基于移動客戶軌跡數據的城市道路規劃方法

劉苑明，黃志豪，林培群

（中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司，中山 528400）

隨著城市發展及人口增長，城市已有的道路需要隨之調整，才能保證城市居民的出行方便及提高道路運營效益。而現有道路優化的調整規劃所使用的基礎數據一般使用人員抽樣調查或者居民問卷方法，這兩種方法耗時耗人力，且準確度不高，是道路優化規劃中的痛點。而移動通信擁有全國客戶總量已經達到7.67億，移動網絡覆蓋率達到99%等優勢。移動通信信令數據的大數據挖掘可以及時方便地獲得道路規劃所需要的道路情況信息。本文以移動網絡信令的大數據為基礎，研究一種基于客戶軌跡分析的道路規劃方法。該方法以移動通信網絡中客戶移動和通信的信令作為基礎，以特定算法標識工作日上下班時間、周末、節假日中人員流動的主要方向和特征，并標識現有道路的擁堵情況，以該標識結合GIS地圖系統，結合規劃部門相關資源數據，綜合計算分析輸出最佳的道路設計方案，能夠系統合理的利用有限的資金對公路進行更有效的規劃。

1 研究原理

1.1 移動網絡信令數據基礎

移動網絡信令數據是指移動用戶進行通話、短信、位置更新等行為時在移動網絡核心設備中產生的信令等數據。廣東移動CS域移動網絡的信令采集的位置主要位于核心網絡MGW和MSC之間的IP承載網設備CE的入端口，該接口在移動網絡中也被稱為Mc口。從該接口采集的信令經過采集、篩選和解釋后將送往信令采集系統的服務器，其系統架構如圖1所示。

Mc接口中的A接口過程可以分為呼叫管理（CM）、移動性管理（MM）、無線資源管理（RR）、補充業務（SS）和短消息（SM）5類。其中：SS和SM都屬于用戶應用層面；RR是無線資源管理層面；CM是處理呼叫的過程；MM是移動性管理。

圖1 移動采集系統架構圖

（1） CM信令和SM主要依靠于用戶的主動操作，或通話或接發短信，從信令中均可以精確獲取相關用戶的操作時間和所在位置（以移動網絡最小定位單位“小區”）。

（2） MM信令主要包括位置更新信令和切換信令，本研究主要使用位置更新信令。移動網絡中的位置更新是指網絡為了解用戶位置以快速完成被叫操作目的的定期的網絡與用戶手機終端的交互。一般來說，在現有的移動網絡內是以30 min為時間間隔，定期與手機終端進行交互，確認手機終端所在的位置。

1.2 用戶主要活動流向及活動速率模型

移動客戶數據流程及結果示意圖如圖2所示。

（1）從移動信令采集系統中的呼叫信令、短信信令和位置更新信令中截取用戶號碼、時間、位置相關信息，可匯總成表D1。

（2）以用戶號碼為主鍵，統計每個用戶的相關信息，對位置更新信息的IMSI信息進行轉換用戶號碼操作，對小區CGI信息進行名稱轉換，匯總成記錄用戶位置的信息表D2。

（3）以1h為時間段，進行用戶流向的統計，并按照起點與終點的距離進行速率運算，算法如圖3所示，以客戶為基準，統計不同流向的速率匯總成表D3。

2 研究成果

圖2 移動客戶數據流程及結果示意圖

圖3 移動客戶活動速率算法示意圖

針對現有道路進行優化規劃，故需要結合現有道路信息，并進行道路與移動小區間的關聯，再基于用戶軌跡的數據進行匯總計算，完成從客戶到道路的轉換操作，實現以準確的客戶流向和客戶特征數據為基礎的道路規劃方法?；谝苿涌蛻糗壽E的道路規劃方法的算法流程如圖4所示。

最終模型具體說明如下。

（1） 基于客戶軌跡已經輸出D3表格，并且結合現有道路信息，統計計算每個時間段每條道路不同方向的客戶、平均速率以及各種速率客戶量的占比。

（2） 通過工作日、周末和節假日3個方向進行匯總計算，輸出不同時間特征路段的各時間段客流量和平均速率，根據算法匯總計算各路段擁塞時段、擁塞指數和需求指數。

（3） 以（2）計算為基礎，排除擁塞時間段，結合道路的不同速率用戶數量和現有道路的功能分配，計算合理化指數。說明：合理化指數算法可以根據不同的需求進行調整，本次主要考慮是否存在需要的道路進行合理化指數計算，若兩種功能道路分配或需求相差較大則為1；其中一種功能道路則為0.5；均滿足需求則為0。

（4） 根據前面計算結果，進行各道路的優化指數計算并參考需求指數進行匯總，確認道路是否需要進行優化。

需要優化調整的道路，根據第一步輸出的道路情況和現有道路情況，結合公路部門輸入的資源情況和道路規劃原則（相關原則由各個城市的相關資源決定），輸出調整優化建議規劃方案，以分析中山地區某路為例，分析結果如下。路段中存在工作日嚴重擁塞情況，其中某方向到另一方向利用率為1.58，嚴重擁塞，反向利用率為0.78，從人流分析出現單向擁塞情況；路段中自行車與行人比例為13%；根據道路優化規則，建議擁塞方向從2車道改為3車道，每車道從原來的1.75 m縮窄到1.5 m，并從左右人行道各借用0.35 m，修改示意圖如圖5所示。

圖4 最終分析模型流程圖

圖5 道路規劃方案輸出舉例圖

4 結束語

隨著移動服務轉型，移動數據化服務是未來移動發展的一個方向，如何使用豐富的移動通信信令是一個研究的新課題。本文嘗試基于移動電話龐大的客戶群體和移動電話相應的信令數據，為道路規劃提供客觀準確的人員活動流向軌跡及特征標識，基于準確的基礎數據，結合相關城市道路規劃原則和現有道路資源情況，研究最佳的道路設計的方法。本研究為移動數據化服務對外的方向提供一個有益的嘗試和建議。

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