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基于信令数据的中型城市通勤公交站点优化方法

葛浩菁 吕远 焦朋朋

葛浩菁, 吕远, 焦朋朋. 基于信令数据的中型城市通勤公交站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(1): 142-149. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.016
引用本文: 葛浩菁, 吕远, 焦朋朋. 基于信令数据的中型城市通勤公交站点优化方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(1): 142-149. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.016
GE Haojing, LYU Yuan, JIAO Pengpeng. Deployment of Bus Stop for Commuters in Medium-sized Cities Based on Signaling Data[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(1): 142-149. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.016
Citation: GE Haojing, LYU Yuan, JIAO Pengpeng. Deployment of Bus Stop for Commuters in Medium-sized Cities Based on Signaling Data[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(1): 142-149. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.016

基于信令数据的中型城市通勤公交站点优化方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.01.016
基金项目: 

国家自然科学基金项目 52172301

国家社科基金重大项目 21ZAD029

北京市社会科学基金项目 21GLA010

详细信息
    作者简介:

    葛浩菁(1999—),硕士研究生. 研究方向:交通运输规划与管理. E-mail: geihaojing_bucea@163.com

    通讯作者:

    焦朋朋(1980—),博士,教授. 研究方向:交通运输规划与管理、智能交通系统等. E-mail: jiaopeng-peng@bucea.edu.cn

  • 中图分类号: U491.1+7

Deployment of Bus Stop for Commuters in Medium-sized Cities Based on Signaling Data

  • 摘要: 大中型城市之间的手机通信基站密度和通勤出行结构不同,公交站点布设呈现出显著差异。在此背景下,研究了基于改进Mean Shift聚类算法的中型城市通勤公交站点优化方法。该方法采用荆州市中心城区信令数据中的通勤记录,以系统总成本(包括运营成本和乘客步行时间成本)作为主要评价指标。根据中心城区早高峰的通勤出行需求,制定通勤公交站点优化方案。通过对比优化结果和现有公交站点布局,验证了优化方法的有效性;比较不同聚类算法,证明改进的Mean Shift聚类算法的性能优越性;考虑基站和等时圈的影响,对比不同场景,证明了考虑二者影响的必要性。结果表明:①针对荆州市研究区域的早高峰出行需求,优化方法共设置28个公交站,乘客步行时间成本下降51.98%,系统总成本下降17.82%,表明本方法能够得到系统总成本更优的站点布设方案,有效减少研究区域内乘客步行时间成本;②与不同聚类算法的比较中,改进Mean Shift算法得到的方案有明显提升,系统总成本比K-means聚类算法下降8.73%,比近邻传播聚类算法(af-finity propagation,AP)下降2.48%;③与未考虑基站和等时圈影响的情况相比,本算法步行时间成本有所下降。上述指标表明改进Mean Shift聚类方法在聚类质量上优于其他方法,可以获得更优的公交站点布设方案,为中型城市的公交线路规划提供基础。

     

  • 图  1  方法框架

    Figure  1.  Methodology framework

    图  2  研究区域示意图

    Figure  2.  Research area

    图  3  出行热力图

    Figure  3.  Travel heat map

    图  4  通勤区域网络

    Figure  4.  Commuter area network

    图  5  站点布设结果

    Figure  5.  Bus stop deployment results

    表  1  信令数据格式

    Table  1.   Signaling data formats

    信令数据字段 描述
    用户IMSI 脱敏后移动用户唯一识别码
    时间 信令记录产生时间
    基站 信令记录产生基站名称
    经度 基站位置经度
    纬度 基站位置纬度
    事件 产生信令记录的通信事件类型
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    表  2  信令整合数据格式

    Table  2.   Integrated signaling data formats

    信令数据字段 描述
    用户IMSI 脱敏后移动用户唯一识别码
    记录出发时间 出发记录产生时间
    出发点基站 出发记录产生基站名称
    出发点经度 出发基站位置经度
    出发点纬度 出发基站位置纬度
    记录到达时间 到达记录产生时间
    到达点基站 到达记录产生基站名称
    到达点经度 到达基站位置经度
    到达点纬度 到达基站位置纬度
    距离 记录点间直线距离
    持续时长 记录点间持续时间
    信令速度 距离与时间之商
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    表  3  基站位置和需求生成量

    Table  3.   Base station location and demand

    基站编号 经度/(°) 纬度/(°) 需求生成量/人
    0 112.247 9 30.343 0 252
    1 112.247 6 30.341 6 483
    2 112.246 7 30.341 3 85
    3 112.246 6 30.340 5 53
    4 112.247 7 30.339 9 21
    29 112.256 8 30.348 4 196
    30 112.258 4 30.346 4 2
    31 112.257 2 30.344 1 164
    32 112.261 1 30.347 1 150
    33 112.263 6 30.345 2 192
    34 112.263 9 30.344 0 94
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    表  4  进出点位置和需求生成量

    Table  4.   Point location and demand

    进出点编号 经度 纬度 需求生成量/人
    0 112.2454 30.3414 23
    1 112.2522 30.3370 16
    2 112.2578 30.3414 688
    3 112.2534 30.3333 53
    4 112.2513 30.3446 154
    34 112.256 6 30.342 18 12
    35 112.260 3 30.339 61 15
    36 112.259 7 30.342 73 14
    37 112.251 9 30.343 08 24
    38 112.247 6 30.340 47 642
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    表  5  公交站点及其服务需求点

    Table  5.   Bus stops and demand points

    站点编号 经度/(°) 纬度/(°) 需求点编号 需求量/人
    0 112.245 4 30.341 4 0,32 108
    1 112.252 1 30.337 0 9,31 583
    2 112.257 8 30.341 3 34 15
    3 112.253 4 30.333 3 10,12 161
    4 112.251 3 30.344 6 20,21 21
    24 112.255 3 30.346 9 27 196
    25 112.248 1 30.340 1 30 642
    26 112.257 2 30.342 8 28 16
    27 112.259 9 30.342 6 36,37 38
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    表  6  优化前后对比结果

    Table  6.   Comparison of results

    参数 优化前 优化后 差值百分比/%
    运营成本/元 8 954.40 9 104.40 -1.68
    步行时间成本/元 5 109.02 2 453.40 51.98
    系统总成本/元 14 063.42 11 557.80 17.82
    平均步行距离/m 144.00 50.59 64.87
    100 m覆盖率/% 47.37 89.47 88.87
    300 m覆盖率/% 76.92 100.00 25.13
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    表  7  不同算法结果对比

    Table  7.   Comparison of different algorithm results

    算法 站点数量/个 系统总成本/元 平均运算时间/s
    K-means聚类 26 12 663.31 15.0
    AP聚类 20 11 851.72 19.1
    改进Mean Shift聚类 28 11 557.80 45.9
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    表  8  对比结果

    Table  8.   Comparison of results

    站点数量/个 运营成本/元 步行时间成本/元 系统总成本/元
    未考虑基站范围 28 9 104.40 3 995.23 13 099.63
    未考虑等时圈 25 8 639.40 3 252.56 11 891.96
      考虑基站范围和等时圈 28 9 104.40 2 453.4 11 557.80
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  • 收稿日期:  2023-08-29
  • 网络出版日期:  2024-05-31

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