吳丹+++顏韜
摘 要:浮動(dòng)車采集技術(shù)是交通采集技術(shù)的一種,合理利用浮動(dòng)車海量數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)城市交通問題研究。結(jié)合武漢市某一區(qū)域浮動(dòng)車統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析周邊道路交通運(yùn)行狀況,探索浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:交通擁堵;浮動(dòng)車;動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃;交通決策支持
引言
大中城市交通擁堵問題已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的一大難題,以武漢市為例,目前全市機(jī)動(dòng)車擁有量已經(jīng)突破160萬大關(guān),同時(shí)私人小汽車仍以平均月增2萬輛的速度增長,交通擁堵、停車?yán)щy、空氣污染等問題已經(jīng)嚴(yán)重影響城市可持續(xù)發(fā)展,亟待采取良好的軟硬件措施來緩解。
文章涉及的浮動(dòng)車采集技術(shù)是伴隨著ITS新技術(shù)應(yīng)用而在近幾年發(fā)展起來的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交通信息采集技術(shù),即在普通的運(yùn)行車輛(如出租車、公交車、警車等)上安裝定位和無線通信裝置,實(shí)現(xiàn)車輛與交通數(shù)據(jù)中心的信息交換,反饋車輛動(dòng)態(tài)位置等信息。目前包括武漢市在內(nèi)的很多大中城市均利用浮動(dòng)車數(shù)據(jù)建立了城市路網(wǎng)實(shí)時(shí)路況網(wǎng)上發(fā)布平臺(tái),但是對于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)如何指導(dǎo)城市交通研究的分析深度還較缺乏,文章通過選取武漢市某一區(qū)域分析周邊道路一段時(shí)期的浮動(dòng)車數(shù)據(jù),總結(jié)區(qū)域交通運(yùn)行特點(diǎn),探索浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的深度利用價(jià)值。
1 浮動(dòng)車數(shù)據(jù)建立
武漢市浮動(dòng)車系統(tǒng)是利用現(xiàn)有出租車調(diào)度中心采集的出租車實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)而搭建,采集的數(shù)據(jù)包括車輛編號、當(dāng)前日期、當(dāng)前時(shí)刻、經(jīng)緯度坐標(biāo)、方向角、瞬時(shí)速度、車輛狀態(tài)等,這些數(shù)據(jù)每隔30s由出租車發(fā)送至浮動(dòng)車數(shù)據(jù)處理中心,由數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,篩除異常數(shù)據(jù),然后通過地圖匹配算法將數(shù)據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)逐一對應(yīng)至電子地圖上,根據(jù)數(shù)據(jù)記錄的車輛編號、當(dāng)前時(shí)刻、經(jīng)緯度坐標(biāo)等生成每輛浮動(dòng)車的行駛路徑。依據(jù)行駛路徑與路網(wǎng)地圖的一一對應(yīng)關(guān)系,可以獲得單位時(shí)間內(nèi),某一路段被浮動(dòng)車經(jīng)過的次數(shù),以及根據(jù)時(shí)間和長度指標(biāo)計(jì)算該路段行駛車速,文章案例將針對以上兩個(gè)指標(biāo)分析區(qū)域交通運(yùn)行狀況。
2 案例分析
2.1 案例區(qū)域選擇
為保證研究有效性,區(qū)域選取遵循以下原則:
2.1.1 周邊沒有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),如地鐵、道路等施工項(xiàng)目,避開外界因素造成的非正常交通流影響。
2.1.2 交通特征有一定代表性,節(jié)假日、工作日等不同時(shí)期交通運(yùn)行狀況有較大差異,便于對浮動(dòng)車數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行對比。
目前武漢市交通建設(shè)項(xiàng)目頗多,選擇的區(qū)域需在較長一段時(shí)間內(nèi)沒有建設(shè)項(xiàng)目,最終選定武漢市江岸區(qū)育才小學(xué)片區(qū)為案例分析對象,該區(qū)域分布有2所小學(xué)及1所幼兒園,日常交通較擁堵,為適宜選擇區(qū)域。
該區(qū)域分布有五條主次干道,確定分析的道路范圍如圖1,該范圍含5個(gè)相交路口(路口編號見圖1),分別從五條道路的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量、路段車速、路口車速三個(gè)方面進(jìn)行擁堵分析。
圖1 研究范圍示意圖
2.2 分析時(shí)間段選擇
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要截取2011年春節(jié)前后三天以及2011年三月份部分工作日、雙休日共七天的早高峰(8:00~9:00)和晚高峰(18:00~19:00)浮動(dòng)車數(shù)據(jù)。分別為2月2日(除夕)、2月3日(初一)、2月4日(初二)、3月7日(星期一)、3月9日(星期三)、3月19日(星期六)、3月27日(星期日),分析不同時(shí)期該區(qū)域道路的交通運(yùn)行狀況。
2.3 數(shù)據(jù)分析
2.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量
針對以上時(shí)間段,過濾掉異常數(shù)據(jù)后,五條道路早晚高峰共獲得183823條有效車輛信息記錄(見圖2)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出:(1)3月份非節(jié)假日時(shí)間段早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量均高于2月份春節(jié)放假期間的早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量,一定程度上可以反映春節(jié)期間五條道路車流量較非節(jié)假日期間的車流量要?。唬?)3月份中工作日早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量相對高于雙休日早晚高峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量,且周一的統(tǒng)計(jì)量最高,可以反映周一的道路交通流量相對更大。
圖2 五條道路早晚高峰統(tǒng)計(jì)量匯總圖
2.3.2 路段車速分析
路段車速分析基于各路段統(tǒng)計(jì)長度與浮動(dòng)車行駛路徑的平均旅行時(shí)間的比值而獲得,經(jīng)統(tǒng)計(jì)得五條道路早晚高峰平均速度見圖3、圖4。
圖3 早高峰五條道路分方向平均速度對比圖
圖4 晚高峰五條道路分方向平均速度對比圖
從上圖可以看出:(1)較春節(jié)假日、雙休日來說,工作日道路運(yùn)行速度最低,尤其是黃孝河路平均車速不足10km/h,較其他道路更易出現(xiàn)交通擁堵;(2)就道路分方向車速來說,黃孝河路和建設(shè)大道雙向呈現(xiàn)明顯不均衡性,且早晚高峰交通特性一致,均是黃孝河路(發(fā)展大道至建設(shè)大道方向)和建設(shè)大道(黃浦大街至臺(tái)北路方向)車速更低。
2.3.3 路口車速分析
分析圖1中標(biāo)示的5個(gè)路口(路口編號見圖1),路口車速分析以早高峰數(shù)據(jù)為例來分析,根據(jù)每個(gè)路口各個(gè)流向車輛行駛軌跡,統(tǒng)計(jì)各個(gè)流向路口旅行時(shí)間,計(jì)算每個(gè)路口平均車速如下圖5。由圖可以看出:(1)與路段車速類似,工作日路口車速較春節(jié)假日、雙休日相對更低;(2)路口2(建設(shè)大道與澳門路相交路口)和路口4(黃孝河路與解放公園路路口)的路口行駛車速低于20km/h,尤其是路口2,平均車速低于15km/h,較其他路口交通運(yùn)行效率更低。
2.4 數(shù)據(jù)驗(yàn)證
為進(jìn)一步驗(yàn)證浮動(dòng)車數(shù)據(jù)對道路交通運(yùn)行狀態(tài)判別的有效性,2011年3月17日(周四)進(jìn)行了人工跟車測速調(diào)查,與浮動(dòng)車3月9日(周三)車速分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,經(jīng)統(tǒng)計(jì)浮動(dòng)車計(jì)算車速與人工調(diào)查車速值誤差20%以內(nèi)(由于人工跟車調(diào)查樣本量較小,因此與浮動(dòng)車統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在一定誤差),從數(shù)據(jù)量級來看基本相符。
通過浮動(dòng)車數(shù)據(jù)分析可以得出該區(qū)域常態(tài)交通擁堵路段為黃孝河路、建設(shè)大道,且易產(chǎn)生擁堵的方向分別是:黃孝河路從發(fā)展大道至建設(shè)大道方向、建設(shè)大道從黃浦大道至臺(tái)北路方向。常態(tài)交通擁堵點(diǎn)為建設(shè)大道與澳門路路口、黃孝河路與解放公園路路口,基本符合實(shí)際道路交通運(yùn)行狀況。endprint
3 應(yīng)用前景
從以上案例分析是基于浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時(shí)期的交通變化規(guī)律,證明浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性,深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會(huì)產(chǎn)生較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,以下從交通擁堵評價(jià)、路網(wǎng)交通預(yù)測、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。
3.1 交通擁堵評價(jià)
以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)庫,按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時(shí)段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)與處理,掌握面、線、點(diǎn)在不同時(shí)段的平均車速的分布規(guī)律,尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日(如清明節(jié)、國慶節(jié))等典型時(shí)段交通運(yùn)行特征,總結(jié)時(shí)變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線,為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺(tái)提供基礎(chǔ)依據(jù)。
3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測
基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫,分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢,可建立短時(shí)交通預(yù)測模型,利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù),實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時(shí)交通預(yù)測(如路段車速、行駛時(shí)間),為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合,用于校核宏觀模型參數(shù),提高模型預(yù)測精度,為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。
3.3 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃
基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時(shí)路網(wǎng)預(yù)測模型,可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時(shí)間最短的路徑計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時(shí)最優(yōu)路徑規(guī)劃,并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布,為交通參與者提供動(dòng)態(tài)交通導(dǎo)航,實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。
3.4 交通決策支持
通過建立浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)分析平臺(tái),輔以其他的靜態(tài)交通采集方式(如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等)可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫,可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢,還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型,為交通緩堵措施制定、大型活動(dòng)交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。
4 結(jié)束語
隨著城市化的不斷加快,城市機(jī)動(dòng)化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn),城市交通、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn),從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā),智能化交通需要得到充分發(fā)展,而浮動(dòng)車具備覆蓋廣、易采集、能反映動(dòng)態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢,該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用,為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]翁劍成,周翔等,翟雅嶠,等.浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在城市宏觀交通特性研究中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2008,32(5):806-809.
[2]辛飛飛,陳小鴻,林航飛.浮動(dòng)車數(shù)據(jù)路網(wǎng)時(shí)空分布特征研究[J].中國公路學(xué)報(bào),2008,21(4):105-110.
[3]王力,王川久,沈曉蓉,等.基于模糊旅行時(shí)間的動(dòng)態(tài)交通分配模型研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2005,31(10):1149-1152.
[4]李宇光,熊普選,樂陽.基于大樣本浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的武漢市車輛行駛速度獲取與分析[J].交通信息與安全,2009,27(4):26-29.
作者簡介:吳丹(1981,12-),女,籍貫:湖北,現(xiàn)職稱:工程師,學(xué)歷:交通工程專業(yè)學(xué)士,主要研究方向:城市交通工程。endprint
3 應(yīng)用前景
從以上案例分析是基于浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時(shí)期的交通變化規(guī)律,證明浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性,深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會(huì)產(chǎn)生較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,以下從交通擁堵評價(jià)、路網(wǎng)交通預(yù)測、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。
3.1 交通擁堵評價(jià)
以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)庫,按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時(shí)段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)與處理,掌握面、線、點(diǎn)在不同時(shí)段的平均車速的分布規(guī)律,尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日(如清明節(jié)、國慶節(jié))等典型時(shí)段交通運(yùn)行特征,總結(jié)時(shí)變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線,為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺(tái)提供基礎(chǔ)依據(jù)。
3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測
基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫,分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢,可建立短時(shí)交通預(yù)測模型,利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù),實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時(shí)交通預(yù)測(如路段車速、行駛時(shí)間),為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合,用于校核宏觀模型參數(shù),提高模型預(yù)測精度,為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。
3.3 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃
基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時(shí)路網(wǎng)預(yù)測模型,可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時(shí)間最短的路徑計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時(shí)最優(yōu)路徑規(guī)劃,并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布,為交通參與者提供動(dòng)態(tài)交通導(dǎo)航,實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。
3.4 交通決策支持
通過建立浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)分析平臺(tái),輔以其他的靜態(tài)交通采集方式(如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等)可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫,可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢,還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型,為交通緩堵措施制定、大型活動(dòng)交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。
4 結(jié)束語
隨著城市化的不斷加快,城市機(jī)動(dòng)化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn),城市交通、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn),從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā),智能化交通需要得到充分發(fā)展,而浮動(dòng)車具備覆蓋廣、易采集、能反映動(dòng)態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢,該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用,為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介:吳丹(1981,12-),女,籍貫:湖北,現(xiàn)職稱:工程師,學(xué)歷:交通工程專業(yè)學(xué)士,主要研究方向:城市交通工程。endprint
3 應(yīng)用前景
從以上案例分析是基于浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以反映區(qū)域道路和節(jié)點(diǎn)一定時(shí)期的交通變化規(guī)律,證明浮動(dòng)車數(shù)據(jù)在反映道路交通運(yùn)行狀況上具備一定的實(shí)用性和科學(xué)性,深度挖掘其歷史數(shù)據(jù)對緩解城市擁堵、提高出行便捷性等方面會(huì)產(chǎn)生較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,以下從交通擁堵評價(jià)、路網(wǎng)交通預(yù)測、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、交通決策支持等分析其應(yīng)用方向。
3.1 交通擁堵評價(jià)
以年為單位構(gòu)建城市路網(wǎng)浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)庫,按區(qū)域、道路、節(jié)點(diǎn)以時(shí)段、月份、季節(jié)為單位對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)與處理,掌握面、線、點(diǎn)在不同時(shí)段的平均車速的分布規(guī)律,尤其是關(guān)注工作日早晚高峰、節(jié)假日(如清明節(jié)、國慶節(jié))等典型時(shí)段交通運(yùn)行特征,總結(jié)時(shí)變化、周變化、月變化、季變化等交通變化曲線,為建立城市交通擁堵指數(shù)發(fā)出平臺(tái)提供基礎(chǔ)依據(jù)。
3.2 路網(wǎng)交通預(yù)測
基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)建立交通運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫,分析路網(wǎng)交通狀態(tài)歷史變化趨勢,可建立短時(shí)交通預(yù)測模型,利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù),實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)短時(shí)交通預(yù)測(如路段車速、行駛時(shí)間),為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。該歷史數(shù)據(jù)也可與交通宏觀軟件相結(jié)合,用于校核宏觀模型參數(shù),提高模型預(yù)測精度,為預(yù)測未來交通發(fā)展態(tài)勢提供可靠支撐。
3.3 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃
基于路網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立短時(shí)路網(wǎng)預(yù)測模型,可進(jìn)行路網(wǎng)范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)路程最短或時(shí)間最短的路徑計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)實(shí)時(shí)最優(yōu)路徑規(guī)劃,并利用各種終端實(shí)現(xiàn)對外發(fā)布,為交通參與者提供動(dòng)態(tài)交通導(dǎo)航,實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源利用的最大化。
3.4 交通決策支持
通過建立浮動(dòng)車歷史數(shù)據(jù)分析平臺(tái),輔以其他的靜態(tài)交通采集方式(如視頻監(jiān)控、感應(yīng)線圈等)可以建立城市交通運(yùn)行的大數(shù)據(jù)庫,可長期監(jiān)控城市交通運(yùn)行變化趨勢,還可建立城市路網(wǎng)交通分析與預(yù)測模型,為交通緩堵措施制定、大型活動(dòng)交通保障、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略決策等提供充分的科學(xué)依據(jù)。
4 結(jié)束語
隨著城市化的不斷加快,城市機(jī)動(dòng)化快速增長亦不可逆轉(zhuǎn),城市交通、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展也面臨更嚴(yán)峻的考驗(yàn),從緩解交通擁堵、提高城市生活質(zhì)量出發(fā),智能化交通需要得到充分發(fā)展,而浮動(dòng)車具備覆蓋廣、易采集、能反映動(dòng)態(tài)交通運(yùn)行的獨(dú)特優(yōu)勢,該數(shù)據(jù)資源需要得到更深層次的挖掘及應(yīng)用,為改善城市交通出行環(huán)境、構(gòu)建平安和諧城市奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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作者簡介:吳丹(1981,12-),女,籍貫:湖北,現(xiàn)職稱:工程師,學(xué)歷:交通工程專業(yè)學(xué)士,主要研究方向:城市交通工程。endprint