信令数据的在交通网络状态评估中的应用

张春辉 孟昭辉 张宝 张宏鹏

摘要：城市化发展速度的持续增长使得城市交通出现了巨大的压力，包括对交通基础设施的修建以及交通运输组织的要求。评估交通网络特别是动态网络对于改善和促进城市交通的发展有着重要作用。本文以手机信令数据为数字基础来进行交通网络动态变化的评估。根据手机信令数据进行交通网的仿真，对于交通运输组织和管控有着较大的应用前景。

关键词：手机信令数据;交通网;仿真

1.前言

不断发展的经济和城市，对于室内交通带来了越来越大的压力，目前，我国的机动化进程也越来越快，拥堵成为了制约城市发展的重要影响因素，也是影响市民生活的主要因素之一，如果评估交通动态网络或如果改善交通动态网络成为了一项重要的研究项目。随着我国交通运输的发展正向着智能化、数字化方向发展，越来越多的大数据成为了支撑研究的重要基础。以往的居民出行调查数据存在采集更新速度慢、覆盖率低等问题，因此数据精度存在很大的误差。随着手机覆盖率的提高，通过手机信令分析数据为调查出行数据提供了更多的便利，也提高了全交通网动态评估的准确性。对于数字化的应用是以大数据为基础的，而出行中，大数据主要来源就来自于手机的信令数据，手机的信令数据可以生成基于居民出行的动静态OD数据，通过，微波和卡口数据，可以进行定位和一些参数的标定，其中包括手机定位技术，通过数据分析可以得到用户的出行轨迹，进而形成路网的拓扑图。国内外学者对于手机信令数据的研究是基于居民的手机信令数据估算了其出行的OD矩阵，从而对于特定路段，费用等进行研究，包括各节点的交通状态，出行时间，最终给出最佳的路径选择，通过诱导和指挥对交通系统制定策略，使得交通流可以在空间和时间分布上达到最优。

2.信令数据在交通网络评估中的应用

2.1居民出行OD标定

最常见的就是信令数据的定位技术。通常是根据手机和基站的距离进行信号的互传进而得到手机的具体位置，这种形式，精度较高，并不会增加额外的通信费用，可以兼容现在主要的手机设备。 另一种是以基站为圆心，测量手机到达基站的传输时间，两个或多个基站信号的交点即为定位处。另一种是信号连入基站的角度，来确定手机位置。

手机信令数据可以通过数据分析得到居民的出行轨迹，从而可以进行OD流的标定，以交通小区划分，来进行大数据挖掘，获得居民的出行时空分布特征和OD矩阵。OD矩阵是通过定位技术将信令数据收集起来，形成静态的一个OD矩阵，再结合采集的微博和端口数据对OD流进行仿真，其中对一些关键数据进行标定，比如一些路段图标，路段函数，和动态交通分配结果的动态OD标定。其优点就是信令数据具有非常良好的客观性和持续性，并且样本数量庞大，不容易受到人工填写的影响，有非常好的连续性，更新的频率快，数据精度高。依托网络运行商的实时信令数据，可以获得居民出行的特征信息可以综合的分析出交通运输的部分调查需求，辅助交通运营管理措施的实施。

对于标定的内容，一般包括：居民居住地分布、通勤出行特征、特定区域出行特征、道路网络交通状态判别，交通小区的发生和吸引分布等。通过一系列的标定，来转化为整个城市的居民OD，再进一步转化为机动车OD。可以采取以下的算法，

式中：其中，ODp是民居分布;ODm是基于手机信令数据算出的OD分布;α1 是人均的手机保有数量，单位是部/人;α2是为手机的用户比例;α3是运营商的市场占有份额;α4是被检测到的手机用户概率。

2.2交通网仿真

交通网的仿真具有准确、直观、灵活的特点，可以描述较为复杂的道路交通流，交通仿真也是兼宏观和微观并存的可以描述交通流态的技术，在交通运输领域内有很多的应用。仿真模型的建立主要依靠既有的仿真软件，OD标定的主要步骤为：（1）构建交通网络内的包括主要干道、支道在内的路网模型，其中还应有快速通道、次干道、支路等元素，并验查其是否连通。（2）识别数据等参数进行标定，一般采用分段的线性拟合法，进行典型道路断面的通过能力、自由流的速度和堵塞情况以及拥挤波的消散，进行函数的建立和标定。（3）通过信令数据进行分析，取得居民出行的动态OD，计算出机动车出行OD分布。（4）进行仿真模型的动态交通分配。

3应用案例

信令数据的分析和建模在国内的一些重要活动中已经有所应用，在G期间，杭州市就利用信令数据进行了市政道路路网模型的建立，其中包括了454个小区，4313个点，11230个标定路段，76个检测器和125个占道作业区。其仿真模型建立后将路网划分的示意图如下。通过检测器，提取到了相应的微波数据，作为该断面的基准流量。再通过手机的信令数据获取静态的居民OD流，作为一个初始OD。该次进行仿真的时间是在高峰期进行监测，下图取得是2015年8月某日的早高峰时段，利用了台式机进行OD矩阵的数据迭代，次数达200次，动态用户的平均分配迭代達到20次。仿真过程中，以15min作为一个频段，大约一个频段的机动车流量为4万两，2小时内通过仿真路网的机动车辆共达到了31万。经过动态的监测和仿真模型进行的离散，发现观测量和仿真流量几乎一致。

由于仿真模型与实际流量的一致性，因此变可以利用信令数据为基础，进行交通流模型的建立和修正，并通过一系列软件平台，进行交通状态的识别算法，可以实现实时的、高频次、精准的路网交通状态的评估。在这里，关键的因素就是手机信令数据的质量，其好坏直接决定了路网交通信息及监测的准确性，因此在进行交通评估时，还要建立一个包含数据准确性、完整性、有效性、时效性在内的指标体系，以确保评估的可信度。

4结语

信令数据在交通网络评估中是一项重要的数据采集手段，在数据基础上，可以进行数据的处理、道路地图的匹配和交通实时状态的评估。通过杭州的高峰期动态图的仿真我们看到，其数据具有准确性的特征。基本可以满足交通网实时评估的需要，并且可以基于数据资源进行融合和分析进而深挖技术信息来供决策。然而手机信令数据的支持也必须在一个有效的评估体系之下进行使用，因此，在技术成熟之时，也需建立长期有效的评估机制以保证交通网动态评估的可靠性。

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