基于定位技术的居民出行调查方法

来源:用户上传      作者: 张治华

　　摘 要:居民出行调查是把握城市居民交通需求的基本工具,是交通规划和交通政策制定的重要数据基础。然而受访者负担大和调查精度低两大问题长期困扰着调查者,定位技术为解决这些问题提供了可能。适于广域定位的技术包括GPS和GSM,在比较这两种技术优缺点的基础上,分析了用户参与程度不同的主动式和被动式两种调查形式,指出主动式和被动式相结合或被动式调查加地图复核在当前具有可操作性。鉴于被动式方法在降低受访者负担方面的明显优势,下一步发展的关键在于实现从定位数据到出行语义信息的自动提取。这些研究可为出行调查方法的革新提供参考。
　　关键词:出行调查 GPS、GSM 主动式调查 被动式调查
　　中图分类号:F222.3文献标识码:A
　　文章编号:1004-4914(2010)03-013-02
　　
　　一、研究背景
　　进入21世纪以来,我国城市化进程加快,交通问题日益严重,在北京、上海、广州、重庆等特大城市表现尤为突出。交通堵塞、环境污染等问题大大降低了城市生活质量,制约着社会经济的可持续发展。交通问题始于交通产生量与交通设施供给量之间的时空不平衡,因此充分认识交通产生量对于把握城市交通的现状和问题,进而通过合理的交通规划和交通政策引导交通产生量,调整供应量,缓解供需矛盾有着重要的作用。
　　交通产生量的主要来源是居民出行。居民出行调查对居民出行的时间、空间、方式和目的进行调查,是OD(Origin and Destination)调查的重要组成部分。调查的具体内容包括出行信息、个人属性信息和社会经济属性信息三大类。其中出行信息包括:起止点分布、出行目的、出行方式、出行时间、出行次数等,是出行调查的核心内容。
　　西方发达国家已有数十年系统化的出行调查历史。如美国联邦政府从1961年起开展全国范围的个人/居民出行调查(NPTS/NHTS),后来形成了大体上五5年一次的调查周期,至今已开展7次。调查数据在网站上向公众公布,除了为政府和公共的交通决策提供数据之外,也为清洁能源、社会经济可持续发展、环境与健康等相关研究领域的研究提供数据支撑。{1}{2}最近一次NHTS开展于2008年,有15.5万个家庭参加。我国的出行调查始于上个世纪80年代初,主要以市域为调查范围。目前大多数城市都开展过一次或几次出行调查,为城市规划和交通基础设施建设提供了重要的支撑作用。有些城市正在形成固定周期的出行调查。如上海已于1986年、1995年、2004年分别开展了三次出行调查,正在开展的第四次出行调查(2009年)将为2010年上海世博会各项交通保障措施的制定提供基础数据和决策依据。
　　国内的出行调查主要采用家访调查的方法。即抽样选定被访户后,向其告知调查日和调查注意事项,然后在调查日之后,由调查员登门当面了解该户中6岁以上全体成员在特定调查日的详细出行情况。包括预约登记、正式登门调查、复核或补充调查三个环节。国外的出行调查广泛采用电脑辅助的电话调查方法(Computer-Assisted Telephone Interviewing,CATI),调查员面对计算机屏幕上的问卷,通过电话向受访者开展调查,同时将调查结果录入电脑。该方法由计算机控制问题的逻辑流程,调查结果在后台直接统计和分析。和面对面调查相比,调查精度和效率有所提高。这些调查方法在国内外延用多年,并已形成调查规范,但长期以来也一直存在着如下两个基本问题:
　　1.受访者负担大。在实施调查时,需要受访者逐条回忆调查日的出行时间、目的、交通方式等出行信息,给受访者带来很大负担。在生活节奏加快的今天,拒访率也在逐年上升。
　　2.调查精度不高。首先,因为遗忘等心理原因,大量行程被漏报错报。美国近些年来的调查验证结果表明,标准CATI调查的出行漏报率在20%~25%之间。{3}其次,问题理解的歧义。虽然调查表中为避免歧义,广泛采用“选择题”的形式,避免了很多误解和填表失误,但一些概念仍存在不一致的理解。如对“出行”这样一个较为专业和陌生的概念,虽然调查表中有准确定义,调查员也会反复讲解其含义,但仍会有一定数量的错误理解。最后,因为认知的模糊性,对时间和地点的报告也存在精度问题。
　　二、基于定位技术的调查方法
　　上述两个问题一直困扰着调查者,为提高精度所作的种种努力都不可避免的增加受访者负担,减轻受访者负担又会带来调查精度的下降,似乎已经成为不可调和的矛盾。从本质上来讲,上述这些问题产生于出行信息的理解、回忆和填写,换而言之就是位置和时间信息的认知问题,人类认知的模糊性造成了数据收集的非规范性。因此如果可以省去这些认知过程,直接记录信息,则这些问题都可以得到解决。定位设备都具备确定位置和记录时间的功能,为解决这些问题提供了可行性。目前主流的大范围定位技术包括GPS和GSM,都已在出行调查中开展了一定的试验研究。
　　1.GPS与GSM。GPS利用24颗绕地球运转的卫星,当同时能接收到三颗以上的卫星信号时即可实施定位。GPS目前的定位精度在20m以内,可以实时地记录位置信息,将人的出行过程以轨迹的形式展现。1996年联邦高速公路管理局(FHWA)尝试使用GPS对传统的出行调查方法进行革新,委托Battelle公司代表在Lexington开展试验性的GPS出行调查。这次调查专门针对车辆出行,有100个家庭参与,每个驾驶员配备一个内置GPS芯片的PDA,驾驶员在PDA的菜单界面输入出行目的和车内乘坐人数。调查为期6天,同时也对其中一天进行电话调查。调查结果表明,受访者报告的出行距离和出行时间都大大超过GPS记录的数值。对受访者意愿的调查表明可以接受在出行开始之前进行一分钟左右的信息输入。自此以后,美国、澳大利亚、瑞士等国接二连三地开展了基于GPS的出行调查试验,为传统调查的漏报率估计和修正系数的确定提供了精确的参考数据。{3}{4}
　　GSM利用移动通讯网络,通过接收来自不同基站的信号和信号强弱程度进行定位。上海交通规划部门曾经试验用手机短消息的方式实施出行调查,受访者通过回复短信的形式报告出行目的、换乘、交通方式等信息,位置信息通过移动服务商获得。在日本、韩国也有一些利用GSM进行交通行为调查的例子。{5}{6}
　　这两种调查方法各有优缺点。首先,在定位精度方面,GPS定位精度一般在20m以内,市面上一些GPS模块,经过算法增强,精度甚至可达1.5m;GSM定位精度则一般大于60m。其次,在精度的一致性方面,GPS在室内和地下无法定位,露天区域精度基本保持稳定;GSM不受天空遮挡条件的限制,但定位精度依赖于基站密度,在郊区等基站密度低的区域,精度大幅下降。第三,在设备购买方面,从GPS模块到GPS手机,价格数百到数千不等,GSM则可以直接利用受访者拥有的手机。第四,在受访者广度方面,GPS需要征求志愿者接受调查,而某些被动式的GSM调查则可以直接从移动运营商的数据库中匿名抽样。
　　2.主动式与被动式。根据调查过程中人的参与程度不同,基于定位技术的调查可分为主动式和被动式两种形式。主动式调查是指受访者携带具备定位功能的PDA等手持设备,出发时在屏幕上设定开始一个新的出行,并填写出行目的、换乘以及采用的交通工具,到达目的地时设定结束该次出行。被动式调查方式是受访者只需随身携带定位设备出行,不需做任何操作。在多日连续调查中,也只需每日开关设备和充电。

　　主动式调查方法利用定位设备的定位和计时功能,每次操作时设备都会记录一个位置和时间标记,和输入的调查内容相匹配即可完成调查,避免了位置的歧义理解和填写,并大大提高了时间精度。但另一方面,受访者在行程开始和交通方式切换时均需留意填写,仍有不小的受访者负担。为避免操作失误,还需事先对受访者进行培训,未曾使用过电子产品的群体也难以参与调查,因参与调查造成的出行决策和行为干扰也会影响样本的精度。被动式方法则解决了主动式方法中受访者的大量参与带来的种种问题,但是又带来了另一个问题,即包括出行起止、出行方式、出行目的在内的出行语义信息都需要从活动轨迹中提取。
　　从受访者活动轨迹中自动提取出行信息需要相应的提取算法和程序以及详尽的GIS数据库。目前暂时还没有出现完全自动化的、通用性强、精度高的出行信息提取程序,只在出行识别、方式判别、目的推定方面有了局部进展。另外,国内GIS数据库的完备度也不高。因此,在当前这种现状下,基于定位技术的调查可以考虑如下两种思路:
　　一种思路是主动式和被动式相结合的调查方法。利用从轨迹中提取出的初步结果作为候选项通过操作界面提示给受访者。根据当前记录表现出的活动特征,初步判断受访者行为,给出最可能的提示,这样多数情况受访者只需确认或作出选择即可,负担也可大为减轻。该方法是在主动式方法和被动式方法之间的一个折中。
　　另一种思路是在被动式调查之后增加地图复核过程。在受访者参与被动式调查后,对轨迹中的出行进行初步提取,然后显示在地图上提供给受访者复核,受访者根据地图提示,回忆出当天的出行。因为有轨迹地图的提示,受访者即使相隔多日也能准确回忆出行信息。地图可以使用纸质地图,也可以使用电子地图。电子地图承载力高、成本低,如利用Google Map提供的丰富的地图资源,使用Google Map API将GPS轨迹和初步提取结果叠加在Google Map上,加上易于操作的用户界面,通过网络或者笔记本反馈给受访者确认,选择交通方式和出行目的,从而完成出行调查。该方法结合了入户访谈和被动式调查的优点,而且对于有一定计算机操作能力的受访者,还可通过网络完成调查结果的确认。在自动提取技术尚不完备的情况下,该方法的负担最低,同时又能保证调查精度,可行性较强。
　　三、结论与展望
　　传统的居民出行调查方法主要包括入户访谈和计算机辅助电话调查。因为人对空间和时间认知的模糊性,传统方法一直存在着受访者负担高和调查精度低两大问题。定位技术为调查方法的革新提供了新的思路,为解决这两大难题提供了可能。
　　可用于交通出行调查的定位技术主要包括GPS和GSM。这两种方法各有优缺点。GPS调查方法精度高,市区和郊区精度一致,在国际上研究和应用相对成熟,但需要给受访者额外配备调查仪器;GSM调查方法只需利用受访者自有的手机,不需额外投入,但定位精度相对较低,仅适于人口密集区域的出行调查,目前研究也相对较少。总体来说,GSM可在成本有限的情况用来实施出行调查,或者对大范围突发的群体出行行为进行调查;GPS适合高精度的出行调查,未来将成为居民出行调查的主流技术。
　　在调查方式方面,主动式保证了尽可能高的调查精度,但同时会有一定的受访者负担;被动式将受访者负担降到了相当低的程度,但对后续数据处理和信息提取提出了较高的要求,在当前提取算法不成熟、配套GIS数据不完备的情况,精度较难保证。可以说主动式方法是在数据处理技术不成熟的情况下的一种权宜之计,当前可考虑采取主被动结合或被动式加地图复核的方法。
　　展望未来,基于完全被动式定位技术的出行调查方法具有明显的优势,随着轨迹数据挖掘技术的进步,这种新方法完全取代传统方法的可行性逐步增强。另一方面,基于位置的服务(LBS)逐渐深入人心,越来越多的个人手持设备开始采用定位功能,为开展调查提供了设备基础、数据基础和群众基础。基于定位技术的调查结果,空间分辨率和时间分辨率都远比传统方法高,不仅为交通规划模型提供更高精度OD矩阵,也为研究交通路径选择、微观交通、社会行为学等问题提供了数据来源。
　　
　　注释:
　　{1}[EB/OL]http://nhts.ornl.gov
　　{2}周江评.美国国家公众交通规划基础数据调查及其数据库[J].城市交通,2004(04),23-28
　　{3}Stopher P.,C.FitzGerald and M. Xu.Assessing the accuracy of the Sydney Household Travel Survey with GPS[J].Transportation,2007(34),723-741
　　{4}Bricka,S.and C.R.Bhat.A comparative analysis of GPS-based and travel survey-based data[J].Transportation Research Record, 2006(1972),9-20
　　{5}Yoo B.S.and Chon K. Origin - destination estimation using cellular phone as information[J].Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies,2005(6),2574-2588
　　{6}Asakura Y.and E.Hato.Tracking survey for individual travel behavior using mobile communication instruments[J].Transportation Research C 12(3/4),273-291.
　　(作者简介:张治华,华东师范大学资源与环境学院博士研究生 上海 200062)
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