基于移动通信的路网运行监控系统设计

基于移动通信的路网运行监控系统设计

王瑜

中交远洲交通科技集团有限公司，050000

【摘要】本研究主要阐述了一种基于移动通信路网运行监控系统的设计，该设计是基于手机信令用户出行特征识别技术联合应用到路网交通监控系统中的一类新型现代信息技术手段。该技术以用手机用户为信息技术采集主对象，通过对道路沿线车辆驾乘人员手机信号数据的有效采集，来对交通路段道路拥挤情况和车辆的具体分布情况进行评估，同时，还可以对用户出行特征和区域分布情况依据用户轨迹分析来充分掌握了解，进而对城市道路交通运行状况实际进行动态化评估。

【关键词】计算机工程;手机信号;交通信息系统;设计；应用

随着现代信息技术的不断发展，在各行各业中凸显了应用优势，将现代信息技术融合应用到城市交通路网运行监控中，可以实现交通运营服务的智能化、高效化，提高道路交通调度指挥水平，为公众提供更为优质的交通指导服务，有效缓解和快速解决交通拥堵问题，为社会群众的出行便利和安全提供服务保障。基于此，本文设计应用了一种基于移动通信路网运行监控系统的设计，该设计主要是运用了手机信令数据来获取对城市路网交通运行态势的全面掌握，为用户出行行为识别和城市交通流量预测分析提供了基础数据。并且，手机信息交通检测技术具备投入成本低、覆盖范围广、实时性强以及准确度较高等特点，将其运用到城市路网交通监控系统中，实现了全天候、大范围、低成本的交通信息采集，并通过轨迹分析，结合基站数据、道路数据、地图数据为用户提供了高效、优质道路出行指导服务，也为城市道路交通管理相关部门工作的开展提供了参考依据。

1、用户出行特征识别阐述

1.1网络信令数据分析

所谓手机信令即：用户手机与发射基站通信交互过程中所产生的数据。主要涵盖了包交换(PS）域信令数据、CDR数据、电路交换（CS）域信令数据3大类型手机信令数据。不管是何种类型手机信令数据，都包含了国际移动用户识别码（IMSI）、时间戳、位置区号和事件类型原始信令数据格式。通常而言，在每一天当中，每一位手机用户会产生200～300条信令数据包。对用户日常出行的分析掌握，通信运营商可以利用手机信令实现对用户日常轨迹更为详细、精准的获取。定位用户日常轨迹数据主要通过对用户手机编号、归属地、归属省份、报告城市、开始（时间、基站、基站经度、基站纬度）、结束（时间、基站、基站经度、基站纬度）、停留时间、网格、位置来源等。

1.2Python数据预处理

对手机信令乒乓切换导致的异常数据的预处理采用于Python进行处理，具体处理流程为：

（1）以用户ID为主键、时间戳为辅键的顺序进行手机信令字段格式的排列。

（2）时间阀值依据对一个用户三个连续信令数据的读取展开设置，对3个信令之间时间差进行精准计算。计算获得的时间差大于时间阈值则并认定为非乒乓切换，若时间差小于时间阈值，则需要进行下一步骤数据继续处理。

（3）对第一和第三个信令基站ID进行对比分析，查看是否相同，若基站ID相同，且第一个和第一个信令的基站ID不同时，则可以定义为乒乓开关。需要定位基站位置，以第一个信令基站ID进行精准定位，并完成轨迹重构。

（4）遍历一个用户后，从步骤2开始重复。

采用Python对移动网络信令原始数据进行预处理后，标准化初始信令数据就会生成，然后在对相关数据进行清理归一后实现初始数据的获取，并进一步进行异常数据的处理，进而获得处理后的结果数据。最后就是对用户移动距离的精准计算，主要依据用户的经纬度数据套用用户信息使用距离计算公式进行计算。

1.3用户出行特征的有效识别分析

原始移动手机信令数据需要参照以下数据分析步骤进行数据的有效转换，进而形成可以被服务终端识别的交通信息数据。

（1）预先事件被触发时，用户手机信令可以预设属性字段记录，继而形成单个手机信令记录。

（2）单条移动手机信令记录在经过过滤、排序和加密后，依据时间周期在相对应的文件夹中分类储存，各周期内发生的信令数据记录在每一个文件夹中保存。

（3）每个周期性信令记录文件会同步生成验证文件，以为了提高信令记录和传输的安全、可靠性。

（4）依据基础地图数据，在数据的预处理阶段就需要将与道路无关基站数据进行过滤出去。

（5）模型的建立（主要依据行人和机动车信令数据的不同特征）合理构建，在行数据预处理过程中，还需要设计一个高效的识别算法对行人数据进行高效过滤掉。

（6）在地层地图中对信令切换事件的位置信息进行有效映射。

（7）根据样例点的移动趋势数据和最优路径筛选原则,推测和确定与移动方向相似的道路。

（8）首先需要对单用户道路行走平均速度进行计算，后从进入时间和空间位置两个维度对道路上多用户速度进行整合分析，进而生成基于道路的整体路况数据。

（9）紧密结合当前道路速度信息以及当前城市规模和路段等级，来进行交通状态信息的生成（即：道路拥堵、缓慢、通畅等情况的反应。）

（10）应用统一的交通数据发布标准将处理后的数据传输到发布层，并传送至服务系统/终端供用户进行浏览查看。

2、移动通信路网运行监控系统的实践应用效果分析

本研究主要围绕“用户出行方向的识别”和“公路拥堵的评价与分析”两个方面对基于移动手机信令数据用户出行识别和道路网络监控的分析进行了论述。

（1）用户出行方向识别。本研究主要使用城市地区的样本数据进行了处理与分析，以保障识别的有效性、精准性。可以通过采用Arc GIS软件将所有用户所有用户参照手机网络信令数据进行有效绘制，然后形成该区域移动手机用户分布特征的可视化显示。通过对不同城市用户的信令数据进行有效分类后，实现对不同用户的行动轨迹的有效区分，并将每个用户信令数据单独生成一个CSV文件。然后每个用户停留点的连接采用Arc GIS的点连接功能实现，最终形成可视化出行轨迹。

（2）公路拥堵的评价与分析。移动网络信令数据相关特征和路网运行状态可以通过相关特征和路网运行状态业务流程和Python的数据预处理操作开实现。本研究采取某国道入口段作为应用实例分析区域，对该国道1km范围监控区域内双向行驶的用户的移动手机信令数据进行了采集，使用Hadoop+Spark平台来进行后端数据处理和分析，并通过移动手机信令数据实时显示道路拥堵和信息服务，以0.5h的粒度显示实时道路状况。

 【参考文献】

[1]王浩淼,杨彬彬,曹小峰等.基于手机信令的路网交通运行监测关键技术研究[J].中国交通信息化,2019(05):131-136.

[2]张斌,潘梁,程良明.基于移动定位技术的路网智能监控系统研究[J].中国交通信息化,2016(S1):120-123.

[3]唐嘉立.基于手机信令数据分析的路网运行监控系统[J].中国交通信息化,2015(12):115-117.

[4]唐嘉立. 基于分析手机信令数据的路网运行监控系统[D].南昌大学,2016.