1、A Review of Urban Studies Based on Transit Smart Card DataLONG Ying ， SUN Lijun ， TAO SuiAbstract: The wide application of smart card for automated fare collection in pub-lic transit systems has produced large quantities of spatial-temporal data at an indi-vidual level. Such data not only records mo
2、bility behavior of cardholders, but al-so reveals the spatial functions of cities. Owing to its high spatial-temporal resolu-tion, low cost and large quantity, transit smart card data attract a lot of attentionfrom urban/transport planners and urban researchers. This article presents a com-prehensiv
3、e review of the latest quantitative urban studies enabled by smart carddata from both China and overseas. The review covers the following four aspects:(1) data processing and origin-destination inference, (2) transit operation and man-agement, (3) spatial structure of cities, and (4) mobility behavi
4、or and social net-works. Finally, the review summarizes existing studies and gives a brief introduc-tion to issues of privacy protection and information extraction. Areas of future re-search are also pointed out.Keywords: transit systems; urban spatial structure; urban studies; mobility behavior1 研
5、究 概 况随 着 信 息 通 讯 技 术 的 大 力 发 展 以 及 政 务 公 开 运 动 的 稳 步 推 进 ， 手 机 、 公 共 交 通智 能 卡 和 信 用 卡 等 产 生 的 大 数 据 （big data ） 和 来 自 商 业 网 站 和 政 府 网 站 的 开 放 数 据（open data ） 共 同 促 进 了 当 前 “ 新 数 据 环 境 （new data environment ） ” 的 形 成 。 新 数据 环 境 下 所 产 生 的 从 多 个 维 度 描 绘 微 观 尺 度 下 的 人 类 活 动 和 移 动 、 以 及 环 境 要 素 特征 的 微 观
6、个 体 （ 社 会 层 面 和 物 理 空 间 层 面 ） 数 据 ， 与 “ 以 人 为 本 ” 的 新 型 城 镇 化 和智 慧 城 市 建 设 不 谋 而 合 ， 对 城 市 空 间 结 构 和 交 通 出 行 行 为 等 研 究 起 到 了 重 要 支 撑 作用 。 在 这 样 的 背 景 下 ， 笔 者 对 当 前 国 际 和 国 内 基 于 公 共 交 通 智 能 卡 数 据(smart carddata 或SCD) 的 城 市 研 究 进 行 综 述 ， 并 分 析 已 有 研 究 的 不 足 ， 提 出 未 来 可 能 的 研 究 方向 ， 以 期 后 续 有 更 多 学 者
7、基 于SCD 的 相 关 城 市 研 究 工 作 开 展 。作 者 简 介龙 瀛 ， 博 士 ， 北 京 市 城 市 规 划 设 计 研 究 院 ，高 级 工 程 师 ，孙 立 君 ， 新 加 坡-ETH 中 心 未 来 城 市 实 验 室(Fu ture Cities Laboratory) ， 博 士 后 ， li jun.sunivt.baug.ethz.ch陶 遂 ， 澳 大 利 亚 昆 士 兰 大 学 地 理 、 规 划 与 环境 管 理 学 院 ， 博 士 生 ，s.taouq.edu.au基 于 公 共 交 通 智 能 卡 数 据 的 城 市研 究 综 述*提 要 基 于 智 能
8、 卡 的 公 共 交 通 自 动 计费 系 统 的 广 泛 应 用 产 生 了 大 量 的 基 于 个 体的 微 观 时 空 数 据 。 这 种 数 据 不 仅 记 录 了 持卡 者 的 出 行 行 为 ， 同 时 也 在 个 体 维 度 揭 示了 城 市 空 间 的 使 用 模 式 。 由 于 其 时 空 信 息丰 富 、 成 本 低 、 样 本 量 大 的 优 势 ， 公 交 卡数 据 受 到 了 越 来 越 多 的 城 市/ 交 通 规 划 研究 者 的 青 睐 ， 开 始 在 城 市 规 划 研 究 中 发 挥着 日 益 重 要 的 作 用 。 本 文 主 要 总 结 了 公 共交 通
9、 智 能 卡 数 据 在 定 量 城 市 研 究 中 的 应用 ， 综 述 并 比 较 了 国 际 国 内 基 于 公 共 交 通智 能 卡 数 据 研 究 的 最 近 进 展 。 综 述 涵 盖 了(1) 数 据 处 理 与 起 讫 推 算 ，(2) 公 共 交 通 系统 的 运 行 与 管 理 ，(3) 城 市 空 间 结 构 分析 ， 以 及(4) 出 行 行 为 与 社 会 网 络 等 四 个方 面 。 最 后 ， 总 结 了 已 有 研 究 ， 简 要 介 绍了 隐 私 保 护 和 信 息 获 取 等 问 题 ， 并 指 出 未来 可 能 的 研 究 方 向 。关 键 词 公 交 系
10、 统 ； 城 市 空 间 结 构 ； 城市 研 究 ； 出 行 行 为中图分类号 TU 984文献标识码 ADOI 10 . 16361 /j.upf. 201503009文 章 编 号 1000 - 3363 （ 2015 ） 03 - 0070 - 08* 国家自然科学基金项目 “ 公共交通智能卡数据研究网络 ” （ 编号51408039 ）702015 年第 3 期 总第 223 期1 . 1 公 共 交 通 智 能 卡 数 据城 市 公 共 交 通 （ 仅 限 于 地 面 公 交 和城 市 轨 道 交 通 ） 作 为 一 种 空 间 资 源 占 用量 少 、 低 碳 节 能 、 社 会
11、 总 出 行 成 本 低 的交 通 方 式 ， 日 益 成 为 解 决 城 市 当 前 面 临的 各 种 交 通 问 题 的 主 要 出 路 ， 这 点 已 经成 为 很 多 国 外 城 市 发 展 的 基 本 共 识 。 目前 ， 中 国 的 城 市 公 交 优 先 发 展 已 上 升 到国 家 战 略 层 面 ， 很 多 城 市 都 在 各 个 层 面的 规 划 或 政 策 中 提 出 了 提 高 公 共 交 通 出行 比 例 的 目 标 。 公 共 交 通 系 统 的 自 动 计费(automatic fare collection 或AFC) 系 统也 较 为 普 及(Blythe ，
12、2004) 。 截 至2007年 ， 中 国100 个 城 市 推 行 了AFC ， 需 要乘 客 使 用 非 接 触 式 射 频 智 能 卡(RFID) 或磁 卡 完 成 交 易 。 除 了 计 费 的 主 要 功 能外 ，AFC 也 产 生 了 丰 富 的 公 共 交 通 智 能卡 持 卡 人 出 行 信 息 的 公 共 交 通 智 能 卡 数据 。SCD 的 数 据 结 构 比 较 简 单 ， 一 般 记录 了 持 卡 人 的ID 、 类 型( 如 普 通 卡 、 学 生卡 和 员 工 卡 等) 、 上 车/ 下 车 或 上 下 车 的 详细 时 间 和 线 路 、 车 站 编 号 ，
13、部 分 还 记 录了 司 机 和 车 辆 的ID 。 考 虑 到 不 同 城 市 的公 交 计 费 方 式 不 同 ，SCD 的 时 空 信 息 丰富 程 度 也 不 同 。 如 有 的 城 市 要 求 上 下 车都 刷 卡 ， 费 用 根 据 乘 车 距 离 计 算(dis tance fare) ， 如2015 年1 月 之 后 的 北 京 和目 前 的 伦 敦 ， 以 及 多 数 城 市 的 轨 道 交通 。 有 的 城 市 要 求 仅 仅 上 车 刷 卡 或 者 下车 刷 卡( 如 上 海) ， 即 一 票 制(flat fare) 。 有的 城 市 则 两 种 模 式 并 用( 如2
14、005 年 之 后 的北 京) 。 考 虑 到 有 的SCD 仅 仅 记 录 线 路 和站 点ID ， 对SCD 进 行 额 外 的 空 间 化(geoc oding) 的 处 理 则 成 为 其 研 究 应 用 必 要 的 一环 ， 如 将SCD 记 录 的 站 点ID 与 经 纬 度 坐标 的 地 理 位 置 进 行 匹 配 。 此 外 ， 大 量 城市 非 一 票 制 公 交 收 费 系 统 产 生 的SCD ，其 出 行 的 起 讫 点 信 息 均 不 完 整 ， 因 此 也需 要 大 量 工 作 对SCD 进 行 信 息 补 全 。 有大 量 研 究 致 力 于 此 。考 虑 到 公
15、 共 交 通 智 能 卡 多 为 匿 名卡 ， 申 请 时 不 需 要 提 供 个 人 身 份 信 息 ，因 此SCD 大 多 不 包 含 持 卡 人 的 社 会 经 济属 性 信 息 。 此 外 ， 部 分 城 市 的 公 共 交 通智 能 卡 还 可 以 用 于 日 常 消 费( 如 在 便 利 店和 超 市 使 用 等) ， 所 以 有 些SCD 还 包 括 消费 记 录 。 笔 者 主 要 关 注 交 通 记 录 ， 对 消费 记 录 不 做 探 讨 。 另 外 需 要 强 调 的 是 ，部 分 城 市 针 对 个 别 群 体 有 免 票 政 策 ， 如老 人 、 残 疾 人 等 ，
16、这 些 人 不 需 要 刷 卡 上车 ，SCD 则 不 包 括 这 些 人 群 的 出 行 信 息 。总 体 来 讲 ， 相 比 传 统 的 交 通 出 行 调查 数 据 ，SCD 的 特 点 一 般 包 括 连 续 性好 、 覆 盖 面 广 、 信 息 全 面 且 易 于 动 态 更新 ， 具 有 地 理 标 识 （geo-tagged ） 和 时 间标 签 ， 同 时 获 取 成 本 较 低 。 因 此SCD 可以 作 为 大 数 据 的 一 种 来 支 持 城 市 研 究 工作 。 考 虑 到 国 家 大 力 倡 导 公 交 发 展 ， 我国 的 公 共 交 通 覆 盖 率 将 继 续
17、上 升 。 同 时随 着 个 别 城 市 ， 如 北 京(2015 年1 月) ， 将公 交 改 为 分 段 计 价( 上 下 车 刷 卡) ，SCD 的价 值 也 将 继 续 提 高 。 这 些 包 含 了 大 规 模人 群 的 详 细 出 行 记 录 的 数 据 反 映 了 乘 客对 公 交 系 统 以 及 城 市 空 间 的 使 用 ， 在 支持 规 划 设 计 和 评 价 上 将 具 有 巨 大 的 应 用潜 力 。 此 外 ， 需 要 强 调 的 是 ，SCD 一 般不 涉 及 持 卡 人 的 社 会 经 济 属 性 信 息 ， 这点 是 出 行 调 查 数 据 的 优 势 ， 两
18、类 数 据 的结 合 在 一 些 研 究 中 已 经 体 现 ， 详 见“6.1 已 有 研 究 总 结 ” 。 因 此 ， 充 分 结 合传 统 数 据 ， 对SCD 进 行 深 度 的 挖 掘 分析 ， 有 望 给 城 市 空 间 结 构 、 城 市 交 通 系统 和 出 行 行 为 等 领 域 的 研 究 带 来 突 破 和创 新 。1 . 2 文 献 选 择 和 分 类所 综 述 的 英 文 文 章 主 要 来 自Webof Science ， 中 文 文 章 来 自 中 国 期 刊 网 ，还 包 括 笔 者 和 合 作 者 的 部 分 工 作 论 文(arXiv 及 北 京 城 市
19、实 验 室Beijing CityLab ， ) ： Webof Science 的 搜 索 的 关 键 词 是 ，(smartcard(s)/smartcard(s)/fare transaction) and(transit/transport/metro/subway/bus) in TI TLE ，/ 表 示or ，(s) 表 示 可 有 可 无 ， 最 终的 意 思 是 标 题 中 含 有 前 者 中 至 少 一 个 词和 后 者 中 至 少 一 个 词 的 论 文 ； 期 刊网 ： 标 题 中 含 有 “ 公 交IC 卡 ” ； 工 作论 文 ： 详 见 附 录 的 论 文 列 表
20、 。此 外 ， 文 献 选 择 还 侧 重 于 学 术 期 刊论 文 ， 不 包 括 学 位 论 文 ， 也 剔 除 了 部 分会 议 论 文 ， 也 没 有 考 虑 铁 路 系 统 和 区 域间 交 通 的SCD 应 用 。笔 者 共 获 得 了92 篇 文 献 。 这 些 基 于SCD 的 研 究 大 致 可 分 为 四 类 文 献 ： 第 一类 是 数 据 处 理 ， 包 括 数 据 的 补 齐( 比 如 一票 制 等) 、OD 推 算 和 出 行 目 的 识 别 等 ；第 二 类 是 支 持 公 交 系 统 运 行 与 管 理 ； 第三 类 是 城 市 空 间 结 构 ； 第 四 类
21、是 针 对 社会 网 络 和 特 定 人 群 的 出 行 行 为 。1 . 3 文 献 一 览针 对 所 搜 集 的92 篇 文 献 ， 笔 者 从 多个 维 度 进 行 了 分 析 ：如 ： 使 用 的 数 据 的 对 应 中 国40 篇( 北 京 、 广 州 、 深 圳 、 昆 明 、 南 宁 、 江阴 、 常 州 、 济 南 和 苏 州) ， 智 利2 篇( 圣 地亚 哥) ， 英 国7 篇( 伦 敦 、 诺 丁 汉 、Brad ford and Southport) ， 新 加 坡9 篇 ， 西 班牙2 篇(Basque Autonomous Community ，Gipuzkoa)
22、， 斯 洛 伐 克1 篇 （ ilina ） ， 日本2 篇( 高 知 、 大 阪) ， 美 国5 篇( 纽 约 、 芝加 哥 、Minneapolis-St. Paul metropoli tan area) ， 加 拿 大11 篇(Gatineau 、 Que bec 、 蒙 特 利 尔) ， 韩 国4 篇 （ 首 尔 ） ， 法国 1 篇 (The metropolitan area ofRennes) ， 巴 西1 篇( 圣 保 罗) ， 澳 大 利 亚2篇 （ 布 里 斯 班 ） ； 28 篇 归 为 类 别1 ，22篇 为 类 别2 ，14 篇 为 类 别3 ，28 篇 属 于 类
23、别4 ，4 篇 不 属 于 任 何 分 类( 如 综 述 、 可 行性 探 讨 等) ； 27 篇 涵 盖 公 交 和 轨 道 数据 ，50 篇 纯 公 交 ，11 篇 纯 轨 道 ， 其 他 则为 没 有 明 确 指 出 ； 47 篇 仅 使 用 了SCD ， 而 没 有 用 到 辅 助 性 的 小 数 据 如 居民 出 行 调 查 、 社 会 经 济 等 数 ；3 篇 结 合 了调 度 数 据 ，4 篇 结 合 了GTFS 数 据 ， 另 外16 篇 结 合 了 车 载GPS 数 据 ； 数 据 时 间跨 度 上 ， 平 均 为209d ， 最 小1.5h ， 最 长9y （Devilla
24、ine ， 等 ，2012 ） ，9 篇 超 过 或等于2 年 ，43 篇数据少于或者等于1 周 ； 平 均 持 卡 人 数 量 是371 万 人 （ 中 位 数为200 万 人 ） ， 最 少 的1 人 （ 李 海 波 和 陈学 武 ， 2013 ） ， 最 大 的 1940 万 人（Long ， 等 ，2014a ） ； 50 篇 有 至 少 一 名中国大陆作者 ，33 篇的第一作者来自中国 大 陆 的 研 究 机 构 。从 作 者 分 布 上 看 ， 海 外 机 构 的 学 者主 要 有 ， 美 国 的Catherine Seaborn 、Fla vio Devillaine 、 Nig
25、el Wilson 、 周 江评 ， 英 国 的M. Bagchi 、Michael Batty 、71钟 晨 ， 新 加 坡 的 孙 立 君 ， 加 拿 大 的C.Morency 、 MP. Pelletier 、 Ka Lee Al fred Chu ， 智 利 的M. Munizaga ， 澳 大 利亚 的 Mark Hickman 、 陶 遂 ， 韩 国 的Sang Gu lee ， 爱 尔 兰 的 Markus Hof mann ， 以 及 香 港 的 王 冬 根( 香 港 浸 会 大学) 。 中 国 大 陆 机 构 的 学 者 主 要 有 中 国 科学 院 深 圳 先 进 技 术
26、研 究 院 尹 凌 、 张 帆 ，北 京 航 空 航 天 大 学 的 马 晓 磊 和 冷 彪 ， 北京 工 业 大 学 的 陈 艳 艳 ， 北 京 联 合 大 学 的孟 斌 ， 华 南 理 工 大 学 的 徐 建 闽 ， 重 庆 市城 市 交 通 规 划 设 计 研 究 所 的 周 涛 ， 东 南大 学 的 陈 学 武 ， 首 都 师 范 大 学 的 罗 来平 ， 以 及 北 京 市 城 市 规 划 设 计 研 究 院 的龙 瀛 和 张 宇 。下 面 将 围 绕 这92 篇 文 献 从 四 个 方 面对 相 关 研 究 进 展 进 行 介 绍( 考 虑 到 个 别 典型 研 究 的 价 值 ，
27、 部 分 英 文 文 献 超 越 了 所找 到 的92 篇 文 献) 。2 数 据 处 理 与 起 讫 矩 阵 推 算推 算 起 讫 矩 阵(OD Matrix) 是 交 通 规划 和 管 理 的 一 个 重 要 的 基 础 部 分 。 作 为传 统 获 取 相 关 数 据 的 方 法 ， 交 通 行 为 调研 往 往 费 时 费 力 ， 同 时 也 很 难 完 全 覆 盖目 标 人 群 。 这 些 缺 点 可 能 导 致 不 准 确 的OD 推 算 结 果 以 及 延 缓OD 的 及 时 更 新 。鉴 于SCD 能 够 提 供 大 量 的 时 空 出 行 数据 ， 研 究 者 们 意 识 到
28、 利 用SCD 可 以 克 服上 述 的 问 题 ， 从 而 构 建 更 准 确 、 详 细 的公 交 乘 客 出 行OD 矩 阵 。通 常 作 为 公 交 收 费 系 统 的 副 产 物 ，SCD 所 包 含 的 信 息 及 格 式 并 没 有 规 范 化的 标 准 。 如 前 所 述 ， 某 些SCD 只 记 录 部分 公 交 出 行 记 录 （ 如 上 车 点 ， 时 间) 而 忽略 其 他 重 要 的 出 行 信 息( 如 下 车 点 ， 时间 ， 出 行 目 的 等 ） 。 因 此 ， 用SCD 直 接 推算OD 就 变 的 很 困 难 。 有 鉴 于 此 ， 很 多 国外 研 究
29、者 提 出 了 一 系 列 对SCD 进 行 数 据补 充 的 方 法 。Barry 等(2002) 率 先 提 出 了两 条 重 要 的 出 行 模 式 假 说 设 并 推 算 出 纽约 公 交 乘 客 的 出 行OD ， 即 ： 大 部 分 乘客 会 回 到 上 一 段 出 行(trip) 的 终 点 作 为 下一 段 出 行 的 起 点 ； 大 部 分 乘 客 当 天 的最 后 一 段 出 行 的 终 点 和 当 天 的 第 一 段 出行 的 起 点 一 样 。 图1 直 观 描 述 了 基 于 该假 设 推 测 乘 客 下 车 站 点 的 过 程 。Barry 等的 假 设 也 为 之
30、 后 的SCD 研 究 提 供 了 重 要的 行 为 理 论 基 础 。 如Trpanier 等(2007)基 于 类 似 假 设 用Gatineau( 加 拿 大) 的SCD构 建 了OD 矩 阵 。 考 虑 到 公 交 线 路 的 复 杂性 ，Munizaga 和Palma(2012) 提 出 了 概 括时 间(generalized time) 的 概 念 从 而 加 强 了Barry 等 的 出 行 假 设 的 精 细 程 度 ， 并 以 此构 建OD 矩 阵 。 有 些 国 外 研 究 则 将SCD同 其 他 类 型 的 数 据 ， 如GPS ，generaltransit feed
31、 specification(GTFS) 及 auto matic passenger count(AFC) 等 结 合 以 获得 更 可 靠 、 精 细 的OD 推 算 结 果 ， 例 如 ，Farzin(2008) ，Nassir 等(2011) 。除 了OD 推 算 ， 不 少 国 外 研 究 者 提出 了 进 一 步 丰 富 补 充SCD 缺 失 信 息( 特 别是 出 行 目 的) 的 方 法 。 例 如 ，Lee 和Hick man(2014) 的 方 法 结 合 了 用 地 和GTFS 数据 ；Devillaine 等(2012) 的 算 法 基 于 一 系列 对 不 同 活 动
32、( 如 工 作 ， 上 学 等) 所 需 时 限的 假 设 ；Kusakabe 和Asakura(2014) 的 方法 则 将 一 个 出 行 调 研 数 据 作 为 基 准 并 利用 了 朴 素 贝 叶 斯 分 类 器(nave Bayesclassifier) 。 这 些 方 法 都 有 效 地 对SCD 进行 了 出 行 目 的 补 充 。 另 外 ，Chapleau 和Chu (2008) 通 过 核 密 度 估 计 法(kerneldensity) 找 出 学 生 乘 客 的 活 动 密 集 点(an chor point) 以 推 测 出 行 目 的 地 。 值 得 注 意的 是
33、， 类 似 于Devillaine 等(2012) 的 基 于时 限 假 设 的 方 法 也 经 常 用 于 识 别 换 乘 和构 建 完 整 的 出 行 链 ， 如Hofmann 和O Mahony 等(2005) ，Seaborn 等(2009) 和Jang(2010) 。 这 对 应 用SCD 进 一 步 挖 掘 和探 索 个 人 的 出 行 行 为 有 着 重 要 的 意 义 。近 年 来 ， 国 内 很 多 研 究 者 也 开 始 关注 新 兴 的 公 共 交 通 智 能 卡 数 据 。 由 于 缺乏 统 一 的 规 范 标 准 ， 国 内 的 某 些 公 共 交通 智 能 卡 系
34、统 不 是 很 完 善 ， 导 致 较 严 重的 出 行 信 息 的 缺 失( 如 ， 同 时 缺 失 上 下 车刷 卡 信 息) 从 而 加 大 了 用SCD 推 算OD 的难 度 。 很 多 研 究 提 出 了 针 对 补 充 上 下 车站 点 等 基 本 出 行 信 息 的 方 法 ， 包 括 戴 霄和 陈 学 武(2005) 、 戴 霄 等(2006) 、 章 威 和徐 建 闽(2006) 、 周 涛 等(2007) 、 徐 建 闽 等(2008) 、 尹 长 勇 等(2010) 、 陈 君 和 杨 东 援(2013) 、 陈 绍 辉 等(2012a ，2012b) 、 张 宇等(20
35、11) 、 周 雪 梅 等(2012) 、 侯 艳 等(2012) 、 胡 继 华 等(2014) 、 张 萌 萌 等(2014) 、 张 颂 等 (2014) 、 Luo 和zhang(2013) 、 Chen 等 (2011) 、 Chen 和Yang(2013a) 、Ma 等(2012) ， 以 及Yuan 等(2013) 。 常 用 的 方 法 包 括 对 乘 客 刷 卡 时 间进 行 聚 类 分 析 并 同 其 他 数 据( 如 公 交 调 度和 公 交 站 地 理 坐 标 等) 进 行 匹 配 ， 如 陈 绍辉 等(2012b) ， 尹 长 勇 等(2010) ， 张 颂 等(20
36、14) ； 以 及 建 立 吸 引 权 系 数 模 型 ， 如 周涛 等(2007) ， 胡 继 华 等(2014) ， 周 雪 梅 等(2012) ， 或 概 率 模 型 对 刷 卡 站 点 进 行 推算 ， 如Chen 等(2011) ，Ma 等(2012) ， 张萌 萌 等(2014) 。 显 然 ，SCD 让 大 规 模 的OD 推 算 变 得 更 加 可 行 。 但 在 研 究 交 通 和城 市 问 题 上 ，SCD 的 潜 力 不 止 于 此 。3 公 共 交 通 系 统 运 行 与 管 理由 于 用 户 群 的 庞 大 ， 公 共 交 通 智 能图 1 对 一 般 和 最 终 出
37、 行 下 车 点 的 估 计 模 型Fig. 1 The alighting location estimation model for normal and last trips来 源 ： Tr panier 等 ( 2007 ).龙 瀛 孙 立 君 陶 遂 基 于 公 共 交 通 智 能 卡 数 据 的 城 市 研 究 综 述722015 年第 3 期 总第 223 期卡 系 统 为 交 通 运 输 领 域 的 研 究 者 提 供 了前 所 未 有 的 海 量 数 据 。 作 为 一 种 新 兴 的城 市 大 数 据 ，SCD 在 公 共 交 通 的 各 个 层面 都 发 挥 着 无 可
38、替 代 的 作 用 ， 包 括 支 持远 期 规 划 、 服 务 中 期 应 用 以 及 分 析 和 评价 公 共 交 通 系 统 的 即 时 运 行 状 态 。Pelle tier 等(2011) 对SCD 在 城 市 交 通 中 的 应 用作 了 很 详 细 的 综 述 。 以 这 篇 文 献 为 基 础同 时 延 伸 上 一 节 的 讨 论 ， 本 小 节 着 重 介绍 智 能 卡 数 据 在 交 通 系 统 运 营 与 管 理 中一 些 新 的 具 有 代 表 性 的 应 用 。在 公 共 交 通 的 远 期 规 划 以 及 中 期 应用 方 面 ， 智 能 卡 数 据 的 主 要 功
39、 能 是 帮 助决 策 者 深 入 理 解 公 交 系 统 的 使 用 模 式 ，从 而 系 统 地 规 划 网 络 线 路 和 建 立 综 合 公共 交 通 模 型 （ 刘 常 平 ， 等 ，2008 ） 。 长 期以 来 ， 关 于 出 行 者 交 通 行 为 模 式 的 研 究主 要 是 基 于 入 户 调 查 、 出 行 日 志 和 现 场调 查 等 方 法 。 这 些 传 统 调 查 方 法 通 常 需要 消 耗 大 量 的 人 力 物 力 资 源 ， 但 所 得 到的 数 据 的 质 量 和 准 确 性 一 般 很 难 保 证 。然 而 智 能 卡 数 据 以 其 量 大 ， 时
40、长 ， 精 准等 优 势 弥 补 了 调 查 数 据 的 不 足 ， 迅 速 成为 交 通 研 究 的 先 锋 数 据 （Iseki ， 等 ，2007 ，Spurr ， 等 ，2014 ） 。 图2 展 示 了 公共 交 通 智 能 卡 数 据 所 包 含 的 用 户 个 人 属性 以 及 其 出 行 信 息 。 为 了 研 究 智 能 卡 数据 的 可 靠 性 ，Trepanier 等(2009) 比 较 了智 能 卡 数 据 与 入 户 调 查 数 据 的 出 行 时 空分 布 。 他 们 发 现 ， 通 过 整 合 智 能 卡 数据 ， 入 户 调 查 数 据 的 精 确 性 和 质
41、量 可 以得 到 很 大 提 高 。Chu 和Chapleau (2010)也 强 调 了 研 究 者 应 该 更 加 充 分 地 利 用 智能 卡 数 据 的 时 空 精 细 度 ， 更 好 地 研 究 用户 微 观 行 为 。 为 了 更 细 致 地 研 究 北 京 市的 职 住 关 系 ，Long 和Thill(2013) 建 议 将传 统 入 户 调 查 数 据 与 智 能 卡 数 据 进 行 结合 。SCD 也 在 研 究 公 交 需 求 上 发 挥 了 重要 作 用 。 例 如 ，Utsunomiya 等(2006) 通 过研 究 乘 客 日 常(day-to-day) 的 出 行
42、 需 求 变化 证 实 了 提 供 面 向 需 求 的 公 交 服 务 的 重要 性 ， 并 建 议 公 交 运 营 者 根 据 每 天 的 需求 特 征 来 制 定 具 体 的 运 营 方 案 。Lim 等(2008) 重 点 研 究 了 公 交 需 求 随 时 间 的 变化 ， 并 用 此 来 预 测 未 来 的 需 求 矩 阵 ， 为远 期 规 划 提 供 支 持 。Sun 等(2014a) 利 用从 智 能 卡 数 据 中 获 取 具 有 时 间 标 记 的OD矩 阵 进 行 了 地 铁 时 刻 表 的 优 化 。 通 过 优化 运 行 时 刻 表 ， 高 峰 时 间 的 需 求 得
43、到 分散 ， 乘 客 的 平 均 等 待 时 间 也 相 应 减 少 。王 冬 根(2015) 用 深 圳 市 一 周 地 铁 刷 卡 数 据研 究 了 一 系 列 地 铁 乘 客 出 行 特 征 ， 包 括出 行 空 间 分 布 、 出 行 距 离 、 出 行 时 间 、站 间 交 通 流 、 站 间 网 络 关 系 ， 由 此 来 刻画 轨 道 交 通 系 统 的 时 空 特 征 。Othman 等(2014) 利 用 地 铁 刷 卡 数 据 实 现 了 一 个 轨 道交 通 的 智 能 体 仿 真 系 统 ， 以 此 来 研 究 轨道 交 通 系 统 中 的 各 种 复 杂 动 力 学
44、。智 能 卡 数 据 的 短 期 应 用 价 值 主 要 体现 在 对 公 交 系 统 的 调 度 、 运 营 和 管 理 以及 服 务 水 平 的 评 价 上 ， 即 对SCD 数 据 的微 观 应 用 及 重 现 。 在 道 路 交 通 方 面 ，Zhang 等(2014) 分别通过重现用 户刷卡记录 的 方 法 来 研 究 巴 士 的 时 空 轨 迹 及 占 有率 。Janosikova 等(2014) 利 用 公 共 交 通 智能 卡 数 据 重 现 了 乘 客 在 公 共 交 通 网 络 中的 路 径 选 择 行 为 ， 并 用 这 种 显 示 性 偏 好数 据 来 估 计 路 径
45、选 择 模 型 。Sun 等(2014b) 通 过 上 下 车 的 刷 卡 记 录 来 研 究 巴士 乘 客 的 上 下 车 行 为 ， 并 以 此 衡 量 了 不同 车 型( 如 单 层 ， 双 层 和 低 底 板 巴 士) 对 站台 停 滞 时 间 的 影 响 。 对 于 闸 口 刷 卡 的 轨道 交 通 来 说 ， 由 于 智 能 卡 数 据 的 车 辆 信息 标 签 缺 失 ， 很 多 研 究 也 致 力 于 解 决 路径 选 择 未 知 时 轨 道 交 通 客 流 分 配 的 问 题上 ， 如 刘 建 峰 (2010) ， 以 及 Sun 等(2015) 。 此 外 ， 一 些 学
46、者 利 用 智 能 卡 数 据来 衡 量 公 交 系 统 的 运 行 指 标 和 服 务 水平 ， 如 Trpanier 等 (2009) ， Ma 等(2014) 。SCD 凭 借 着 其 量 大 质 优 的 特 点 ，已 成 为 帮 助 解 决 公 交 管 理 问 题 的 一 种 新兴 的 高 精 度 ， 细 颗 粒 的 数 据 。 与 此 同时 ，SCD 的 高 时 空 精 度 也 为 更 为 微 观 的城 市 空 间 研 究 提 供 了 可 能 。4 城 市 空 间 结 构 分 析除 了 支 持 交 通 系 统 运 行 与 管 理 ， 如何 利 用 这 样 大 规 模 的 数 据 理
47、解 城 市 的 空间 结 构 成 为 了 城 市 研 究 中 具 有 深 层 意 义的一 个主 要课 题 。 这涉 及城 市计 算 （ur ban computing ） 的 研 究 ， 侧 重 考 虑 从 人的 活 动 体 现 来 城 市 空 间 结 构 ， 即 人 如 何使 用 空 间 ， 以 往 更 多 依 赖 手 机 数 据 、 签到 数 据 和 出 租 车 轨 迹 数 据 （Zheng ， 等 ，2011 ；Yue ， 等 ，2014 ） 。 在 这 样 的 研 究中 ，SCD 也 逐 渐 起 到 重 要 的 数 据 支 持 作用 ， 最 早 的 相 关 文 章 发 表 在2011
48、年 。城 市 的 居 住 、 就 业 和 职 住 平 衡 是 城市 空 间 结 构 研 究 的 重 要 问 题 之 一 。 龙 瀛等 （2012 ） ，Long 和Thill(2013) 利 用 北 京公 交SCD ， 通 过 识 别 持 卡 人 的 居 住 地 和就 业 地 ， 研 究 北 京 的 职 住 关 系 和 通 勤 出行( 其 后 续 研 究 用 则 也 纳 入 了 地 铁SCD ，如Long 的 城 市 贫 困 研 究) ， 结 果 如 图3 所示 。 单 纯 利 用 地 铁 刷 卡 数 据 ， 孟 斌(2015)做 了 类 似 探 讨 。 作 为 龙 瀛 等(2012) 的 后
49、 续研 究 ，Zhou 和Long(2014) 基 于 识 别 通 勤出 行 ， 评 价 了 北 京 的 过 度 通 勤(excesscommute) 。Zhou 等(2014a ，b) 也 评 价 了 北京 的 通 勤 效 率(commuting efficiency) 情况 。 此 外 ，Medina 和Erath(2013) 利 用图 2 公 共 交 通 智 能 卡 记 录 所 包 含 的 个 人 及 出 行 信 息Fig. 2 Personal and travel information captured in smart card transactions来 源 ： 笔 者 自 绘
50、 .73SCD 、 出 行 调 查 和 建 筑 信 息 ， 提 出 了 基于 总 步 行 时 间 的 优 化 模 型 ， 计 算 了 新 加坡 的 就 业 密 度 的 时 空 分 布 。通 过 借 鉴 复 杂 网 络 研 究 中 的 社 团 识别 方 法(community detection) ， 研 究 者 们也 开 始 利 用 个 体 流 动 数 据 来 有 效 认 识 城市 空 间 结 构 的 变 化 。 这 方 面 Gao 和Long(2015) 、 Zhong 等 (2014) 、 Sun 等(2014c) 都 做 了 探 索 ， 其 中 后 两 者 都 利 用跨 越 多 年 的S
