鄔 嵐，陳 婷，鄭 藝，朱亞運，周 濤，潘 浩

(1.南京林業(yè)大學汽車與交通工程學院，南京210037;2.東南大學交通學院，南京210096)

居民出行調(diào)查 (簡稱OD調(diào)查)是進行城市綜合交通規(guī)劃中的一項基礎工作。傳統(tǒng)的調(diào)查方法主要采用家訪調(diào)查法，調(diào)查需要多部門協(xié)同完成，除了制表，人工培訓，試驗調(diào)查和大規(guī)模入戶調(diào)查外，收集回來的數(shù)據(jù)表格數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)表格需要人工輸入，工作量巨大，枯燥繁瑣，調(diào)查成本高。所得數(shù)據(jù)是由被調(diào)查者回憶式完成，誤差較大;公眾的配合程度不一，通常選周三為調(diào)查日，對于周末出行等情況反映不夠全面。OD調(diào)查一般每5a需重新調(diào)查一次，目前很多城市都達不到。利用現(xiàn)在的高新技術(shù)改善居民出行調(diào)查工作顯得尤為必要。國內(nèi)外興起許多以定位技術(shù)和移動電子設備為主的新型調(diào)查方法，相較于以前的方法有著明顯的優(yōu)勢，數(shù)據(jù)信息量大，效率高、節(jié)省成本。

20世紀90年代中期，GPS設備第一次被引進交通調(diào)查領(lǐng)域來考查個人的出行問題，設備不能方便攜帶，也沒有配置內(nèi)存來存儲軌跡。2001年Wolf［1］提出并證明了 GPS調(diào)查可減少漏報情況。2006年日本對基于GPS的手機調(diào)查進行了初步設計［2］，但未形成實際軟件，也未與GIS結(jié)合進行居民出行基本指標的判定。2007年，Jianhe［3］創(chuàng)新性的提出了一種將GPS數(shù)據(jù)、GIS和網(wǎng)頁調(diào)查結(jié)合起來的出行調(diào)查方法，著重于出行方式和出行目的的檢測和識別。此方法應用于荷蘭出行調(diào)查中［4］，并證明了基于GPS的方法能獲得可靠的多日調(diào)查數(shù)據(jù)。但要求用戶在指定日期出行時隨身攜帶GPS手持設備，并發(fā)放流水日記，直到調(diào)查過程結(jié)束后再一并收回問卷和設備，而且整理數(shù)據(jù)時，還需要將設備和問卷一一對應編號，實際上仍然增大了工作量。

2007 年，楊飛［5］、黃美靈［6］等人的研究提出基于GSM無線通信系統(tǒng)下，手機在通信網(wǎng)絡中位置區(qū)的變化間接地反映了手機用戶在路網(wǎng)中位置的變化，通過建立通信網(wǎng)絡中位置區(qū)與路網(wǎng)劃分的交通小區(qū)之間的對應關(guān)系，將位置區(qū)變化信息映射到交通小區(qū)，從而獲取相應的OD數(shù)據(jù)。該技術(shù)數(shù)據(jù)采集過程完全依賴于GSM的定位功能，沒有用戶的直接參與，而只能獲得出行時間、距離、出發(fā)地和目的地的數(shù)據(jù)，至于用戶的出行方式、出行目的及個人信息無從得知，調(diào)查結(jié)果不全面，且GSM定位的精度有限，而且精度因通信基站密度不同有較大變化，因此僅適于較為粗糙的調(diào)查小區(qū)，并且受限于城市中心范圍。2007年，李洪武［7］等將GIS技術(shù)應用于大型活動交通管理中，開發(fā)了基于GIS技術(shù)的大型活動交通管理模擬信息系統(tǒng)，在很大程度上提高了交通組織管理的科學性和效率。2010年，張治華［8］依靠GPS數(shù)據(jù)的時空特征，獲得對常規(guī)出行信息的有效提取方法，包括GPS數(shù)據(jù)過濾、行程識別、方式判別和目的檢測的方法，并開發(fā)軟件通過小量的樣本進行了實際檢驗，但并未應用在移動設備上。張博［9］在其博士論文中利用手機網(wǎng)絡定位技術(shù)，對出行方式的特征進行了研究，設計了路徑匹配和出行方式模糊識別的方法。2010年，張兵［10］等構(gòu)建了建基于GIS的交通信息發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，蘆方強［11］等研究了基于公交OD數(shù)據(jù)的居民公交出行特征研究。2011年廣東佛山設計出了基于GSM和GPS的調(diào)查軟件，但是軟件界面復雜，操作較繁瑣，不利于推廣，且未對出行目的進行分析。

1 系統(tǒng)功能及設計思路

OD調(diào)查系統(tǒng)設計的原則主要是對用戶端的手機軟件操作要簡單易行，對數(shù)據(jù)合理分析要能得出出行方式、出行目的及出行量。

系統(tǒng)分為兩個模塊，第一模塊是移動設備上的客戶端軟件開發(fā)，第二模塊分析處理服務端是進行用戶出行信息的接收儲存以及數(shù)據(jù)分析。

在移動設備上開發(fā)的居民出行調(diào)查軟件 (簡稱ODAS軟件)?；贏ndroid系統(tǒng)用Java語言開發(fā)完成，用戶下載ODAS軟件時填寫注冊信息，然后在手機上安裝運行軟件，此后不需要用戶再進行任何其他操作，移動設備返回數(shù)據(jù)信息到MYSQL數(shù)據(jù)庫中，結(jié)合GIS工具，將道路網(wǎng)、公交線網(wǎng)、建筑物屬性、用地屬性輸入GIS中，進行起訖點判斷以及出行目的的判斷，通過平均速度、瞬時速度和停留時間以及出行路徑與公交線網(wǎng)比對判斷出行方式，最后獲得出行量分布。

用戶安裝運行軟件后，移動設備將每30s(時間間隔可自由設置，例如可以設置成15s，或1min)錄入位置等信息數(shù)據(jù)到基礎信息庫，如圖1所示。

圖1中第一列信息為日期時間，第二、三列為經(jīng)度緯度，第四列為30s的出行距離，第五列為30s的平均速度，在全天24 h的2880條反饋信息中每條信息中的速度值可以近似看做是出行的瞬時速度。

在實際操作中發(fā)現(xiàn)，反饋的數(shù)據(jù)會有個別時間段的位置信息沒有記錄，數(shù)據(jù)丟失，但時間長度不超過數(shù)分鐘，系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)會進行檢查糾錯，采取與相鄰信息的近似處理。

GIS信息庫和數(shù)據(jù)分析均由操作人員后臺處理，GIS地圖需為帶經(jīng)緯度的矢量圖，根據(jù)用地圖標注用地屬性，根據(jù)小區(qū)劃分圖在GIS地圖上確定小區(qū)位置，路網(wǎng)、公交線網(wǎng)根據(jù)需求定期更新。

2 數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

由于ODAS軟件在用戶手機中安裝運行后不需再進行其他操作，因此對反饋的數(shù)據(jù)信息進行挖掘分析是系統(tǒng)設計的關(guān)鍵。

(1)對初始出行起點的判定。判定原則:出行距離大于300m且經(jīng)過城市道路作為開始出行的O點。

圖1 基礎信息數(shù)據(jù)庫格式Fig.1 Format of basic information data

在一天的出行數(shù)據(jù)中，找出連續(xù)30 min速度小于1.2 m/s的數(shù)據(jù)，并進行分組編號。每組里面對基礎信息庫中每10條信息的出行距離累加，如果出行距離大于300 m，且出行軌跡與道路網(wǎng)重疊，表明出行利用了城市道路網(wǎng)，則表示開始出行。取第一條信息的位置點為出行起點，對應到GIS圖中得到O點小區(qū)編碼。

(2)對一次出行的終點的判定。判定原則:每30 s的平均速度小于1.2 m/s，停留時間大于30 min，移動范圍半徑小于300 m。

對基礎信息庫中每60條信息的出行距離累加，即為30min的用戶出行距離，并計算30 min的出行平均速度。如果出行距離小于300m，平均速度小于或等于1.2m/s，則取這60條信息中的第一條信息的位置點為此次出行的終點，對應到GIS圖中得到D點小區(qū)編碼。

圖2 速度分析圖Fig.2 Velocity distribution analysis

第二次出行的O點即為上次出行的D點，第二次出行的D點仍然按照上述方法得出，以此類推，可以得出一天中每個用戶的出行次數(shù)和每次出行的起訖點。

(3)對出行目的的判定。判定原則:GIS中設置用地屬性及建筑物屬性如商場、醫(yī)院、辦公大樓、居住區(qū)，根據(jù)建筑物屬性和停留時間判定出行目的。

居民出行數(shù)據(jù)返回數(shù)據(jù)庫后，操作人員將每個出行終點的經(jīng)緯度導入GIS圖里，根據(jù)每個終點所在建筑物的性質(zhì)及用地屬性，并且結(jié)合居民在終點停留的時間長度來判斷出行目的。以揚州市區(qū)為例:居民從揚州大學出行，到達目的地揚州市中醫(yī)院，從建筑物性質(zhì)可知，出行目的有兩種可能:上班或者看病。結(jié)合速度分析圖 (如圖2所示)可知，第一次出行D點的時間在9點鐘左右，第二次出行的O點在下午5點鐘左右，所以第一次出行的目的是去醫(yī)院上班。

(4)對出行方式的判定。判定原則:采用平均速度為主，結(jié)合瞬時速度以及與公交線路的重合度判定。居民出行方式根據(jù)速度分析圖中的速度與每種交通方式的速度范圍表 (見表1)對比，得出出行方式，以出行者從南京林業(yè)大學到東南大學為例。

表1 每種出行方式的速度范圍 (km/h)Tab.1 The velocity range of each travel mode(km/h)

如圖3所示，開始10 min的平均速度是5 km/h，可以判定出行方式是步行，停頓數(shù)分鐘后平均速度達到14 km/h，判定出行方式為自行車出行，中途的停頓為紅燈時間，最后一段平均速度又變?yōu)?.5 km/h，出行方式為步行。

圖3 自行車速度分析圖Fig.3 The velocity analysis of bicycle

3 操作實例

以一個被調(diào)查者騎自行車從南京林業(yè)大學到東南大學為例。首先，被調(diào)查居民者下載并安裝軟件到HuaweiC8650手機，然后啟動軟件并填寫個人信息，如圖4所示。

圖4 ODAS手機界面(a)login interface;(b)survey running interface Fig.4 ODAS interface.

點擊出行后，手機界面跳轉(zhuǎn)至地圖頁面，顯示出行者此刻所在位置，此時被調(diào)查者將手機保持開機狀態(tài)即可。基礎數(shù)據(jù)庫中儲存的經(jīng)緯度信息。此調(diào)查系統(tǒng)的特點概括如下:

(1)手機軟件操作簡便易行，對于非專業(yè)基礎人員亦可方便進行調(diào)查，易于推廣。

(2)由于軟件本身隨著用戶出行而記錄數(shù)據(jù)，所以記錄的數(shù)據(jù)具有實時性。

(3)可以得到一天完整的出行記錄以及工作日和非工作日的出行記錄，保證了數(shù)據(jù)的充足性，同時無需前期制表和后期的數(shù)據(jù)錄入，大大調(diào)查效率。

(4)如果加以配合手機流量獎勵、手機話費贈送等措施，能夠大大提高調(diào)查數(shù)量和調(diào)查的時間范圍。

(5)由于調(diào)查可以獲得海量的信息數(shù)據(jù)，對于公交線網(wǎng)的評價、交通擁堵節(jié)點的等都能有效分析，同時系統(tǒng)還可應用在出租車合乘的管理上。

以揚州市區(qū)為例，首先根據(jù)系統(tǒng)生成的速度時間圖來進行OD點的判斷以及各出行方式的判斷。然后將最終的數(shù)據(jù)導入GIS圖中，根據(jù)地圖上的分區(qū)找到O點和D點所在小區(qū)，錄入OD表，如圖5所示。并且在GIS圖中找出對應的建筑物名稱或者地點名稱 (如圖5所示，見表2)。

圖5 GIS中揚州市分區(qū)圖Fig.5 Zone division map of Yangzhou in GIS

根據(jù)建筑物的性質(zhì)、速度時間圖以及基礎信息進行出行目的的判斷。

4 結(jié)論

這項研究中，設計出了基于移動設備的OD調(diào)查系統(tǒng)，并應用于揚州OD調(diào)查。通過反饋的調(diào)查數(shù)據(jù)，確定了出行的起訖點、出行目的和出行方式。

表2 小區(qū)匹配表Tab.2 The corresponding zone number of OD point

ODAS軟件是基于安卓系統(tǒng)的手機用戶，未來還可以考慮基于塞班、ios等系統(tǒng)的軟件開發(fā)，適用于各種手機用戶。居民出行調(diào)查在綜合交通規(guī)劃中具有舉足輕重的地位，它的應用推廣前景十分廣闊。

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