基于gps浮动车采集数据的出租车运行特点研究

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保密-k-2年申请同济大学工学硕士学位论文基于GPS浮动车采集数据的出租车运行特点研究(国家自然科学基金项目编号：50738004)培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：交通运输工程学院交通运输工程交通运输规划与管理陈炼红杨东援教授二oo八年三月 ⑧Adissertationsubmittedto保密-A-2年TongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringStudyOfTaxiOperationTraitBasedOnGPSFloatData(SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina,GrantNo．50738004)School／Department：SchoolofTransportationEngineeringDiscipline：TransportationEngineeringMajor：TransportationPlanningandManagementCandidate：Lian-HongChenSupervisor：Prof．Dong-YuanYangMarch，2008 学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：年月日 同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日 摘要我国城市出租车拥有量增长很快，而且在城市交通中发挥了重要的作用。随着出租车数量的迅速增长，出租车交通量在城市道路交通量中占到了较大的比重，且大量空驶出租车交通量的存在造成了道路资源的浪费。目前对城市道路交通的研究较多的笼统为机动车交通，而缺乏对出租车交通的单独分析，对一定规模下的出租车运行状况，也缺乏一定的数据资料来验证出租车的运行状态是否满足城市的需求。随着数据采集技术的发展，借助GPS的快速发展，采用浮动车数据采集技术对出租车的实时运行状态的数据采集成为可能，进而可借助获取的原始数据对一定运力规模下的出租车运行状态进行判断。本文对国内外的浮动车数据采集技术及出租车运力规模控制方法进行了详细介绍，结合深圳市政府投资项目《深圳市城市交通仿真系统(SUTSS)》，获取了部分利用浮动车数据采集技术获得的出租车运行数据，通过判断出租车运行状态随时空变化的特征，及分析出租车规模与服务水平的相互影响关系，并尝试用乘客打车概率来探讨出租车市场的供应是否满足需求，形成对出租车市场的改善建议，为政府进行出租车市场调整改善等做决策支持。关键词：出租车，浮动车数据采集，运行特点，打车概率 AbstractABSTRACT—Therehasbeenagreatgrowthoftaxisinourcountry．111eywereproofedveryhelpfulintheurbantraffic．Asthefastgrowthoftheamountoftaxis，theirtraffichadtakengreatpartofthecity’Stotaltraffic．Especially,highvacancyrateofthetaxiswillbeagreatwasteoftheroad．Sofar,researchesonurbantraffictakecarsontheroadasawhole，whilelittleresearchesarefocusedontaxisize，．Italsolacksacertaindatatoverifyiftheoperationalstatusmeetsthedemandofthecity．Withthedevelopmentofdataacquisitiontechnology,and、丽ththerapiddevelopmentofGPS。it’Spossibletocollectthereal-timerunningdataoftaxiswi吐lfloatingCardataacquisitiontechnology．And、忻ththesedata,it’Spossibletoanalyzetheoperationalstatusofacertaintaxisize．Inthispaper,floatingCardataacquisitiontechnologyandmethodsoftaxisizeinbothnationalandforeignareintroducedindetail．WiththeMunicipalGovemmentinvestmentprojectsofShenzhen，getsometaxioperationdatawithfloatingcardamacquisitiontechnology,throughanalyzingthetaxioperationalstatuschangingbytimeandspace，andanalyzetherelationsbetweenthetaxisizeandservicelevel，andtrytouseprobabilityoftheavailabilityforpassengerstoanalyzethesupplyanddemandoftaximarket，andputforwardsomeadvicetoimprovethetaximarket,tosupporttheGovemment’Sdecision．makingaboutthetaximarket．KeyWords：Taxi，FloatingCardataacquisition，Operationalstatus，ProbabilityoftheavailabilityII 目录第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1．1传统信息环境面临变革⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1．2GPS浮动车采集技术日益成熟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．1．3出租车规模已有研究缺乏一定标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．2研究目的及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71．3研究方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7第2章我国出租车行业发展情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1我国出租车行业发展概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1．1出租车的定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1．2出租车发展历程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．2出租车行业特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．2．1出租车的服务特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1l2．2．2出租车的运行特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．2．3出租车的市场管制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13第3章出租车市场研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．1出租车市场影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．2不同目标下的出租车规模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．3多目标下的出租车市场描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．3．1研究假设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．193．3．2市场描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一193．4打车概率描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23第4章利用浮动车采集数据判断出租车运行状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28III 目录4．1数据来源及基本特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯284．2数据处理流程及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯294．2．1数据预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．294．2．2坐标转换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．314．2．3地图匹配⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344．2．4出租车运行特征提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～374．3数据处理结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l4．3．1数据预处理结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．414．3．2数据误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．454．3．3出租车运行特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．46第5章出租车运行评价及改善建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．1城市背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．2出租车运行现状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．2．1出租车需求现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．625．2．2出租车运营评价及交通影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯665．3改善建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯68第6章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．2论文创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．3论文不足及进一步研究的方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．73个人简历在读期问发表的学术论文与研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．75IV 第1章绪论1．1研究背景1．1．1传统信息环境面临变革对交通的研究起源于二十世纪三十年代。第二次世界大战至上世纪五十年代，随着社会生产水平和物质水平的提高，各工业化国家大力提倡“机动化”，对交通的研究实现了一个飞跃。此后，世界各国的城市规模不断扩大，车辆迅速增加，带来了交通拥挤、阻塞，车速降低，运距增加，停车困难，事故频繁，环境污染等问题。为了解决这些问题，人们从交通调查入手，并在交通管理、交通设计、交通规划、交通安全、交通政策与环境保护等方面进行了实践和理论研究，研究方法逐渐完善和全面，技术手段不断升级【11。就交通规划而言，在同济大学一九八七年出版的《交通工程》一书中指出，交通规划通常可分成三个阶段。第一阶段是交通调查，对交通现状包括出行发生、交通工具、土地使用、路网交通现状、用地规划等作全面调查，并分析影响交通的社会、经济因素；第二阶段是编制各种数学模型进行交通需求预测，主要包括出行发生、出行分布、交通方式划分、交通分配的预测；第三阶段是规划效果的评价及修正规划。从中可以看出，交通调查在交通规划中占据了重要的位置。不仅如此，交通调查是所以交通管理、交通设计等的基础。交通调查的内容包括交通量调查、车速调查、通行能力调查、居民出行调查、车辆出行调查等。传统的交通调查主要以人工调查为主，如交通量调查方法包括人工计测法、自动计数器测数法、照相摄影法、试验车浮动测定法，这些方法往往都要求较大人力参与，测量精度差，而且获取的往往是局部地区局部时段的数据，数据量非常有限，用来进行交通分析往往不够准确和充分——断点信息不能够支撑分析方法和规划模型等的更新改进。随着科学技术的发展及交通恶化的要求，交通事业迅速发展，交通参数的获取不再限于传统的交通调查方法，依赖先进技术和设备的交通调查方法得到迅速发展，依托先进技术和设备的交通调查方法可以获取连续观测的交通信息，可以更准确的分析交通发展的持续变化，并且判断已有交通规划方案和政府决策等的适用性和影响分析：现代获取信息方式的多样化也利于将交通特征和各种其他属性特征综合考虑，拓宽视野。传统的交通学科分析环境面临了信息技术带来的 第1章绪论变革冲击。现有的动态连续观测交通信息的设备分为两种：固定交通数据采集设备，主要有环形线圈检测器、视频检测系统、微波检测器、超声波检测器及红外线检测系统等；移动交通数据采集设备，主要有：浮动车、手机等，其中浮动车技术包括主要有基于GPS的动态交通数据采集技术、基于汽车牌照自动识别的动态交通数据采集技术和基于电子标签的动态交通数据采集技术【2】。1．1．2GPS浮动车采集技术日益成熟全球定位系统(GPS)即是一种先进的信息技术，是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统，在实现对交通运输系统整个过程的控制及信息实时发布等方面有着广泛的应用【3】。GPS浮动车是目前国际上ITS领域中一种先进的道路交通信息采集技术。GPS浮动车即是通过在车辆上安装GPS车载装置和无线通信设备，将车辆信息(如时间、速度、坐标、方向等参数)实时地传送到浮动车信息中心，经过汇总、处理后生成反映实时道路路况的交通信息，并通过互联网和公众移动网络对外发布，为公众出行提供帮助，同时也为交通管理部门在交通控制、诱导等方面提供决策支持16J。在本论文中，“浮动车”不同于传统的浮动车。传统的浮动车方法，是用试验车测量，一般需试验车在特定路段按照特定要求行驶而且需人工记录，采集效率低、测量精度低，而且使用环境受到限制【3】。在范跃祖著的《浮动车技术的发展及应用研究综述》中指出：“浮动车技术与交通调查中由Wardrop和Charlsworth提出的浮动车方法有着本质的区别”。浮动车技术无论从实现方法上、成本上、数据有效性上都远超过传统的浮动车方法【4】。基于浮动车的交通信息采集系统主要由车载设备、无线通信网络和交通信息中心等组成。车载设备主要包括GPS模块、无线通信模块等。GPS模块接收卫星定位信号并运算出车辆的坐标和瞬时速度【5l。无线通信模块负责将车辆坐标、速度等数据传送到交通信息中心，并接收交通信息中心发送的指令和数据。无线通信网络主要是指通信运营商提供的通信基站和数据传输服务。交通信息中心主要包括无线通信设备、基于GIS的交通信息处理系统及计算机设备掣引。GPS浮动车技术对车辆本身及驾驶员的驾驶行为不做任何要求，与一般社会车辆无异，通过在车辆上加装GPS终端，实时追踪车辆的运行状态，完全利用跟踪车辆的瞬时位置、速度和时间达到对大范围网络交通流信息的动态获取。获取的数据有许多方面的应用，主要归纳为以下几种：一是利用获得的数据为路网动态信息实时预测提供数据基础，或者为路网运行状态提供判断支持；第二类为2 第l章绪论城市交通状况实时查询系统提供数据支持；第三类是用于探测路网交通事件的发生，如排队的发生或者监测交通事故：第四类为某些路段或路网的通过时间的预测提供数据支撑；第五类为城市未来年的交通规划做决策支持。相比在道路上设置线圈、感应器、闭路电视等获得相类似数据的数据采集方式而言，GPS浮动车数据采集技术具有更大的灵活性和数据精确度，且随着智能交通系统的发展及GPS终端的价格下降，此种数据采集方式在成本上也有很大优势。目前在国外已经有一些将浮动车技术作为基本数据采集方式的项目f6】。(1)国外如美国的Inrix系统，Inrix在美国第一个突破性的应用了“移动传感器”，通过在五十多万辆商用车辆上装的GPS定位器作为“移动传感器”来收集“探测性信息”，然后将获得的信息与过去几年的交通历史流量、天气状况、地面道路施工等情况结合起来，用软件分析对未来几小时甚至几天内的路况进行预测。现在Infix系统已经在为138个城市提供事故数据，为30多个城市提供交通流量和流量预测的数据【6l。(2)国内在第九届“北京国际科技产业博览会"上，大用软件推出了一种“动态交通信息采集处理发布系统”，该系统的主要功能是通过利用在出租车上加装GPS装置获得实时动态交通数据，结合交通地理信息进行数据融合处理，得出实时动态交通信息，并通过交通广播、路况显示牌、车载终端等多种方式向公众公布城市交通状况，一方面为动态交通信息服务提供数据，另一方面还可以通过对历史数据的分析为城市建设提供重要的数据参考。北京英华慧通科技发展公司结合中英智能交通研究中心的理论与实践的科研成果，开发了((UCIC．GPS浮动车实时交通流信息采集系统》，该系统可实时监视路网的交通负荷水平和发展趋势，合理规划和引导交通流，为交通管理、规划和交通参与者提供实时有效的交通信息【lo】。1．13出租车规模已有研究缺乏一定标准出租车作为一种快捷、舒适的交通方式，可满足不同人群的多层次出行需要，其主要服务人群是出行不方便群体、城市中高收入群体、对时间要求高的群体以及外来的旅游和商务人员【9l。出租车是城市公共交通的一个重要补充，在促进城市经济繁荣、方便人们出行、发展城市旅游事业等方面起到了积极作用。但出租车人均乘客道路资源和能源消耗，以及空驶出租车寻找乘客带来的道路资源无产出消耗，使得出租车乘客单次出行的社会成本远远高于乘坐城市公共交通工具。随着我国城市化进程的加快，出租车受到越来越多出行者的青睐。一个城市如果 第l章绪论出租车拥有量太少，则无法满足消费者的需求；拥有量过多则会导致资源浪费、加剧城市道路拥挤、经营者利润低下等诸多问题。合理的出租车规模能够带来良好的社会效益，减轻对城市道路交通的压力，减少污染及对道路资源的消耗。因此世界上各大城市对出租车市场的运营均采取严格的控制，通过控制出租车牌照的发放来控制出租车辆的规模【lo】。目前我国对城市出租车拥有量的控制标准中并没有上限规定，现行的《城市道路交通规划设计规范(GB50220295)》仅给出了出租车拥有量的下限，即大城市不少于2veh／-T-人，小城市不少于O．15veh／千人，中等城市可在其间取值【111，给各城市控制出租车的发展规模与速度带来了困难。许多城市出租车规模控制一般以空驶率为指标，通过限定空驶率在一定比重范围内来确定投放规模，而对其他许多相关因素的考虑相对不够。对一定规模下的出租车运行状况，也缺乏一定的数据资料来验证出租车的运行状态是否满足城市的需求。事实上许多城市是在已经出现了出租车总量过剩、空驶率高的情况下才采取了限制出租车数量增长的政策，而且由于对未来年份出租车需求总量无法作出准确的预测，通常只能提出一些根据实际情况而定的指导性原则，不利于城市交通的发展【9J。国内外一些学者对出租车市场供需平衡关系及拥有量确定方法进行了一些研究。最早是由Douglas在1972年提出了一个出租车市场的集合模型【l们，模型虽然没有考虑出租车市场的空间结构，但是其简洁的概括了在一定市场规制下出租车的市场特征【121，得到了许多经济学家(Devany,1975；Shrieber,1975；ManskiandWright，1976；FoersterandGorman，1979；BeesleyandGtaister,1983；Schroeter,1983；FrankenaandPautler,1986；CaimsandListon．Heyes，1996；Amott，1996)的认同‘1311141。具体模型框架如下：Q2Q(e，聊。罄《o。豢