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摘 要：随着公共交通建设发展的持续推进，其建设瓶颈期已初步显现，直接通过大规模的公交基础设施建设来拉动公交服务品质的边际效益已经逐步降低。随着相关技术的成熟，国家号召大力推进人工智能和信息化在公共交通行业中的应用，通过大数据技术、机器学习技术构建公共交通动态监测及决策支撑引擎，强化在既有公交设施基础上的服务挖潜能力，提升公共交通服务软实力和总体品质。本文对公共交通动态监测及决策支撑系统的建设必要性、用户功能需求和总体功能进行探索研究，初步建立系统建设总体框架。
关键词：动态监测;决策支撑;公交仿真
中图分类号：U491.17 文献标识码：A
0 引言
进入十三五以来，随着大数据、云计算、人工智能的技术突破，智能化、信息化发展作为国家核心发展战略已在都各领域逐步落地。交通作为事关国计民生的核心领域受到了国家的格外关注。2017年国务院印发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》（国发〔2017〕11号）。上述文件中明确提出了要积极依托大数据及人工智能的技术突破，建成覆盖公共交通、城市路网、相关高速公路以及综合枢纽的集成化交通信息采集、处理、决策支持和服务系统，实现对公交车、城市轨道以及客运枢纽运营车辆的智能监管。
公共交通系統是目前国内各大城市的市内绿色客运出行主体，为广大居民提供了普适、可靠的出行服务，该系统的整体服务水平不仅影响城市的正常客流运转，同时也对城市交通拥堵缓解起到决定作用。在后公交都市背景下，公共交通除了基础设施的持续投入，还需要在信息化建设和人工智能技术应用方面强化突破，构建公共交通仿真决策平台，有效提高城市公交的整体运行效率和服务水平，支撑城市公交的创新发展。本文对公共交通动态监测及决策支撑系统的建设必要性、用户需求分析和总体功能设计进行研究，期望形成一套科学合理、普适有效的建设框架。
1 建设必要性分析
1.1 公共交通系统降本增效、服务提质的技术依托
公共交通系统的服务水平往往受到公交设施建设及实时运营管理两大核心因素制约。国内各大城市在公共交通设施方面已经取得长足进度，在公交都市建设指导下公交线网规模及覆盖面大幅增加，公交运力稳步增长，公交场站建设逐步完善，为公交服务水平进一步提升奠定了良好的设施基础。但是普遍来看公交乘客对于公交系统服务依然有所诟病，不满意最多的是运行速度慢、等车时间长、车辆准点率低、车内拥挤四大因素，造成上述现象的核心症结恰恰是因为公共交通运营监管方面的弱势发展。
因此，必须构建公共交通仿真决策平台，平台内不仅涵盖公交轨道IC卡、公交GPS、车载视频等公共交通大数据[1-3]，同时还将引入手机信令数据、道路流量视频数据、实时信号灯数据等外部数据[4-6]。通过平台运算核心对多源头、海量、实时数据的联合分析和规律解析，找出居民公交客流时空分布形成机理，从而动态优化公交线路运营发班计划和道路信号灯配时，以此提升公共交通服务水平和效率水平。
1.2 公共交通系统科学决策、理性发展的有力支撑
随着国内各大城市轨道交通建设持续推进，地铁网络化运营格局纷纷显现。但是地铁的开通运营势必会影响现状其沿线重叠较长路段地面公交线路的客流效益，不利于发挥地铁和地面公交各自的服务优势。在此背景下，各城市公交主管部门重点应结合地铁线路的建设对公交线路进一步优化线位、强化运能、调整功能定位，以强化客流接驳。
因此，必须基于居民出行调查数据的基础上，利用前述公交IC卡、手机信令等多元大数据共同构建公共交通仿真决策支撑平台，对公共交通线网优化方案进行前置性仿真测试，评估优化后的线路客流规模、站点上下客量、换乘流量等客流效益指标，以此反馈原有方案中走向、站点、运力配置等线路参数，保障优化后的公交线路与居民实际出行需求方向相匹配，切实支撑政府部门在优化方案中的科学决策工作。
1.3 公共交通系统实时监管、安全生产的核心抓手
公共交通系统面向大众服务，公交车辆的驾驶行为直接决定了乘客乘坐体验性以及乘客自身安全性，进而对公共交通系统服务水平具有举足轻重的影响。
基于公共交通仿真决策支撑平台，可以通过对车辆GPS数据及道路视频数据的联合挖掘对驾驶员行为进行实时监测。重点通过车辆速度、是否频繁变化车道、是否过近跟驰、是否违章等行为进行智能识别，以此为基础制定安全驾驶指标综合考评驾驶员驾驶行为等级，引导、提升驾驶人员驾驶行为，保障公交车辆规范、安全驾驶，提升公共交通客流吸引力。
2 用户需求分析
本次平台设计面对三大类用户：政府管理部门（交通局运管处）、公交运营企业、交通管理部门，三类用户由于用户需求不同，需要不同的功能进行支撑。
2.1 政府管理部门
公共交通行业管理的实际操作部门，对公交运营企业进行监管和考核，向上级主管部门上报公交系统运行情况，并对公交线网优化方案进行决策。其对平台主要需求为：
（1）公交客流情况的自动统计;（2）公交运行情况的自动统计;（3）公交线网优化方案供给布局评估;（4）公交线网优化方案的客流效益评估。
2.2 公交运营企业
公交运营企业是公交系统运营的实际操作者，其对平台主要需求为：
（1）线网优化方案的客流仿真指标结果（线路层级）;（2）公交线路的客流效益监测;（3）公交车辆的运行状态监测。
2.3 交通管理部门
交通管理部门是公交线路运营的支撑部门，其对平台的主要需求为：
（1）公交车辆的运行状态监测;（2）公交路权优先方案仿真评估;（3）节点信号优先方案仿真评估。
3 总体功能设计
3.1 数据管理子系统
数据管理子系统是城市公交线网优化仿真系统与公交公司、轨道公司、交管局、运营商等单位数据接入的中介。该系统遵循和不同数据源的接口规范，依据完备的数据交互机制，按照协商好的接口规范及标准体系与数据提供单位的数据进行稳定可靠的交互，具有数据汇聚功能。 在此基础上数据管理子系统还具备初步的数据清洗、关联功能，并形成与业务需求相对应的专题数据库。
3.2 数据感知子系统
數据感知子系统是仿真系统的两大核心之一，主要利用统计推断、最优化分析、机器学习、深度学习等算法框架构建大数据分析引擎，在此基础上对公交大数据、轨道大数据、运营商大数据等动态交通大数据进行融合挖掘分析，并将分析结果储存到相关数据库中。子系统核心实现公交客流实时监测与分析以及公交车辆运行实时监测与分析两个基础业务模块，对现状公共交通运行整体状况进行全环节感知。
3.3 仿真应用子系统
仿真应用子系统同样是仿真系统的两大核心之一，在宏观四阶段模型框架、中观动态交通分配核心算法以及GIS空间分析基础上构建交通仿真分析引擎。利用仿真分析引擎构建宏观离线仿真决策支撑模块和中观在线仿真决策支撑模块。
其中宏观离线仿真决策支撑模块用以对公交线网优化布局方案、客流效益进行精准仿真评估，同时也可以对公交换乘优惠等于常规公交线网优化息息相关的公交政策的实际效益进行仿真预判，切实支撑相关管理部门的科学决策。中观在线仿真决策支撑模块则重点对公交线路运力排班方案、公交优先信号控制、公交专用道等路权设计方案效果进行实时、在线的仿真分析，支撑公交公司等公交运营主体的科学决策。
3.4 数据可视化子系统
数据感知子系统和仿真应用子系统的分析结果将通过数据可视化子系统向不同用户进行发布和展示。除了常规的静态图表展示以外，本次还引入了数据仪表盘和地图展示两类可视化展示途径，增加数据分析结果的展示表现力。
数据仪表盘根据不同专题，将相关指标按照统一逻辑整合在一个页面，给用户以整体、全局、全环节的数据表达力。
地图展示则主要在百度、高德等地图应用基础上，将数据分析结果以热力图、迁徙图、轨迹图、染色图等形式表达数来，使表达结果具备时空效应，为用户提供更加直观的展示效果。
4 结语
公共交通动态监测和决策支撑系统总体希望在构建公共交通的全景数据底盘的基础上，形成更加丰富和精细化的公共交通评估指标体系和结果，支撑不同用户在公交相关方向的决策。
笔者基于自身在公共交通规划、设计以及大数据分析方向经验进行了系统的总体设计的初步探索，限于笔者经验和自身理论水平，难免有所疏漏。后续笔者将结合相关系统建设实证性研究的持续开展，不断细化功能需求，细化功能设计，完善核心技术支撑，从而完善系统总体建设框架。
参考文献：
[1]秦政.基于公交IC卡和GPS数据的乘客上下车站点研究[J].西部交通科技，2017，12（08）：115-119.
[2]李莹，翁小雄.基于公交IC卡和GPS数据的换乘识别方法[J].广西大学学报（自然科学版），2017，42（02）：579-586.
[3]杨万波，王昊，叶晓飞，等.基于GPS和IC卡数据的公交出行OD推算方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（03）：117-121.
[4]李喆，孙健，倪训友.基于智能手机大数据的交通出行方式识别研究[J].计算机应用研究，2016，33（12）：3527-3529+3558.
[5]李彬，杨铭，肖润谋.基于乘客接受度的定制公交票价分析[J].中国科技论文，2016，11（07）：786-792.
[6]李祖芬，于雷，高永，等.基于手机信令定位数据的居民出行时空分布特征提取方法[J].交通运输研究，2016，2（01）：51-57.
关键词：动态监测;决策支撑;公交仿真
中图分类号：U491.17 文献标识码：A
0 引言
进入十三五以来，随着大数据、云计算、人工智能的技术突破，智能化、信息化发展作为国家核心发展战略已在都各领域逐步落地。交通作为事关国计民生的核心领域受到了国家的格外关注。2017年国务院印发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》（国发〔2017〕11号）。上述文件中明确提出了要积极依托大数据及人工智能的技术突破，建成覆盖公共交通、城市路网、相关高速公路以及综合枢纽的集成化交通信息采集、处理、决策支持和服务系统，实现对公交车、城市轨道以及客运枢纽运营车辆的智能监管。
公共交通系統是目前国内各大城市的市内绿色客运出行主体，为广大居民提供了普适、可靠的出行服务，该系统的整体服务水平不仅影响城市的正常客流运转，同时也对城市交通拥堵缓解起到决定作用。在后公交都市背景下，公共交通除了基础设施的持续投入，还需要在信息化建设和人工智能技术应用方面强化突破，构建公共交通仿真决策平台，有效提高城市公交的整体运行效率和服务水平，支撑城市公交的创新发展。本文对公共交通动态监测及决策支撑系统的建设必要性、用户需求分析和总体功能设计进行研究，期望形成一套科学合理、普适有效的建设框架。
1 建设必要性分析
1.1 公共交通系统降本增效、服务提质的技术依托
公共交通系统的服务水平往往受到公交设施建设及实时运营管理两大核心因素制约。国内各大城市在公共交通设施方面已经取得长足进度，在公交都市建设指导下公交线网规模及覆盖面大幅增加，公交运力稳步增长，公交场站建设逐步完善，为公交服务水平进一步提升奠定了良好的设施基础。但是普遍来看公交乘客对于公交系统服务依然有所诟病，不满意最多的是运行速度慢、等车时间长、车辆准点率低、车内拥挤四大因素，造成上述现象的核心症结恰恰是因为公共交通运营监管方面的弱势发展。
因此，必须构建公共交通仿真决策平台，平台内不仅涵盖公交轨道IC卡、公交GPS、车载视频等公共交通大数据[1-3]，同时还将引入手机信令数据、道路流量视频数据、实时信号灯数据等外部数据[4-6]。通过平台运算核心对多源头、海量、实时数据的联合分析和规律解析，找出居民公交客流时空分布形成机理，从而动态优化公交线路运营发班计划和道路信号灯配时，以此提升公共交通服务水平和效率水平。
1.2 公共交通系统科学决策、理性发展的有力支撑
随着国内各大城市轨道交通建设持续推进，地铁网络化运营格局纷纷显现。但是地铁的开通运营势必会影响现状其沿线重叠较长路段地面公交线路的客流效益，不利于发挥地铁和地面公交各自的服务优势。在此背景下，各城市公交主管部门重点应结合地铁线路的建设对公交线路进一步优化线位、强化运能、调整功能定位，以强化客流接驳。
因此，必须基于居民出行调查数据的基础上，利用前述公交IC卡、手机信令等多元大数据共同构建公共交通仿真决策支撑平台，对公共交通线网优化方案进行前置性仿真测试，评估优化后的线路客流规模、站点上下客量、换乘流量等客流效益指标，以此反馈原有方案中走向、站点、运力配置等线路参数，保障优化后的公交线路与居民实际出行需求方向相匹配，切实支撑政府部门在优化方案中的科学决策工作。
1.3 公共交通系统实时监管、安全生产的核心抓手
公共交通系统面向大众服务，公交车辆的驾驶行为直接决定了乘客乘坐体验性以及乘客自身安全性，进而对公共交通系统服务水平具有举足轻重的影响。
基于公共交通仿真决策支撑平台，可以通过对车辆GPS数据及道路视频数据的联合挖掘对驾驶员行为进行实时监测。重点通过车辆速度、是否频繁变化车道、是否过近跟驰、是否违章等行为进行智能识别，以此为基础制定安全驾驶指标综合考评驾驶员驾驶行为等级，引导、提升驾驶人员驾驶行为，保障公交车辆规范、安全驾驶，提升公共交通客流吸引力。
2 用户需求分析
本次平台设计面对三大类用户：政府管理部门（交通局运管处）、公交运营企业、交通管理部门，三类用户由于用户需求不同，需要不同的功能进行支撑。
2.1 政府管理部门
公共交通行业管理的实际操作部门，对公交运营企业进行监管和考核，向上级主管部门上报公交系统运行情况，并对公交线网优化方案进行决策。其对平台主要需求为：
（1）公交客流情况的自动统计;（2）公交运行情况的自动统计;（3）公交线网优化方案供给布局评估;（4）公交线网优化方案的客流效益评估。
2.2 公交运营企业
公交运营企业是公交系统运营的实际操作者，其对平台主要需求为：
（1）线网优化方案的客流仿真指标结果（线路层级）;（2）公交线路的客流效益监测;（3）公交车辆的运行状态监测。
2.3 交通管理部门
交通管理部门是公交线路运营的支撑部门，其对平台的主要需求为：
（1）公交车辆的运行状态监测;（2）公交路权优先方案仿真评估;（3）节点信号优先方案仿真评估。
3 总体功能设计
3.1 数据管理子系统
数据管理子系统是城市公交线网优化仿真系统与公交公司、轨道公司、交管局、运营商等单位数据接入的中介。该系统遵循和不同数据源的接口规范，依据完备的数据交互机制，按照协商好的接口规范及标准体系与数据提供单位的数据进行稳定可靠的交互，具有数据汇聚功能。 在此基础上数据管理子系统还具备初步的数据清洗、关联功能，并形成与业务需求相对应的专题数据库。
3.2 数据感知子系统
數据感知子系统是仿真系统的两大核心之一，主要利用统计推断、最优化分析、机器学习、深度学习等算法框架构建大数据分析引擎，在此基础上对公交大数据、轨道大数据、运营商大数据等动态交通大数据进行融合挖掘分析，并将分析结果储存到相关数据库中。子系统核心实现公交客流实时监测与分析以及公交车辆运行实时监测与分析两个基础业务模块，对现状公共交通运行整体状况进行全环节感知。
3.3 仿真应用子系统
仿真应用子系统同样是仿真系统的两大核心之一，在宏观四阶段模型框架、中观动态交通分配核心算法以及GIS空间分析基础上构建交通仿真分析引擎。利用仿真分析引擎构建宏观离线仿真决策支撑模块和中观在线仿真决策支撑模块。
其中宏观离线仿真决策支撑模块用以对公交线网优化布局方案、客流效益进行精准仿真评估，同时也可以对公交换乘优惠等于常规公交线网优化息息相关的公交政策的实际效益进行仿真预判，切实支撑相关管理部门的科学决策。中观在线仿真决策支撑模块则重点对公交线路运力排班方案、公交优先信号控制、公交专用道等路权设计方案效果进行实时、在线的仿真分析，支撑公交公司等公交运营主体的科学决策。
3.4 数据可视化子系统
数据感知子系统和仿真应用子系统的分析结果将通过数据可视化子系统向不同用户进行发布和展示。除了常规的静态图表展示以外，本次还引入了数据仪表盘和地图展示两类可视化展示途径，增加数据分析结果的展示表现力。
数据仪表盘根据不同专题，将相关指标按照统一逻辑整合在一个页面，给用户以整体、全局、全环节的数据表达力。
地图展示则主要在百度、高德等地图应用基础上，将数据分析结果以热力图、迁徙图、轨迹图、染色图等形式表达数来，使表达结果具备时空效应，为用户提供更加直观的展示效果。
4 结语
公共交通动态监测和决策支撑系统总体希望在构建公共交通的全景数据底盘的基础上，形成更加丰富和精细化的公共交通评估指标体系和结果，支撑不同用户在公交相关方向的决策。
笔者基于自身在公共交通规划、设计以及大数据分析方向经验进行了系统的总体设计的初步探索，限于笔者经验和自身理论水平，难免有所疏漏。后续笔者将结合相关系统建设实证性研究的持续开展，不断细化功能需求，细化功能设计，完善核心技术支撑，从而完善系统总体建设框架。
参考文献：
[1]秦政.基于公交IC卡和GPS数据的乘客上下车站点研究[J].西部交通科技，2017，12（08）：115-119.
[2]李莹，翁小雄.基于公交IC卡和GPS数据的换乘识别方法[J].广西大学学报（自然科学版），2017，42（02）：579-586.
[3]杨万波，王昊，叶晓飞，等.基于GPS和IC卡数据的公交出行OD推算方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（03）：117-121.
[4]李喆，孙健，倪训友.基于智能手机大数据的交通出行方式识别研究[J].计算机应用研究，2016，33（12）：3527-3529+3558.
[5]李彬，杨铭，肖润谋.基于乘客接受度的定制公交票价分析[J].中国科技论文，2016，11（07）：786-792.
[6]李祖芬，于雷，高永，等.基于手机信令定位数据的居民出行时空分布特征提取方法[J].交通运输研究，2016，2（01）：51-57.