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CN112000755B - 一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法 - Google Patents

一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法 Download PDF

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CN112000755B CN202010818820.7A CN202010818820A CN112000755B CN 112000755 B CN112000755 B CN 112000755B CN 202010818820 A CN202010818820 A CN 202010818820A CN 112000755 B CN112000755 B CN 112000755B
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Abstract

本发明公开了一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，从手机信令数据中识别得到出行OD样本，将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联得到基站空间单元对应表，将出行OD样本个体根据起讫点对应时间段提取轨迹点进行轨迹回溯，然后基于基站空间单元对应表实现与目标空间单元的连接，进而采用空间单元途径人流密度等级方式筛选目标空间单元内的路网数据集并创建路网缓冲区，筛选途径人流密度大于设定的途径人流密度阈值且位于路网缓冲区内的空间单元得到出行廊道；本发明基于出行回溯轨迹，能够消除非出行用户信令数据的干扰，提高对出行廊道的识别准确率，且通过路网缓冲区和人流密度筛选得到出行廊道，使得出行廊道的识别效率更高。

Description

一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法
技术领域
本发明属于城市及交通规划技术领域，具体地说，是涉及一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法。
背景技术
科学地识别城市及区域廊道，有利于经济、社会、环境、资源等要素的空间优化配置,对推动社会经济可持续发展、建设“美丽中国”具有重要意义。
现有的交通廊道识别主要借助交通信息采集技术，通过高速公路出入口数据、公共交通刷卡数据、出租车轨迹数据等进行流量检测，集计汇总后分析得到不同出行方式的出行廊道。这些方法存在最大的问题在于难以获取全方式全样本的出行廊道，同时数据精度高度依赖于采集设备，误差较大。
鉴于手机普及率越来越高，手机信令数据具有获取方便、成本低、样本高以及覆盖面广等特点，可以通过个体出行轨迹点刻画出行廊道的数据源。但在运用海量轨迹数据时，未出行用户的信令定位数据对出行廊道的识别会带来较大干扰，导致出行廊道的识别存在较大偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，基于出行反推轨迹，能够消除非出行用户信令数据的干扰，提高出行廊道的识别准确率，通过路网缓冲区和人流密度筛选得到出行廊道，识别效率更高，解决现有出行廊道识别中存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
提出一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，包括：采用手机信令数据建立原始时空数据库DatabaseO，识别得到出行OD样本数据；将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联，得到基站空间单元对应表；根据起讫点对应的时间段提取所有出行OD样本的轨迹点，建立第一出行时空数据库DatabaseT；汇总所述第一出行时空数据库DatabaseT中所有出行OD样本的空间单元链，得到第二出行时空数据库DatabaseU；其中，所述空间单元链按照如下步骤得到：将一个出行OD样本一次出行的轨迹点基于所述基站空间单元对应表转换到目标空间单元，并按照时间顺序删掉重复出现的空间单元得到个体出行空间单元链；汇总所述出行OD样本所有出行的个体出行空间单元链得到所述出行OD样本的空间单元链；根据空间单元途经人流密度等级选择路网数据集，并创建路网缓冲区；基于设定的途经人流密度阈值筛选空间单元，与路网缓冲区进行交集分析得到出行廊道。
进一步的，所述将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联，得到基站空间单元对应表，具体包括：将目标空间单元矢量文件导入地理系统并进行定位；将基站地理文件导入地理系统并进行定位；将所述基站地理文件与所述目标空间单元矢量文件进行空间关联，得到关联目标空间单元的基站矢量文件；将关联目标空间单元的基站矢量文件的属性表导出为文本文件；将导出的文本文件导入大数据处理平台，得到基站挂接目标空间单元的基站空间单元对应表。
进一步的，所述空间单元途经人流密度等级按照如下方法得出：将第二出行时空数据库DatabaseU进行分组汇总，得到每个空间单元途经的人流Pi；根据每个空间单元的面积Si计算每个空间单元的途经人流密度δi；按照分位数法进行空间单元途经人流密度等级分类。
进一步的，所述每个空间单元途经人流密度δi为基于kPi/Si扩样后的空间单元途经人流密度；其中，k为扩样系数，按照如下方式得出：根据目标空间单元的总人口P和人均出行次数t的乘积计算所述目标空间单元内全方式出行量T；根据所述目标空间单元内全方式出行量T与出行OD样本总量S的比值计算得到所述扩样系数k。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法中，从手机信令数据中识别得到出行OD样本，将出行OD样本个体进行轨迹回溯，得到轨迹点集合，然后基于基站空间单元对应关系实现与目标空间单元的连接，进而采用空间单元途经人流密度等级方式筛选目标空间单元内的路网数据集，也即主要道路，对主要道路创建路网缓冲区，筛选空间单元途经人流密度大于设定的途经人流密度阈值且位于路网缓冲区内的空间单元得到出行廊道；本发明基于出行回溯轨迹，能够消除非出行用户信令数据的干扰，提高对出行廊道的识别准确率，且通过路网缓冲区和人流密度筛选得到出行廊道，使得出行廊道的识别效率更高。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法的流程图；
图2为本发明提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法一个具体实施例识别架构；
图3为本发明实施例中空间单元分布图；
图4为本发明实施例中基站分布图；
图5为本发明实施例中途经人流密度分布图；
图6为本发明实施例中等级路网缓冲区分布图；
图7为本发明实施例中识别出的出行廊道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，如图1所示，包括：
步骤S11：采用手机信令数据建立原始时空数据库DatabaseO，识别得到出行OD样本数据。
采用通讯运营商提供的带有时间、经度和纬度的手机信令数据建立原始时空数据库DatabaseO，通过数据加密技术为不同出行个体添加唯一编号msid。
利用原始时空数据库DatabaseO，通过出行OD(Origin and Destination)识别算法，得到若干出行OD样本，总量记为S。
步骤S12：将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联，得到基站空间单元对应表。
根据精度要求，运用ArcGIS10.2软件划分目标空间单元，如街道、网格等不同尺度，同时将基站地理文件与划分的目标空间单元进行空间连接，得到基站空间单元对应表，如下表一所示：
表一
步骤S13：根据起讫点对应的时间段提取所有出行OD样本的轨迹点，建立第一出行时空数据库DatabaseT。
从原始时空数据库DatabaseO中，基于出行OD样本对应的msid，根据起讫点对应的时间段提取中间轨迹点，建立第一出行时空数据库DatabaseT。
其中，当天出行OD样本n，也即用户n的第m次的出行轨迹点集合表示如下：
本发明以出行OD样本回溯轨迹点的方式，能够消除非出行用户信令数据对识别出行廊道造成的干扰，起到提高对出行廊道的识别准确率的作用。
步骤S14：汇总第一出行时空数据库DatabaseT中所有出行OD样本的空间单元链，得到第二出行时空数据库DatabaseU。
空间单元链按照如下方式获得：
1、将一个出行OD样本一次出行的轨迹点基于基站空间单元对应表转换到目标空间单元。
手机信令数据基于基站进行定位，轨迹点对应的地理坐标即为连接的基站对应的地理坐标。
本发明实施中以用户n第m次出行为例。
2、按照时间顺序删掉重复出现的空间单元，得到个体出行空间单元链。
如下表二所示的个体出行空间单元链：
表二
删掉前后重复出现的空间单元，消除重复计数的影响，得到个体出行空间单元链。
3、重复1和2，得到该出行OD样本(用户n)所有出行的个体出行空间单元链。
4、汇总该出行OD样本(用户n)所有出行的个体出行空间单元链，得到该出行OD样本的空间单元链。
重复1-4，在得到每个出行OD样本的空间单元链后，汇总所有出行OD样本的空间单元链，得到添加了空间单元字段(Ui、Uj、……、Uk)的第二出行时空数据库DatabaseU。
步骤S15：根据空间单元途经人流密度等级选择路网数据集，并创建路网缓冲区。
在本发明一些实施例中，空间单元途经人流密度等级按照如下方式分类：
1、将第二出行时空数据库DatabaseU进行分组汇总，得到每个空间单元途经的人流Pi。
运用Hsql编程将DatabaseU数据库中按照空间单元字段(Ui、Uj、……、Uk)进行分组汇总，得到每个空间单元途经的人流Pi。
2、根据每个空间单元的面积Si计算每个空间单元的途经人流密度δi。
在本发明一些实施例中，k为扩样系数，按照如下方式得出：
1)根据目标空间单元的总人口P和人均出行次数t的乘积(P*t)计算目标空间单元内全方式出行量T；2)根据目标空间单元内全方式出行量T与出行OD样本总量S的比值(T/S)计算得到扩样系数k。
通过扩样技术得到全方式居民出行总量。
3、按照分位数法进行空间单元途经人流密度等级分类。
通过ArcGIS10.2软件，按照分位数法进行途经人流密度等级分类，得到人流密度等级。
以得到N个等级为例，针对每个等级对应的空间单元，根据区域范围大小从等级路网数据库中筛选不同等级的路网数据集，并对筛选出的路网数据集创建路网缓冲区。
步骤S16：基于设定的途经人流密度阈值筛选空间单元，与路网缓冲区交集分析等到出行廊道。
根据实际情况设定途经人流密度阈值，根据该阈值筛选空间单元，并与路网缓冲区进行交集分析，校核修正后得到出行廊道。
本发明通过路网换缓冲区和人流密度筛选的方式得到出行廊道，数据量小，起到提高出行廊道的识别效率的作用。
下面以一个具体的实施例对本发明提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法做出详细说明。
如图2所示，本实施例中，将上述提出的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法分为三部分：
1、出行识别部分
1)个体筛选：采用通信运营商提供的带有时间及经纬度的手机信令数据建立原始时空数据库DatabaseO，通过数据加密技术为不同出行个体添加唯一编号msid。
将XX省某工作日(时间边界)移动信令数据导入Hadoop大数据处理平台，构建原始时空数据库DatabaseO，其中包含个体ID、时间、纬度、经度四个字段。
将DatabaseO数据库中的个体ID重新编号，具体包括：将所有出行记录按照个体ID和时间进行升序排列，将个体ID重新从1开始编号。
2)利用原始时空数据库DatabaseO，运用时空贪婪算法，通过Hsql程序分析得到XX省出行OD样本，总量为S，其中包含个体编号、出发时间、出发点经度、出发点纬度、到达时间、到达点经度、到达点纬度七个字段。
3)查阅XX省统计年鉴中的区域总人口P和搜索城市居民出行的人均出行次数t，根据P*t计算区域内全方式出行量T。
4)根据XX省出行OD样本总量S和全方式出行量T，基于k＝T/S得到扩样系数k。
5)空间聚类:根据精度要求，运用ArcGIS10.2软件划分空间单元，将基站地理文件与划分的空间单元进行空间连接，得到基站空间单元对应表。
具体的，5.1)基于分析需求，将目标空间单元矢量文件，本实施例中以XX省街道边界矢量文件为例，导入地理信息系统ARCGIS10.2，采用2000大地国家坐标系进行定位，如图3所示。
5.2)将通信运营商提供的基站地理文件，本实施例中以XX省基站矢量文件为例，导入地理信息系统ARCGIS10.2，采用2000大地国家坐标系进行定位，如图4所示。
5.3)通过ArcGIS10.2中的空间连接功能，将XX省基站矢量文件和XX省街道边界矢量文件进行空间关联，得到关联街道后的XX省基站矢量文件，包含基站编号、经度、纬度、街道编号四个字段。
5.4)将关联街道后的XX省基站矢量文件属性表进行导出为文本文件，包含基站编号、经度、纬度、街道编号四个字段。
5.5)将文本文件导入Hadoop大数据处理平台，得到基站挂接XX省街道矢量文件，也即基站空间单元对应表。
2、出行轨迹反推部分
6)原始信令轨迹回溯:基于分析得到XX省出行OD样本对应的编号msid，从原始时空数据库DatabaseO中，根据起讫点对应的时间段提取中间轨迹点，建立第一出行时空数据库DatabaseT，包含个体ID、时间、经度、维度四个字段。
当天用户n的第m次的出行轨迹点集合如下所示：
7)轨迹拟合：基于用户n的第m次出行，以步骤5)得到的基站空间单元对应表为基础，通过Hsql中的表连接可以将轨迹点转换到空间单元。
7.1)提取第一出行时空数据库DatabaseT中用户n的第m次出行为出行轨迹表。
7.2)运用Hsql编程语句，将出行轨迹表与XX省基站挂接街道矢量文件通过经纬度进行表连接，得到出行轨迹挂接街道表，包含个体ID、时间、经度、维度、街道编号五个字段。
8)轨迹拟合：针对分析得到的出行轨迹挂接街道表，按照时间顺序，一次出行中街道编号前后相同的轨迹点删除，消除重复计数的影响，得到个体出行空间单元链。
9)轨迹拟合：重复步骤7)和步骤8)，得到用户n所有出行经过的空间单元链，建立个体出行空间单元数据集。
10)轨迹拟合：重复步骤7)、步骤8)和步骤9)得到DatabaseT数据库中所有用户出行的空间单元链，汇总后的得到添加街道编号字段的、并且去重后的第二出行时空数据库DatabaseU。
3、出行廊道提取
11)空间单元密度分析：运用Hsql编程将第二出行时空数据库DatabaseU中按照街道编号字段进行分组汇总，得到每个街道途经的人流Pi，包含街道编号、途经人流两个字段。
12)空间单元密度分析：根据每个空间单元的面积Si计算每个空间单元扩样后的途经人流密度。
12.1)运用ArcGIS10.2中计算几何功能，将XX省街道边界矢量文件添加面积字段并计算面积，得到各街道面积。
12.2)将步骤11)中得到的途经人流按照扩样系数k统一进行扩样，通过计算得到各个街道扩样后的途经人流密度。
13)空间单元密度分析：通过ArcGIS10.2软件，按照分位数法进行途经人流密度进行等级分类，共得到八个等级。
如图5所示的途经人流密度分布图。
14)出行廊道：从XX省等级路网数据库中，选择不同等级的路网数据集，通过ArcGIS10.2软件创建路网缓冲区。
如图6所示的等级路网缓冲区分布图。
14.1)将XX省等级路网矢量文件导入地理信息软件ArcGIS10.2，创建全省等级路网数据库。
14.2)从XX省等级路网数据库中筛选高速公路，并创建500米缓冲区。
15)出行廊道：通过设定的人流密度阈值筛选不同等级的街道，并与路网缓冲区进行交集分析，校核修正后得到出行廊道。
15.1)将途经人流密度大于100人/平方公里的街道作为高密度街道。
15.2)将路网缓冲区经过的高密度街道作为候选出行廊道，删掉前后不连接的孤立街道校核修正后得到全省出行廊道。
如图7所示识别出的出行廊道。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，其特征在于，包括：
采用手机信令数据建立原始时空数据库DatabaseO，识别得到出行OD样本数据；
将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联，得到基站空间单元对应表；
根据起讫点对应的时间段提取所有出行OD样本的轨迹点，建立第一出行时空数据库DatabaseT；
汇总所述第一出行时空数据库DatabaseT中所有出行OD样本的空间单元链，得到第二出行时空数据库DatabaseU；其中，所述空间单元链按照如下步骤得到：将一个出行OD样本一次出行的轨迹点基于所述基站空间单元对应表转换到目标空间单元，并按照时间顺序删掉重复出现的空间单元得到个体出行空间单元链；汇总所述出行OD样本所有出行的个体出行空间单元链得到所述出行OD样本的空间单元链；
根据空间单元途经人流密度等级选择路网数据集，并创建路网缓冲区；
基于设定的途经人流密度阈值筛选空间单元，与路网缓冲区进行交集分析得到出行廊道；
所述空间单元途经人流密度等级按照如下方法得出：
将第二出行时空数据库DatabaseU进行分组汇总，得到每个空间单元途经的人流Pi；
根据每个空间单元的面积Si计算每个空间单元的途经人流密度δi；
按照分位数法进行空间单元途经人流密度等级分类；
所述每个空间单元途经人流密度δi为基于kPi/Si扩样后的空间单元途经人流密度；其中，k为扩样系数，按照如下方式得出：
根据目标空间单元的总人口P和人均出行次数t的乘积计算所述目标空间单元内全方式出行量T；
根据所述目标空间单元内全方式出行量T与出行OD样本总量S的比值计算得到所述扩样系数k。
2.根据权利要求1所述的基于手机信令数据的区域出行廊道识别方法，其特征在于，所述将基站地理文件与目标空间单元进行空间关联，得到基站空间单元对应表，具体包括：
将目标空间单元矢量文件导入地理系统并进行定位；
将基站地理文件导入地理系统并进行定位；
将所述基站地理文件与所述目标空间单元矢量文件进行空间关联，得到关联目标空间单元的基站矢量文件；
将关联目标空间单元的基站矢量文件的属性表导出为文本文件；
将导出的文本文件导入大数据处理平台，得到基站挂接目标空间单元的基站空间单元对应表。
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