一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法
2023-12-05 12:33:51 1
專利名稱：一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法
技術領域：
本發明涉及一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，用於從海量的手機用戶數據中挖掘有價值的軌道交通出行方式方面的信息，可為交通規劃、交通需求管理、交通政策評估與交通運營管理服務，屬於交通規劃與管理方法技術領域。
背景技術：
軌道交通是一種重要的公共運輸出行方式，具有運量大、速度快、運行穩定、不受地面擁堵影響、出行舒適度高等突出特徵。在大型或特大型城市中，為了緩解日益嚴重的交通擁堵問題，合理的規劃建設和科學運營軌道交通線路，成為提高出行效率、改善出行者滿意度的有力措施。靜態和動態的軌道交通客流數據或OD信息，對於軌道交通的線路布局優化、運營方案改善都有著重要的決策支持作用。傳統的獲取交通需求信息的方法是居民出行調查。 居民出行調查通過直接向出行者詢問獲取出行OD位置、出行方式、出行目的等信息。這種調查方法耗費成本高、涉及人員多、組織難度大，並且實施周期長達數年，只能獲取準靜態的需求信息。近年來，隨著我國經濟的快速發展，城市基礎設施建設蓬勃開展，土地利用性質變化很快。隨著各種交通先進技術的應用，交通基礎設施與交通運行模式都在迅速地發生變化。在這種情況下，新時代的交通規劃和管理工作對於交通需求信息提出了更高的時效性要求，而居民出行調查已經無法完全滿足這一需求。目前軌道交通運營管理系統中一般都建設了基於IC卡的客流檢測系統，該系統可以提供具有一定時效性的較為精確的站站之間的客流數據。但仍在三方面存在局限性。 一、由於系統進行數據匯總、清分等處理，一般都需要耗費至少一日的時間，這也就意味著該系統無法滿足實時獲取時段小於一日的動態客流數據的需求。二、由於基於IC卡檢測只能獲知乘客進出軌道交通系統的兩個站點，當軌道交通網絡較為複雜、站站之間存在多條換乘路徑時，將無法通過IC卡檢測數據掌握乘客在軌道交通線路上的具體行動線路，因而在客流數據的精細度上存在局限。三、由於軌道交通出行方式無法支撐門到門的出行服務， IC卡檢測系統只能獲取站站間的OD數據，因而無法進一步掌握乘客出行的更接近源頭的出發地和目的地信息。隨著通信技術的進步和應用普及，現代無線通信網絡中蘊含的手機信號數據規模不斷擴大，可以從中提取出海量的用戶出行軌跡信息，因而使手機信號數據成為挖掘動態交通需求信息的全新數據源。基於海量手機信號數據來獲取交通需求信息，也成為最新的技術發展方向。在軌道交通出行信息獲取方面，由於手機信號數據中蘊含了用戶的完整出行軌跡信息，因而可以在一定程度上彌補前文所述的IC卡檢測數據的各種局限性。出行方式信息是交通需求信息中不可或缺的重要組成部分，軌道交通是當下最重要的出行方式之一，同時手機信號數據已成為目前最具挖掘潛力的全新數據源。因此，迫切需要一種能夠基於出行者在出行過程中的手機信號數據來識別軌道交通出行方法的方法， 來獲取極具實效性的軌道交通出行數據。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於出行者在出行過程中的手機信號數據來識別軌道交通出行方法的方法，通過該方法來獲取極具實效性的軌道交通出行數據。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，步驟為
步驟1、根據目標城市的軌道交通線路建設情況，建立由虛擬傳感器節點及虛擬傳感器路徑組成的虛擬傳感器網絡，該虛擬傳感器網絡只覆蓋軌道交通線路網；
步驟2、獲取一個出行者在一次出行過程中所有手機信號數據集合，將這些手機信號數據按照時間發生順序進行排序；
步驟3、將步驟2中的每個手機信號數據映射到步驟1得到的虛擬傳感器網絡上，得到每個手機信號數據所對應的虛擬傳感器節點，得到該出行者的虛擬傳感器節點序列；
步驟4、將虛擬傳感器節點序列與虛擬傳感器網絡中包含的所有虛擬傳感器路徑進行比較匹配，如果匹配不成功，將該出行者的本次出行判斷為非軌道交通出行方式，流程結束；如果匹配成功，記錄匹配上的虛擬傳感器路徑所對應的軌道交通線路，進入步驟5 ；
步驟5、根據虛擬傳感器節點序列得到該出行者在實際軌道交通線路網中對應的出行路徑的長度，根據虛擬傳感器節點序列中的第一個和最後一個虛擬傳感器節點的時刻信息計算得到旅行時間，進而計算該出行者的平均速度Vr ；
步驟6、根據步驟4得到的軌道交通線路確定該線路上的平均行程速度的合理取值範圍，若步驟5得到的平均速度Vr在該範圍內，則將該出行者的本次出行判定為軌道交通出行方式，否則，判定為非軌道交通出行方式。本發明的優點是充分依託現有的移動通信網絡資源，以海量的手機信號數據為輸入，採用基於出行線路和速度特徵的判別機制，實現對軌道交通出行方式的識別。該發明可用於高頻度、自動化地獲取軌道交通相關出行信息。
圖1為基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法的實施流程； 圖2為實施例中的虛擬傳感器網絡與路徑匹配的示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例來具體說明本發明。 實施例如圖1所示，本發明提供了一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其步驟為
步驟1、根據目標城市的軌道交通線路建設情況，建立軌道交通專用的虛擬傳感器網絡。該虛擬傳感器網絡只覆蓋軌道交通線路網，而不覆蓋其他地面路網。虛擬傳感器網絡由節點和路段構成，其中，虛擬傳感器節點定義為在手機用戶沿著軌道交通線路出行的過程中因為手機網絡信號變化而產生無線網絡事件的點。通過該虛擬傳感器網絡可以獲得每一個虛擬傳感器節點對應到實際軌道交通線路上的位置，還可以獲得由具有連通關係的一系列虛擬傳感器節點序列構成的路徑的長度，該長度為沿著軌道交通線路行駛的實際裡程， 而不是簡單的點間直線距離之和。虛擬傳感器網絡的建立公開在申請號為200910048300. 6 的中國專利中。在本實施例中，建立的虛擬傳感器網絡如圖2所示，其中包含了 I、II、III 三條軌道交通線路，用A J字母標識出的不是實際的軌道交通車站，而是虛擬傳感器節點，存在換乘關係的線路並不一定共享虛擬傳感器節點。步驟2、獲取一個出行者在一次出行過程中的手機信號數據集合，這些數據已經按照時間發生順序進行排序；
步驟3、通過軌道交通專用的虛擬傳感器地理解碼，得到步驟2中每個手機信號數據對應的虛擬傳感器節點，實現原理參見申請號為200910048300. 6的中國專利。如果找不到匹配的節點，則將該信號數據對應的虛擬傳感器節點記作NULL，這樣得到與出行過程對應的虛擬傳感器節點序列；在本實施例中，得到的出行者的虛擬傳感器節點序列為「NULL —NU LL — B — C — D — F — G — H—J — NULL — NULL」，如圖2中的連續弧線段所示；
步驟4、將虛擬傳感器節點序列與虛擬傳感器網絡中包含的所有虛擬傳感器路徑進行比較匹配。匹配成功的條件為在忽略序列頭部和尾部的若干個NULL節點的前提下，其餘所有虛擬傳感器節點都可以按順序、連續或不連續地對應到某條虛擬傳感器路徑上，且實現對應的節點個數超過給定閾值N，個數佔據節點總個數的比例超過給定閾值R。因為軌道交通平行線路之間距離都很遠，所以出現多條匹配成功的路徑的情況極少。當存在多條匹配成功的路徑時，選擇匹配節點個數最多、最少換乘的一條路徑作為最終匹配結果；如果匹配不成功，將本次出行判斷為非軌道交通出行方式，流程結束；如果匹配成功，記錄匹配上的軌道交通線路，進入步驟5。在本實施例中，閾值N設置為3，閾值R設置為0. 5，參照圖2 所示，本次出行實現對應的虛擬傳感器節點個數為7，大於閾值5，個數比例為7/11=0. 63， 大於閾值0. 5，故本次出行被成功地匹配到從B到J的路徑上，該路徑跨越了軌道交通線路 III和線路II。步驟5、根據步驟4的路徑匹配過程得到本次出行中對應軌道交通出行段的虛擬傳感器節點子序列；通過虛擬傳感器網絡地理解碼得到該出行者在實際軌道線路上的出行線路，進而計算出行者在軌道交通出行段的平均速度Vr ；步驟如下
步驟5. 1、從出行過程對應的虛擬傳感器節點序列中，排除頭部和尾部的若干個NULL 節點，剩餘的子序列定義為軌道交通出行段。在本實施例中，軌道交通出行段為序列 「B — C — D — F — G — H — J」 ；
步驟5. 2、通過虛擬傳感器網絡地理解碼，得到軌道交通出行段在實際軌道交通線路網中對應的出行路徑的長度。在本實施例中，從節點B到節點J的路徑的實際長度為15. 4公裡；
步驟5. 3、根據軌道交通出行段的第一個和最後一個虛擬傳感器節點的時刻信息，計算旅行時間，進而計算出行者在軌道交通出行段的平均速度Vr。在本實施例中，節點B和J的發生時刻分別為12:23:44和12:49:32，旅行時間為25分48秒，計算得出平均速度Vr為 35. 81公裡/小時；
步驟6、根據路徑匹配過程得到出行者經過的具體的軌道交通線路，根據線路的技術特性確定該線路上的平均行程速度的合理取值範圍[Vmin，Vmax]，如果出行者經過了 2條或2條以上的技術特性存在差異的軌道交通線路，則速度的合理取值範圍[Vmin，Vmax]為各條線路的取值範圍的合集。在本實施例中，出行者經過了線路III和線路II兩條線路，線路III和線路II的行程速度的取值範圍分別為[25，35]和[30，40]公裡/小時，因此最終的取值範圍為[25，40]公裡/小時；如果出行者在軌道交通出行段的平均速度Vr在[Vmin， Vmax]區間內，判斷本次出行為軌道交通出行方式；反之，判斷本次出行為非軌道交通出行方式。在本實施例中，出行者在軌道交通出行段上的平均速度為35. 81公裡/小時，在合理取值範圍[25，40]公裡/小時內，所以將本次出行判斷為軌道交通出行方式。
權利要求
1.一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，步驟為步驟1、根據目標城市的軌道交通線路建設情況，建立由虛擬傳感器節點及虛擬傳感器路徑組成的虛擬傳感器網絡，該虛擬傳感器網絡只覆蓋軌道交通線路網；步驟2、獲取一個出行者在一次出行過程中所有手機信號數據集合，將這些手機信號數據按照時間發生順序進行排序；步驟3、將步驟2中的每個手機信號數據映射到步驟1得到的虛擬傳感器網絡上，得到每個手機信號數據所對應的虛擬傳感器節點，得到該出行者的虛擬傳感器節點序列；步驟4、將虛擬傳感器節點序列與虛擬傳感器網絡中包含的所有虛擬傳感器路徑進行比較匹配，如果匹配不成功，將該出行者的本次出行判斷為非軌道交通出行方式，流程結束；如果匹配成功，記錄匹配上的虛擬傳感器路徑所對應的軌道交通線路，進入步驟5 ；步驟5、根據虛擬傳感器節點序列得到該出行者在實際軌道交通線路網中對應的出行路徑的長度，根據虛擬傳感器節點序列中的第一個和最後一個虛擬傳感器節點的時刻信息計算得到旅行時間，進而計算該出行者的平均速度Vr ；步驟6、根據步驟4得到的軌道交通線路確定該線路上的平均行程速度的合理取值範圍，若步驟5得到的平均速度Vr在該範圍內，則將該出行者的本次出行判定為軌道交通出行方式，否則，判定為非軌道交通出行方式。
2.如權利要求1所述的一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，在步驟3中，若某個手機信號數據在虛擬傳感器網絡上無法找到與之對應的虛擬傳感器節點，則在虛擬傳感器節點序列中將該信號數據對應的虛擬傳感器節點記作NULL節點，在步驟4的匹配前，將虛擬傳感器節點序列中頭部和尾部的所有NULL節點去除後，再進行匹配。
3.如權利要求2所述的一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，所述步驟5包括步驟5. 1、從虛擬傳感器節點序列中排除頭部和尾部的NULL節點，將剩餘的子序列定義為軌道交通出行段；步驟5. 2、通過虛擬傳感器網絡地理解碼，得到軌道交通出行段在實際軌道交通線路網中對應的出行路徑的長度；步驟5. 3、根據軌道交通出行段的第一個和最後一個虛擬傳感器節點的時刻信息，計算旅行時間，進而計算出行者在軌道交通出行段的平均速度Vr。
4.如權利要求1所述的一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，在計算步驟6所述的合理取值範圍時，若出行者經過了至少2條技術特性存在差異的軌道交通線路，則速度的合理取值範圍為各條線路的合理取值範圍的合集。
全文摘要
本發明提供了一種基於手機信號數據的軌道交通出行方式識別方法，其特徵在於，步驟為首先建立虛擬傳感器網絡，然後獲得一個出行者在一次出行過程中所有手機信號數據集合，將手機信號數據映射到虛擬傳感器網絡上，得到虛擬傳感器節點序列，根據虛擬傳感器節點序列所反映的線路特徵和行程速度特徵來判斷該出行者的該次出行是否為軌道交通出行方式。本發明的優點是充分依託現有的移動通信網絡資源，以海量的手機信號數據為輸入，採用基於出行線路和速度特徵的判別機制，實現對軌道交通出行方式的識別。該發明可用於高頻度、自動化地獲取軌道交通相關出行信息。
文檔編號G06Q50/00GK102156909SQ20111003383
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者冉斌, 劉傑, 孫立光, 裘煒毅, 邱志軍 申請人:上海美慧軟體有限公司