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王亚
乌鲁木齐市城市综合交通项目研究中心
摘 要：该文提出一种通过GPS 位置数据与到离站数据训练公交线路运行轨迹的方法。该方法利用乌鲁木齐公交的到离站数据进行公交线路运营的班次划分，并对班次信息进行判断，删除班次信息异常的数据，利用班次信息对公交GPS 位置数据进行筛选和切分，得到线路在运营时段的运行轨迹。该方法可用于自动化监测公交线路与站点调整情况，为及时发现公交线网调整提供了技术手段，为后续公交分析系统的功能升级提供理论支撑。
关键词：班次划分；筛选和切分；运行轨迹；乌鲁木齐
A b stract ：This paper provides a method to depict b us routes with OD and GPS data. Using b us timeta b le info to screen GPS data , b us moving trajector y can b e found. This method can b e used to automaticall y monitor adjustment of b us routes and stations , as well as to give support to b
us line network optimization.Ke y words ：Trips Division; Screen; Moving Trajector y
Study on Trips Division Method Using Bus GPS Data of Wulumuqi
作者简介
王亚（1986—），女，硕士研究生，工程师
，主要研究方向为智能交通、交通模型、交通信息化。Email ：joanting@163
0 引 言
作为社会与经济活动的主要交流承载体，城市公共交通对城市的发展具有重要的影响，对城市空间形态的演变具有骨架性的作用，对缓解整个城市的交通压力、提高城市交通效率至关重要。建立完善、
先进的公交GPS 轨迹路线图对提升交通管理系统具有重要意义。推动公共交通的优先发展，是解决关系人民众切身利益的现实问题，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要途径[1]。
乌鲁木齐市以公交优先发展为
目标，计划至2018年建成以轨道交通为骨架、快速公交为支撑、常规交通为主体，其他交通方式为补充的城市公共交通系统[2]。在城市交通系统的不断完善中，公交线路与站点的调整较为频繁，此类调整会对公交分析系统的时效性和准确性造成影响。因此，探究对公交线路与站点调整情况的自动化监测与分析技术，以及在线网频繁调整背景下的线网模型建模与更新技术，可以为及时发现公交线网调整提供技术手段，为后续公交分析系统的功能升级提供理论支撑。
本文提出了一种通过GPS位置数据与到离站数据训练公交线路运行轨迹的方法。选取到离站数据作为班次划分的输入，可以保证不在车辆正常运行时间内的数据不会被作为分析对象（比如从停保场到首末站之间的行驶数据）。该方法利用到离站数据获取公交线路运营的班次信息，并对班次信息进行判断，删除班次信息异常的数据，之后利用班次信息对公交GPS位置数据进行筛选和切分，得到线路在运营时段的运行轨迹。测试结果显示，利用该方法可以较好的监测乌鲁木齐公交线路的运行轨迹。
1 GPS数据
公交车通过车载终端利用GPS信息完成定位功能。车辆定位系统的车载终端接收GPS卫星信号，经专用数据接收器接收后可生成车辆当前的速度、经纬度、时间等信息[3]。
1.1 GPS位置数据
公交线路的GPS位置数据的主要信息字段见表1。
1.2 GPS到离站数据
本文选取到离站数据作为班次划分的基础数据，这样可以保证不在车辆正常运行时间内的数据不会被作为分析对象（例如，从停保场到首末站之间的行驶数据）。到离站数据的主要信息字段见表2。
2 数据预处理
2.1 生成站点信息
受端设备、定位过程中卫星的空间位置和地面环境的影响，公交站点的GPS 定位结果与站点真实位置之间存在一定偏差[4]。本文首先根据乌鲁木齐地区的空间位置，设置整体的经纬度范围，并以此为筛选条件，将到离站数据中不在此空间范围内的数据删除；然后将筛选后的数据按相同线路，相同站点分别计算经、纬度的
平均值，作为各条线路公交站点的位置参
数。最终生成的站点信息包含线路编号、
站点顺序号和站点经纬度，见表3。
3 班次划分
3.1 基于到离站数据的班次划分
不同城市到离站数据，其格式和内容
均存在一定差异。部分城市的到离站数据
包含车辆运行方向信息，而其余城市则不
包含。本文中用到的乌鲁木齐到离站数据
中，不包含车辆运行方向，因此需要为其
添加方向信息。
本文提出了一种班次划分方法，该
方法首先为起始站和终点站的到离站记录
添加班次和方向信息，然后通过插入法将
中间站点逐次插入到相应位置，并基于其
插入位置两端的起始站、终点站属性，为
插入站点添加班次和方向信息。在对公交
线路的到离站数据进行班次划分时，规定
表1 GPS 位置数据主要信息
Routeid线路id
Productid车辆id
Actdatetime时间戳
longitude经度
latitude纬度
表2 GPS 到离站数据主要信息
Routeid线路id
Productid车辆id
Stationseqnum站点顺序号
Stationt y pe站点类型
Actdatetime时间戳
longitude经度
latitude纬度
表3 公交线路站点信息
Routeid线路id
Stationseqnum站点顺序号
longitude经度
latitude纬度
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某一辆公交车从起点运营到终点，为一个上行班次；某一辆公交车从终点运营到起点，为一个下行班次。
为方便描述，可用如下符号系统进行简化。
R={r1,r2,r3,…,r m}表示公交线路的集合，
Q={q1,q2,q3,…,q n}表示车辆编号的集合，
K={k1,k2,k3,…,k p}表示站点类型的集合，
T={t1,t2,t3,…,t s}表示到离站事件发生时间的集合，
X(lon i,lat i)表示经纬度信息，
dir={1，车辆上行表示车辆运行方向，
0，车辆下行
trip={1,2,3,…,n}表示车辆运行班次。
因此，任意一条到离站数据记录的初始向量形式为：p={l i,q j,k l,tα,(lonβ,latβ)} (p∈R,Q,K,T,X组成的5维空间R5)，目标向量形式为：f={p,dir,trip}。到离站数据的班次划分和方向标注步骤如下：
①对任意的p∈R5：若满足条件：k1∈{起点离站，终点到站}，则表示该车辆上行，即dir=1；若满足条件：k l∈{起点到站，终点离站}，则表示该车辆下行，即dir=0；若不满足以上条件，则暂不标注方向。
②筛选出1中标注了方向的向量集P1，其中间向量集M1={P1,dir}。由班次的定义可知，每辆车相邻的一组起点离站和终点到站（或相邻的一组终点离站和起点到站）可唯一确定一个班次。据此，可按时间顺序，为1中筛选出的向量按组逐次添加班次信息（同一组向量的班次信息相同）。完成该步骤后，得到了每辆车始末站的目标向量集：F1={P1,dir,trip}。
③为了得到剩余向量的目标向量集F2={P2,dir,trip}，本文引入了插入判别法。对任意的p0∈P2，首先生成该向量的初始目标向量F0={p0,-1,-1}；然后从F1中挑选满足条件：l(f)=l(f0)且q(f)=q(f0)的向量，并与f0共同组成向量集F3；将F3中的向量按时间先后顺序进行排序，结果为：F3={f1,f2,f3,…,f i,f0,f i,…}。如果满足条件：dir(f i)=dir(f j)且trip(f i)=trip(f j)，则p0的目标向量为：f0={p0,dir(f i),dir(f j)}；如果不满足条件，则f0的dir和trip均标注为空。完成该步骤
后，得到了每辆车中间站的目标向量集：F2={P2,dir,trip}。
④添加班次和方向信息的到离站数据
乌鲁木齐在线招聘信息向量集为：F=F1∪F2。
3.2 班次信息
通过对3.1中添加班次和方向信息后
的到离站数据进行处理，可以得到每条线
路每辆车各班次（分方向）的起始时间、
结束时间、以及经过的站点个数（班次信
息）。
同一线路、同一车辆、相同方向、相
同班次号可以唯一确定一个班次。首先，
在添加班次方向信息后的到离站数据中，
筛选出班次不为空的数据。然后，选取筛
选后各班次到离站的起始时间和结束时
间，并计算各班次经过的站点个数。
4 班次筛选
在进行班次筛选前，需要先对公交线
路的GPS数据进行预处理，删除定位异常的
数据。通过乌鲁木齐地区的空间位置可以
设置整体的经纬度范围，并以此为筛选条
件，将公交线路的GPS位置数据中不在此空
间范围内的异常数据删除。
由于公交线路的GPS位置数据中包含
有非正常运营时的位置信息，因此为获得
乌鲁木齐公交线路在运营时段的行驶轨
迹，首先需要基于班次信息对公交线路的GPS位置数据进行筛选，挑选出正常运营时的位置数据。然后为筛选后的GPS位置数据添加班次、方向信息。
文中第3部分已经对到离站数据进行班
次划分，并得到了公交线路运营的班次信
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息。为了减少异常班次信息的影响，需要对班次信息进行一次筛选，删除掉经过站点数量偏少的班次（缺失站点数>对应线路站点总数的20%）。然后将同一线路，同一辆车的班次信息与公交线路的GPS 位置数据进行关联，筛选出每个班次开始与结束时间范围内每辆车的GPS 位置数据，即公交正常运营时的GPS 位置数据。最后将正常运营时的GPS 位置数据关联上运行班次和方向信息，并将公交线路在运营时段的运行轨迹投影在地图上。5 轨迹分析
乌鲁木齐公交线路在运营时段的运行轨迹如图1所示。
某些线路不同方向的运行轨迹不同。以104路为例，其不同方向的运行轨迹分别见图2。
而另外一些线路不同方向的运行轨迹则基本一致。以1路为例，其不同方向的运行轨迹分别见图3。
由以上两个例子可以看出，通过本文提出的方法对公交GPS 位置数据进行筛选和切分，可以较好地删除非正常运营时的位置信息，得到的各线路在运营时段的运行轨迹稳定性较好，符合预期结果。6 总 结
本文提出了一种通过GPS 位置数据与
到离站数据训练公交线路运行轨迹的方
图1 乌鲁木齐公交线路的运行轨迹
68 法。该方法利用到离站数据获取公交线路
运营的班次信息，并对班次信息进行判
断，删除班次信息异常的数据。然后利用
班次信息对公交GPS位置数据进行筛选和切
分，删除非正常运营时的位置信息，最终
得到线路在运营时段的运行轨迹。通过本
文提出的方法对乌鲁木齐公交GPS位置数据
进行筛选和切分，可以较好地删除非正常
运营时的位置信息，得到的公交线路在运
营时段的运行轨迹稳定性较好，可用于对
公交线路与站点调整情况的自动化监测与
分析。
参考文献
[1] 张占伟. 城市公交GPS轨迹路线图制作研究
[J]. 交通科技与经济，2015，17(3)：124-
128.
[2] 张铭. 乌鲁木齐市公交优先发展政策研究[J].
城市道桥与防洪，2016(8)：14-16.
[3] 彭家政. GPS技术在公交车上的应用研究[J].
城市公共交通，2002(5)：28-29.
[4] 马连韬，王亚沙，彭广举，等. 基于公交车
轨迹数据的道路GPS环境友好性评估[J]. 计
算机研究与发展，2016，52(12)：2694-
2707.
图3 乌鲁木齐1
路公交不同方向运行轨迹
图2 乌鲁木齐104路公交不同方向运行轨迹
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