可視化設(shè)計在公共交通系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

2017年夏天，我有幸以可視化助理的身份在MBTA（Massachusetts Bay Transportation Authority，馬薩諸塞州灣運(yùn)輸管理局）實(shí)習(xí)。MBTA 位于波士頓，管理著美國麻省所有的地鐵和公交。但其公共交通之發(fā)達(dá)在美國算是數(shù)一數(shù)二。截止到2017年，除了渡船和其它特殊服務(wù)線路外，共有8362個站點(diǎn)、8條地鐵線和192條公交線路，每日平均至少4萬搭乘人次。

每年冬天，MBTA會因暴雪而停止部分服務(wù)，下圖是網(wǎng)友在推特上的吐槽，可見也是真愛。

01

綠線：發(fā)生了什么？

綠線是波士頓最早的地鐵線路，準(zhǔn)確說應(yīng)該是輕軌，因?yàn)橛胁糠质窃诼访嫔虾推渌囕v一起跑，乘客在馬路中間上下車。據(jù)說建成于1897年，說得好聽點(diǎn)叫很有歷史感，但其實(shí)就是很老舊，每次起步和進(jìn)站都是一陣巨響，比十年前國內(nèi)的火車噪音還大。綠線有B、C、D、E共4條支路，四條支路有兩個合并點(diǎn)，每條支路又有不同的終點(diǎn)。抵達(dá)終點(diǎn)的車輛會在終點(diǎn)掉頭，并入到另一個方向繼續(xù)運(yùn)行。

MBTA綠線圖

支路的運(yùn)營已經(jīng)使得綠線的運(yùn)營比其它線路難，但硬件設(shè)施配置不齊全導(dǎo)致情況更復(fù)雜。綠線的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)來自軌道上的傳感器（sensors），和車輛上的定位系統(tǒng)（GPS）。在站臺和軌道變軌點(diǎn)附近裝有自動車輛識別設(shè)備（AVI，Automatic Vehicle Identification），負(fù)責(zé)自動根據(jù)所來車輛的支路來變更軌道的方向。AVI需要預(yù)編程，這樣當(dāng)車輛臨近時，軌道才能通過識別車輛編號獲知所屬支路。但是，并不是所有路段都有傳感器和AVI，所以除了車輛上的GPS做輔助以外，主要站臺的現(xiàn)場調(diào)度員需要手動指揮。

簡單來說，現(xiàn)場調(diào)度員的主要工作是評估每輛途徑車輛是否能準(zhǔn)時發(fā)車。如果不能，則需要做出臨時調(diào)整，并通知司機(jī)和調(diào)度中心（Operation Control Center）新的發(fā)車時間。同時，作為績效考核的一部分，他們還需要手工填寫實(shí)際發(fā)車時間表。所以，一旦有車輛未及時到站，或任何異常，他們最想知道的就是到底發(fā)生了什么。

因?yàn)橐惠v車的延誤可能是多因素決定的。前一輛車的延誤、前一站的車輛滯留、堵車等，都可能導(dǎo)致當(dāng)前這一輛車無法準(zhǔn)點(diǎn)。對于調(diào)度員來說，從指揮和成效這一過程實(shí)則是一個黑箱：我的準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)車并不能保證這輛車準(zhǔn)點(diǎn)到站；我的準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)車可能導(dǎo)致下一站點(diǎn)車輛堵塞；我推遲發(fā)車可能減緩下一站車輛滯留的情況。只有調(diào)度員能夠獲取到自己調(diào)度操作的結(jié)果反饋，他才能學(xué)習(xí)和改進(jìn)調(diào)度技能。

但這種學(xué)習(xí)是難以在傳統(tǒng)模式中獲得的。每個人各司其職，參與著整個大系統(tǒng)的一個小部分，比如，規(guī)劃員負(fù)責(zé)做計劃，調(diào)度員負(fù)責(zé)實(shí)時調(diào)度。在這種情況下，調(diào)度員不僅要知道自己站點(diǎn)的情況，還需要知道相關(guān)的其它車輛情況和路況。好的調(diào)度必然是基于一系列有效的信息交換。

在使用我的工具之前，為了了解相關(guān)信息，他們只能用對講機(jī)向其他調(diào)度員或司機(jī)詢問?，F(xiàn)在，他們可以在移動設(shè)備上使用我的工具，實(shí)時查看各支路車輛的當(dāng)前位置、車輛行駛間隔（headway）和預(yù)計抵達(dá)時間。

綠線可視化工具

其實(shí)綠線可視化工具是一個顯而易見的需求。但因?yàn)榻?jīng)費(fèi)有限等各種原因，一直沒有得到重視。直到我完成這個工具的設(shè)計和開發(fā)，以實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目的名義，項(xiàng)目組長爭取到經(jīng)費(fèi)給調(diào)度員配備了幾個平板。在短短半個月的試用之后，因?yàn)檎{(diào)度組的反饋非常好，MBTA正式成立了一個產(chǎn)品專項(xiàng)組負(fù)責(zé)針對綠線調(diào)度的產(chǎn)品研發(fā)。

項(xiàng)目結(jié)束后的某一天，看到組長給我留得紙條：

02

公交路況：堵車了嗎？

公交路況可視化工具

03

ODX：乘客去了哪兒？

ODX表示乘客一次出行中的起點(diǎn)（Origin）、終點(diǎn)（Destination）和轉(zhuǎn)乘點(diǎn)（Transfer）。對于乘客出行需求的分析，是公共交通規(guī)劃的必答題。其中，ODX分析是重中之重，因?yàn)樗卮鹆顺丝蛷哪睦锷宪嚒⑾萝嚭娃D(zhuǎn)乘的問題。對于MBTA來說，ODX分析不僅用于評估因服務(wù)規(guī)劃更改而受影響的乘客數(shù)，還用于評估因臨時關(guān)閉某段服務(wù)路線而需要投放的擺渡車輛數(shù)。

ODX可視化工具是對ODX數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的網(wǎng)頁工具。 通過選擇站點(diǎn)或路線，服務(wù)規(guī)劃員可以知道任意時間段或支付方式下的乘客在哪里上車、下車和轉(zhuǎn)乘。在結(jié)果分析上，不僅提供了站點(diǎn)或路線的分析，比如多少乘客在哪些站點(diǎn)上下車、從哪條線路轉(zhuǎn)乘到哪條線路，也包括區(qū)域分析，比如乘客是從哪一塊區(qū)域乘車到哪一區(qū)域。

ODX可視化工具

在這個工具之前，MBTA的服務(wù)規(guī)劃員是可以通過查詢數(shù)據(jù)庫來獲取這個數(shù)據(jù)的。但不是每個規(guī)劃員都會寫查詢語句，這導(dǎo)致ODX分析需要會查詢的人先獲取數(shù)據(jù)。并且因?yàn)閿?shù)據(jù)量極大，他還需要預(yù)處理，才能進(jìn)行小組的業(yè)務(wù)討論。從效率上來說是很低的，因?yàn)镸BTA的站點(diǎn)和線路很多，需要分析的場景也很多。再者，因?yàn)榇蟛ㄊ款D之間有一條河，實(shí)際規(guī)劃必須考慮這個重要的地貌信息，而單純的數(shù)據(jù)表是難以反映這個信息的。這些優(yōu)勢也是我曾經(jīng)訪問過規(guī)劃員所強(qiáng)調(diào)的。

我曾經(jīng)問過ODX項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理，市面上不乏成熟的、針對公共交通規(guī)劃的可視化軟件，為什么不用？為什么要自己開發(fā)？她說，對于小的公交企業(yè)，比如只有十幾條線路，可能可以使用那些軟件。但對于MBTA來說，不僅有上百條線路，在數(shù)據(jù)上也很復(fù)雜。比如，有很多綜合性站臺（公交和地鐵的混合站臺），站臺編號是有層級關(guān)系的，綜合站臺本身有一個母編號，里面的公交站點(diǎn)和地鐵站臺分別有各自的獨(dú)立編號。在概念上，使用的是母編號，但車輛出行計劃的數(shù)據(jù)只與獨(dú)立編號關(guān)聯(lián)。目前市面上的軟件，還不能處理這類復(fù)雜或極端的情況。

04

小結(jié)：為什么可視化

管理服務(wù)體驗(yàn)圖

循環(huán)流動的服務(wù)階段

在這個循環(huán)流里，工作行為的結(jié)果作為數(shù)據(jù)的一部分，流動到下一使用部門。比如，服務(wù)規(guī)劃者的工作是制定服務(wù)計劃，服務(wù)計劃作為工作結(jié)果，傳遞到運(yùn)營部門，而運(yùn)營部門根據(jù)這個計劃運(yùn)營車輛，運(yùn)營車輛的數(shù)據(jù)又用于下一次的服務(wù)規(guī)劃。如果運(yùn)營工作并不準(zhǔn)確按照計劃執(zhí)行，那么所產(chǎn)生的運(yùn)營數(shù)據(jù)的價值也是有折扣的。服務(wù)規(guī)劃者不知道這個服務(wù)體驗(yàn)不好是因?yàn)樵媱潓?dǎo)致的，還是因?yàn)檫\(yùn)營效果差而計劃本身沒有問題。

為此，我的論文提出了可視化驅(qū)動治理（visualization-driven governance）的概念。治理（governance），這個詞聽起來很嚴(yán)肅。在概念上講，治理區(qū)別于管理。管理是關(guān)于執(zhí)行和控制，講求把事情做對（do the things right）；治理則是側(cè)重于策略和交涉，強(qiáng)調(diào)做對的事情（do the right things）。在交通管理領(lǐng)域下，管理是封閉的，負(fù)責(zé)站點(diǎn)、車輛等設(shè)施設(shè)備的建設(shè)、使用和維護(hù)，以及服務(wù)計劃執(zhí)行和評估。而治理是開放的，不僅包括管理本身，比如管理的效率，還包括企業(yè)、員工、乘客、城市規(guī)劃、社區(qū)資源、政府資金等多方面利益相關(guān)者的協(xié)調(diào)與公平性。

治理與管理關(guān)系圖

在治理的觀念下，我所討論的公共交通可視化應(yīng)用，不僅僅是指將公共交通數(shù)據(jù)可視化，更在于可視化應(yīng)用實(shí)踐所形成的開放的生命系統(tǒng)（open living system）。在大型的基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)構(gòu)里，設(shè)備設(shè)施的管理運(yùn)營和數(shù)據(jù)的收集分析只是一個方面。科技始終在發(fā)展和進(jìn)化，在未來，我們會更快地獲得更豐富的數(shù)據(jù)，算法和人工智能甚至能代理簡單的決策性操作。但人們不只是使用技術(shù)，而是與之生活在一起、工作在一起。尤其是員工，即這些技術(shù)的直接使用者，如何適應(yīng)和應(yīng)對這個技術(shù)時代？如何感知海量的數(shù)據(jù)和理解深奧的模型？如何在情感上接受和信任這些機(jī)器決策？最后反過來，又如何通過這些成果來戰(zhàn)略性地部署和應(yīng)用這些技術(shù)？我認(rèn)為，可視化是唯一出路。 因?yàn)樗行У靥峁┝艘鬃x性。因?yàn)殚喿x和理解的可能性，我們得以以平等的方式獲知，從而通往共識與信任的可能性。

05

花絮

先補(bǔ)充一個設(shè)計框架圖，是我開題時做的，不過最后沒有放在論文里。

設(shè)計框架圖

最后再補(bǔ)充兩個MBTA服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的可視化設(shè)計。兩個都是利用開源的GTFS（General Transit Feed Specification）數(shù)據(jù)來做的，顏色編碼采用的是MBTA官方定義，即黃色表示公交，綠、紅、藍(lán)、紫分別表示綠線、紅線、藍(lán)線、紫線地鐵。

第一個是實(shí)習(xí)中為MBTA市場部團(tuán)隊做的一個簡單的可視化，可以通過滑動滑條等操作來了解MBTA在不同時段的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)上沒有什么特別的，但有意思的是，一位資深的MBTA經(jīng)理看到后感嘆說，每次她都從我做的這些可視化項(xiàng)目學(xué)到了新的業(yè)務(wù)知識。可見，即便是對于面對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)很多年的人，可視化也能提供新的洞見。

第二個是課堂項(xiàng)目，主要運(yùn)用時間流的方式，來展示公交是如何連接地鐵站，使城市像流動的生命體。由于單是車輛發(fā)車原始數(shù)據(jù)便有100M以上，所以除了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做部分預(yù)處理外，主要通過canvas來實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的動畫效果。