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基于行程时间的公交运行可靠度评价及影响因素分析

翁剑成 赵世昌 林鹏飞 孔宁 钱慧敏

翁剑成, 赵世昌, 林鹏飞, 孔宁, 钱慧敏. 基于行程时间的公交运行可靠度评价及影响因素分析[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(6): 163-171. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.06.017
引用本文: 翁剑成, 赵世昌, 林鹏飞, 孔宁, 钱慧敏. 基于行程时间的公交运行可靠度评价及影响因素分析[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(6): 163-171. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.06.017
Weng Jiancheng, ZHAO Shichang, LIN Pengfei, KONG Ning, QIAN Huimin. Evaluation of Bus Operation Reliability and Analysis of Influencing Factors Based on Travel Time[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(6): 163-171. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.06.017
Citation: Weng Jiancheng, ZHAO Shichang, LIN Pengfei, KONG Ning, QIAN Huimin. Evaluation of Bus Operation Reliability and Analysis of Influencing Factors Based on Travel Time[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(6): 163-171. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.06.017

基于行程时间的公交运行可靠度评价及影响因素分析

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.06.017
基金项目: 

国家自然科学基金项目 52302381

国家自然科学基金项目 52072011

北京市教育委员会科学研究计划项目 KM202310005025

详细信息
    作者简介:

    翁剑成(1981—),博士,教授. 研究方向:智能交通、交通出行行为建模等. E-mail:youthweng@bjut.edu.cn

    通讯作者:

    林鹏飞(1993—),博士,讲师. 研究方向:智能交通、交通大数据等. E-mail:linpengfei@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: U491.1+7

Evaluation of Bus Operation Reliability and Analysis of Influencing Factors Based on Travel Time

  • 摘要: 公交运行过程中会受到多种内外部因素干扰,为精准评价公交运行可靠度并量化分析各影响因素。基于公交到站时间数据计算区间行程时间,通过动态阈值和变异系数以及归一化处理,研究了1种可反映不合理延误影响和区间行程时间波动性的公交运行可靠度评价方法,实现不同线路、不同时段公交运行可靠度的横、纵向对比,解决了基于时刻表偏差的公交运行可靠度评价方法不适用于高频服务公交线路的问题。为克服现有研究影响因素考虑单一、以定性分析为主的局限,从站点客流、公交线站属性、道路条件等维度构建8种公交运行可靠度影响因素,利用随机森林模型构建可靠度影响模型,并与支持向量机与反向传播神经网络(back propagation,BP)模型进行精度对比,结合相对重要度和部分依赖图量化分析各影响因素。选取北京市2019年1月9条公交线路的多源公交数据进行实证分析。结果表明:研究提出的评价方法具有良好的有效性,可精准识别早晚高峰期间公交运行的不可靠。采用随机森林构建影响模型的精度最高,相较于支持向量机与BP神经网络分别提升20.38%和49.88%。模型揭示了各个因素的非线性影响机理并确定了有效阈值区间,站点间距、公交区间速度与公交专用道占比是影响公交运行可靠度的关键因素,相对重要度依次为26.9%、25.1%和24.1%。此外,当站点间距在600~800 m之间时,可靠度相较于250 m提升约12.5%;可靠度与公交区间速度呈正相关关系,最高可提升约7%;当公交专用道占比达到60%以上时可靠度显著提升,当占比达到95%时,可靠度提升约6.5%;当途径路段的交叉口数量从1个增加至3个时,可靠度下降约4%;为保证良好的可靠度,公交站台服务的公交线路数不宜超过3条。

     

  • 图  1  3条线路工作日公交运行可靠度时空分布

    Figure  1.  Spatio-temporal distribution of bus operation reliability on weekdays for three lines

    图  2  影响因素的相对重要度

    Figure  2.  The relative importance of influencing factors

    图  3  影响因素的部分依赖图

    Figure  3.  Partial dependency plots of influencing factors

    表  1  公交站点属性数据样例

    Table  1.   Samples of bus stop attribute data

    线路名称 线路编号 方向 站点编号 站点名称 站点经度/(°) 站点纬度/(°)
    1 1 下行 1 老山公交场站 116.233 0 39.914 82
    1 1 下行 2 老山南路东口 116.233 9 39.911 73
    1 1 下行 3 地铁八宝山站 116.237 3 39.907 34
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    表  2  公交到站时间数据样例

    Table  2.   Samples of bus arrival time data

    线路名称 方向 站点名称 车辆编号 到站距离 到站时间 最大站序
    430 上行 地坛西门 222 090 918 92 -1 2 019/01/14 08:21:46 23
    430 上行 兴化路 222 090 918 92 -1 2 019/01/14 08:25:48 23
    430 上行 和平西桥南 222 090 918 92 -1 2 019/01/14 08:29:34 23
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    表  3  公交线路属性数据样例

    Table  3.   Samples of bus route attribute data

    线路名称 方向 站点序号 站点名称 距离下一站长度/m
    1 下行 1 老山公交场站 352.69
    1 下行 2 老山南路东口 658.5
    1 下行 3 地铁八宝山站 1 216.39
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    表  4  公交乘客智能卡数据样例

    Table  4.   Samples of bus passenger Smart Card data

    智能卡号 线路名称 上车站点编号 下车站点编号 上车时间 下车时间
    109 045 539 1 26 20 2 019/1/1 07:34 2 019/1/1 07:48
    109 006 789 1 28 17 2 019/1/1 07:10 2 019/1/1 08:00
    109 045 541 1 27 20 2 019/1/1 07:32 2 019/1/1 07:50
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    表  5  公交运行可靠度影响因素

    Table  5.   Set of factors affecting bus operation reliability

    维度 影响因素 指标释义
    站点客流 站点登降量 乘客智能卡数据计算得到的站点上下车人数之和进行赋值/(人·次)
    公交线站属性 站点间距 相邻站点之间的距离/m
    站台形式 直线式=1、港湾式=0
    站台服务线路数 站台服务的公交线路数量(1,2,3,……)
    道路条件 信号交叉口数量 站点区间内公交运行途径的信号交叉口数量(1,2,3,……)
    公交专用道占比 站点区间内公交专用道长度占总长度的比例
    公交区间速度 公交在站点区间内的运行速度(km/h)
    车道数 公交运行方向车道数量(1,2,3,……)
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    表  6  随机森林模型最优参数表

    Table  6.   Optimal parameter table of random forest model

    参数名称 最优参数
    最大的弱学习器的个数 70
    最大特征数 3
    决策树最大深度 19
    内部节点再划分所需最小样本数 80
    叶子节点最少样本数 10
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    表  7  模型精度对比

    Table  7.   Comparison of accuracy of models

    模型 MAE MSE NMSE
    随机森林模型 0.418 0.292 0.138
    支持向量机模型 0.525 0.432 0.198
    BP神经网络模型 0.834 0.913 0.341
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  • 收稿日期:  2024-04-26
  • 网络出版日期:  2025-03-08

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