基于移动客户轨迹数据的城市道路规划方法

刘苑明，黄志豪，林培群

（中国移动通信集团广东有限公司中山分公司，中山 528400）

随着城市发展及人口增长，城市已有的道路需要随之调整，才能保证城市居民的出行方便及提高道路运营效益。而现有道路优化的调整规划所使用的基础数据一般使用人员抽样调查或者居民问卷方法，这两种方法耗时耗人力，且准确度不高，是道路优化规划中的痛点。而移动通信拥有全国客户总量已经达到7.67亿，移动网络覆盖率达到99%等优势。移动通信信令数据的大数据挖掘可以及时方便地获得道路规划所需要的道路情况信息。本文以移动网络信令的大数据为基础，研究一种基于客户轨迹分析的道路规划方法。该方法以移动通信网络中客户移动和通信的信令作为基础，以特定算法标识工作日上下班时间、周末、节假日中人员流动的主要方向和特征，并标识现有道路的拥堵情况，以该标识结合GIS地图系统，结合规划部门相关资源数据，综合计算分析输出最佳的道路设计方案，能够系统合理的利用有限的资金对公路进行更有效的规划。

1 研究原理

1.1 移动网络信令数据基础

移动网络信令数据是指移动用户进行通话、短信、位置更新等行为时在移动网络核心设备中产生的信令等数据。广东移动CS域移动网络的信令采集的位置主要位于核心网络MGW和MSC之间的IP承载网设备CE的入端口，该接口在移动网络中也被称为Mc口。从该接口采集的信令经过采集、筛选和解释后将送往信令采集系统的服务器，其系统架构如图1所示。

Mc接口中的A接口过程可以分为呼叫管理（CM）、移动性管理（MM）、无线资源管理（RR）、补充业务（SS）和短消息（SM）5类。其中：SS和SM都属于用户应用层面；RR是无线资源管理层面；CM是处理呼叫的过程；MM是移动性管理。

图1 移动采集系统架构图

（1） CM信令和SM主要依靠于用户的主动操作，或通话或接发短信，从信令中均可以精确获取相关用户的操作时间和所在位置（以移动网络最小定位单位“小区”）。

（2） MM信令主要包括位置更新信令和切换信令，本研究主要使用位置更新信令。移动网络中的位置更新是指网络为了解用户位置以快速完成被叫操作目的的定期的网络与用户手机终端的交互。一般来说，在现有的移动网络内是以30 min为时间间隔，定期与手机终端进行交互，确认手机终端所在的位置。

1.2 用户主要活动流向及活动速率模型

移动客户数据流程及结果示意图如图2所示。

（1）从移动信令采集系统中的呼叫信令、短信信令和位置更新信令中截取用户号码、时间、位置相关信息，可汇总成表D1。

（2）以用户号码为主键，统计每个用户的相关信息，对位置更新信息的IMSI信息进行转换用户号码操作，对小区CGI信息进行名称转换，汇总成记录用户位置的信息表D2。

（3）以1h为时间段，进行用户流向的统计，并按照起点与终点的距离进行速率运算，算法如图3所示，以客户为基准，统计不同流向的速率汇总成表D3。

2 研究成果

图2 移动客户数据流程及结果示意图

图3 移动客户活动速率算法示意图

针对现有道路进行优化规划，故需要结合现有道路信息，并进行道路与移动小区间的关联，再基于用户轨迹的数据进行汇总计算，完成从客户到道路的转换操作，实现以准确的客户流向和客户特征数据为基础的道路规划方法。基于移动客户轨迹的道路规划方法的算法流程如图4所示。

最终模型具体说明如下。

（1） 基于客户轨迹已经输出D3表格，并且结合现有道路信息，统计计算每个时间段每条道路不同方向的客户、平均速率以及各种速率客户量的占比。

（2） 通过工作日、周末和节假日3个方向进行汇总计算，输出不同时间特征路段的各时间段客流量和平均速率，根据算法汇总计算各路段拥塞时段、拥塞指数和需求指数。

（3） 以（2）计算为基础，排除拥塞时间段，结合道路的不同速率用户数量和现有道路的功能分配，计算合理化指数。说明：合理化指数算法可以根据不同的需求进行调整，本次主要考虑是否存在需要的道路进行合理化指数计算，若两种功能道路分配或需求相差较大则为1；其中一种功能道路则为0.5；均满足需求则为0。

（4） 根据前面计算结果，进行各道路的优化指数计算并参考需求指数进行汇总，确认道路是否需要进行优化。

需要优化调整的道路，根据第一步输出的道路情况和现有道路情况，结合公路部门输入的资源情况和道路规划原则（相关原则由各个城市的相关资源决定），输出调整优化建议规划方案，以分析中山地区某路为例，分析结果如下。路段中存在工作日严重拥塞情况，其中某方向到另一方向利用率为1.58，严重拥塞，反向利用率为0.78，从人流分析出现单向拥塞情况；路段中自行车与行人比例为13%；根据道路优化规则，建议拥塞方向从2车道改为3车道，每车道从原来的1.75 m缩窄到1.5 m，并从左右人行道各借用0.35 m，修改示意图如图5所示。

图4 最终分析模型流程图

图5 道路规划方案输出举例图

4 结束语

随着移动服务转型，移动数据化服务是未来移动发展的一个方向，如何使用丰富的移动通信信令是一个研究的新课题。本文尝试基于移动电话庞大的客户群体和移动电话相应的信令数据，为道路规划提供客观准确的人员活动流向轨迹及特征标识，基于准确的基础数据，结合相关城市道路规划原则和现有道路资源情况，研究最佳的道路设计的方法。本研究为移动数据化服务对外的方向提供一个有益的尝试和建议。

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