专利名称：一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，用于从海量的手机用户数据中挖掘有价值的动态城市人口空间分布密度方面的信息，可为交通规划、交通需求管理、交通政策评估与交通运营管理服务，属于交通规划与管理方法技术领域。
背景技术：
城市是人口、资本和技术的集聚，作为人类的聚居地，城市的发展和人口分布密度有重要联系。城市人口空间分布是影响社会经济发展、基础设施建设、公共服务配置以及城市工业、住宅、交通、环境等方面的最重要因素之一，是科学开展城市规划、设计的基础。传统的大范围人口分布数据获取方式只能依赖多年一次的人口普查数据。中国从 1949年至今，分别在1953年、1964年、1982年、1990年、2000年与2010年，仅仅进行过六次全国性人口普查。美国自1790年以来，宪法强制规定每十年才会收集一次全面人口普查信息。这种传统数据获取方式耗费成本高、涉及人员多、组织难度大，并且实施周期长达数月， 只能获取准静态的息。随着各城市经济的快速发展，城市基础设施建设蓬勃开展，土地利用性质变化很快。城市的机动化程度越来越高，人们的空间活动范围大幅度地延伸。随着各种高速度大运量先进运输技术的应用，交通基础设施与交通运行模式都在迅速地发生变化。人们可以在几十公里，甚至上百公里范围内选择就业、购物、交往、公务等，而休闲、旅游等活动在几百公里范围内也朝发夕归。在这种情况下，新时代的城市规划、建设和管理工作对于人口分布信息提出了更高的时效性要求，而传统方式已经无法完全满足这一需求。近年来，高清视频图像识别、红外热敏感应等技术逐渐应用于客流信息采集，通过对感应器传来的数据进行处理，可以高效、准确、可靠地对人口进行计数。但只能采集得到仪器感应范围内的人员数量，无法获取整个城市范围内所有区域的人口分布，也不能持续提取到人口出行轨迹信息，无法获取整个城市范围内人口迁徙及集散规律。随着现代通信技术的进步与服务水平的提升，无线通信网络能够覆盖人类能够到达的所有空间区域范围。同时，随着手机终端普及，手机拥有率和使用率达到了相当高的比例。无线通信网络中蕴含的手机信号数据规模不断扩大，可以从中提取出海量手机用户大范围空间区域内的完整的时间序列的出行轨迹信息，因而能够满足较大范围内实时动态人口空间分布采集需求，随时监控大范围空间区域内人口空间分布密度情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法的方法，通过该方法来获取极具实效性的动态人口分布密度。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于步骤为步骤I、将目标城市需进行人口分布密度分析的分析区域范围TAZ划分为N个分析子区域范围TAZ(i)，其中，i为从I至N的自然数；步骤2、至少分别确定每个分析子区域范围TAZ (i)的扩样参数FACT0R_ET(i)，扩样参数FACT0R_ET(i)为当前分析子区域范围TAZ (i)内拥有手机的人口比例p_a⑴的倒数；步骤3、根据目标城市的移动通信网络覆盖情况，建立由虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列组成的虚拟传感器网络，该虚拟传感器网络覆盖整个分析区域范围TAZ，并建立虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列与各分析子区域范围TAZ(i)的相互映射关系；步骤4、将需进行动态人口分布密度检测的时间段根据相同时长划分为不同周期， 从第一个周期开始分别统计每个周期的每个分析子区域范围TAZ(i)的人口分布密度，其具体步骤为步骤4. I、获取当前周期内各个手机用户的所有手机信号数据集合，并分别对各个手机用户的手机信号数据按照发生时间先后顺序进行排序；步骤4. 2、将当前周期内各个手机用户的每个手机信号数据映射到虚拟传感器网络上，即得到每个手机信号数据所对应的虚拟传感器节点，再得到与该手机信号数据对应的手机用户的虚拟传感器节点序列，将每个手机用户的虚拟传感器节点序列与虚拟传感器网络中包含的所有虚拟传感器节点序列进行比较匹配，再利用虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列与各分析子区域范围TAZ(i)的相互映射关系，得到每个手机用户在实际道路交通网络中出行时途径的所有以时间先后升序排列的分析子区域范围TAZ(i)集合；步骤4. 3、从每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中挑选出排列在最后或最前的分析子区域范围TAZ(i)，并与上一周期的历史匹配结果数据相结合，得到当前周期的匹配结果数据，上一周期的历史匹配结果数据记录的是在上一周期内每个手机用户最终分别匹配上的不同分析子区域范围TAZ(i)，对于第一个周期，上一周期的历史匹配结果数据为空值，直接以每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中排列在最后的分析子区域范围TAZ(i)为每个手机用户当前周期的匹配结果数据；步骤4. 4、根据步骤4. 3处理得到的每个手机用户当前周期的匹配结果数据，统计每个分析子区域范围TAZ(i)所拥有的手机用户总数，将其除以该区域的扩样参数FACT0R_ ET(i)，得到当前周期每个分析子区域范围TAZ(i)的人口总数。优选地，在所述步骤2中还至少需要确定时间阈值TI_LEAVE(i)，时间阈值TI_ LEAVE(i)为手机用户离开当前分析子区域范围TAZ(i)的时间阈值。优选地,所述步骤4. 3包括步骤4. 3. I、从每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中挑选出排列在最后或最前的分析子区域范围TAZ (i)，得到与这些分析子区域范围TAZ (i)所对应的手机信号最新时间戳及不同手机用户；步骤4. 3. 2、将从步骤4. 3. I得到的数据与上一周期的历史匹配结果数据相合并， 合并时，对上一周期与当前周期都出现的手机用户，用从步骤4. 3. I得到的分析子区域范围TAZ(i)及手机信号最新时间戳对数据进行替换，同时，对当前周期内无手机信号数据的这部分手机用户，继续保留其在上一周期的数据，从而得到当前周期临时最新结果；步骤4. 3. 3、分析得到每个手机用户手机信号最新时间戳距离当前分析周期结束时刻的时间间隔TI_LAST(i)，并判断该时间间隔TI_LAST(i)是否大于该手机信号最新时间戳所对应的分析子区域范围TAZ (i)的时间阈值TI_LEAVE(i)，若大于，则将该手机用户及其对应的数据从当前周期临时最新结果中删除，否则，将数据保留，从而得到当前周期的匹配结果数据。优选地，在所述步骤2中还至少需要确定区域面积AREA (i)，区域面积AREA (i)为分析子区域范围TAZ(i)所对应区域的实际面积大小。优选地，所述步骤4. 4还包括，将得到的每个分析子区域范围TAZ (i)的人口总数属于所对应的区域面积AREA(i)，从而得到每个分析子区域范围TAZ(i)的人口密度。优选地，所述分析子区域范围TAZ(i)根据其内部是否有离开整个分析区域范围的通道分成内部分析子区域范围TAZ(i)和分析子区域范围TAZ(i)，其中，内部分析子区域范围TAZ(i)指当前分析子区域范围TAZ(i)内无离开整个分析区域范围的通道，边界分析子区域范围TAZ(i)指当前分析子区域范围TAZ(i)内有离开整个分析区域范围的通道。本发明的优点是充分依托现有的移动通信网络资源，以海量的手机信号数据为输入，采用基于出行轨迹持续追踪和区域内逗留时长的判别机制，实现对动态人口分布密度的检测。该发明可用于高频度、自动化地检测动态人口分布密度信息。
图I为本发明提供的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法的流程图。
具体实施例方式以下结合实施例来具体说明本发明。如图I所示，本发明提供的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其步骤为步骤I、根据目标城市实际的分析需求，确定目标城市分析区域范围TAZ的 (Traffic Analysis Zone,交通分析小区)划分方案,将分析区域范围TAZ划分为N个分析子区域范围TAZ(i)，i为从I至N的自然数。分析区域范围TAZ划分原则参见申请号为 201110033833. 4的中国专利。对各分析子区域范围TAZ(i)，根据其内部是否有离开整个分析区域范围的通道， 分成内部分析子区域范围TAZ (i)和边界分析子区域范围TAZ (i)两种类型。内部分析子区域范围TAZ(i)，指当前分析子区域范围TAZ(i)内无离开整个分析区域范围的道路、河流、 轨道或机场等通道。边界分析子区域范围TAZ (i)，指当前分析子区域范围TAZ (i)内有离开整个分析区域范围的道路、河流、轨道或机场等通道。步骤2、分别确定各分析子区域范围TAZ⑴的三个参数TI_LEAVE⑴、AREA⑴及 FACT0R_ET(i)，如表I所示。具体确定方法为根据步骤I划分的各分析子区域范围TAZ (i)所属类型，确定各个分析子区域范围 TAZ(i)对应的手机用户离开时间阈值TI_LEAVE(i)，用以判断手机用户长时间无手机信号数据是否为真实离开当前分析子区域范围TAZ (i)。具体为内部分析子区域范围TAZ (i)， 设为12小时，边界分析子区域范围TAZ (i)，设为10分钟。确定各个分析子区域范围TAZ(i)对应的区域面积AREA(i)。确定时，需要去除分析子区域范围TAZ(i)内湖泊、沙漠、沼泽等人口较难到达的区域，使用分析子区域范围 TAZ(i)内人口能够到达的实际覆盖区域统计区域面积，用以统计分析子区域范围TAZ(i) 内单位面积上的人口分布数量，即，人口分布密度。确定手机用户群体扩样到总人口群体的扩样参数FACT0R_ET(i)，需要根据抽样问卷调查，得到分析子区域范围TAZ(i)内拥有手机的人口比例，从而确定此参数。如，对每个分析子区域范围TAZ⑴，拥有手机的人口比例为p_a(i)，则，此时扩样参数FACT0R_ET(i) =l/p_a(i)。
权利要求
1.一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于步骤为步骤I、将目标城市需进行人口分布密度分析的分析区域范围TAZ划分为N个分析子区域范围TAZ(i)，其中，i为从I至N的自然数；步骤2、至少分别确定每个分析子区域范围TAZ(i)的扩样参数FACT0R_ET(i)，扩样参数FACT0R_ET (i)为当前分析子区域范围TAZ (i)内拥有手机的人口比例p_a⑴的倒数； 步骤3、根据目标城市的移动通信网络覆盖情况，建立由虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列组成的虚拟传感器网络，该虚拟传感器网络覆盖整个分析区域范围TAZ，并建立虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列与各分析子区域范围TAZ(i)的相互映射关系；步骤4、将需进行动态人口分布密度检测的时间段根据相同时长划分为不同周期，从第一个周期开始分别统计每个周期的每个分析子区域范围TAZ(i)的人口分布密度，其具体步骤为步骤4. I、获取当前周期内各个手机用户的所有手机信号数据集合，并分别对各个手机用户的手机信号数据按照发生时间先后顺序进行排序；步骤4. 2、将当前周期内各个手机用户的每个手机信号数据映射到虚拟传感器网络上， 即得到每个手机信号数据所对应的虚拟传感器节点，再得到与该手机信号数据对应的手机用户的虚拟传感器节点序列，将每个手机用户的虚拟传感器节点序列与虚拟传感器网络中包含的所有虚拟传感器节点序列进行比较匹配，再利用虚拟传感器节点及虚拟传感器节点序列与各分析子区域范围TAZ(i)的相互映射关系，得到每个手机用户在实际道路交通网络中出行时途径的所有以时间先后升序排列的分析子区域范围TAZ(i)集合；步骤4. 3、从每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中挑选出排列在最后或最前的分析子区域范围TAZ(i)，并与上一周期的历史匹配结果数据相结合，得到当前周期的匹配结果数据，上一周期的历史匹配结果数据记录的是在上一周期内每个手机用户最终分别匹配上的的不同分析子区域范围TAZ(i)，对于第一个周期，上一周期的历史匹配结果数据为空值，直接以每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中排列在最后的分析子区域范围TAZ(i)为每个手机用户当前周期的匹配结果数据；步骤4. 4、根据步骤4. 3处理得到的每个手机用户当前周期的匹配结果数据，统计每个分析子区域范围TAZ(i)所拥有的手机用户总数，将其除以该区域的扩样参数FACT0R_ ET⑴，得到当前周期每个分析子区域范围TAZ⑴的人口总数。
2.如权利要求I所述的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于在所述步骤2中还至少需要确定时间阈值TI_LEAVE(i)，时间阈值TI_LEAVE(i)为手机用户离开当前分析子区域范围TAZ(i)的时间阈值。
3.如权利要求2所述的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于所述步骤4. 3包括步骤4. 3. I、从每个手机用户所对应的分析子区域范围TAZ(i)集合中挑选出排列在最后或最前的分析子区域范围TAZ (i)，得到与这些分析子区域范围TAZ (i)所对应的手机信号最新时间戳及不同手机用户；步骤4. 3. 2、将从步骤4. 3. I得到的数据与上一周期的匹配结果数据相合并，合并时， 对上一周期与当前周期都出现的手机用户，用从步骤4. 3. I得到的分析子区域范围TAZ (i) 及手机信号最新时间戳对数据进行替换，同时，对当前周期内无手机信号数据的这部分手机用户，继续保留其在上一周期的数据，从而得到当前周期临时最新结果；步骤4. 3. 3、分析得到每个手机用户手机信号最新时间戳距离当前分析周期结束时刻的时间间隔TI_LAST(i)，并判断该时间间隔TI_LAST(i)是否大于该手机信号最新时间戳所对应的分析子区域范围TAZ (i)的时间阈值TI_LEAVE(i)，若大于，则将该手机用户及其对应的数据从当前周期临时最新结果中删除，否则，将数据保留，从而得到当前周期的匹配结果数据。
4.如权利要求I所述的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于在所述步骤2中还至少需要确定区域面积AREA (i)，区域面积AREA (i)为分析子区域范围TAZ(i)所对应区域的实际面积大小。
5.如权利要求4所述的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于所述步骤4. 4还包括，将得到的每个分析子区域范围TAZ(i)的人口总数属于所对应的区域面积AREA(i)，从而得到每个分析子区域范围TAZ(i)的人口密度。
6.如权利要求I所述的一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于所述分析子区域范围TAZ(i)根据其内部是否有离开整个分析区域范围的通道分成 内部分析子区域范围TAZ (i)和分析子区域范围TAZ (i)，其中，内部分析子区域范围TAZ (i) 指当前分析子区域范围TAZ(i)内无离开整个分析区 域 范围的通道，边界分析子区域范围 TAZ(i)指当前分析子区域范围TAZ(i)内有离开整个分析区域范围的通道。
全文摘要
本发明提供了一种基于手机定位数据的动态人口分布密度检测方法，其特征在于步骤为将目标城市需进行人口分布密度分析的分析区域范围划分不同的子区域，随后建立虚拟传感器网络，在得到子区域与虚拟传感器网络之间的映射关系，根据手机信号得到每个子区域所包含的人口总量。本发明的优点是充分依托现有的移动通信网络资源，以海量的手机信号数据为输入，采用基于出行轨迹持续追踪和区域内逗留时长的判别机制，实现对动态人口分布密度的检测。该发明可用于高频度、自动化地检测动态人口分布密度信息。
文档编号G06F19/00GK102609616SQ20121002049
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月29日 优先权日2012年1月29日
发明者冉斌, 刘杰, 裘炜毅, 邱志军, 陈明威 申请人:上海美慧软件有限公司