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1 引言

采用手機(jī)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行道路識(shí)別是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外交通工程研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)。傳統(tǒng)的道路識(shí)別技術(shù)大多數(shù)是基于GPS定位的道路匹配方法，該方法的思路是通過(guò)坐標(biāo)投影把用戶的位置投影到道路上，然后把歷史位置與當(dāng)前位置進(jìn)行道路位置的判定。但是該方法由于獲取測(cè)量數(shù)據(jù)成本和計(jì)算的復(fù)雜度很高，因此本文提出一種基于手機(jī)信令的道路識(shí)別方法，該方法具有投資小、信號(hào)覆蓋廣、采集數(shù)據(jù)豐富的優(yōu)點(diǎn)，較適合在城市發(fā)展相對(duì)較慢的二、三線城市應(yīng)用。

2 切換原理及序列提取

2.1 切換原理

切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中從一個(gè)基站覆蓋區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)基站覆蓋區(qū)，或者由于外界干擾造成通話質(zhì)量下降時(shí)，必須改變?cè)械脑捯粜诺蓝D(zhuǎn)接到一條新的空閑話音信道上以繼續(xù)保持通話的過(guò)程。切換通常發(fā)生在移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)基站覆蓋小區(qū)進(jìn)入到另一個(gè)基站覆蓋小區(qū)的情況下，為了保持通信的連續(xù)性，MSC將移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前基站之間的鏈路轉(zhuǎn)移到移動(dòng)臺(tái)與新的基站之間的鏈路，這種切換操作不僅要識(shí)別一個(gè)新的基站，而且要求將語(yǔ)音和控制信號(hào)分配到新基站的相關(guān)信道上。

在手機(jī)用戶進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生各種手機(jī)業(yè)務(wù)或者要進(jìn)行小區(qū)的切換，這些信息都會(huì)記錄在信令數(shù)據(jù)里面，通過(guò)手機(jī)信令采集系統(tǒng)可以獲得手機(jī)用戶的所有切換信息。記錄下的用戶切換信息表如表1所示：

表1 手機(jī)用戶的切換信息表

2.2 序列提取

通過(guò)A接口、IUCs接口、Gb接口和IUPs接口獲取用戶的切換小區(qū)標(biāo)識(shí)變化的序列和每次發(fā)切換的時(shí)間，通信數(shù)據(jù)獲取之后，可以提取出在一定時(shí)間間隔內(nèi)目標(biāo)區(qū)域發(fā)生切換的所有樣本的切換序列和切換時(shí)間差。如圖1所示，可以看出無(wú)縫覆蓋小區(qū)與路網(wǎng)相交得到的映射關(guān)系。不同基站發(fā)出的無(wú)線信號(hào)覆蓋至整條道路，實(shí)際覆蓋情況利用無(wú)線傳播模型對(duì)其進(jìn)行仿真得到，各小區(qū)的覆蓋區(qū)域?qū)⒌缆非蟹譃樵S多段，當(dāng)用戶在道路上移動(dòng)并穿越小區(qū)時(shí)將發(fā)生切換。切換數(shù)據(jù)中會(huì)記錄下用戶經(jīng)過(guò)的一系列小區(qū)ID，按照時(shí)間先后進(jìn)行排列，即得到用戶移動(dòng)過(guò)程中的連續(xù)軌跡點(diǎn)。如圖1所示，某用戶先在道路1上移動(dòng)，然后轉(zhuǎn)移到道路2上，如箭頭所指路徑，所經(jīng)歷的切換小區(qū)可以記為：R={CID3, CID6, CID8, CID10, CID9, CID12,CID14}。

利用該數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出各用戶切換路段的行程軌跡?；诘玫降膯斡脩糗壽E，按照每條道路進(jìn)行人流量統(tǒng)計(jì)，則可以對(duì)交通狀況進(jìn)行跟蹤分析。

圖1 路網(wǎng)與小區(qū)的相交映射關(guān)系

3 道路切換序列標(biāo)定

通過(guò)從通信數(shù)據(jù)中獲取的樣本切換序列與切換路網(wǎng)標(biāo)定的道路切換序列標(biāo)識(shí)進(jìn)行對(duì)比，一般通過(guò)相似度判別矩陣的方法將各個(gè)通信網(wǎng)中獲取的切換樣本與實(shí)際道路進(jìn)行匹配。本文通過(guò)重復(fù)多次真實(shí)的路測(cè)數(shù)據(jù)，采用尋找最大權(quán)重路徑的方法，將路測(cè)得到的切換序列看作帶權(quán)重有向圖，對(duì)其進(jìn)行搜尋，找出最大發(fā)生頻率的切換變化模式作為該道路的切換序列標(biāo)識(shí)。

4 協(xié)同過(guò)濾進(jìn)行用戶道路識(shí)別

4.1 協(xié)同過(guò)濾的原理及應(yīng)用

對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行切換序列標(biāo)定的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，將其包含的每個(gè)小區(qū)作為該道路的一個(gè)特征，即可把每條道路看作是具有多種特征屬性的“商品”，而每個(gè)用戶攜帶的切換軌跡信息也可以看成具有多個(gè)特征的“用戶”，采用基于項(xiàng)目的協(xié)同過(guò)濾算法，計(jì)算每個(gè)“用戶”的各個(gè)特征——切換序列與“商品”屬性之間的相似性，從而給每條道路打分，得分最高的作為該用戶的真實(shí)移動(dòng)軌跡。具體步驟如下：

（1）對(duì)每條道路標(biāo)定得到道路切換序列；由第3節(jié)中提到的方法對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行序列標(biāo)定，得到路網(wǎng)切換信息表如表2所示。

（2）對(duì)每個(gè)用戶的移動(dòng)軌跡按照時(shí)間序列進(jìn)行切換信息提取并進(jìn)行篩選，過(guò)濾掉無(wú)移動(dòng)軌跡和干擾數(shù)據(jù)。主要包括：

1）WCDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)參數(shù)的過(guò)濾，對(duì)室內(nèi)基站以及與道路無(wú)關(guān)的基站進(jìn)行過(guò)濾，確保數(shù)據(jù)的有效性；

2）對(duì)手機(jī)樣本進(jìn)行處理，去除不在道路上運(yùn)動(dòng)的手機(jī)用戶數(shù)據(jù)，這些可以看作是噪聲數(shù)據(jù)；

3）統(tǒng)計(jì)分析，分析樣本的各類統(tǒng)計(jì)值，根據(jù)結(jié)果的規(guī)律進(jìn)行篩選，以達(dá)到去除噪音的目的，最后得到用于匹配的用戶切換信息表如表3所示：

表2 路網(wǎng)切換信息表

表3 去噪后的用戶切換信息表

（3）計(jì)算出每個(gè)用戶的切換軌跡與不同道路所標(biāo)定的切換序列之間的相似度，進(jìn)而可以根據(jù)相似度的大小，將道路匹配的結(jié)果進(jìn)行排序，將排序最靠前的道路作為用戶的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，采用余弦相似度計(jì)算方法，具體公式如下：

其中，n為某條道路所包含的切換序列對(duì)個(gè)數(shù)，xi代表第i個(gè)切換序列對(duì)中前一個(gè)小區(qū)，yi代表第i個(gè)切換序列對(duì)中后一個(gè)小區(qū)，根據(jù)上面的公式即可計(jì)算出用戶的運(yùn)動(dòng)軌跡與實(shí)際道路的匹配程度。

4.2 實(shí)際場(chǎng)景的道路識(shí)別

圖2即為將手機(jī)切換信令數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通路段人流量采集的實(shí)際案例。每條道路上的實(shí)際人流量以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分展現(xiàn)在地圖上，可以很直觀地反映出當(dāng)前的交通狀況。

圖2 用戶道路識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)景

5 結(jié)論

本文將切換路網(wǎng)標(biāo)定轉(zhuǎn)化為圖論問(wèn)題，通過(guò)尋找最大權(quán)重路徑來(lái)進(jìn)行切換路網(wǎng)標(biāo)定，確定可以代表道路整體切換變化特征的“識(shí)別標(biāo)簽”，包括切換序列和相應(yīng)的切換位置，后將其應(yīng)用到手機(jī)用戶的道路識(shí)別定位上，采用的是協(xié)同過(guò)濾算法的思路，很好地將該算法與現(xiàn)實(shí)難題相結(jié)合，較好地解決了利用低成本的通信切換數(shù)據(jù)進(jìn)行交通狀態(tài)跟蹤的問(wèn)題。并把該方法應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)開發(fā)中，使保定市的道路人流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。

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