一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，属于智能交通信息处理技术领域。本发明专利技术方法包括：对公交车辆的运营数据进行采集和处理；利用偏移lognormal分布对站台间路段旅行时间进行拟合；考虑同站台的多线路公交车辆的交互行为，对排队进入站台建模为一个先进先出队列，基于概率模型对公交站台停靠时间建模；根据各路段旅行时间和各站台停靠时间，得到公交车辆的路线旅行时间，并分析旅行时间的分布、期望、方差和可靠性。本发明专利技术方法适用于对公交车辆旅行时间预测，预测结果准确；本发明专利技术能够分析旅行时间波动的原因，以提升公共交通服务水平。

A travel time modeling method based on probabilistic model for public transport vehicles

The invention discloses a modeling method for bus travel time based on probability model, which belongs to the technical field of intelligent traffic information processing. The method includes: collecting and processing the operation data of bus vehicles; using the offset lognormal distribution to fit the travel time between the platform sections; considering the interaction behavior of the multi line bus vehicles on the same platform, modeling the queue into the platform as an advanced first out queue and based on the probability model to the bus platform. The time of travel time and the distribution, expectation, variance and reliability of travel time are analyzed according to the travel time and the stop time of each platform. The invention is suitable for predicting the travel time of the bus, and the result is accurate. The invention can analyze the cause of the travel time fluctuation so as to improve the service level of the public transportation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法
本专利技术属于智能交通信息处理
，具体地说是一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法。
技术介绍
目前，面对不断增大的城市交通需求、道路拥堵、空气污染、以及有限的土地资源，许多城市开始推行“公交都市”的出行理念，“公交都市”即通过提升城市公共交通服务水平，鼓励人们减少私家车出行，转而选择城市公共交通出行。公交车辆旅行时间可靠性是公共交通服务水平的核心要素，一方面，旅行时间可靠性是吸引出行者选择公交出行的重要因素，旅行时间预测也是智能乘客服务系统的重要组成部分，如准点率预测、延误时间预测和到达时间预测等；另一方面，旅行时间预测是公交运营的重要指标，准确的旅行时间预测可以帮助公交公司提前制定应对措施，提升公交系统运营效率，减少运营成本。在旅行时间预测方面，现有技术主要专注于私家车旅行时间可靠性和波动的预测，如动态路径规划、预计到达时间估计等，分析基础为道路路段或路径。然而，公交车辆旅行时间与私家车旅行时间显著不同，除路段旅行时间外，公交车辆旅行时间还受到乘客上车行为(即站台停靠时间)的影响，当站台停靠时，公交车辆需要排队进入站台、等待乘客上下车以及从站台驶入主干道，这些过程都是公交旅行时间的重要组成部分，且涉及到同站台多线路公交车的交互行为。此外，现有技术主要通过OLS(普通最小二乘法)、SVR(支持向量回归)、神经网络和深度学习等模型预测私家车旅行时间，得到结果为预测值；对公交车辆旅行时间分析而言，这些预测技术不能分析公交旅行时间波动的大小和原因，不能分析乘客的上车行为，不能考虑同站台间多线路公交车的交互行为。
技术实现思路
本专利技术的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，以分析在不同交通状态和乘客需求状态下公交旅行时间的可靠性。本专利技术提供的一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，具体步骤如下：步骤1，采集待研究线路所有公交车辆的运营数据，包括：从起点站驶出时间、到达各中间站台时间、驶出各中间站台时间、到达终点站时间以及各站台上车人数；步骤2，利用偏移lognormal分布对站台间路段旅行时间进行拟合；步骤3，对公交车辆进入站台的过程进行建模，该过程为：排队进入站台、等待乘客上下车、从站台驶入主干道；对排队进入站台建模为一个先进先出(FIFO)队列，考虑了同站台的多线路公交车辆的交互行为；根据乘客上下车人数计算乘客上下车耗时；用正态分布拟合公交车辆从站台驶入主干道的时间。获取公交车辆站台停靠时间，公交车辆站台停靠时间为排队时间乘客上下车时间tb和驶入主干道时间β之和。步骤4，根据步骤2和步骤3得到的路段旅行时间和站台停靠时间，计算公交车辆的路线旅行时间，并分析旅行时间的分布、期望、方差和可靠性。公交车辆的路线旅行时间T为所有的路段旅行时间和所有的站台停靠时间之和，表示为：其中，IR为待研究线路的所有路段，SR为待研究线路的所有公交站台，ti为公交车辆在路段i上的旅行时间，ts为公交车辆在站台s的停靠时间。相对于现有技术，本专利技术的优点和积极效果在于：(1)与私家车旅行时间预测方法不同，本专利技术方法不仅考虑了路段旅行时间，还考虑了公交车辆站台停靠时间，这使对公交车辆旅行时间预测更加适用。(2)本专利技术通过概率模型对公交旅行时间建模，采用概率建模方法分析了路段旅行时间和乘客上车行为对旅行时间的影响，同站台间多线路公交车辆交互行为，并得到旅行时间的概率分析，除预测功能外，还能够分析旅行时间波动的原因，分析旅行时间可靠性，这对提升公共交通服务水平和运营效率至关重要。(3)本专利技术对公交车停靠站台过程进行建模，分析了同站台多线路公交车的交互作用，这是其他预测方法没能考虑的。附图说明图1为本专利技术的公交车辆旅行时间建模方法的流程示意图；图2为本专利技术方法为公交车辆站台停靠建模的示意图；图3为实施例中公交线路示意图；图4为实施例中模型拟合结果示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，流程如图1所示，包括如下步骤：步骤1)数据采集及处理。所用数据包含公交IC卡刷卡数据和公交车GPS数据，对所要研究线路所有运营公交车辆提取以下信息：从起点站驶出时间、到达各中间站台时间、驶出各中间站台时间、到达终点站时间、各站台上车人数。为研究同站台多线路公交车的交互情形，还需要经过所有中间站台的不同线路公交车辆运营状态，所需提取信息同上。步骤2)计算站台间路段旅行时间。首先，用偏移lognormal分布对站台间的路段旅行时间进行拟合，lognormal分布能够拟合路段旅行时间分布峰值前移的情形，且增加的偏移量能够刻画公交车辆路段平均旅行时间。假定站台间路段旅行时间服从偏移lognormal分布，站台间路段旅行时间可计算为：ti＝λi+exp(μi+σizi)(1)其中，ti表示公交车辆在路段i上的旅行时间，i为正整数；λi表示该路段的畅通行驶时间，为分布偏移量；exp(μi+σizi)表示超出畅通行驶时间的部分，服从lognormal分布，其中μi、σi分别为超出行驶时间的均值和方差，zi为标准正态分布。根据上式，可得路段i旅行时间期望E(ti)和方差Var(ti)分别为：步骤3)排队进入站台时间建模。如图2所示，当公交车辆驶入站台时，可能存在其他线路公交车辆正在站台中上客或下客，此时需要等待其他线路公交车辆上下客完成并驶出站台时，该公交车辆才能进入站台，该过程可描述为一个先进先出队列。设站台序号为s∈SR，SR为待研究线路的公交站台集合，s为正整数；设除待研究线路外其他所有驶过该站台s的公交线路的集合为Ls，当待研究线路的公交车辆驶入站台s时来自线路l的公交车辆也在队列中的概率pls服从如下所示的贝努利分布：其中，为根据运营经验得到的两线路公交车辆相遇概率，Ms为待研究线路与线路l的公交车在站台s的相遇次数，Ns为待研究线路的公交车辆驶过站台s的次数，为参数为1,的贝努利分布。则公交车辆排队等候的时间为：其中tls为线路l公交车辆在站台s的上下客时间和驶出站台时间之和。步骤4)乘客上下车耗时计算。假定每个人上下公交车辆花费时间α，则公交车辆上下客时间取决于上客和下客的最大人数，因此上下客时间tb可计算为其中分别为下车和上车的人数。步骤5)公交车辆驶入主干道时间拟合。根据以往的研究结论，本专利技术用正态分布拟合公交车驶入主干道的时间β，如下：其中μm是公交车辆驶入主干道的平均时间，σm为该时间的方差。步骤6)公交车辆站台停靠时间汇总。如图2所示，公交车辆站台停靠时间为排队时间、乘客上下车时间和驶入主干道时间之和，在排队时间计算过程中考虑了同站台多线路公交车辆的交互行为，乘客上下车时间考虑了乘客上车行为，在驶入主干道部分考虑了公交车辆与主干道车辆的交互行为，公交车辆总停靠时间ts可计算如下：站台停靠时间的期望和方差分别为步骤7)公交车辆路线旅行时间拟合。路线旅行时间T为路段旅行时间TL和站台停靠时间TS之和，传统私家车旅行时间预测方法主要考虑了路段旅行时间，因此不能分析公交车辆的站台停靠行为。其中，IR为所研究线路的所有路段，SR为所研究线路的所有公交站台。路线旅行时间期望和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集待研究线路所有公交车辆的运营数据，包括：从起点站驶出时间、到达各中间站台时间、驶出各中间站台时间、到达终点站时间以及各站台上车人数；步骤2，利用偏移lognormal分布对站台间路段旅行时间进行拟合；步骤3，对公交车辆进入站台的过程进行建模，该过程为：排队进入站台、等待乘客上下车、从站台驶入主干道；对排队进入站台建模为一个先进先出队列计算公交车排队时间，根据乘客上下车人数计算乘客上下车时间，用正态分布拟合公交车辆从站台驶入主干道的时间；获取公交车辆站台停靠时间，公交车辆站台停靠时间为排队时间

【技术特征摘要】
1.一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集待研究线路所有公交车辆的运营数据，包括：从起点站驶出时间、到达各中间站台时间、驶出各中间站台时间、到达终点站时间以及各站台上车人数；步骤2，利用偏移lognormal分布对站台间路段旅行时间进行拟合；步骤3，对公交车辆进入站台的过程进行建模，该过程为：排队进入站台、等待乘客上下车、从站台驶入主干道；对排队进入站台建模为一个先进先出队列计算公交车排队时间，根据乘客上下车人数计算乘客上下车时间，用正态分布拟合公交车辆从站台驶入主干道的时间；获取公交车辆站台停靠时间，公交车辆站台停靠时间为排队时间乘客上下车时间tb和驶入主干道时间β之和；步骤4，获得公交车辆的路线旅行时间，并分析旅行时间的分布、期望、方差和可靠性；其中，公交车辆的路线旅行时间T为所有的路段旅行时间和所有的站台停靠时间之和，表示为：IR为待研究线路的所有路段，SR为待研究线路的所有公交站台，ti为公交车辆在路段i上的旅行时间，ts为公交车辆在站台s的停靠时间。2.根据权利要求1所述的一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，还采集经过所有中间站台的不同线路的公交车辆的运营数据。3.根据权利要求1所述的一种基于概率模型的公交车辆旅行时间建模方法，其特征在于，所述的步骤2中，公交车辆在路段i上的旅行时间ti计算如下：ti＝λi+exp(μi+σizi)；其中，λi表示该路段的畅通行驶时间，为分布偏移量；exp(μi+σizi)表示超出畅通行驶时间的部分，服从lognormal分布，其中μi、σi分别为超出行驶时间的均值和方差，zi为标准正态分布；得到路段i旅行时间的期望E(ti)和方差Var(ti)分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓磊，代壮，陈汐，杜博文，于滨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11