基于移动信令大数据的苏州综合交通规划分析平台及应用示范

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我院《基于移动信令大数据的综合交通规划分析平台》荣获中国地理信息产业协会地理信息科技进步奖二等奖

Congratulations!

根据《地理信息科学技术奖励办法》《地理信息科技进步奖实施细则》，通过申报、形式审查、评审专家初评、项目答辩、评审委员会总评，并报奖励委员会审定批准，中国地理信息产业协会于8月1日在国家测绘地理信息局网站（www.sbsm.gov.cn）和协会网站（www.cagis.org.cn）上向社会公示《2017地理信息科技进步奖获奖项目》，其中由苏州规划设计研究院股份有限公司，联合苏州市规划编制和信息中心、苏州市规划局、上海美慧软件有限公司完成的《基于移动信令大数据的综合交通规划分析平台》项目荣获二等奖。获奖项目是以苏州移动提供的手机信令数据为基础，交通规划应用为试行应用领域，开展相关支撑系统建设工作，并在多项关键技术方面取得了突破；获奖成果为公司今后发展积蓄了前进的动力，进一步提升了我公司的企业竞争力和美誉度。

委托单位：苏州市规划局

合作单位：苏州市规划编制和信息中心、上海美慧软件有限公司

完成时间：2016年

参加人员：潘敏荣、樊钧、王恺

获奖情况：本项目获中国地理信息产业协会地理信息科技进步奖二等奖。

项目背景

城市交通调查和交通规划需要获取大范围准确、可靠的出行现状数据信息，尤其是居民出行特征数据。传统的居民出行调查往往采用抽样问卷的方式，抽样率一般为2%~5%甚至更低，且调查成本较高，组织协调需耗费大量人力、物力和时间，数据汇总处理周期也较长。随着个人手机终端的普及，出行群体中手机拥有率和使用率已经达到相当高的比例，将手机作为信息采集的手段，具有样本量大、覆盖范围广、数据稳定可靠、信息采集成本低等优点。

在可获得移动运营商实时信令的数据基础上，以交通规划应用为试行应用领域，开展相关支撑系统建设工作，完成了基于移动信令大数据的苏州综合交通规划分析平台一期，逐步拓展其应用范围广度及深度。平台以苏州移动提供的手机信令数据为基础，面向规划局各级业务管理人员，为其提供交通运行全面监测、城市交通规划辅助决策管理等服务，提高规划与管理的信息化和智能化水平。

项目内容

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基于移动信令的苏州综合交通分析平台

一、总体框架

基于移动信令大数据的综合交通规划分析平台总体框架设计具有扩展性，适应处理业务的拓展，采用分层设计思路，实现数据接入、数据组织存储管理、业务处理、应用展示等功能。

基于移动信令的苏州综合交通分析平台总体框架

1）支撑层主要是实现移动运营商与规划局之间的专线网络连通。

2）数据层主要是实现平台所有手机信令数据、基础空间数据、中间成果数据、业务专题数据、规划指标数据的组织与建库。

3）业务层主要是实现对于原始手机信令数据的数据清洗、匹配、分析、挖掘，是整个平台系统建设的核心。

4）应用层主要是实现对业务层手机信令数据处理与分析成果的应用与展示。

二、系统架构

前台展示系统整体采用B/S架构，使用Web浏览器作为客户端登录系统，进行所有功能操作。该系统服务器部分由Web服务器、GIS服务器、数据库服务器三种共享数据服务器，物理结构上可分可合，搭配方便自由。考虑到方便跨平台移植，Web服务器使用tomcat服务器，客户端开发语言采用java/JavaScript，数据库采用ORACLE进行编写。后台算法计算使用Hadoop批处理和Spark实时处理技术。

基于Spark+Hadoop的数据处理系统框架

三、系统性能

由于系统涉及数据量庞大、数据关系复杂，所以系统应在响应时间、更新处理时间和数据的转换和传送时间上具有很高的要求:

1）职住及 OD 数据分析，在数据可获得前提下，每日数据预处理及加工，8 小时内完成；

2）每月数据整合处理，3 日内完成；

3）实时人口数量分布分析需满足 15 分钟周期内处理完成；

4）在网络速度正常的情况下，本系统对用户日常操作的平均响应速度不得大于10秒。

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手机信令的数据质量分析

一、数据概况

2016年苏州全市域移动基站约5万个，其中2G基站3.06万个、3G基站1.88万个，基站平均密度为10.85个/平方公里；每天的手机用户量900万左右，约2亿条记录，每天数据量超过23G，人均数量37.82条。

苏州手机信令涉及到6种信令事件，分别是位置更新（LU）、语音呼叫（VOICECALL）、短信（SMS）、从3G切换到2G及切换状态（HO_3G+）、BSC内切换（HO_IN_BSC）及IMSI分离（DETACH），其中IMSI分离包括挂电话、关机等。

苏州移动基站布局

二、数据质量

下图为不同信令事件有效信令量的以一小时为间隔的时变曲线，纵坐标对应的数值表示每小时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稳定，不存在双峰结构，夜间绝大部分的信令来自位置更新。语音呼叫（VOICECALL）有两个峰，分别发生在上午和下午；切换和语音呼叫紧密相关，所以也有两个峰，对应上午和下午时间段；短信（SMS）一般有三个峰，分别对应上午、下午和晚上；IMSI分离的曲线在白天和夜间都较平稳，夜间相对于白天少30%左右。

不同日期、不同事件的信令量比例变化

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在苏州综合交通规划中的应用分析

以苏州市手机信令数据为研究对象，数据源选择2016年05月12日到2016年06月12日整月的原始信令数据，将手机定位数据映射至交通分析单元，并经信息预处理、匹配分析、交通模型分析处理、数据去噪等一系列海量数据运算处理，最终获得基于手机用户群体的出行特征数据。

一、人口快照

实时计算区域的客流分布情况，统计各行政区每天流入、流出的人口规模。

苏州市域范围各县市瞬时人口规模分布

二、职住分析

以一段较长时期的人口活动情况训练识别夜间居住地和白天工作地，运用加权平均区域中心点的办法解决乒乓切换的问题。苏州市区范围的夜间居住人口、白天就业人口的空间分布及职住平衡如下图所示。

三、客流OD分析

根据手机用户的出行轨迹以及停驻信息，可以判断手机用户的大致的发出地与目的地，以及出发与到达时间，进而分析苏州市人员的出行情况，包括出行时辰、出行频次、空间联系等。

客流OD出行期望线

四、核查线客流

基于移动通信网络信号覆盖和核查线空间位置分布，利用手机信令算法技术分析挖掘核查线穿越客流时空分布情况，动态掌握各条核查线的客流变化。

核查线穿越客流量

五、过境人口

经过对不同手机用户在苏州的停留时间来识别过境人口，一般认为连续多天在苏州停留时间小于2小时的手机用户为过境苏州的人口。

六、流动人口特征

通过分析手机用户在苏州的停留时间，并定义在苏州停留2小时以上的天数小于分析数据周期的1/3左右为流动人口，基本可以识别出短期在苏州逗留的流动人口。

七、重点区域客流监测

选取苏州观前商圈、拙政园景区、苏州火车站等热点区域，了解客流规模特征。

特色创新

1）坚持顶层设计，平台开发前做好了系统性建设规划

2）建立了手机信令的实时动态综合交通分析平台

3）利用手机数据系统分析了苏州综合交通运行特性

4）手机信令数据与交通模型融合应用，提高数据分析可靠性

应用实施

在大数据环境下，基于手机信令海量数据源基础上，利用大数据计算机技术SPARK、HADOOP将客流算法融合成实时可配置的后台算法处理系统，使用GIS空间分析技术将客流计算结果与空间信息进行关联分析的实时客流展示系统，提供一定的业务分析功能，为规划和交通管理部门提供决策支持工具。以2016年一个月的信令数据，分析揭示了苏州市人口职住特征、客流OD的时空分布特征、流动人口的时空分布特征、校核线穿越客流等，为苏州城市总体规划和综合交通规划、轨道线网规划等重大项目提供了量化分析基础。

本期供稿：潘敏荣、樊钧

本期编辑：周铭杰

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