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基于GPS数据的出租车出行需求预测研究

孙立山 贾琳 魏中华 李俊峰

孙立山, 贾琳, 魏中华, 李俊峰. 基于GPS数据的出租车出行需求预测研究[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(5): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016
引用本文: 孙立山, 贾琳, 魏中华, 李俊峰. 基于GPS数据的出租车出行需求预测研究[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(5): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016
SUN Lishan, JIA Lin, WEI Zhonghua, LI Junfeng. Demand Forecasting of Taxi Travel Based on GPS Data[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(5): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016
Citation: SUN Lishan, JIA Lin, WEI Zhonghua, LI Junfeng. Demand Forecasting of Taxi Travel Based on GPS Data[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(5): 128-136. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016

基于GPS数据的出租车出行需求预测研究

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.05.016
基金项目: 

中国博士后科学基金项目 2019M660381

详细信息
    作者简介:

    孙立山(1976—),博士,教授.研究方向:交通规划与管理.E-mail:lssun@bjut.edu.cn

    通讯作者:

    魏中华(1977—),博士,副教授.研究方向:交通规划与管理.E-mail:weizhonghua@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: U491

Demand Forecasting of Taxi Travel Based on GPS Data

  • 摘要:

    近年来“网约车”数量越来越多,“网约车”等待时间长与载客热区需求大等问题也逐步显现,乘车体验亟需改善。在成都市出租车GPS数据的基础上,研究出租车出行分布规律,划分工作日为早、晚、夜高峰相关时段,引入k-距离曲线改进DBSCAN空间聚类算法,对出租车上下客点进行聚类分析,并用数据挖掘得出载客热区。采用BP神经网络预测载客热区的出行需求,预测结果表明,早高峰时段BP神经网络模型的MAPE分别较随机森林模型、岭回归模型提高了3.25%和5.87%,晚高峰时段提高了2.98%和4.32%、夜高峰时段提高了1.44%和2.58%,验证了BP神经网络在出租车需求预测方面的可行性。

     

  • 图  1  某工作日出租车上下客点

    Figure  1.  Taxi pick-up and drop-off points on a working day

    图  2  出行需求人次分析

    Figure  2.  Quantitative analysis of travel demands

    图  3  载客时长分布

    Figure  3.  Distribution of passenger-carrying time

    图  4  核心点、边界点、噪声点示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of core points, boundary points and noise points

    图  5  DBSCAN算法流程图

    Figure  5.  Flow of the DBSCAN algorithm

    图  6  出租车上k-客距离曲线图

    Figure  6.  The k-distance curve of taxi boarding

    图  7  早高峰出行需求聚类结果

    Figure  7.  Clustering results of travel demands in the morning peak

    图  11  BP神经网络短期需求预测结果比较

    Figure  11.  Comparison of short-term demand-predicting results of the BP neural network

    表  1  GPS轨迹数据字段及含义

    Table  1.   Data fields and meanings of the GPS track

    序号 字段 含义
    1 轨迹ID 编号
    2 订单ID 编号
    3 GPS Longitude 经度
    4 GPS Latitude 纬度
    5 GPS Time 采样时刻
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    表  2  2016年11月2日早高峰载客热点区域

    Table  2.   Attractive areas of passengers during the morning peak on November 2, 2016

    载客热区ID 上下车乘客数量 质心经度/(°) 质心纬度/(°) 实际位置
    Cluster0 359 104.054 584 4 30.674 606 8 川裕大厦
    Cluster1 317 104.121 853 2 30.671 972 9 南苑社区
    Cluster2 286 104.085 436 1 30.659 079 1 春熙路
    Cluster3 401 104.115 458 1 30.684 269 2 电子科大(沙河校区)
    Cluster4 295 104.078 109 4 30.671 317 9 富力广场
    Cluster5 312 104.045 616 3 30.681 223 2 西安路街道
    Cluster6 456 104.079 335 0 30.703 397 0 成都站
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    表  3  2016年11月2日晚高峰载客热点区域

    Table  3.   Attractive areas of passengers during the evening peak on November 2, 2016

    载客热区ID 上下车乘客数量 质心经度/(°) 质心纬度/(°) 实际位置
    Cluster0 462 104.071 937 0 30.663 229 1 天府广场
    Cluster1 429 104.079 335 0 30.703 397 0 成都站
    Cluster2 381 104.102 541 1 30.667 970 1 猛追湾街
    Cluster3 268 104.045 616 3 30.681 223 2 西安路街
    Cluster4 287 104.068 841 4 30.710 629 3 华凌尚城社区
    Cluster5 319 104.082 120 1 30.684 223 1 成中药附属眼科医院
    Cluster6 212 104.035 762 1 30.666 819 1 杜甫草堂景区
    Cluster7 376 104.076 208 1 30.652 683 2 滨江中路
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    表  4  2016年11月2日夜高峰载客热点区域

    Table  4.   Attractive areas of passengers during the night peak on November 2, 2016

    载客热区ID 上下车乘客数量 质心经度/(。) 质心纬度/(°) 实际位置
    Cluster0 395 104.076 208 1 30.652 683 2 锦兴路
    Cluster1 311 104.102 541 1 30.667 970 1 猛追湾街
    Cluster2 376 104.079 335 0 30.703 397 0 成都站
    Cluster3 262 104.054 584 4 30.674 606 8 川裕大厦
    Cluster4 287 104.071 710 1 30.608 824 3 盛和路
    Cluster5 273 104.068 779 1 30.709 361 0 五福花园社区
    Cluster6 347 104.078 109 4 30.671 317 9 富力广场
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    表  5  同一工作日当前时段与临近时段出行需求相关性分析

    Table  5.   Correlation of travel demands in the current working time and the adjacent time on the same working day

    相关系数 Q(n, m) Q(n, m - 1) Q(n, m - 2) Q(n, m - 3) Q(n, m - 4)
    Q(n, m) 1 0.929 0.864 0.751 0.347
    Q(n, m - 1) 0.929 1 0.764 0.693 0.659
    Q(n, m - 2) 0.864 0.764 1 0.814 0.732
    Q(n, m - 3) 0.751 0.693 0.814 1 0.837
    Q(n, m - 4) 0.347 0.659 0.732 0.837 1
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    表  6  同一时段当前工作日与临近工作日出行需求相关性分析

    Table  6.   Correlation analysis of trip demands between current working day and near working day in the same period

    相关系数 Q(n, m) Q(n - 1, m) Q(n - 2, m) Q(n - 5, m) Q(n - 6, m) Q(n - 7, m)
    Q(n, m) 1 0.903 0.864 0.732 0.769 0.915
    Q(n - 1, m) 0.903 1 0.912 0.803 0.751 0.794
    Q(n - 2, m) 0.864 0.912 1 0.863 0.782 0.715
    Q(n - 5, m) 0.732 0.803 0.863 1 0.859 0.814
    Q(n - 6, m) 0.769 0.751 0.782 0.859 1 0.879
    Q(n - 7, m) 0.915 0.794 0.715 0.814 0.879 1
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    表  7  BP神经网络参数设置

    Table  7.   Parameter setting of the BP neural network

    BP神经网络 变量
    输人层 11月22日、11月21日的出行需求量
    输出层 11月23日的出行需求量
    隐藏层 神经元数量: 11
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    表  8  早高峰不同模型对比效果

    Table  8.   Comparison of different models in the morning peak

    模型 MAE RMSE MAPE /%
    BP神经网络(BP) 13.74 19.29 4.08
    随机森林模型(RF) 26.25 31.29 7.33
    岭回归模型(Ridge) 35.35 39.22 9.95
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    表  9  晚高峰不同模型对比效果

    Table  9.   Comparison of different models in the evening peak

    模型 MAE RMSE MAPE /%
    BP神经网络(BP) 11.81 12.85 4.18
    随机森林模型(RF) 20.06 21.10 7.16
    岭回归模型(Ridge) 24.34 25.00 8.5
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    表  10  夜高峰不同模型对比效果

    Table  10.   Comparison of different models in the night peak

    模型 MAE RMSE MAPE /%
    BP神经网络(BP) 7.31 8.69 3.36
    随机森林模型(RF) 9.88 10.83 4.8
    岭回归模型(Ridge) 12.4 12.64 5.94
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  • 收稿日期:  2021-05-13

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