專利名稱：：基于手機信息的路段速度計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬交通信息采集及處理領(lǐng)域，涉及一種利用手機信息計算路段平均速度的方法。
背景技術(shù)：
：交通通行數(shù)據(jù)的取得在現(xiàn)代交通管理和規(guī)劃中日益發(fā)揮著重要的作用，不僅可為管理部門提供決策依據(jù)，而且可為公眾提供出行服務(wù)。目前道路通行速度、流量的采集主要通過在道路上安裝交通檢測器，如感應(yīng)線圈、視頻檢測器獲得，這種方式需要在道路上安裝檢測器設(shè)備，不僅需要購買專門的設(shè)備，而且需要在道路上進行施工、架設(shè)輔助設(shè)施，耗費人力物力。而且由于受到費用和道路的限制，不可能在所有道路上實施，因此覆蓋率較低。隨著城市交通建設(shè)的迅速發(fā)展，交通需求變化加快，對交通數(shù)據(jù)采集與分析工作的要求不斷提高，傳統(tǒng)的交通采集分析手段已無法滿足現(xiàn)狀需求。結(jié)合新技術(shù)手段的交通需求分析與規(guī)劃決策支持系統(tǒng)必將成為城市智能交通系統(tǒng)的一個重要發(fā)展領(lǐng)域。手機目前已經(jīng)成為廣泛使用的移動通信工具，當手機移動或?qū)ν馔ㄐ艜r，會和附近的Cell(基站)進行通信，Cell會記錄通信手機的編號、通信時間、通信類型和Cell編號(簡稱CI)傳回后臺數(shù)據(jù)管理中心。由于手機位置信息能夠通過Cell表示手機用戶的位置和時間信息，經(jīng)特別處理，在用戶移動時可以根據(jù)用戶在所屬路段不同位置和時間判斷用戶的移動速度，結(jié)合同一路段所有用戶的移動速度可以計算某一時間段該路段的平均通行速度。相比其它交通采集系統(tǒng)來說，手機信息具有信息量多、覆蓋范圍大等特點。為了克服檢測器設(shè)備采樣率低，需要安裝、架設(shè)和維護等的缺點，本發(fā)明提供了一種通過對手機移動信息的快速準確的處理及計算得到道路通行平均速度的方法。該法可有效解決目前存在的手機信息數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致處理過程中耗費較多的時間和資源的問題，以及存在異常數(shù)據(jù)及無用數(shù)據(jù)、且信息上傳時間不連續(xù)，計算精度難以保障的難點。
發(fā)明內(nèi)容手機上傳數(shù)據(jù)信息包括，用戶編號、事件類型、所處Cell編號、所處Cell經(jīng)緯度坐標、上傳時間。事件類型對交通出行判斷影響很大，下面是事件類型的定義。<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>本發(fā)明的技術(shù)思路特征為出行者在某一時間內(nèi)會經(jīng)過或停留在不同的空間位置，本發(fā)明中這些位置由上傳手機信息時的用戶所處的Cell編號來反映，本發(fā)明將其稱為位置點。在每個位置點上傳的信息統(tǒng)稱為位置點數(shù)據(jù)(簡稱數(shù)據(jù)點)。由于手機數(shù)據(jù)量很大，全部數(shù)據(jù)讀入系統(tǒng)會大大地耗費系統(tǒng)存儲空間，增加計算量，降低計算效率。另外手機通過Cell定位與實際定位有較大偏差，須與用戶所經(jīng)道路進行準確的匹配校準。本發(fā)明在對手機信息讀取和按用戶分類后，以用戶為單位有針對性地對手機信息進行篩選及處理，在保證計算準確的同時又提高處理效率。我們采用以下方法有選擇性地讀取手機數(shù)據(jù)，并進行定位校準。1)大量的數(shù)據(jù)不是在移動狀態(tài)產(chǎn)生的，不能用于路段速度計算。因此首先需要過濾非移動點，提取出移動點。對于任一用戶，某一時間內(nèi)經(jīng)過或停留的位置點被劃分為兩類，移動點及非移動點來描述用戶在其上所處的狀態(tài)。移動點為出行者空間移動過程中短暫經(jīng)過的點，也稱為經(jīng)過點，在表中通信類型為4。非移動點是指出行者逗留時間較長的點，在表中為通信類型除4以外的其它點。而道路通行速度和流量與手機經(jīng)過點密切相關(guān)，而其它通信類型的手機數(shù)據(jù)與速度和流量計算無關(guān)，予以去除。2)通過Cell與路段匹配，手機數(shù)據(jù)點通過Cell與路段匹配，避免了每個數(shù)據(jù)點與路段的直接匹配造成的巨大計算量，提高了計算效率。計算路段速度時，只有路段附近的數(shù)據(jù)點才能用于路段速度的計算。首先通過Cell與路段匹配，得到所有與路段有隸屬關(guān)系的(鄰近的)Cell點，讀取數(shù)據(jù)時，只讀取位置和與路段有隸屬關(guān)系的Cell編號相同的手機數(shù)據(jù)點，去除其他的無關(guān)數(shù)據(jù)；3)通過鄰近原則及方向一致原則提高手機數(shù)據(jù)與路段的準確性。由于Cell分布于路段周圍，與路段的所屬關(guān)系存在不唯一性，如交叉口附近。Cell可以同時屬于多條路段。因此手機數(shù)據(jù)點通過Cell與路段直接匹配難以得到唯一的對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明通過兩級匹配進行手機用戶移動點與路段的準確匹配。第一級，將每個手機數(shù)據(jù)點通過其唯一對應(yīng)的Cell匹配到鄰近多條路段。第二級，通過同一用戶連續(xù)兩個數(shù)據(jù)點的移動方向與所屬各條路段的方向比較，確定各個數(shù)據(jù)點所屬路段。以下為本發(fā)明的技術(shù)思路特征及具體方案的詳細說明。步驟一、從數(shù)據(jù)庫中讀取路段基本信息和基站Cell數(shù)據(jù)信息路段基本信息包括路段位置坐標、路段長度、路段編號；Cell數(shù)據(jù)包括Cell編號、位置坐標。步驟二、Cel1和路段進行地圖匹配設(shè)定投影距離的最大允許值為100150米。計算Cell點到各個路段的投影距離。投影距離是該Cell點位置坐標到相鄰各路段間的直線距離。如果投影距離小于該路段的投影距離的最大允許值則判定這個Cell可能屬于該路段。記錄匹配成功的Cell編號及所屬可能路段的編號。這次匹配僅僅是初步匹配，所以Cell可能所屬的路段可以有多條。步驟三、從數(shù)據(jù)庫中讀取2分鐘5分鐘的手機數(shù)據(jù)并作篩選手機數(shù)據(jù)中每個移動點對應(yīng)于一個Cell，本步驟中只讀取移動點所對應(yīng)Cell編號與與路段匹配成功的Cell編號一致的移動點數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容包括用戶編號、通信類型、Cell編號、通信時間。步驟四、從步驟三中得到的手機數(shù)據(jù)中提取出用戶編號，保證用戶唯一。步驟五、以用戶為單位把步驟三中得到的手機數(shù)據(jù)整理歸類根據(jù)用戶編號，將相同用戶編號的數(shù)據(jù)整理歸類，并以時間排序，得到每個用戶在該時間段內(nèi)的移動點數(shù)據(jù)。通信點數(shù)據(jù)從0開始編號。步驟六、用戶的移動點位置通過Cell與路段一次匹配手機數(shù)據(jù)中每個移動點對應(yīng)于一個Cell，由于Cell經(jīng)過匹配建立了與路段的隸屬關(guān)系，所以每個移動點也和路段形成了隸屬關(guān)系。這個隸屬關(guān)系并不是準確的隸屬關(guān)系，準確的隸屬關(guān)系需要在步驟七中進一步判斷。步驟七、用戶的移動點與路段二次匹配計算可能所屬同一路段的連續(xù)的移動點的移動方向，通過所屬道路方向和用戶移動方向最后確定用戶所在的路段，如果用戶移動方向與各個所屬路段方向差值的絕對值小于方向角最大允許值3045度，則這兩個連續(xù)數(shù)據(jù)點都屬于該路段。步驟八、按用戶速度過濾非正常用戶各個路段上所有數(shù)據(jù)以用戶為單位計算速度，用戶總位移/用戶總時間。將各個用戶在該路段的速度排序，去除最大和最小部分各占15%_25%的用戶的速度，保留中間速度的用戶。步驟九、路段平均速度計算重新計算所有保留的用戶位移總長度/位移總時間，得到路段這一時間段的平均速度。本發(fā)明通過Cell與路段匹配，手機數(shù)據(jù)點通過Cell與路段匹配，避免了每個數(shù)據(jù)點與路段的直接匹配造成的巨大計算量，提高了計算效率。通過鄰近原則及方向一致原則提高手機數(shù)據(jù)與路段的準確性。圖1是本發(fā)明流程框圖。5圖2是Cell和路段分布示意圖。圖3是部分Cell與路段匹配結(jié)果表圖。圖4是Cel1與路段匹配顯示圖。圖5是由數(shù)據(jù)庫載入部分手機數(shù)據(jù)表圖。圖6是處理后用戶手機數(shù)據(jù)匹配示意圖。圖7是路段216上用戶通行速度排序表圖。具體實施例方式本方法的各步驟都可通過計算機編制程序，對數(shù)據(jù)進行處理實現(xiàn)。本發(fā)明流程框圖見圖1所示。圖2為路段與Cell的分布圖，圖2中小圓圈為Cell,黑色路段為要進行速度計算的路段。下面通過實例詳細描述本發(fā)明具體實施過程。具體執(zhí)行步驟如下步驟一、從數(shù)據(jù)庫中讀取路段基本信息和Cell數(shù)據(jù)信息路段基本信息包括路段位置坐標、路段長度、路段編號；Cell數(shù)據(jù)包括Cell編號、位置坐標。由Cell的數(shù)據(jù)信息和路段的數(shù)據(jù)信息，可以畫出如圖2所示的Cell和路段的分布示意圖。步驟二、Cell和路段進行地圖匹配設(shè)定投影距離的最大允許值(一般可取100150米)。計算Cell點到各個路段的投影距離。投影距離是該Cell點位置坐標到相鄰各路段間的直線距離。如果投影距離小于該路段的投影距離的最大允許值則判定這個Cell可能屬于該路段。記錄匹配成功的Cell編號及所屬可能路段的編號。這次匹配僅僅是初步匹配，所以Cell可能所屬的路段可以有多條。本示例設(shè)定投影距離的最大允許值為120米。由于每個Cell點的位置坐標和每條路段的起點和終點坐標都是已知的，根據(jù)點到直線距離公式，就可以計算出各個Cell點到每條路段的投影距離。將Cell點到路段投影距離與投影距離最大允許值進行比較，投影距離小于投影距離最大允許值的路段就是Cell點匹配成功的路段，即為Cell點所屬的路段，記錄所屬路段的路段編號。圖3是小部分Cell與路段匹配的結(jié)果表圖，例如編號470438的Cell經(jīng)過匹配，沒有路段滿足匹配條件，Cell不屬于任何路段；和Cell166762匹配成功的有四個路段100，102，164，166;余下表示類似。圖4是Cell與路段匹配顯示圖，圖中小圓點為匹配成功的點，由圖中可以看到，匹配成功的Cell均分布在路段附近，為路段上移動的手機用戶可能與之發(fā)生通信的Cell。步驟三、從數(shù)據(jù)庫中讀取某一時間段(2分鐘5分鐘)的手機數(shù)據(jù)并作篩選手機數(shù)據(jù)中每個移動點對應(yīng)于一個Cell，本步驟中只讀取移動點所對應(yīng)Cell編號與與路段匹配成功的Cell編號一致的移動點數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容包括用戶編號、通信類型、Cell編號、通信時間。本示例設(shè)定時間段為5分鐘。圖5為由數(shù)據(jù)庫載入部分手機數(shù)據(jù)表圖，其中手機數(shù)據(jù)所屬的Cell編號為匹配成功的Cell,因此可以說這些數(shù)據(jù)點已經(jīng)通過Cell匹配到路段上了。步驟四、從步驟三中得到的手機數(shù)據(jù)中提取出用戶編號，保證用戶唯一。步驟五、以用戶為單位把步驟四中得到的手機數(shù)據(jù)整理歸類根據(jù)用戶編號，將相同用戶編號的數(shù)據(jù)整理歸類，并以時間排序，得到每個用戶在該時間段內(nèi)的移動點數(shù)據(jù)。通信點數(shù)據(jù)從0開始編號。圖6為處理后用戶手機數(shù)據(jù)匹配示意圖。按用戶分類處理后用戶"3699470639446039842〃(加密后的用戶手機編號)單位時間內(nèi)位置點數(shù)據(jù)示意。該用戶手機數(shù)據(jù)經(jīng)整理后包括位置點編號、Cell編號、通信時間，如圖6所示，點①為用戶在單位時間段內(nèi)第一個數(shù)據(jù)點，點②為第二個數(shù)據(jù)點，移動方向為從①到②。點①在Ce11898871處，點②在Cel1348019處。步驟六、用戶的移動點位置通過Cell與路段一次匹配手機數(shù)據(jù)中每個移動點對應(yīng)于一個Cell，由于Cell經(jīng)過匹配建立了與路段的隸屬關(guān)系，所以每個移動點也和路段形成了隸屬關(guān)系。這個隸屬關(guān)系并不是準確的隸屬關(guān)系，準確的隸屬關(guān)系需要在步驟七中進一步判斷。圖6中手機數(shù)據(jù)點①和②所屬路段編號和它們各自所在的Cell的所屬路段編號是一致的，點①所在的Cell為898871，屬于路段216和218，因此點①也屬于路段216和218;點②所在的Cel1348019屬于路段216和218，點②也屬于路段216和218。從而完成了用戶移動點與路段的一次匹配。步驟七、用戶的移動點與路段二次匹配計算可能所屬同一路段的連續(xù)的移動點的移動方向，通過所屬道路方向和用戶移動方向最后確定用戶所在的路段，如果用戶移動方向與各個所屬路段方向差值的絕對值小于方向角最大允許值(一般可設(shè)為3045度)，則這兩個連續(xù)數(shù)據(jù)點都屬于該路段。本示例設(shè)定方向角偏差最大允許值為40度。由圖6中①和②的位置坐標已知，所屬路段216和218的起點終點坐標已知，可以計算出①到②的移動方向和路段216、218的道路方向，經(jīng)過計算得到①到②的移動方向為181度，路段216方向為179度，路段218方向為359度。路段216方向和手機點移動方向之差的絕對值為2度，小于方向角偏差最大允許值，路段218與手機移動點之差遠遠大于偏差允許值。因此可知數(shù)據(jù)點①和數(shù)據(jù)點②屬于路段216，移動點①和②與路段二次匹配完成。步驟八、按用戶速度過濾非正常用戶各個路段上所有數(shù)據(jù)以用戶為單位計算速度，用戶總位移/用戶總時間。將各個用戶在該路段的速度排序，去除最大和最小部分各占15%_25%的用戶的速度，保留中間速度的用戶。圖7是5分鐘內(nèi)27個用戶在路段216上通行速度由小到大排序表。計算中為了更接近真實平均通行速度，我們?nèi)コ碇腥舾勺钚∷俣群妥畲笏俣鹊挠脩簟１臼纠腥コ?0%和后％20的速度數(shù)據(jù)，保留中間的60%用戶。表中序號16，及2227部分為去除部分，其他為保留部分。步驟九、路段平均速度計算重新計算所有保留的用戶位移總長度/位移總時間，得到路段這一時間段的平均速度。將圖7中保留速度的所有位移相加求總位移距離，將表中保留速度的所有時間相加求和，得到這些用戶在路段216上總位移距離為8848.3163米和總花費的時間為1319秒，總距離/總時間得到路段的平均速度為24.15公里/小時。權(quán)利要求一種基于手機信息計算路段平均速度的方法，包括以下流程步驟一、從數(shù)據(jù)庫中讀取路段基本信息和基站Cell數(shù)據(jù)信息路段基本信息包括路段位置坐標、路段長度、路段編號；Cell數(shù)據(jù)包括Cell編號、位置坐標；步驟二、Cell和路段進行地圖匹配設(shè)定投影距離的最大允許值為100～150米；計算Cell點到各個路段的投影距離；投影距離是該Cell點位置坐標到相鄰各路段間的直線距離；如果投影距離小于該路段的投影距離的最大允許值，則判定這個Cell初步屬于該路段；記錄匹配成功的Cell所屬路段的編號；步驟三、從數(shù)據(jù)庫中有選擇地讀取2分鐘～5分鐘的手機數(shù)據(jù)只讀取和步驟二得到的與路段匹配成功的Cell編號一致的移動點數(shù)據(jù)，因為這些數(shù)據(jù)和路段的速度計算有關(guān)，讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容包括用戶編號、通信類型、Cell編號、通信時間；步驟四、從步驟三中得到手機數(shù)據(jù)中提取出用戶編號，保證用戶唯一；步驟五、以用戶為單位把步驟三中得到的手機數(shù)據(jù)整理歸類根據(jù)用戶編號，將相同用戶編號的數(shù)據(jù)整理歸類，并以時間排序，得到每個用戶在該時間段內(nèi)的移動點數(shù)據(jù)；通信點數(shù)據(jù)從0開始編號；步驟六、用戶的移動點位置通過Cell與路段一次匹配手機數(shù)據(jù)中每個移動點對應(yīng)于一個Cell，由于Cell經(jīng)過匹配已建立了與路段的可能隸屬關(guān)系，所以每個移動點也和路段形成了可能隸屬關(guān)系；步驟七、用戶的移動點與路段二次匹配計算可能所屬同一路段的連續(xù)的移動點的移動方向；在連續(xù)點優(yōu)先原則下，通過所屬道路方向和用戶連續(xù)點移動方向最后確定用戶點所在的路段，如果用戶連續(xù)點移動方向與各個所屬路段方向差值的絕對值小于方向角最大允許值30～45度，則這兩個連續(xù)數(shù)據(jù)點都屬于該路段；步驟八、按用戶速度過濾非正常用戶各個路段上所有數(shù)據(jù)以用戶為單位計算速度，用戶總位移/用戶總時間；各個用戶在該路段的速度排序，去除最大和最小部分各占15％-25％的用戶的速度，保留中間速度的用戶；步驟九、路段平均速度計算重新計算所有保留的用戶位移總長度/位移總時間，得到路段這一時間段的平均速度。全文摘要本發(fā)明涉及基于手機信息的路段速度計算方法。該方法通過對手機信息的分析和處理，結(jié)合交通道路位置及方向計算出各個路段的車輛平均速度信息。海量數(shù)據(jù)處理及手機用戶移動過程的準確定位是計算路段平均速度的關(guān)鍵。本發(fā)明通過兩級三次地圖匹配解決以上問題。第一級是Cell與路段匹配，第二級通過用戶數(shù)據(jù)點與路段兩次匹配建立手機數(shù)據(jù)點與路段的隸屬關(guān)系。最后利用連續(xù)數(shù)據(jù)點所在的Cell位置和時間計算路段上每個用戶的通行速度，去除其中部分非正常的速度，加和平均得到各條道路的平均速度。本發(fā)明避免了每個數(shù)據(jù)點與路段的直接匹配造成的巨大計算量，提高了計算效率。通過鄰近原則及方向一致原則提高手機數(shù)據(jù)與路段的準確性。文檔編號G01P3/64GK101794516SQ20091024312公開日2010年8月4日申請日期2009年12月25日優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日發(fā)明者王東柱,陳艷艷申請人:北京工業(yè)大學(xué)