本发明涉及一种公交线路站点间行瓶颈识别系统，属于智能公交技术、公交大数据和城市公交运行管理领域。
背景技术：
为了把握公交系统的发展情况就必须对公交运行状态有一个准确的把控，然而传统的人工调查手段已经不能适应现在复杂的公交系统，依据人工调查手段并对公交运行状态进行打分评价也存在很多不足。同时在现实过程中，由于公交运行与社会车辆的相关干扰、公交本身线路与车辆的交织等等，公交运行中的瓶颈难以识别，使得交通运营和管理者缺乏对道路状态的准确把握。随着公共交通系统的智能化和信息化的快速推进，每个参加公交运行的个体都留下来具有时间标签的电子信息，积累了海量的公交运行数据，这其中就有公交车的GPS数据和AVL数据。而本发明提出了一种公交线路站点间运行瓶颈识别系统，充分利用公交数据采集系统采集到的公交车的GPS数据、AVL数据和城市道路信息融合分析从而把握公交在站点间的运行状态并识别出公交线路站点间运行瓶颈。该系统可以面向交通规划部门、交通管理部门和公交运营部门，使他们对公交站点间运行状态有一个准确的把控，从而对公交调度和公交资源配置提供决策的支持，有着很好的推广前景。
技术实现要素：
本发明的目的是针对公交线路站点间运行状态难以准确把控的问题，结合不断变化的城市道路信息，提供了一种基于智能公交系统采集到的海量公交数据的公交线路站点间运行瓶颈识别系统。
本发明采用的技术方案为：一种公交线路站点间运行瓶颈识别系统，包括前端的公交数据采集系统、城市道路信息系统和后台核心的公交线路站点间运行瓶颈识别系统；所述公交数据采集系统和城市道路信息系统为公交线路站点间运行瓶颈识别系统提供公交数据和道路交通信息的支持；
所述公交数据采集系统采集公交车GPS数据、公交车AVL数据和公交线路站点信息；所述城市道路信息系统采集城市道路交通信息并更新城市道路交通信息；
所述公交线路站点间运行瓶颈识别系统包括预处理模块、参数估计模块和瓶颈识别模块；
所述的预处理模块依次实现异常数据判别、数据清洗、数据融合和线路站点信息补充，预处理模块的基础数据和信息来自于前端的公交车数据采集系统和城市道路信息系统；所述异常数据判断是通过数据挖掘手段得到的数据中的异常数据对象，这些异常数据与正常数据存在偏差；所述数据清洗是指将异常数据判断模块中发掘到的异常数据进行剔除；所述数据融合是将公交GPS数据、AVL数据、线路站点信息和城市公交线路经过的城市道路交通信息进行匹配和融合得到融合信息数据库；所述线路站点信息补充指的是补充说明城市道路是否存在施工、车祸、公交车辆故障信息，该信息不断更新数据库中的信息并加以补充说明，使得评估结果更加科学客观；
所述参数评估模块需要基于经过预处理模块后的公交数据进行参数评估模块确定速度阈值；所述确定速度阈值的方法流程如下:
①首先定义公交线路及它经过的城市道路的速度阈值为Cij；
②接着确定公交线路属性i：包括快速公交线路、常规公交线路和支线公交线路，它们的i分别取值为1、2、3；
③然后确定公交线路经过的站点间道路属性j：包括主干路、次干路和支路，它们的j分别取值为1、2、3；
④然后提取特定公交线路经过站点间道路属性相同的所有公交数据；
⑤将提取出相同属性的公交线路在相同道路属性的站点间路段上的GPS速度数据分别绘制频率分布直方图，选取65％车速为公交运行速度的一个阈值，高于它的速度为运行状态良好，低于它的速度可认为运行状态不佳；
所述参数估计模块利用的海量公交数据至少为一星期所有工作日(星期一到星期五)的公交数据；所述公交数据需要扣除车辆在站点范围的运行数据，目的是为了更加准确反映站点间的运行状态；所述公交数据需要将公交运行上下行方向区别开；
依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到快速公交线路经过主干路上站点的速度阈值C11、快速公交线路经过次干路上的速度阈值C12、快速公交线路经过支路上的速度阈值C13，快速公交线路一般不设置在次干路与支路上；依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到常规公交线路经过主干路上站点的速度阈值C21、快速公交线路经过次干路上的速度阈值C22、快速公交线路经过支路上的速度阈值C23，常规公交线路布置的范围较广；依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到支线公交线路经过主干路上站点的速度阈值C31、支线公交线路经过次干路上的速度阈值C32、支线线路经过支路上的速度阈值C33，支线公交线路一般不会设置在主干路上；
速度阈值得到了以后，则可以进行瓶颈识别模块的工作；所述瓶颈识别模块的工作流程如下：
①首先确定需要评估的公交线路；包括确定公交线路的运行类型和公交线路站点间道路隶属的城市道路属性；
②接着进行运行状态评估；运行状态评估需要依据公交线路站点间运行状态评估模型；所述公交线路站点间运行状态评估模型，采用的是基于概率指标定义的公交运行状态评估，将公交线路站点间运行状态良好为得到一定良好运行速度服务的概率，阈值为Cij，模型如下：
Rbus＝Pr(Vbusij≥Cij)
式中，Rbus是公交线路站点间良好运行速度服务的概率，Vbusij是公交线路在路段上的速度值；其中i表示公交线路属性包括快速公交线路、常规公交线路和支线公交线路，它们的i分别取值为1、2、3；其中j表示站点间道路属性，包括主干路、次干路和支路，它们的j分别取值为1、2、3；
所述运行状态评估模块根据上述模型计算结果Rbus值并将公交线路站点运行状态分为畅通、一般畅通、拥堵、严重拥堵四个等级；
若Rbus≥85％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为畅通；
若Rbus≥60％且Rbus<85％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为一般畅通；
若Rbus≥45％且Rbus<60％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为拥堵；
若Rbus<45％,则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为严重拥堵；
③运行瓶颈识别；运行瓶颈识别需要依据流程②运行状态评估中得到的Rbus值，
若Rbus<45％,则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为严重拥堵并认为改种类公交线路在指定站点间发生了运行瓶颈。
有益效果：本发明为实用可靠的处理系统，在对公交线路站点间的运行状态的评估上从公交数据与城市道路信息的融合运用、数据的处理、阈值确定以及判别方法的创新。
本发明参数估计模块结合海量历史公交数据和城市道路特征信息对公交运行状态评估的阈值进行确定并识别站点间的公交运行瓶颈，充分考虑了公交线路的特征和城市公交站点间道路的实际情况，避免了现有公交评价中的盲目打分。
与传统的依靠公交速度数据来判别公交运行状态相比，本发明通过数据和信息融合充分考虑了实际情况并且保证了数据的质量，提高了判别结果的准确性和客观性。
附图说明
图1为一种公交线路站点间运行瓶颈识别系统的结构图；
图2为速度阈值确定的流程图；
图3瓶颈识别模块的流程图；
图4为常州市快速公交1号线上行方向的线路站点信息；
图5为常州市快速公交1号线某日早高峰(上行)站点间运行状态；
图6为常州市快速公交1号线某日早高峰(上行)站点间运行瓶颈识别结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种公交线路站点间运行瓶颈识别系统，包括前端的公交数据采集系统、城市道路信息系统和后台核心的公交线路站点间运行瓶颈识别系统；所述公交数据采集系统和城市道路信息系统为公交线路站点间运行瓶颈识别系统提供公交数据和道路交通信息的支持；
所述公交数据采集系统采集公交车GPS数据(即公交车全球定位系统数据)、公交车AVL数据(即公交车辆自动定位数据)和公交线路站点信息；所述城市道路信息系统采集城市道路交通信息并更新城市道路交通信息；
所述公交线路站点间运行瓶颈识别系统包括预处理模块、参数估计模块和瓶颈识别模块；
所述的预处理模块依次实现异常数据判别、数据清洗、数据融合和线路站点信息补充，预处理模块的基础数据和信息来自于前端的公交车数据采集系统和城市道路信息系统；所述异常数据判断是通过数据挖掘手段得到的数据中的异常数据对象，这些异常数据与正常数据存在偏差；所述数据清洗是指将异常数据判断模块中发掘到的异常数据进行剔除；所述数据融合是将公交GPS数据、AVL数据、线路站点信息和城市公交线路经过的城市道路交通信息进行匹配和融合得到融合信息数据库；所述线路站点信息补充指的是补充说明城市道路是否存在施工、车祸、公交车辆故障信息，该信息不断更新数据库中的信息并加以补充说明，使得评估结果更加科学客观；
所述参数评估模块需要基于经过预处理模块后的公交数据进行参数评估模块确定速度阈值；如图2所示：所述确定速度阈值的方法流程如下:
①首先定义公交线路及它经过的城市道路的速度阈值为Cij；
②接着确定公交线路属性i(包括快速公交线路、常规公交线路和支线公交线路，他们的i分别取值为1、2、3)；
③然后确定公交线路经过的站点间道路属性j(包括主干路、次干路和支路，他们的j分别取值为1、2、3)；
④然后提取特定公交线路(如常规公交线路)经过站点间道路属性相同的所有公交数据；
⑤将提取出相同属性的公交线路在相同道路属性的站点间路段上的GPS速度数据分别绘制频率分布直方图，选取65％车速为公交运行速度的一个阈值，高于它的速度为运行状态良好，低于它的速度可认为运行状态不佳；
所述确定速度阈值的流程①需要将公交数据采集系统采集到的公交车GPS数据(即公交车全球定位系统数据)、公交车AVL数据(即公交车辆自动定位数据)、公交线路站点信息与城市道路信息系统采集到的采集城市道路交通信息形成融合数据库并定义阈值为Cij；
依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到快速公交线路经过主干路上站点的速度阈值C11、快速公交线路经过次干路上的速度阈值C12、快速公交线路经过支路上的速度阈值C13，快速公交线路一般不设置在次干路与支路上；依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到常规公交线路经过主干路上站点的速度阈值C21、快速公交线路经过次干路上的速度阈值C22、快速公交线路经过支路上的速度阈值C23，常规公交线路布置的范围较广；依据所述速度阈值的确定方法流程可以得到支线公交线路经过主干路上站点的速度阈值C31、支线公交线路经过次干路上的速度阈值C32、支线线路经过支路上的速度阈值C33，支线公交线路一般不会设置在主干路上；
速度阈值得到了以后，则可以进行瓶颈识别模块的工作；所述瓶颈识别模块的工作流程如下：
①首先确定需要评估的公交线路；
②接着进行运行状态评估；
③运行瓶颈识别；
所述流程①确定需要评估的公交线路包括确定公交线路的运行类型和公交线路站点间道路隶属的城市道路属性；所述流程②运行状态评估需要依据公交线路站点间运行状态评估模型；所述公交线路站点间运行状态评估模型，采用的是基于概率指标定义的公交运行状态评估，将公交线路站点间运行状态良好为得到一定良好运行速度服务的概率，阈值为Cij，模型如下：
Rbus＝Pr(Vbusij≥Cij)
式中，Rbus是公交线路站点间良好运行速度服务的概率，Vbusij是公交线路在路段上的速度值；其中i表示公交线路属性包括快速公交线路、常规公交线路和支线公交线路，它们的i分别取值为1、2、3；其中j表示站点间道路属性，包括主干路、次干路和支路，它们的j分别取值为1、2、3；
所述运行状态评估模块根据上述模型计算结果Rbus值并将公交线路站点运行状态分为畅通、一般畅通、拥堵、严重拥堵四个等级；
若Rbus≥85％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为畅通；
若Rbus≥60％且Rbus<85％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为一般畅通；
若Rbus≥45％且Rbus<60％，则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为拥堵；
若Rbus<45％,则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为严重拥堵；
所述流程③运行瓶颈识别需要依据流程②运行状态评估中得到的Rbus值，若Rbus<45％,则同一种类公交线路在指定站点间的运行状态为严重拥堵并认为改种类公交线路在指定站点间发生了运行瓶颈。
下面结合一算例对本发明做进一步说明；
对某日常州市快速公交1号线在早高峰(上行方向)的站点间运行状态进行评估，并识别其站点间的运行瓶颈；
依据图1一种公交线路站点间运行瓶颈识别系统的系统框架图，需要前端公交数据采集系统采集常州市的公交数据；
需要前端城市道路信息系统提供常州市城市道路信息；
得到了常州市公交数据和常州市城市道路信息以后，进入后台核心的公交线路站点间运行瓶颈识别系统；
后台核心的公交线路站点间运行瓶颈识别系统又包含了预处理模块、参数估计模块和瓶颈识别模块，其中：
所述的预处理模块，可以对常州市公交数据和城市道路交通信息实现)异常数据判别、数据清洗、数据融合和线路站点信息补充；
所述参数估计模块确定速度阈值；
根据参数估计模块，①定义常州市公交线路及它经过的城市道路的速度阈值为Cij，②确定常州快速公交线路1号线的公交线路属性i＝1，③确定快速公交1号线经过的站点间道路属性有城市主干路(j＝1)和城市次干路(j＝2)；由此可以得到图4常州是快速公交1号线(上行方向)的线路站点信息，线路经过了城市主干路和城市次干路两种城市道路属性；
根据参数估计模块，④提取常州快速公交线路经过站点间道路属性为城市主干路和城市次干路上的所有数据；
依据上述数据，⑤将提取出相同属性的公交线路在相同道路属性的站点间上的GPS速度数据分别绘制频率分布直方图，选取65％车速为公交运行速度的一个阈值，可以得到常州市快速公交线路在主干路上的评估阈值C11＝9km/h,常州市快速公交线路在次干路上的评估阈值C12＝6km/h；
依据图3所示瓶颈识别模块的详细流程，①确定需要评估的公交线路为常州市快速公交1号线，它的线路站点信息如图4所示；
依据图3所示瓶颈识别模块的详细流程②运行状态评估需要依据公交线路站点间运行状态评估模型，可以得到常州市快速公交1号线在早高峰(上行方向)的站点间运行状态的Rbus值，并绘制折线图如图5所示；
根据图3所示运行瓶颈识别的详细流程，并依据站点间运行状态的Rbus值可以确定常州市快速公交1号线在某日早高峰(上行方向)站点间发生运行瓶颈的有：
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从图6中可以看到发生站点间瓶颈的位置。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。