挖掘与信息交流。（3）提升运营管理水平的需求――为了保障交通运输的安全高效，需要建设车辆、场站、道路的监控系统，发展城市客运电子车票和公路客运联网售票等新的运营自动化系统，改进货运与客运的调度指挥与管理系统。（4）交互式交通信息服务的社会需求――通过建立交通系统门户网站、开发手机客户端软件等方式，搭建社会公众和政府、交通行业管理部门联系的桥梁。（5）电子商务的发展需求――包括现代化的企业管理，实现企业资源计划，完善企业、行业、客户之间的信息交换，逐步发展电子商务系统和现代物流系统。（6）信息化的制度需求――建立与信息化相适应的组织管理机构、运行机制、规章制度、保障措施和人才队伍。

3.2.2 交通运输行业对交通信息服务的需求

需要在重大活动前做好公交出租交通组织和客流疏散规划工作；掌握车辆限行试行效果，评价对城市路网交通状态和公交出租的影响；掌握城市路网交通状态，保障重大活动期间道路畅通；掌握城市汽车保有量以及每天进出城市的交通情况，分析重大活动期间城市交通承载能力；提升城市公交出租综合服务水平，保障重大活动期间公交出租优质服务。在重大活动期间通过公交出租及时疏散重大活动场馆周边客流；提供良好的车辆运行及停车服务；在发生应急事件时，需要通过公交及时疏散人流掌握城市路网交通状态，保障重大活动期间道路畅通；掌握城市汽车保有量以及每天进出市区的交通情况，分析重大活动期间城市交通承载能力；为市民提供重大活动交通信息服务。在日常交通方面需要掌握道路施工对交通的影响；做好公交站场的规划工作；做好营运车辆和驾驶员管理工作；重大节假日的交通组织管理工作。因此需要整合各相关部门的GPS数据、视频数据、地铁客流数据、航空铁路动态班次、票务发售数据、高快速路出入口视频数据、交通天气等数据。

3.2.3 出行者对交通信息服务的需求

3.2.3.1 出行模式分析

（1）城市公交服务――为城市居民日常出行提供的公共服务，根据不同城市自身特点，主要包括地面公交、轨道交通、轮渡等。（2）城际客运服务在都市圈内提供的城际公交化客运服务，主要满足通勤、购物、探亲等交通需求，实现同城化的快速往返。（3）省际客运服务―针对珠角地区经济社会发展特点，在民航、高铁等高端服务快速发展的同时，为省际问大规模人口流动保留基础性客运服务。

3.2.3.2 服务对象分析

按照交通乘坐工具划分，项目面向的用户群体主要分为：乘坐公共交通工具出行者、自驾车出行者两大类：（1）自驾车出行者――用户拥有自己的出行交通工具，可以自由选择出行的时间和路线，为节约出行成本，在一定程度上较关注从出发地到目的地的费用最省、距离最短、时间最快的出行路径选择，也需要了解沿途交通服务设施、拥堵状况、路阻信息、事故信息、气象信息、停车场信息、景点信息和救援信息。（2）乘坐公共交通工具出行者――公共交通工具主要包括城市公交、地铁轻轨、出租车、长途客运、水路客运、铁路客运、民航客运等。为使出行计划安排合理、顺畅、便捷，需要了解和掌握场站位置、营运路线、时间、里程、票务票价、公交实时到站和衔接换乘等信息。