CN114363824A - 一种基于mr位置和道路gis信息的通勤轨迹刻画方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法及系统，属于通勤轨迹刻画技术领域，包括以下步骤：S1：道路栅格插值；S2：栅格属性识别；S3：获取用户通勤轨迹刻画样本点；S4：刻画用户通勤轨迹。本发明可以提取有效的道路轨迹样本点；通过日轨迹的积累，并筛选高频栅格作为刻画轨迹的基础，提升通勤数据可靠性；对缺失部分轨迹点，利用道路交口信息和道路栅格序列信息，对轨迹有效填充；进而可以将得到的用户通勤轨迹，有效地应用到城市交通规划、人员流动分析、防疫防控等场景之中，值得被推广使用。

Description

一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法及系统

技术领域

本发明涉及通勤轨迹刻画技术领域，具体涉及一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法及系统。

背景技术

随着电信运营商通信技术的日趋成熟和快速发展，以及大数据技术的不断进步，数据价值越来越重要，挖掘、使用数据能力，充分发挥数据价值已经成为运营商的业务拓展、服务提升的下一个关键点，其中位置能力作为运营商的核心数据能力之一，在对内运维优化、精准营销，对外数据变现、行业应用支撑等方面起着至关重要的作用。

当前运营商最新主流的，能够提供较为准确位置能力的技术是基于MR的指纹定位技术；MR是指移动终端通过控制信道，在业务信道上以一定时间间隔，以MR的方式向基站周期性上报所在小区的下行信号强度、质量等信息，基站将终端上报的下行信息和自身收集的上行物理信息上传给基站控制器，并由其收集与统计。以TD-SCDMA网络为例，每个MR主要包括上下行接收信号码功率、上下行信噪比、时间提前量、上下行路径损耗、UE发射功率及NodeB发射功率等。上报的MR可用于系统中无线资源控制子层完成诸如切换等事件的触发，也可用于系统维护，观察系统的运行状态；位置指纹是指用户所处位置的场景特征。

传统用户轨迹的刻画是通过基站位置来替代用户所在位置，将用户上班时间通过的基站序列作为该用户的通勤轨迹。在实际应用的过程中，有很大的局限性。首先，不能提取有效的道路轨迹样本点。其次，轨迹之前连续性只能通过基站经纬度坐标点的形式来表现出来，无法轨迹连续。最后，对缺失部分轨迹点，无法进行填充，也无法体现用户从居住地、工作地、通勤轨迹完整的刻画过程。因此，许多城市交通规划、人员流动分析、防疫防控等场景，很难应用的实际的生产生活中去。为此，提出一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决传统用户通勤轨迹刻画方法存在的局限性问题，提供了一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：道路栅格插值

基于原始的道路GIS信息对道路上间隔较大的道路点进行插值经纬度数据点，获得经过插值后的栅格序列；

S2：栅格属性识别

获取每个栅格中建筑物和道路的经纬度序列，为每一个栅格添加道路、建筑物属性，通过经纬度序列计算出栅格内建筑物和道路面积，进而计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比；

S3：获取用户通勤轨迹刻画样本点

基于用户每日轨迹信息，结合用户常驻工作地和常驻居住地信息，提取通勤过程的轨迹点，结合道路属性信息，提取包含道路、室外且建筑物占比较低的栅格，作为用户通勤轨迹刻画样本点；

S4：刻画用户通勤轨迹

基于积累多日的用户通勤轨迹样本点，将样本点落入到栅格之中，提取高频次出现的栅格，基于已经划分好的道路的栅格序列与高频栅格匹配，填充同条道路高频栅格之间的栅格；并且针对通勤轨迹两条道路存在道路交口的情况，添加道路交口栅格，并利用以上同种方式进行填充，以实现对用户通勤轨迹的刻画。

更进一步地，在所述步骤S1中，插值经纬度数据点的具体过程如下：

S11：对道路中两道路点进行插值前，确定正方形栅格的边长x以及插值的步长step，插值的步长step小于正方形栅格的边长；

S12：计算两道路点之间的距离，距离记为S；

S13：如果S<＝step,说明两道路点之间的线段之间距离较小，不需要插值；如果S>step,说明两道路点之间的线段之间需要插值，进入步骤S14；

S14：通过公式S/step+1,确定两道路点之间插值的经纬度数据点数，设为InsertNum；然后计算两道路点之间经纬度距离，分别计算经度和纬度的插值长度单位；

S15：确定插值的方向，并且进行插值；

S16：按照插值顺序，将经纬度序列进行组合，即得到插值点；

S17：道路走向计算。

更进一步地，在所述步骤S14中，计算经度和纬度的插值长度单位的方法为：设第一道路点经纬度坐标为(lon1，lat1)、第二道路点经纬度坐标为(lon2，lat2)，经度插值长度单位计算公式为|lon1-lon2|/InsertNum,计算结果为degree_lon；纬度插值长度单位计算公式为|lat1-lat2|/InsertNum,计算结果为degree_lat。

更进一步地，在所述步骤S15中，如果lon1-lon2<0,则经度插值序列为lon1+degree_lon*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lon1-lon2>0,则经度插值序列为lon1-degree_lon*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lat1-lat2<0,则纬度插值序列为lat1+degree_lat*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lat1-lat2>0,则纬度插值序列为lat1-degree_lat*i，i取值为1到InsertNum的整数；通过计算输出插值点为连续的经纬度序列。

更进一步地，在所述步骤S17中，通过计算单条道路最大经度、最小经度之间的差值a1，最大纬度、最小纬度之间的差值a2；如果a1-a2<＝0,则表示道路为南北走向，对栅格序列通过先纬度、后经度规则排序；如果a1-a2>0,则表示道路为东西走向，对栅格序列通过先经度、后纬度规则排序；最终每个栅格在自身归属的道路上，均有一定的序号。

更进一步地，在所述步骤S3中，设某栅格中有道路区域S_r1、S_r2,建筑物区域S_b1、S_b2、S_b3、S_b4,根据每个区域的经纬度序列，计算出封闭区间的面积，进而根据建筑物、道路面积及栅格总面积计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比，其中，道路面积占比S_r_pro：(S_r1+S_r2)/栅格总面积，建筑物面积占比S_b_pro：(S_b1+S_b2+S_b3+S_b4)/栅格总面积，室外面积占比S_o_pro:1-S_r_pro-S_b_pro。

更进一步地，在所述步骤S4中，根据工作地和居住地之间每日轨迹积累，提取高频栅格，根据路网信息填充路网缺失栅格，从而可以刻画完整用户通勤轨迹。

更进一步地，当通勤轨迹两条道路存在道路交口时，添加道路交口栅格，并按照步骤S4中的方式进行填充，以实现对用户通勤轨迹的刻画。

本发明还提供了一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画系统，采用上述的轨迹刻画方法对用户的通勤轨迹进行刻画，包括：

插值模块，用于基于原始的道路GIS信息对道路上间隔较大的数据进行插值经纬度数据点，获得经过插值后的栅格序列；

属性识别模块，用于获取每个栅格中建筑物和道路的经纬度序列，为每一个栅格添加道路、建筑物属性，通过经纬度序列计算出栅格内建筑物和道路面积，进而计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比；

样本点获取模块，用于基于用户每日轨迹信息，结合用户常驻工作地和常驻居住地信息，提取通勤过程的轨迹点，结合道路属性信息，提取包含道路、室外且建筑物占比较低的栅格，作为用户通勤轨迹刻画样本点；

轨迹刻画模块，基于积累多日的用户通勤轨迹样本点，将样本点落入到栅格之中，提取高频次出现的栅格，基于已经划分好的道路的栅格序列与高频栅格匹配，填充同条道路高频栅格之间的栅格，实现对用户通勤轨迹的刻画；

中央处理模块，用于向其他模块发出指令，完成相关动作；

所述插值模块、属性识别模块、样本点获取模块、轨迹刻画模块均与中央处理模块电连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，可以提取有效的道路轨迹样本点；通过日轨迹的积累，并筛选高频栅格作为刻画轨迹的基础，提升通勤数据可靠性；对缺失部分轨迹点，利用道路交口信息和道路栅格序列信息，对轨迹有效填充；进而可以将得到的用户通勤轨迹，有效地应用到城市交通规划、人员流动分析、防疫防控等场景之中，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中的流程示意图；

图2是本发明实施例中步骤一中示例道路简图；

图3是本发明实施例中步骤一的流程图；

图4是本发明实施例中步骤一中示例道路插值简图；

图5是本发明实施例中根据经纬度点所在栅格的求解示意图；

图6是本发明实施例中步骤二的流程图；

图7是本发明实施例中某个栅格中各类型区域的示意图；

图8是本发明实施例中步骤三的流程图；

图9是本发明实施例中步骤四的流程图；

图10是本发明实施例中步骤四中提取高频栅格示意图；

图11是本发明实施例中步骤四中完整用户通勤轨迹示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，根据用户MR轨迹、常驻地位置、路网、道路交口等信息，实现对用户通勤轨迹的精准刻画，主要数据源及流程步骤如下：

数据源说明：

MR轨迹信息：包含用户号码、时间戳、定位经度、定位纬度。目前平均定位精度高达50米；

常驻地信息：包含常驻工作地和常驻居住地位置信息。目前基于副卡、装机地址等信息实现部分用户常驻地精准入楼，此外用户常驻地精度平均精度也在50米左右；

通过MR轨迹信息得到常驻地信息的过程：1、建立MR用户位置特征库；2、通过用户的MR信息，与MR指纹库进行特征匹配，回填用户位置，即为用户轨迹；3、根据用户作息时间，按照小时粒度，聚类用户轨迹位置点，即为时常驻地；4、根据天粒度，聚类用户时常驻地，即为日常驻地；根据月粒度，聚类用户天常驻地，即为月常驻地，到此即为用户常驻地。(注：常驻地包括常驻工作地和常驻居住地)

路网信息：包含道路名称、道路经纬度序列(道路源数据为线段)；

道路交口信息：交口道路信息及经纬度位置。

详细步骤如下：

步骤一：道路栅格插值

原始的道路GIS信息(包含路网信息，主要是道路名称、组成道路位置点的经纬度；道路交口信息，道路名称、交口位置点)可以完全描述一条道路的整体走向，如图2所示，一条路由ABCDE一组序列组成，AB、BC、CD、DE可近似为一条直线，但是每个线段之间间距通常间隔在500米甚至更大间隔，这就造成在对道路点的归属上，很难有判断标准，因此需要对道路上间隔较大的数据进行插值经纬度数据点。

如图3所示，具体实现过程为：

如图4所示，以AB段插值为例,栅格大小为x*x(x代表正方形栅格的边长)，插值的步长为step(step<x)。

(1)首先计算AB点之间的距离，令计算的距离为S；

(2)如果S<＝step,说明AB段之间距离较小，不需要插值；如果S>step,说明AB段之间需要插值；

(3)通过公式S/step+1,确定AB之间插值的数据点数，设为InsertNum；然后计算AB两点经纬度距离，分别计算经度和纬度的插值长度单位。令A(lon1，lat1)、B(lon2，lat2)，则计算方法为：经度插值长度单位计算方法为|lon1-lon2|/InsertNum,计算结果为degree_lon；纬度插值长度单位计算方法为|lat1-lat2|/InsertNum,计算结果为degree_lat；

(4)确定插值的方向，并且进行插值。如果lon1-lon2<0,则经度插值序列为lon1+degree_lon*i(i取值为1到InsertNum的整数)；如果lon1-lon2>0,则经度插值序列为lon1-degree_lon*i(i取值为1到InsertNum的整数)。纬度插值方法同理。最终输出插值点为连续的经纬度序列；(因为道路GIS信息提供的经纬度方向是不确定的，如果要插值，需要通过比较，提前判断经度、纬度的插值方向)

(5)按照插值顺序，将经纬度序列进行组合，即为插值点。如图4中AB段插值点数为3，在经纬度坐标平面上lon1<lon2,lat1>lat2,因此可得出a、b、c三点经纬度坐标分别为(lon1+degree_lon*1，lat1-degree_lat*1)，(lon1+degree_lon*2，lat1-degree_lat*2),(lon1+degree_lon*3，lat1-degree_lat*3)。

(6)道路走向计算。由于道路原始数据分段通常是分段的，近似一条直线。因此通过计算单条道路最大经度、最小经度之间的差值a1，最大纬度、最小纬度之间的差值a2。如果a1-a2<＝0,则表示道路为南北走向，对栅格序列通过先纬度、后经度规则排序。如果a1-a2>0,则表示道路为东西走向，对栅格序列通过先经度、后纬度规则排序。最终每个栅格在自身归属的道路上，都有一定的序号。此结果用于对轨迹填充使用。

下面对根据经纬度点求得所在栅格的方法进行说明，此方法主要用于计算经纬度位置点所在的唯一栅格，栅格求解方式如下：

由于地球存在一定的弧度，因此划分50m*50m的栅格的经纬度参数不同，经度参数为0.000548，纬度参数为0.000449。如图5中，a、b、c、d四个点通过计算向下取整，最终得出的都是以上栅格O点的经纬度整数坐标，可以唯一标识此栅格，该栅格ID可通过O点的经度整数值和纬度整数值组合表示。

需要说明的是，经纬度参数可根据项目实际需要自行制定，主要目的是可以将经纬度数据点唯一确认至一个栅格之中。当前参数设置值是50m*50m栅格(考虑经纬度弧度差异，所以经纬度参数不同)，如果需要划成25m*25m栅格，此处的参数就要各自除于2，以此类推。

O点是栅格左下位置的点(如图所示)。主要特征就是此点的经纬度是代表整个栅格的经度、纬度的下限，任意一个低于此下限，则经纬度点不在此栅格。

由此，令a点经纬度坐标为(lon3，lat3)，经度栅格标识为

，纬度栅格标识为

，唯一的栅格ID标识即为拼接经度栅格标识和纬度栅格标识的字符值，记为grid_id。同理b、c、d点计算栅格ID的结果值也为grid_id。

步骤二：栅格属性识别

基于本申请人在先申请的中国发明专利“一种基于GIS数据进行栅格子区域划分的方法及装置”(CN201811625700.4)，可以知道每个栅格中是否有建筑物或者道路以及知道建筑物和道路的经纬度序列。那么我们就可以给每一个栅格添加道路、建筑物属性，此外通过经纬度序列可以计算出栅格内建筑物和道路面积，从而得知栅格中室外、建筑物、道路面积占比，从而可便于提取用户道路轨迹数据，有效排除定位偏移或者异常数据点。

如图6、7所示，某个50m*50m的栅格中有道路区域S_r1、S_r2,建筑物区域S_b1、S_b2、S_b3、S_b4,根据每个区域的经纬度序列，可以计算出封闭区间的面积。因此栅格的面积占比计算方法：道路面积占比S_r_pro：(S_r1+S_r2)/2500，建筑物面积占比S_b_pro：(S_b1+S_b2+S_b3+S_b4)/2500，室外面积占比S_o_pro:1-S_r_pro-S_b_pro。

步骤三：获取用户通勤轨迹刻画样本点

如图8所示，基于用户每日轨迹信息，结合用户常驻工作地和常驻居住地，提取通勤过程的轨迹点，结合道路属性信息，提取包含道路、室外且建筑物占比较低的栅格，作为用户通勤轨迹刻画样本点。

提取上述类型的栅格的主要因为刻画用户在道路上的轨迹，如果栅格中有道路，则大概率说明用户在道路上，位置偏移的概率比较小。如果栅格大部分都是建筑物，在用户通勤情况下，位于室内的概率可能性低，因此需要剔除建筑物占比较大的栅格。之所以提取数据中包含室外，主要考虑路网不全的情况，如果剔除室外栅格，会导致道路GIS信息缺失情况下，通勤轨迹刻画缺失。

步骤四：刻画完整的用户通勤轨迹

如图9所示，基于积累多日的用户通勤轨迹样本点，将样本点落入到栅格之中，提取高频次出现的栅格，基于已经划分好的道路栅格序列与高频栅格匹配，填充同条道路高频栅格之间的栅格。此外，针对通勤轨迹两条道路存在道路交口的情况，添加道路交口栅格，并利用以上同种方式进行填充，以实现对用户通勤轨迹的刻画。

具体过程如下：

如图10所示，根据工作地和居住地之间每日轨迹积累，提取高频栅格。

如图11所示，根据路网信息填充路网缺失栅格，从而可以刻画完整用户通勤轨迹。(深黑色为填充的数据点)

综上所述，上述实施例的基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，可以提取有效的道路轨迹样本点；通过日轨迹的积累，并筛选高频栅格作为刻画轨迹的基础，提升通勤数据可靠性；对缺失部分轨迹点，利用道路交口信息和道路栅格序列信息，对轨迹有效填充；进而可以将得到的用户通勤轨迹，有效地应用到城市交通规划、人员流动分析、防疫防控等场景之中，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：道路栅格插值

基于原始的道路GIS信息对道路上间隔较大的道路点进行插值经纬度数据点，获得经过插值后的栅格序列；

S2：栅格属性识别

获取每个栅格中建筑物和道路的经纬度序列，为每一个栅格添加道路、建筑物属性，通过经纬度序列计算出栅格内建筑物和道路面积，进而计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比；

S3：获取用户通勤轨迹刻画样本点

基于用户每日轨迹信息，结合用户常驻工作地和常驻居住地信息，提取通勤过程的轨迹点，结合道路属性信息，提取包含道路、室外且建筑物占比较低的栅格，作为用户通勤轨迹刻画样本点；

S4：刻画用户通勤轨迹

基于积累多日的用户通勤轨迹样本点，将样本点落入到栅格之中，提取高频次出现的栅格，基于已经划分好的道路栅格序列与高频栅格匹配，填充同条道路高频栅格之间的栅格，实现对用户通勤轨迹的刻画。

2.根据权利要求1所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S1中，插值经纬度数据点的具体过程如下：

S11：对道路中两道路点进行插值前，确定正方形栅格的边长x以及插值的步长step，插值的步长step小于正方形栅格的边长；

S12：计算两道路点之间的距离，距离记为S；

S13：如果S<＝step,说明两道路点之间的线段之间距离较小，不需要插值；如果S>step,说明两道路点之间的线段之间需要插值，进入步骤S14；

S14：通过公式S/step+1,确定两道路点之间插值的经纬度数据点数，设为InsertNum；然后计算两道路点之间经纬度距离，分别计算经度和纬度的插值长度单位；

S15：确定插值的方向，并且进行插值；

S16：按照插值顺序，将经纬度序列进行组合，即得到插值点；

S17：道路走向计算。

3.根据权利要求2所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S14中，计算经度和纬度的插值长度单位的方法为：设第一道路点经纬度坐标为(lon1，lat1)、第二道路点经纬度坐标为(lon2，lat2)，经度插值长度单位计算公式为|lon1-lon2|/InsertNum,计算结果为degree_lon；纬度插值长度单位计算公式为|lat1-lat2|/InsertNum,计算结果为degree_lat。

4.根据权利要求3所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S15中，如果lon1-lon2<0,则经度插值序列为lon1+degree_lon*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lon1-lon2>0,则经度插值序列为lon1-degree_lon*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lat1-lat2<0,则纬度插值序列为lat1+degree_lat*i，i取值为1到InsertNum的整数；如果lat1-lat2>0,则纬度插值序列为lat1-degree_lat*i，i取值为1到InsertNum的整数；通过计算输出插值点为连续的经纬度序列。

5.根据权利要求2所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S17中，通过计算单条道路最大经度、最小经度之间的差值a1，最大纬度、最小纬度之间的差值a2；如果a1-a2<＝0,则表示道路为南北走向，对栅格序列通过先纬度、后经度规则排序；如果a1-a2>0,则表示道路为东西走向，对栅格序列通过先经度、后纬度规则排序；最终每个栅格在自身归属的道路上，均有一定的序号。

6.根据权利要求1所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S3中，设某栅格中有道路区域S_r1、S_r2,建筑物区域S_b1、S_b2、S_b3、S_b4,根据每个区域的经纬度序列，计算出封闭区间的面积，进而根据建筑物、道路面积及栅格总面积计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比，其中，道路面积占比S_r_pro：(S_r1+S_r2)/栅格总面积，建筑物面积占比S_b_pro：(S_b1+S_b2+S_b3+S_b4)/栅格总面积，室外面积占比S_o_pro:1-S_r_pro-S_b_pro。

7.根据权利要求6所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：在所述步骤S4中，先根据工作地和居住地之间每日轨迹积累，提取高频栅格，再根据路网信息填充路网缺失栅格，从而可以刻画完整用户通勤轨迹。

8.根据权利要求7所述的一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画方法，其特征在于：当通勤轨迹两条道路存在道路交口时，添加道路交口栅格，并按照步骤S4中的方式进行填充，以实现对用户通勤轨迹的刻画。

9.一种基于MR位置和道路GIS信息的通勤轨迹刻画系统，采用如权利要求1～8任一项所述的轨迹刻画方法对用户的通勤轨迹进行刻画，包括：

插值模块，用于基于原始的道路GIS信息对道路上间隔较大的数据进行插值经纬度数据点，获得经过插值后的栅格序列；

属性识别模块，用于获取每个栅格中建筑物和道路的经纬度序列，为每一个栅格添加道路、建筑物属性，通过经纬度序列计算出栅格内建筑物和道路面积，进而计算出栅格中室外、建筑物、道路面积占比；

样本点获取模块，用于基于用户每日轨迹信息，结合用户常驻工作地和常驻居住地信息，提取通勤过程的轨迹点，结合道路属性信息，提取包含道路、室外且建筑物占比较低的栅格，作为用户通勤轨迹刻画样本点；

轨迹刻画模块，基于积累多日的用户通勤轨迹样本点，将样本点落入到栅格之中，提取高频次出现的栅格，基于已经划分好的道路的栅格序列与高频栅格匹配，填充同条道路高频栅格之间的栅格，实现对用户通勤轨迹的刻画；

中央处理模块，用于向其他模块发出指令，完成相关动作；

所述插值模块、属性识别模块、样本点获取模块、轨迹刻画模块均与中央处理模块电连接。

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