基于移動信令大數據的蘇州綜合交通規劃分析平臺及應用示范

發布時間:2018-03-19 08:00:00

根據《地理信息科學技術獎勵辦法》《地理信息科技進步獎實施細則》,通過申報、形式審查、評審專家初評、項目答辯、評審委員會總評,并報獎勵委員會審定批準,中國地理信息產業協會于8月1日在國家測繪地理信息局網站(www.sbsm.gov.cn)和協會網站(www.cagis.org.cn)上向社會公示《2017地理信息科技進步獎獲獎項目》,其中由上海美慧軟件有限公司、蘇州市規劃局完成的《基于移動信令大數據的綜合交通規劃分析平臺》項目榮獲二等獎。獲獎項目是以蘇州移動提供的手機信令數據為基礎,交通規劃應用為試行應用領域,開展相關支撐系統建設工作,并在多項關鍵技術方面取得了突破;獲獎成果為公司今后發展積蓄了前進的動力,進一步提升了我公司的企業競爭力和美譽度。

委托單位:上海美慧軟件有限公司
合作單位:蘇州市規劃局
完成時間:2016年
獲獎情況:本項目獲中國地理信息產業協會地理信息科技進步獎二等獎。

城市交通調查和交通規劃需要獲取大范圍準確、可靠的出行現狀數據信息,尤其是居民出行特征數據。傳統的居民出行調查往往采用抽樣問卷的方式,抽樣率一般為2%~5%甚至更低,且調查成本較高,組織協調需耗費大量人力、物力和時間,數據匯總處理周期也較長。隨著個人手機終端的普及,出行群體中手機擁有率和使用率已經達到相當高的比例,將手機作為信息采集的手段,具有樣本量大、覆蓋范圍廣、數據穩定可靠、信息采集成本低等優點。

在可獲得移動運營商實時信令的數據基礎上,以交通規劃應用為試行應用領域,開展相關支撐系統建設工作,完成了基于移動信令大數據的蘇州綜合交通規劃分析平臺一期,逐步拓展其應用范圍廣度及深度。平臺以蘇州移動提供的手機信令數據為基礎,面向規劃局各級業務管理人員,為其提供交通運行全面監測、城市交通規劃輔助決策管理等服務,提高規劃與管理的信息化和智能化水平。

基于移動信令的蘇州綜合交通分析平臺

一、總體框架

基于移動信令大數據的綜合交通規劃分析平臺總體框架設計具有擴展性,適應處理業務的拓展,采用分層設計思路,實現數據接入、數據組織存儲管理、業務處理、應用展示等功能。

1)支撐層主要是實現移動運營商與規劃局之間的專線網絡連通。

2)數據層主要是實現平臺所有手機信令數據、基礎空間數據、中間成果數據、業務專題數據、規劃指標數據的組織與建庫。

3)業務層主要是實現對于原始手機信令數據的數據清洗、匹配、分析、挖掘,是整個平臺系統建設的核心。

4)應用層主要是實現對業務層手機信令數據處理與分析成果的應用與展示。

二、系統架構

前臺展示系統整體采用B/S架構,使用Web瀏覽器作為客戶端登錄系統,進行所有功能操作。該系統服務器部分由Web服務器、GIS服務器、數據庫服務器三種共享數據服務器,物理結構上可分可合,搭配方便自由。考慮到方便跨平臺移植,Web服務器使用tomcat服務器,客戶端開發語言采用java/JavaScript,數據庫采用ORACLE進行編寫。后臺算法計算使用Hadoop批處理和Spark實時處理技術。

三、系統性能

由于系統涉及數據量龐大、數據關系復雜,所以系統應在響應時間、更新處理時間和數據的轉換和傳送時間上具有很高的要求:

1)職住及 OD 數據分析,在數據可獲得前提下,每日數據預處理及加工,8 小時內完成;

2)每月數據整合處理,3 日內完成;

3)實時人口數量分布分析需滿足 15 分鐘周期內處理完成;

4)在網絡速度正常的情況下,本系統對用戶日常操作的平均響應速度不得大于10秒。

手機信令的數據質量分析

一、數據概況

2016年蘇州全市域移動基站約5萬個,其中2G基站3.06萬個、3G基站1.88萬個,基站平均密度為10.85個/平方公里;每天的手機用戶量900萬左右,約2億條記錄,每天數據量超過23G,人均數量37.82條。

蘇州手機信令涉及到6種信令事件,分別是位置更新(LU)、語音呼叫(VOICECALL)、短信(SMS)、從3G切換到2G及切換狀態(HO_3G+)、BSC內切換(HO_IN_BSC)及IMSI分離(DETACH),其中IMSI分離包括掛電話、關機等。

二、數據質量

下圖為不同信令事件有效信令量的以一小時為間隔的時變曲線,縱坐標對應的數值表示每小時不同事件的有效信令量。在信令事件中位置更新信令占75%左右,白天(7:00-21:00)位置更新的信令量基本穩定,不存在雙峰結構,夜間絕大部分的信令來自位置更新。語音呼叫(VOICECALL)有兩個峰,分別發生在上午和下午;切換和語音呼叫緊密相關,所以也有兩個峰,對應上午和下午時間段;短信(SMS)一般有三個峰,分別對應上午、下午和晚上;IMSI分離的曲線在白天和夜間都較平穩,夜間相對于白天少30%左右。

在蘇州綜合交通規劃中的應用分析

以蘇州市手機信令數據為研究對象,數據源選擇2016年05月12日到2016年06月12日整月的原始信令數據,將手機定位數據映射至交通分析單元,并經信息預處理、匹配分析、交通模型分析處理、數據去噪等一系列海量數據運算處理,最終獲得基于手機用戶群體的出行特征數據。

一、人口快照

實時計算區域的客流分布情況,統計各行政區每天流入、流出的人口規模。

二、職住分析

以一段較長時期的人口活動情況訓練識別夜間居住地和白天工作地,運用加權平均區域中心點的辦法解決乒乓切換的問題。蘇州市區范圍的夜間居住人口、白天就業人口的空間分布及職住平衡如下圖所示。

三、客流OD分析

根據手機用戶的出行軌跡以及停駐信息,可以判斷手機用戶的大致的發出地與目的地,以及出發與到達時間,進而分析蘇州市人員的出行情況,包括出行時辰、出行頻次、空間聯系等。

四、核查線客流

基于移動通信網絡信號覆蓋和核查線空間位置分布,利用手機信令算法技術分析挖掘核查線穿越客流時空分布情況,動態掌握各條核查線的客流變化。

五、過境人口

經過對不同手機用戶在蘇州的停留時間來識別過境人口,一般認為連續多天在蘇州停留時間小于2小時的手機用戶為過境蘇州的人口。

六、流動人口特征

通過分析手機用戶在蘇州的停留時間,并定義在蘇州停留2小時以上的天數小于分析數據周期的1/3左右為流動人口,基本可以識別出短期在蘇州逗留的流動人口。

七、重點區域客流監測

選取蘇州觀前商圈、拙政園景區、蘇州火車站等熱點區域,了解客流規模特征。

1)堅持頂層設計,平臺開發前做好了系統性建設規劃

2)建立了手機信令的實時動態綜合交通分析平臺

3)利用手機數據系統分析了蘇州綜合交通運行特性

4)手機信令數據與交通模型融合應用,提高數據分析可靠性

在大數據環境下,基于手機信令海量數據源基礎上,利用大數據計算機技術SPARK、HADOOP將客流算法融合成實時可配置的后臺算法處理系統,使用GIS空間分析技術將客流計算結果與空間信息進行關聯分析的實時客流展示系統,提供一定的業務分析功能,為規劃和交通管理部門提供決策支持工具。以2016年一個月的信令數據,分析揭示了蘇州市人口職住特征、客流OD的時空分布特征、流動人口的時空分布特征、校核線穿越客流等,為蘇州城市總體規劃和綜合交通規劃、軌道線網規劃等重大項目提供了量化分析基礎。

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