一种交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法

技术领域

本发明属于交通信息技术领域，具体涉及一种交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法。

背景技术

区域间分部门交通货物交流数据(OD数据)是研究区域经济交流的基础；而实现货物路径追踪对交通基础设施建设和交通运输规划等有重要的意义。目前国内外普遍利用统计普查手段和定位监测仪器对区域间分部门OD数据进行统计和追踪。例如，铁路运输通过登记货运分类，邮政运输通过登记运送品种，可实现区域间分部门货物OD数据的统计汇总。公路货车通过安装GPS仪器，水运商船通过安装AIS仪器，实时获取货车和船只运行轨迹数据，基于监测仪器获得的车辆船只运行轨迹数据，可实现流量追踪。此外，通过汇总监测数据及货物信息，也可实现区域间分部门交通货物OD数据的统计。

然而受限于行业保护性和高昂的监测统计成本，使得区域间分部门交通OD数据无法在行业和科研之间普及，一定程度限制了相关行业和学术研究的发展。

因此，需要新的方法和技术，以至少部分克服现有技术中存在的上述问题。

发明内容

针对高昂的监测统计成本，基于易获取的公开数据，本发明提出一种通过构建部门降尺度、空间降尺度和路径寻优模块，可容易且快速的构建交通分部门流量数据，并实现流量数据的路径追踪的方法和系统。

根据本发明的一方面，提供一种交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法，其特征在于，包括：

1)基于投入产出表中各区域分部门投入产出关系，进行部门降尺度，将区域间OD数据降尺度到区域间分部门OD数据；

2)基于社会经济类数据，进行空间降尺度，将区域间分部门OD数据降尺度到精细化空间尺度分部门OD数据；以及

3)基于精细化空间尺度分部门OD数据，利用最短路径算法，建立交通货运流量网络，同时实现分部门OD数据的路径追踪。

根据本发明的实施方案，其中所述区域间OD数据包括多种交通运输方式的区域间OD数据，所述交通运输方式包括铁路运输、公路运输，水路运输以及航空运输。

根据本发明的实施方案，其中所述投入产出表为多区域投入产出表，包括四个象限，第一象限为各区域之间各部门的产业关联；第二象限表示各区域各部门提供的产品与服务的最终使用去向；第三象限表示各区域各部门的最初投入量；第四象限为空。

根据本发明的实施方案，其中步骤1)包括基于分部门货物总产量和投入产出表分部门总产出数据、区域间不同部门的投入产出关系，将货物区域间OD数据进行部门降尺度，构建某种交通运输方式区域间分部门的货物运输量，如公式(1)所示：

其中，

其中，

其中，

其中，

其中，

其中，产运系数C

其中，T

根据本发明的实施方案，其中，步骤2)包括基于社会要素，利用引力模型和仿真技术，将行政区间分部门OD数据降尺度到站点尺度分部门OD数据，其中，所述社会要素包括站点日装车数、站点日卸车数、站点辐射的人口数及站点辐射的GDP。

根据本发明的实施方案，其中，步骤2)包括：

利用公式(6)和(7)计算出发站点第o站点的发送概率P

其中，car

利用(8)和(9)计算达到站点第d站点的达到概率P

其中POP

利用公式(10)-(12)获得精细化尺度的分部门OD数据，也即，行政区i的o站点到行政区j的d站点部门s的某种交通方式运送量

其中，

其中，CP

其中，CP

7、根据权利要求6所述的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法，其特征在于：步骤3)包括：基于货运道路线路网络以及线路运能限制，利用迪杰斯特拉算法，为降尺度的分部门站点OD数据寻找运输路径，对

其中，路段e

f

其中f

根据本发明的实施方案，其中所述交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法还包括在步骤1)和3)之后利用统计值进行对比验证，以验证步骤1)所得的区域问分部门OD数据以及步骤3)所得货运流量网络的可靠性。

根据本发明的另一方面，提供一种交通分部门货物交流数据构建和追踪的装置：包括：

部门降尺度模块，用于基于投入产出表中各区域分部门投入产出关系，进行部门降尺度，将区域间OD数据降尺度到区域间分部门OD数据；

空间降尺度模块，用于基于社会经济类数据，进行空间降尺度，将区域间分部门OD数据降尺度到精细化空间尺度分部门OD数据；以及

路径寻优模块，用于基于精细化空间尺度分部门OD数据，利用最短路径算法，建立交通货运流量网络，同时实现分部门OD数据的路径追踪。

根据本发明的又一方面，提供一种电子设备，包括：存储器以及一个或多个处理器；

所述存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明所述的方法。

本发明基于易获取的公开数据，可容易且快速的构建交通分部门流量数据，并实现流量数据的追踪，成本低并且方法科学、结果精确可靠。

附图说明

图1为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法的流程示意图；

图2为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法的站点社会要素累积概率分布函数曲线示意图；

图3为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法的最短路径寻优流程图；

图4为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪装置的示意图；

图5为根据本发明实施方案的电子设备原理示意图，用于实施根据本发明交通分部门货物交流数据构建和追踪方法；

图6为根据本发明实施方案的行政区间铁路货物运送量箱型图；

图7为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法所得11个分部门的货物运输量估计值与统计值对比验证结果图；

图8为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法所得行政区间煤炭运量估计值与统计值进行对比验证结果图；

图9为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法所得金属矿石从行政区A的站点a至行政区B的站点b的路径；以及

图10为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法所得线路货物周转量估计值和统计值对比验证结果图。

具体实施方式

下面结合附图、具体实施例对本发明进行进一步的详细说明，但实施例或者说明并不用来限制本发明的保护范围。

为了本领域普通技术人员更好地理解本发明，下面对本发明所涉及的一些术语进行说明。区域间货物交流数据(区域间OD数据)：在不同区域间输送的货物数据，例如货物重量；区域间分部门货物交流数据(区域间分部门OD数据)：不同行业部门，在不同区域间输送的货物数据；交通分部门OD数据：通过某种交通运输方式(铁路，公路，航空，水运等)运输的区域间分部门OD数据；精细化空间尺度分部门OD数据：区域间分部门OD数据或者交通分部门OD数据在空间上降尺度处理后的精细化数据，例如空间上从行政区域尺度精细化到站点尺度。另外应该理解的是，本发明所涉及的一些模型算法例如引力模型、仿真技术、迪杰斯特拉算法等本身是已知的，因此本发明重点在于阐述如何将这些模型算法结合和应用。

图1为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法的流程示意图；参考图1，该实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的模型可以包括：

步骤S1中，构建部门降尺度模块，基于投入产出表(IO表)各区域分部门投入产出关系，将全部门OD数据(总量OD数据)降尺度到分部门OD数据。

更具体地，基于分部门货物总产量和投入产出表分部门总产出数据，综合考虑区域间不同部门的投入产出关系，将货物全部门OD数据进行部门降尺度，构建某种交通运输方式行政区域间分部门的货物运输量(吨)。

投入产出表(IO表)可以为多区域投入产出表包括四个象限，第一象限(I)为各区域之间各部门的产业关联，其中对角矩阵反映各自区域内部关联，横向看表达区域之间的供给，如

某种交通运输方式区域间分部门的货物运输量可以表示为如公式(1)所示：

其中，

其中，

其中，

其中，

其中，

其中，产运系数C

其中，T

在完成部门降尺度之后，得到分部门OD数据，此时分部门OD数据是粗空间尺度(例如区域间尺度)分部门OD数据。

之后，基于所得的区域间分部门OD数据，进行空间降尺度处理，也即，步骤S2。区域降尺度主要是例如利用引力模型和仿真技术，基于社会经济类数据，将粗空间尺度分部门OD数据降尺度到精细化空间尺度的分部门OD数据，例如，将区域空间尺度降为站点空间尺度，区域例如可以是行政区域。

基于社会要素(如站点日装车数、站点日卸车数、站点辐射的人口数及站点辐射的GDP等指标)，利用引力模型和仿真技术，将行政区间OD数据降尺度到站点尺度间OD数据，其中站点发送量和到达量可使用社会要素作为引力模型的参数来进行分配计算。

更具体地，空间降尺度处理首先可以包括利用公式(6)和(7)计算出发站点第o站点的发送概率P

其中，car

然后，利用(8)和(9)计算达到站点第d站点的达到概率P

其中POP

再利用公式(10)-(12)获得精细化尺度的分部门OD数据，也即，行政区i的o站点到行政区j的d站点部门s的某种交通方式运送量

其中，

其中，CP

其中，CP

图2为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪的方法的站点社会要素累积概率分布函数曲线示意图，图中示出了上述累积概率以及区间分布。

之后，进行步骤S3，构建路径寻优模块，也即，利用最短路径算法，综合考虑交通运能限制，在交通运输网络中实现分部门OD数据的路径追踪，同时获得交通货运流量网络。

更具体地，货运道路线路网络以及线路运能限制可以从现有的交通信息中获得。图3为根据本发明实施方案的最短路径寻优示意图，图中示出了采用迪杰斯特拉算法，为降尺度的分部门站点OD数据寻找运输路径，对

f

其中f

图4为根据本发明实施方案的交通分部门货物交流数据构建和追踪装置的示意图；图5为根据本发明实施方案的电子设备原理示意图，用于实施根据本发明交通分部门货物交流数据构建和追踪方法。如图5所示，该电子设备800包括处理器810、存储器820、输入装置830和输出装置840；电子设备中处理器810的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器810为例。电子设备中的处理器810、存储器820、输入装置830和输出装置840可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器820作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的交通分部门货物交流数据构建和追踪方法对应的程序指令/模块(例如，附图4中交通分部门货物交流数据构建和追踪装置700中的部门降尺度模块710，空间降尺度模块720，路径寻优模块730)。处理器810通过运行存储在存储器820中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的交通分部门货物交流数据构建和追踪方法。

存储器820可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器820可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器820可进一步包括相对于处理器810远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置830可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置840可包括显示屏等显示设备。

实施例

下面以北方某行政区A的站点a至北方某行政区B的站点b之间的2017年铁路货物运输为例，进一步示例性阐述本发明的方法的具体实施过程。

从国家统计局网站或相关网站获得如下相关的数据资料：(1)2017年国家铁路行政区域间货物交流数据和2017年国家铁路行政区域间煤炭交流数据(

另外，从铁路货物装运公示网站(http://hyfw.95306.cn)上，获取2020/9/27-2020/10/4八天各铁路局的货运站点的装车数，装车数可以反映站点的货运发送量，本文取八天装车数的均值作为该站点的日均装车数。

基于步骤S1，利用公式(1)-(5)，获得了11个铁路运输分部门的区域OD数据(表1)，并按照运输货物品种将行政区间的OD数据绘制成箱型图，如图6所示。箱型图从左到右按照铁路货物运送总量从小到大排序(箱体表示四分位范围，水平线是中间值，两端边的位置分别对应数据的上下四分位数；上边缘和下边缘表示90％和10％)。从箱型图6上可以看到，煤炭运输铁路货运量最大，其他货物排名第二，其次是金属矿石。除了钢铁及有色金属和其他货物外，区域间货物品种OD运输量的中位数都接近于0吨。此外，包括水泥，木材，矿建材料，粮食，金属矿石和石油等货物品种铁路区域间OD运输量差异小，超过90％的行政区域间的OD值小于5万吨；其他货物品种区域间运输OD差异大，基本处于0到30吨。

表1各区域分部门OD数据

注：行政区C位于行政区A和行政区B之间

为了评估得到的各货物品种区域间OD数据的可靠性，本发明将11种货物(分部门)铁路运输量估计值和统计值进行对比验证，结果如图7所示，R

然后，基于步骤S2，利用公式(6)-(12)，获得了空间降尺度后的精细化尺度的分部门OD数据，表2是行政区A的站点a至行政区B的站点b的金属矿石货运量的货运站点尺度运输结果：

表2：站点a到站点b之间金属矿石货运量在货运站点尺度运输结果

最后，基于步骤S3，利用公式(13)和(14)获得了金属矿石从丰台西(站点a)运输到天津港(站点b)的路径，结果如图9所示，货从丰台西出发，首先达到了李营站，接着经过行政区域C内的货物站点，最后通过杨村等站点到达了天津港。

基于2012年国家铁路主要干线的周转量数据，按照2012年和2017年国家铁路货运总周转量的比值，获得了2017年国家铁路主要干线周转量。为了评估得到的货运流量网络的可靠性，本发明将中国主要线路货运周转量的估计值和统计值进行对比，结果如图10所示，统计和估计结果的R方可达0.76；其中煤炭运输专线大秦线的周转量最大，估计值为2100亿吨公里，统计值为2300亿吨公里，偏差为10.2％。结果表明，在考虑线路通行能力的基础上，利用迪杰斯特拉算法构建的货运流量网络准确度较高，可通过该方法实现货物流量追踪。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。