信令數(shù)據(jù)的在交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估中的應(yīng)用

張春輝 孟昭輝 張寶 張宏鵬

摘要：城市化發(fā)展速度的持續(xù)增長使得城市交通出現(xiàn)了巨大的壓力，包括對交通基礎(chǔ)設(shè)施的修建以及交通運(yùn)輸組織的要求。評估交通網(wǎng)絡(luò)特別是動態(tài)網(wǎng)絡(luò)對于改善和促進(jìn)城市交通的發(fā)展有著重要作用。本文以手機(jī)信令數(shù)據(jù)為數(shù)字基礎(chǔ)來進(jìn)行交通網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的評估。根據(jù)手機(jī)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行交通網(wǎng)的仿真，對于交通運(yùn)輸組織和管控有著較大的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：手機(jī)信令數(shù)據(jù);交通網(wǎng);仿真

1.前言

不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和城市，對于室內(nèi)交通帶來了越來越大的壓力，目前，我國的機(jī)動化進(jìn)程也越來越快，擁堵成為了制約城市發(fā)展的重要影響因素，也是影響市民生活的主要因素之一，如果評估交通動態(tài)網(wǎng)絡(luò)或如果改善交通動態(tài)網(wǎng)絡(luò)成為了一項重要的研究項目。隨著我國交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展正向著智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，越來越多的大數(shù)據(jù)成為了支撐研究的重要基礎(chǔ)。以往的居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)存在采集更新速度慢、覆蓋率低等問題，因此數(shù)據(jù)精度存在很大的誤差。隨著手機(jī)覆蓋率的提高，通過手機(jī)信令分析數(shù)據(jù)為調(diào)查出行數(shù)據(jù)提供了更多的便利，也提高了全交通網(wǎng)動態(tài)評估的準(zhǔn)確性。對于數(shù)字化的應(yīng)用是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，而出行中，大數(shù)據(jù)主要來源就來自于手機(jī)的信令數(shù)據(jù)，手機(jī)的信令數(shù)據(jù)可以生成基于居民出行的動靜態(tài)OD數(shù)據(jù)，通過，微波和卡口數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行定位和一些參數(shù)的標(biāo)定，其中包括手機(jī)定位技術(shù)，通過數(shù)據(jù)分析可以得到用戶的出行軌跡，進(jìn)而形成路網(wǎng)的拓?fù)鋱D。國內(nèi)外學(xué)者對于手機(jī)信令數(shù)據(jù)的研究是基于居民的手機(jī)信令數(shù)據(jù)估算了其出行的OD矩陣，從而對于特定路段，費(fèi)用等進(jìn)行研究，包括各節(jié)點(diǎn)的交通狀態(tài)，出行時間，最終給出最佳的路徑選擇，通過誘導(dǎo)和指揮對交通系統(tǒng)制定策略，使得交通流可以在空間和時間分布上達(dá)到最優(yōu)。

2.信令數(shù)據(jù)在交通網(wǎng)絡(luò)評估中的應(yīng)用

2.1居民出行OD標(biāo)定

最常見的就是信令數(shù)據(jù)的定位技術(shù)。通常是根據(jù)手機(jī)和基站的距離進(jìn)行信號的互傳進(jìn)而得到手機(jī)的具體位置，這種形式，精度較高，并不會增加額外的通信費(fèi)用，可以兼容現(xiàn)在主要的手機(jī)設(shè)備。 另一種是以基站為圓心，測量手機(jī)到達(dá)基站的傳輸時間，兩個或多個基站信號的交點(diǎn)即為定位處。另一種是信號連入基站的角度，來確定手機(jī)位置。

手機(jī)信令數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)分析得到居民的出行軌跡，從而可以進(jìn)行OD流的標(biāo)定，以交通小區(qū)劃分，來進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，獲得居民的出行時空分布特征和OD矩陣。OD矩陣是通過定位技術(shù)將信令數(shù)據(jù)收集起來，形成靜態(tài)的一個OD矩陣，再結(jié)合采集的微博和端口數(shù)據(jù)對OD流進(jìn)行仿真，其中對一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，比如一些路段圖標(biāo)，路段函數(shù)，和動態(tài)交通分配結(jié)果的動態(tài)OD標(biāo)定。其優(yōu)點(diǎn)就是信令數(shù)據(jù)具有非常良好的客觀性和持續(xù)性，并且樣本數(shù)量龐大，不容易受到人工填寫的影響，有非常好的連續(xù)性，更新的頻率快，數(shù)據(jù)精度高。依托網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商的實時信令數(shù)據(jù)，可以獲得居民出行的特征信息可以綜合的分析出交通運(yùn)輸?shù)牟糠终{(diào)查需求，輔助交通運(yùn)營管理措施的實施。

對于標(biāo)定的內(nèi)容，一般包括：居民居住地分布、通勤出行特征、特定區(qū)域出行特征、道路網(wǎng)絡(luò)交通狀態(tài)判別，交通小區(qū)的發(fā)生和吸引分布等。通過一系列的標(biāo)定，來轉(zhuǎn)化為整個城市的居民OD，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)動車OD。可以采取以下的算法，

式中：其中，ODp是民居分布;ODm是基于手機(jī)信令數(shù)據(jù)算出的OD分布;α1 是人均的手機(jī)保有數(shù)量，單位是部/人;α2是為手機(jī)的用戶比例;α3是運(yùn)營商的市場占有份額;α4是被檢測到的手機(jī)用戶概率。

2.2交通網(wǎng)仿真

交通網(wǎng)的仿真具有準(zhǔn)確、直觀、靈活的特點(diǎn)，可以描述較為復(fù)雜的道路交通流，交通仿真也是兼宏觀和微觀并存的可以描述交通流態(tài)的技術(shù)，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)有很多的應(yīng)用。仿真模型的建立主要依靠既有的仿真軟件，OD標(biāo)定的主要步驟為：（1）構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的包括主要干道、支道在內(nèi)的路網(wǎng)模型，其中還應(yīng)有快速通道、次干道、支路等元素，并驗查其是否連通。（2）識別數(shù)據(jù)等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，一般采用分段的線性擬合法，進(jìn)行典型道路斷面的通過能力、自由流的速度和堵塞情況以及擁擠波的消散，進(jìn)行函數(shù)的建立和標(biāo)定。（3）通過信令數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取得居民出行的動態(tài)OD，計算出機(jī)動車出行OD分布。（4）進(jìn)行仿真模型的動態(tài)交通分配。

3應(yīng)用案例

信令數(shù)據(jù)的分析和建模在國內(nèi)的一些重要活動中已經(jīng)有所應(yīng)用，在G期間，杭州市就利用信令數(shù)據(jù)進(jìn)行了市政道路路網(wǎng)模型的建立，其中包括了454個小區(qū)，4313個點(diǎn)，11230個標(biāo)定路段，76個檢測器和125個占道作業(yè)區(qū)。其仿真模型建立后將路網(wǎng)劃分的示意圖如下。通過檢測器，提取到了相應(yīng)的微波數(shù)據(jù)，作為該斷面的基準(zhǔn)流量。再通過手機(jī)的信令數(shù)據(jù)獲取靜態(tài)的居民OD流，作為一個初始OD。該次進(jìn)行仿真的時間是在高峰期進(jìn)行監(jiān)測，下圖取得是2015年8月某日的早高峰時段，利用了臺式機(jī)進(jìn)行OD矩陣的數(shù)據(jù)迭代，次數(shù)達(dá)200次，動態(tài)用戶的平均分配迭代達(dá)到20次。仿真過程中，以15min作為一個頻段，大約一個頻段的機(jī)動車流量為4萬兩，2小時內(nèi)通過仿真路網(wǎng)的機(jī)動車輛共達(dá)到了31萬。經(jīng)過動態(tài)的監(jiān)測和仿真模型進(jìn)行的離散，發(fā)現(xiàn)觀測量和仿真流量幾乎一致。

由于仿真模型與實際流量的一致性，因此變可以利用信令數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行交通流模型的建立和修正，并通過一系列軟件平臺，進(jìn)行交通狀態(tài)的識別算法，可以實現(xiàn)實時的、高頻次、精準(zhǔn)的路網(wǎng)交通狀態(tài)的評估。在這里，關(guān)鍵的因素就是手機(jī)信令數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其好壞直接決定了路網(wǎng)交通信息及監(jiān)測的準(zhǔn)確性，因此在進(jìn)行交通評估時，還要建立一個包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性、有效性、時效性在內(nèi)的指標(biāo)體系，以確保評估的可信度。

4結(jié)語

信令數(shù)據(jù)在交通網(wǎng)絡(luò)評估中是一項重要的數(shù)據(jù)采集手段，在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、道路地圖的匹配和交通實時狀態(tài)的評估。通過杭州的高峰期動態(tài)圖的仿真我們看到，其數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性的特征。基本可以滿足交通網(wǎng)實時評估的需要，并且可以基于數(shù)據(jù)資源進(jìn)行融合和分析進(jìn)而深挖技術(shù)信息來供決策。然而手機(jī)信令數(shù)據(jù)的支持也必須在一個有效的評估體系之下進(jìn)行使用，因此，在技術(shù)成熟之時，也需建立長期有效的評估機(jī)制以保證交通網(wǎng)動態(tài)評估的可靠性。

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