基于移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的交通信息提取及分析方法研究

樊莉莉

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽　蚌埠　233000）

基于移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的交通信息提取及分析方法研究

樊莉莉

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蚌埠233000）

近年來，我國(guó)的城市化建設(shè)的進(jìn)程與步伐逐漸加快，一味地通過傳統(tǒng)的人工調(diào)查方法已經(jīng)不能較好地獲取數(shù)據(jù)信息，更無法很好地滿足現(xiàn)代交通運(yùn)行管理的需求.眾所周知，邁入21世紀(jì)的我國(guó)在交通信息化建設(shè)方面越來越完善，更多的智能化信息采集手段能夠?yàn)槲覈?guó)的交通管理與決策提供重要支持.現(xiàn)階段，手機(jī)已經(jīng)成為人們使用最廣泛的一種移動(dòng)通信工具，它可以利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)Cell-ID定位，從而有效記錄了用戶的連續(xù)出行軌跡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶出行全過程的追蹤.與其他普通的數(shù)據(jù)源比較而言，移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)具有獲取成本低、樣本量大、覆蓋面積較廣以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì).無可厚非，作為一種新型的數(shù)據(jù)獲取方法，基于移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用能夠提供大量的、豐富的數(shù)據(jù)支持，其應(yīng)用前景被普遍看好.鑒于此，本文對(duì)移動(dòng)通信的原理進(jìn)行了介紹，分析了移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的特征，對(duì)交通信息的提取和分析方法進(jìn)行了研究.

移動(dòng)通信；定位數(shù)據(jù)；交通信息；提??；分析方法

當(dāng)前，人們對(duì)交通信息的獲取需求越來越大，現(xiàn)有的交通信息獲取方式也越來越多樣化，它們?yōu)槲覈?guó)的交通管理部門提供了重要的決策和依據(jù)，同時(shí)也為人們的出行提供了眾多信息服務(wù).當(dāng)前，我國(guó)的交通網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷出現(xiàn)了超重的情況，因此我們迫切需要提高交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率.而交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率的提高又離不開相關(guān)部門的交通管理、交通評(píng)估及交通規(guī)劃等環(huán)節(jié).那么，如何高效地采集和分析城市系統(tǒng)所產(chǎn)生和需要的交通信息成為當(dāng)前的一個(gè)亟待解決的問題，研究該問題具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)價(jià)值.

1　移動(dòng)通信的原理分析

所謂移動(dòng)通信，指的是通信的雙方中至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行信息傳輸和信息交換的，它即包括固定點(diǎn)與移動(dòng)體（比如車輛、船舶和飛機(jī)等）之間，也包括固定點(diǎn)與移動(dòng)體之間，還包括固定點(diǎn)與移動(dòng)的人之間的通信，它們都屬于移動(dòng)通信的范疇.本文筆者所采用的移動(dòng)通信數(shù)據(jù)源于GSM網(wǎng)絡(luò)，即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，它主要由移動(dòng)臺(tái)、移動(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)和操作支持子系統(tǒng)等部分組成，移動(dòng)臺(tái)主要是公用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個(gè)GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備.移動(dòng)網(wǎng)子系統(tǒng)具有GSM系統(tǒng)的交換功能和多種數(shù)據(jù)庫功能，它在用戶與用戶之間起著至關(guān)重要的作用.基站子系統(tǒng)是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩關(guān)系最直接、最緊密的一個(gè)組成部分，它能夠通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源管理.而操作支持子系統(tǒng)則需要完成更多的任務(wù)，比如對(duì)移動(dòng)用戶、移動(dòng)設(shè)備等進(jìn)行管理，對(duì)相關(guān)的網(wǎng)路進(jìn)行維護(hù).

2　移動(dòng)通信定位技術(shù)

移動(dòng)通信定位是一種通過特定定位技術(shù)來獲取移動(dòng)手機(jī)或終端用戶的位置信息的.移動(dòng)通信定位技術(shù)在當(dāng)前常用的主要有三種，即Cell-ID定位法、TDOA或AOA定位法、A-GPS定位法，下面筆者對(duì)這三種移動(dòng)定位技術(shù)的原理和優(yōu)劣進(jìn)行簡(jiǎn)要分析.

2.1Cell-ID定位法

Cell-ID定位法是根據(jù)移動(dòng)終端所連接的蜂窩的位置來對(duì)用戶的位置進(jìn)行表示，所以它的定位精度主要取決于蜂窩信號(hào)的半徑大小.在我國(guó)的廣大城市郊區(qū)或者農(nóng)村的偏遠(yuǎn)地區(qū)，單個(gè)蜂窩的信號(hào)覆蓋面積較大，其定位的精度相對(duì)較低.而在城區(qū)范圍內(nèi)，蜂窩信號(hào)的覆蓋面積基本在三百米左右.該定位方法的精度雖然較低，且定位精度差異大，但定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)十分簡(jiǎn)單，無需移動(dòng)終端外的其他設(shè)備就能連接到無線通信網(wǎng)絡(luò)，就能夠?qū)崿F(xiàn)用戶位置定位.

2.2TDOA或AOA定位法

TDOA或AOA定位法的基本原理是通過測(cè)量電波從發(fā)射機(jī)傳播到多個(gè)接收機(jī)的傳播時(shí)間或傳播時(shí)間差來確定目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)的具體位置.這一定位方法通常適合用在CDMA系統(tǒng)當(dāng)中，在中國(guó)表現(xiàn)為電信運(yùn)營(yíng)商.

上圖中，通過移動(dòng)臺(tái)天線能夠測(cè)出接收的基站電波入射角，在基站和移動(dòng)臺(tái)之間形成一根方位線.與此同時(shí)，能利用多個(gè)接收機(jī)來對(duì)AOA數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量.相較而言，TDOA和AOA定位法的定位精度高于前一種定位法，缺點(diǎn)在于成本較高.

2.3A-GPS定位法

A-GPS定位法是在GPS定位技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，它是一種十分快速的定位方法，具有定位精度高、定位速度快等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)在于技術(shù)難度大、不能有效解決室內(nèi)的定位問題.

3　移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的特征分析

和普通的GPS數(shù)據(jù)不同，移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)具有與眾不同的特點(diǎn)，比如它具有離散性、不均勻性等特征，下面筆者對(duì)其特征進(jìn)行詳細(xì)介紹.

3.1蜂窩分布

利用Cell-ID定位法所定位的位置并不是用戶的真實(shí)位置，和實(shí)際情況存在一定的誤差.我們知道，移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)的精確程度是由蜂窩的信號(hào)覆蓋面積所決定的.因此，不難發(fā)現(xiàn)，在城市當(dāng)中蜂窩分布的密度往往較高，而農(nóng)村則相反.

3.2數(shù)據(jù)采集頻率

本文的移動(dòng)定位數(shù)據(jù)不能設(shè)定固定采集周期，其中高頻率的采集數(shù)據(jù)只能在經(jīng)過一定的事件之后才能被動(dòng)地記錄下來.所以，分析移動(dòng)定位數(shù)據(jù)采集的頻率和分布情況是當(dāng)務(wù)之急.

3.3靜止?fàn)顟B(tài)下的數(shù)據(jù)

在現(xiàn)實(shí)中，可能會(huì)有很多原因會(huì)造成用戶所連接的蜂窩變化，比如電磁波的傳播特性會(huì)導(dǎo)致同一點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度變化，所以扇區(qū)信號(hào)的覆蓋面積是不固定的.根據(jù)最強(qiáng)蜂窩信號(hào)連接規(guī)則，移動(dòng)臺(tái)會(huì)選擇信號(hào)更強(qiáng)的蜂窩.

3.4運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下數(shù)據(jù)

移動(dòng)臺(tái)在道路上發(fā)生移動(dòng)時(shí)，我們可以通過周邊蜂窩實(shí)時(shí)與通信網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)絡(luò).事實(shí)上，只要周邊蜂窩信號(hào)能夠覆蓋道路，用戶就可以連接該蜂窩，但蜂窩的密度和信號(hào)強(qiáng)弱都會(huì)影響用戶與基站的連接.

4　城市人口的居住地與工作地的判別方法

城市居住、工作崗位的密度和分布是衡量城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，同時(shí)也是交通需求模型最重要的輸入數(shù)據(jù).然而，對(duì)于居住和工作數(shù)據(jù)的獲取，通常是通過人口普查和居民出行調(diào)查的方式來實(shí)現(xiàn)的.人口普查能夠獲得詳細(xì)的人口信息及分布情況，但是其調(diào)查成本相對(duì)較高，前后時(shí)差大，不能為交通規(guī)劃提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù).而居民出行調(diào)查也存在調(diào)查成本高、難度大、抽樣率低以及抽樣不均等缺點(diǎn).

4.1交通小區(qū)的劃分

受到定位精度的影響，我們不能像傳統(tǒng)的人工調(diào)查一樣對(duì)用戶居住地或工作地進(jìn)行精確判別，所以只能以小區(qū)為單位，結(jié)合用戶連接的蜂窩位置等信息與之建立對(duì)應(yīng)關(guān)系.傳統(tǒng)上如果對(duì)交通小區(qū)進(jìn)行劃分，我們會(huì)把整個(gè)調(diào)查范圍分為若干個(gè)交通小區(qū)，要求越全面、越細(xì)致地掌握交通源的特性.然而，眾所周知，現(xiàn)代的交通源幾乎都是大量的，且對(duì)每個(gè)交通源進(jìn)行單獨(dú)研究的工作量巨大，精確度也得不到保障，所以我們需要將交通源按照一定的原則有序地進(jìn)行劃分.

4.2居住地與工作地判別模型

我們可以根據(jù)用戶在居住和工作時(shí)段的通信事件數(shù)據(jù)來對(duì)用戶的居住地與工作地位置進(jìn)行判斷.當(dāng)然，我們此處的研究對(duì)象排除諸如快遞員、司機(jī)等無固定工作地點(diǎn)的用戶.

此處筆者以北京某地區(qū)為例進(jìn)行了研究.我們知道，北京市近年來實(shí)行了錯(cuò)峰上下班的政策，上午上班的時(shí)間有三擋，即8:00、8:30和9:00，中午則多數(shù)是在12:00下班.下午上班時(shí)間多數(shù)是13:30，下班時(shí)間有三檔，即17:00、17:30和18:00，這樣該地區(qū)的多數(shù)人都能包括在覆蓋時(shí)段以內(nèi)，我們選取的工作時(shí)段與居住時(shí)段如下圖所示，全天工作時(shí)長(zhǎng)為5.5小時(shí)，家里居住時(shí)長(zhǎng)為6小時(shí).

表1　居住與就業(yè)時(shí)段劃分

通過調(diào)查分析不難發(fā)現(xiàn)，在工作時(shí)段與休息時(shí)段居民的通信事件特性也存在很大區(qū)別，如果差異越大，就越容易區(qū)分工作或非工作狀態(tài)，選定下列指標(biāo)的主要意圖在于表征這種差異.

4.3基于移動(dòng)定位信息的交通需求時(shí)空分布分析

軌道交通用戶的居住地、工作地分布數(shù)據(jù)是為交通組織管理方案制定和軌道交通規(guī)劃提供依據(jù)的.要想獲取軌道出行用戶的居住地和工作地信息，有兩種方法可以選擇，一種是通過居民出行入戶調(diào)查的方式，另一種是通過在地鐵站點(diǎn)發(fā)放問卷的方式.上述兩種方法都是通過人工的方式展開的，而且我們的調(diào)查成本較高、時(shí)效性較差且不能長(zhǎng)期獲取數(shù)據(jù).而利用移動(dòng)定位技術(shù)獲取信息更加方便和快捷.

5　結(jié)束語

總而言之，通過移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)能夠解決常用交通信息獲取問題.筆者認(rèn)為，在未來我們還可以從三個(gè)方面努力:一是通過移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)獲取居民出行信息時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)在研究數(shù)據(jù)提取方法模型的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)提取后進(jìn)一步擴(kuò)樣至全樣本進(jìn)行研究；二是在交通運(yùn)行速度的估計(jì)問題上有待進(jìn)一步提高；三是在傳統(tǒng)交通規(guī)劃方法中由于受到數(shù)據(jù)獲取的難易程度影響，很多因素限制了規(guī)劃模型在交通規(guī)劃中的應(yīng)用，而移動(dòng)通信定位數(shù)據(jù)又較好地彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，這對(duì)我國(guó)未來的交通規(guī)劃方法具有深遠(yuǎn)的影響.

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