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1、公交刷卡機(jī)卡交易錯(cuò)誤怎么處理

公交刷卡機(jī)卡交易錯(cuò)誤怎么處理

溫旭麗 魏琳 胡天慈東南大學(xué)成賢學(xué)院

摘 要：論文以基于智匯卡的公交大數(shù)據(jù)為分析研究對(duì)象，對(duì)公交大數(shù)據(jù)在公交服務(wù)水平評(píng)價(jià)以及運(yùn)營(yíng)調(diào)度方面的應(yīng)用展開研究。首先分析了智匯卡大數(shù)據(jù)多源數(shù)據(jù)特征，并對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體包括:數(shù)據(jù)的清理、選取、異常值的處理以及智匯卡交易數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的匹配，最后選定數(shù)據(jù)優(yōu)質(zhì)的南京市37路公交作為應(yīng)用研究對(duì)象。運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)37路公交的服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括站點(diǎn)可達(dá)性、線路可達(dá)性、服務(wù)便捷性。同時(shí)運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析37路公交的客流特征，制定組合調(diào)度形式提高其服務(wù)水平。結(jié)果表明:運(yùn)用大數(shù)據(jù)可以更加科學(xué)的進(jìn)行公交服務(wù)水平的評(píng)價(jià)以及優(yōu)化公交的調(diào)度形式。

關(guān)鍵詞：公共交通;大數(shù)據(jù);多源數(shù)據(jù)融合;服務(wù)水平評(píng)價(jià);調(diào)度優(yōu)化;

基金：江蘇省高校“青藍(lán)工程”資助;江蘇省交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2019Y52);東南大學(xué)成賢學(xué)院青年教師科研發(fā)展基金項(xiàng)目(z0013);

互聯(lián)網(wǎng)改變了人類生活的格局，隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的快速發(fā)展，數(shù)字城市與智慧城市接踵而來，城市的建設(shè)促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，并直接推動(dòng)了大數(shù)據(jù)(Big data)時(shí)代的來臨。在交通領(lǐng)域，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集逐漸向電子化、信息化等高級(jí)應(yīng)用轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了交通大數(shù)據(jù)的形成與發(fā)展。從傳統(tǒng)的公交人工售票轉(zhuǎn)向自動(dòng)交易收費(fèi);從傳統(tǒng)的感應(yīng)線圈和手持雷達(dá)等固定檢測(cè)以及基于浮動(dòng)車的移動(dòng)檢測(cè)，轉(zhuǎn)向智能手機(jī)、北斗-7-衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等新型檢測(cè)方式。同時(shí)，信息化發(fā)展的集約交通傳感器布局和可靠的多源數(shù)據(jù)融合在不斷的發(fā)展，交通大數(shù)據(jù)為“感知現(xiàn)在、預(yù)測(cè)未來、面向服務(wù)”提供了最基本的數(shù)據(jù)支撐，成為解決城市交通問題的最基本條件。有不少學(xué)者對(duì)IC卡數(shù)據(jù)的應(yīng)用展開了研究，但目前基于公交IC卡數(shù)據(jù)的公交服務(wù)水平分析及公交調(diào)度改善的研究較少，羅云輝僅是對(duì)公交的運(yùn)行速度、高峰排隊(duì)情況進(jìn)行分析，缺少詳細(xì)的對(duì)時(shí)間、空間上對(duì)公交的服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià);肖華剛主要是基于公交數(shù)據(jù)對(duì)公交運(yùn)行時(shí)刻表進(jìn)行了優(yōu)化，并未對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)和服務(wù)水平進(jìn)行細(xì)致的評(píng)價(jià);井國(guó)龍使用了公交IC卡數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)對(duì)公交運(yùn)行進(jìn)行了服務(wù)層級(jí)的評(píng)定，基于Logit模型構(gòu)建了服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型，但是其模型更偏向于公交運(yùn)行方面，尚未對(duì)公交乘客角度上形成完整的考慮。國(guó)外學(xué)者利用公交AVL數(shù)據(jù)研究了公交車輛的運(yùn)行可靠性，基于速度、時(shí)間、到站準(zhǔn)時(shí)性等指標(biāo)評(píng)價(jià)了公交車輛的運(yùn)行狀態(tài)。但是由于客流分布的空間不均衡性特點(diǎn)，不考慮客流的因素不可避免的使得研究結(jié)論與實(shí)際有偏差。

1 多源數(shù)據(jù)融合與處理1.1 多源數(shù)據(jù)特征

公交GPS數(shù)據(jù)在收集時(shí)，由于設(shè)備自身或者傳輸?shù)仍颍瑪?shù)據(jù)中絕大部分經(jīng)緯度信息都在一定程度上存在問題。主要存在問題如下:

(1)數(shù)據(jù)中存在大量的異常值;

(2)隨著時(shí)間變化經(jīng)緯度信息不變異常;

(3)數(shù)據(jù)存在缺失。

1.2 多源數(shù)據(jù)處理1.2.1 數(shù)據(jù)清理

由于各種原因，數(shù)據(jù)的異常現(xiàn)象在公交數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳輸過程中是無(wú)法避免的，例如數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。對(duì)于公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)而言，其數(shù)據(jù)清理需要注意數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、冗余錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)一致性等問題。為了滿足準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，滿足預(yù)期數(shù)據(jù)分析的要求，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與清理，完成數(shù)據(jù)預(yù)處理。

1.2.2 數(shù)據(jù)選取

基于現(xiàn)狀獲取完整數(shù)據(jù)的局限以及目前GPS數(shù)據(jù)問題的分析，需要對(duì)現(xiàn)狀合適GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量最好的公交線路進(jìn)行分析，以減少因數(shù)據(jù)自身質(zhì)量的問題影響對(duì)公交客流的分析。通過對(duì)數(shù)據(jù)自身問題的分析以及不斷地實(shí)驗(yàn)，有以下兩種思路對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行批量提取:

(1)若bus＿no(公交車輛號(hào))對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度相同且相同個(gè)數(shù)大于50，則剔除相應(yīng)的bus＿no;計(jì)算剩余的bus＿no對(duì)應(yīng)的不同經(jīng)緯度的個(gè)數(shù);剔除不同經(jīng)緯度的個(gè)數(shù)小于5的bus＿no;計(jì)算不同線路其各自對(duì)應(yīng)的bus＿no數(shù)。

(2)計(jì)算各bus＿no對(duì)應(yīng)的相同經(jīng)緯度的個(gè)數(shù);選取bus＿no對(duì)應(yīng)的不同經(jīng)緯度數(shù)大于10的bus＿no;計(jì)算不同線路其各自對(duì)應(yīng)的bus＿no數(shù)。

以上兩種途徑中選擇的閾值可根據(jù)各線路實(shí)際情況的不同進(jìn)行相應(yīng)的改變。

最后，可以根據(jù)得到的結(jié)果，選擇對(duì)應(yīng)的bus＿no最多的公交線路。這兩種方法的好處是能夠批量處理百萬(wàn)級(jí)的GPS數(shù)據(jù)，大大節(jié)約了數(shù)據(jù)篩選時(shí)間，也使得篩選過程與結(jié)果一目了然，極大地提高了選取數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

1.2.3 數(shù)據(jù)異常值處理，選定研究路線

將某一組數(shù)據(jù)的經(jīng)度和緯度在所有站點(diǎn)的經(jīng)緯度中搜索，誤差可以在0.0025范圍內(nèi)波動(dòng)的，都符合該站點(diǎn)的要求，可以作為該站點(diǎn)的一組交易數(shù)據(jù)。因?yàn)樵O(shè)備統(tǒng)計(jì)不精準(zhǔn)，或者公交車并沒有準(zhǔn)確停靠在站點(diǎn)等原因，一組交易數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度會(huì)與站點(diǎn)的經(jīng)緯度存在一定的偏差。0.0025是我們?cè)诙啻卧囼?yàn)中得到的誤差容許范圍。在得到的數(shù)據(jù)中，0.0025即不會(huì)使錯(cuò)誤數(shù)據(jù)被計(jì)算在內(nèi)，也不會(huì)使一組數(shù)據(jù)因存在誤差而被統(tǒng)計(jì)為兩個(gè)站點(diǎn)。所以，符合容許誤差的數(shù)據(jù)即可算作一次該站點(diǎn)的成功交易數(shù)據(jù)。

通過對(duì)合適公交線路的選取，本次選擇line＿no為01015037的公交線路(37路)。37路公交路線較于其他線路其數(shù)據(jù)質(zhì)量更優(yōu)，但是由于車載GPS設(shè)備等原因，仍有部分?jǐn)?shù)據(jù)存在缺失或異常。需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的缺失值處理，通過觀測(cè)，特定車號(hào)對(duì)應(yīng)的有經(jīng)緯度信息全部為0。這種可能由于此車車載設(shè)備故障等原因，這種往往無(wú)法使用其他已知數(shù)據(jù)替代，也無(wú)法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其他已知數(shù)據(jù)進(jìn)行推測(cè)，在數(shù)據(jù)分析時(shí)只能將之刪除處理。對(duì)于另外一種情況，通過對(duì)缺失數(shù)據(jù)上下觀察，可以發(fā)現(xiàn)其與上下數(shù)據(jù)往往有著聯(lián)系，刷卡的間隔時(shí)間很短，這種情況往往能夠通過設(shè)定相應(yīng)的閾值(1min)，通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匹配，即借用上下記錄的經(jīng)緯度信息，作為替代數(shù)據(jù)。基于上述分析，對(duì)37路公交線路異常值的處理，異常值減少了18.78%。

1.2.4 市民卡交易數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的匹配

由于一天內(nèi)同一市民卡可能進(jìn)行多次刷卡，同一時(shí)間內(nèi)(精確到秒)會(huì)有多張市民卡產(chǎn)生交易信息，因此不能單獨(dú)依照某一字段進(jìn)行匹配，但是如果結(jié)合卡號(hào)和交易時(shí)間這兩個(gè)信息，便可唯一匹配兩種數(shù)據(jù)源(相當(dāng)于從空間和時(shí)間維度出發(fā)進(jìn)行匹配)。基于上述對(duì)匹配過程的考慮，完成相關(guān)程序的編寫實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)量的批量匹配，從而獲得卡號(hào)、卡類型、交易時(shí)間、車輛號(hào)、交易金額、換乘類型、經(jīng)緯度信息。

2 基于公交大數(shù)據(jù)的應(yīng)用———公交服務(wù)評(píng)價(jià)2.1 公交站點(diǎn)可達(dá)性評(píng)價(jià)

公交的站點(diǎn)可達(dá)性指標(biāo)，通過公交車輛的行車頻率來衡量。對(duì)37路公交，選擇上行、下行線路的起點(diǎn)站紫金明珠、萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)北分別作為參考斷面，分不同時(shí)間段統(tǒng)計(jì)通過的車輛數(shù)，并除以時(shí)間，得到平均行車頻率。

表1 南京公交37路行車頻率(單位:班/h) 下載原圖

從表1可知，南京公交37路的高峰行車頻率最高，約7班/小時(shí)，即平均每8分鐘就有一班車發(fā)出;平峰時(shí)發(fā)車頻率約6班/小時(shí);周末行車頻率較工作日偏低，僅5班左右，盡管如此，乘客周末的平均最大等車時(shí)間也不會(huì)超過12分鐘。總體而言，37路公交行車頻率較高，發(fā)車間隔小于10分鐘。

2.2 公交線路可達(dá)性評(píng)價(jià)

公交線路的可達(dá)性采用服務(wù)時(shí)長(zhǎng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)南京公交37路的運(yùn)營(yíng)方提供的時(shí)刻表，上行線路的首班車時(shí)間為05:30，末班車時(shí)間為22:10，服務(wù)時(shí)長(zhǎng)16小時(shí)40分鐘;下行線路的首班車時(shí)間為6:30，末班車時(shí)間為23:00，服務(wù)時(shí)間為16小時(shí)30分鐘;全天的公交服務(wù)時(shí)間覆蓋率為69.44%。

公交刷卡出行者是所有公交出行者中的一部分，由于首、末班車出行者數(shù)量較少，市民卡數(shù)據(jù)難以覆蓋到所有站點(diǎn)，無(wú)法從市民卡數(shù)據(jù)中獲取所有站點(diǎn)的首、末班車時(shí)間。對(duì)于區(qū)分上下線路的公交市民卡數(shù)據(jù)，取該方向當(dāng)日的首條刷卡記錄作為首班車，當(dāng)日的最后一條刷卡記錄作為末班車，以此推算每日不同方向的首末班車時(shí)間。

刷卡站點(diǎn)一定位于起點(diǎn)站下行方向，利用首末條刷卡記錄推算線路首、末班車駛離起點(diǎn)站的時(shí)間，即首末班車時(shí)刻表。通過一周的數(shù)據(jù)分析可知，37路上行方向發(fā)車刷卡最早時(shí)間是5:23，末班最遲刷卡時(shí)間是23:21;下行方向發(fā)車刷卡最早時(shí)間是5:23，末班最遲刷卡時(shí)間是23:39。數(shù)據(jù)表明:無(wú)論是上行還是下行線路，首條記錄時(shí)間早于時(shí)刻表，末條記錄時(shí)間遠(yuǎn)晚于時(shí)刻表，說明公交37路實(shí)際提供的服務(wù)時(shí)長(zhǎng)是可能多于時(shí)刻表服務(wù)時(shí)長(zhǎng)的。

2.3 公共服務(wù)便捷性評(píng)價(jià)

從公交出行者的角度出發(fā)，對(duì)公交服務(wù)便捷性最直觀的感受就是在站臺(tái)的候車時(shí)間，乘客在站臺(tái)的候車時(shí)間則受到車輛到達(dá)站點(diǎn)時(shí)間間隔變化的影響。

首先做出如下假設(shè):

(1)乘客隨機(jī)獨(dú)立到達(dá)候車站點(diǎn)，即乘客到達(dá)站點(diǎn)的時(shí)刻不受公交時(shí)刻表及其他乘客的影響;

(2)公交車輛按既定發(fā)班順序先后到達(dá)站點(diǎn)，運(yùn)行過程中不存在相互超車;

(3)乘客優(yōu)先選擇首先到達(dá)站點(diǎn)的公交車輛，并且所有乘客都可以一次上車，沒有乘客留站的現(xiàn)象。在滿足這些假設(shè)的前提下，乘客在公交站點(diǎn)的平均候車時(shí)間可以表示為:

其中，s為車頭時(shí)距偏離的標(biāo)準(zhǔn)差;h為標(biāo)準(zhǔn)車頭時(shí)距;

計(jì)算公交37路所有站點(diǎn)的乘客平均候車時(shí)間，并計(jì)算了不同時(shí)段全線平均候車時(shí)間與不同時(shí)段大于平均候車時(shí)間的站點(diǎn)比例。由計(jì)算結(jié)果可知，公交37路的乘客平均候車時(shí)間在8～9分鐘左右，高峰時(shí)段候車時(shí)間最短。在周末和平峰時(shí)段，超過30%站點(diǎn)的平均候車時(shí)間會(huì)大于線路平均候車時(shí)間，說明在這兩個(gè)時(shí)段，公交到達(dá)時(shí)間不夠穩(wěn)定。對(duì)于上行線路，江東門紀(jì)念館-水西門大街、江東門區(qū)間與水西門大街、江東門-江東萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)區(qū)間的平均候車時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于下行線路，小天堂-苜蓿園大街區(qū)間的平均候車時(shí)間較長(zhǎng)。考慮到該線路穿越南京中心城區(qū)，且服務(wù)不穩(wěn)定的區(qū)間位于線路下游方向，可以認(rèn)為中心城區(qū)不穩(wěn)定的交通情況導(dǎo)致了公交37路的服務(wù)便捷性降低。

3 基于公交大數(shù)據(jù)的應(yīng)用—公交調(diào)度優(yōu)化3.1 公交線路組合與服務(wù)模式改進(jìn)

合理的調(diào)度形式可以有效的降低乘客的出行時(shí)間和公交公司的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)直接提高人民生活質(zhì)量和加快城市經(jīng)濟(jì)總價(jià)值的創(chuàng)造。以南京37路公交為例，根據(jù)前期對(duì)于公交IC卡數(shù)據(jù)的分析與處理，對(duì)37路進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化研究。

3.1.1 公交線路組合與公交車輛調(diào)度形式

線路組合既可以稱為一種調(diào)度形式，也可以認(rèn)為是從普通線路中衍生出的線路形式。線路形式包括全程車、大站快車、區(qū)間車等，具體見圖1～圖3。利用公交運(yùn)營(yíng)快速靈活的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際客流情況，可以采用不同的線路組合形式，如全程車和大站快車，全程車和直達(dá)車。

圖1 全程車 下載原圖

圖2 區(qū)間車 下載原圖

圖3 大站快車 下載原圖

3.1.2 大站快線公交線路組合適用條件

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，實(shí)施大站快線組合調(diào)度的條件如下:公交線路長(zhǎng)度一般在15km以上，站點(diǎn)數(shù)大于20個(gè)，以保證快車能分擔(dān)一定的客流量;一般選擇城市客運(yùn)交通走廊或高峰時(shí)段運(yùn)營(yíng)的公交線路;采取大站快線組合調(diào)度的公交發(fā)車間隔一般小于20min;具有一定的道路條件，如公交專用道、公交優(yōu)先信號(hào)等。

本次研究選擇的南京公交37路，線路全長(zhǎng)約17公里，橫穿南京城區(qū)，途經(jīng)多所高校、醫(yī)院、商業(yè)綜合體、公園等大型客流集散點(diǎn)，線路平均日出行量達(dá)1.5萬(wàn)人次以上;線路中設(shè)置公交車輛專用道路段約10km，雙向六車道的路段占線路總長(zhǎng)的70%以上。綜上所述，南京公交37路具備實(shí)施大站快線公交組和服務(wù)的需求與條件。

3.2 公交客流分擔(dān)率分析

客流具有時(shí)間分布和空間分布的不均衡性，由于智慧卡數(shù)據(jù)只有上車刷卡交易時(shí)間，故本文采取不均衡系數(shù)法來確定快車調(diào)度形式。方向不均勻系數(shù)Ka的計(jì)算如式(2):

其中，Qa為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)線路最大單向客運(yùn)量;

為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)線路平均單向客運(yùn)量。

一般來說，Ka<Ka0(1.2～1.4);則應(yīng)采取調(diào)整措施，比如錯(cuò)開沿線有關(guān)單位上下班時(shí)間或增加運(yùn)輸車次、開設(shè)快車等;

首先，按照車次及時(shí)間來判斷刷卡信息是屬于上行或下行，之后按照時(shí)間及站點(diǎn)來分類，以1小時(shí)為時(shí)間間隔，得到了表2。

表2 37路上下行方向不均勻系數(shù) 下載原圖

Ka0取1.35，根據(jù)條件Ka<Ka0，需要開行快車的時(shí)間段和運(yùn)行方向是:

上行:12:00:00-12:59:59、18:00:00-18:59:59;

下行:17:00:00-17:59:59、20:00:00-20:59:59。

3.3 大站快車站點(diǎn)選擇

得到需要開行快車的時(shí)間段和運(yùn)行方向后為了確定大站快車的停站點(diǎn)，采取以下方法確定站點(diǎn)分擔(dān)客流比率:

計(jì)算每個(gè)時(shí)間段的總刷卡人數(shù)Tn，然后再對(duì)每個(gè)時(shí)間段的總刷卡人數(shù)Tn取線路有刷卡數(shù)據(jù)的站點(diǎn)數(shù)量Sn的平均值

，若站點(diǎn)平均刷卡人數(shù)

<Tj(j=1,2,3，…，32)，則確認(rèn)此站點(diǎn)為大站快車的停站;

其中，Tn為每個(gè)時(shí)間段的總刷卡人數(shù);Sn為每個(gè)時(shí)間段線路有刷卡信息的站點(diǎn)數(shù);

為每個(gè)時(shí)間段線路有刷卡信息的站點(diǎn)數(shù)的平均刷卡人數(shù);n為取1,2,3,4分別對(duì)應(yīng)下行上行12:00:00-12:59:59、下行17:00:00-17:59:59、上行18:00:00-18:59:59、下行20:00:00-20:59:59。

經(jīng)計(jì)算，

通過計(jì)算得出開行大站快車的停站點(diǎn)如圖4～圖7，其較為直觀地說明了利用以上方法得到的公交線路組合的服務(wù)模式。全程車服務(wù)停靠全部的線路站點(diǎn)，大站快線車輛停靠線路中客流量較大的站點(diǎn)，用黑色實(shí)心三角標(biāo)出。

圖4 12:00:00-12:59:59服務(wù)模式 下載原圖

圖5 17:00:00-17:59:59服務(wù)模式 下載原圖

4 結(jié)論

(1)結(jié)合南京市的公交智匯卡數(shù)據(jù)對(duì)公交大數(shù)據(jù)的多元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析、對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)異常值處理以及市民卡交易數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的匹配。

圖6 18:00:00-18:59:59服務(wù)模式 下載原圖

圖7 20:00:00-20:59:59服務(wù)模式 下載原圖

(2)通過公交大數(shù)據(jù)可以精確的對(duì)公交服務(wù)水平，即公交站點(diǎn)可達(dá)性、公交線路可達(dá)性和公交便捷性，進(jìn)行評(píng)價(jià)。為后期公交服務(wù)水平的提高提供科學(xué)依據(jù)。

(3)通過分析客流分擔(dān)率及采用不均衡系數(shù)法，利用2017年3月6日至2017年3月12日南京37路公交大數(shù)據(jù)，確定了大站快車的停站時(shí)間和停站點(diǎn)。

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