[發(fā)明專利]一種基于出行軌跡數(shù)據(jù)的行程識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210056545.5
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102607553A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張健欽;仇培元;王晏民;徐志潔
• 申請（專利權(quán)）人: 北京建筑工程學(xué)院
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于出行軌跡數(shù)據(jù)的行程識別方法。本方法主要應(yīng)用于通過分析手機(jī)定位軌跡數(shù)據(jù)獲得出行軌跡，但同時也可應(yīng)用于通過分析GPS定位軌跡數(shù)據(jù)獲得出行軌跡。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的行為活動信息獲取以居民出行調(diào)查和活動日志調(diào)查為主，通過人工調(diào)查的方式開展。居民出行調(diào)查和活動日志調(diào)查已經(jīng)形成一套完整的調(diào)查流程和規(guī)范，在國內(nèi)外延用多年，但也一直受到幾個問題的困擾，如受防者負(fù)擔(dān)較大，調(diào)查準(zhǔn)確性不高，花費(fèi)巨大等。

近年來隨著無線通訊技術(shù)、Internet技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)和便攜式GPS等具有空間定位能力的設(shè)備得到普及，設(shè)置后可以自動記錄連續(xù)時刻的空間經(jīng)緯度信息。采集后的數(shù)據(jù)能夠形成完整的活動軌跡，大大豐富和增強(qiáng)了出行活動的還原效果，成為獲取居民活動行為數(shù)據(jù)的另一條有效途徑。但與此同時，這些被動式的出行數(shù)據(jù)采集方式往往缺少相應(yīng)屬性信息作為參考，無法直接從軌跡點(diǎn)中得到出行端點(diǎn)、出行時間、出行方式、出行目的等出行信息。因此，針對軌跡信息的數(shù)據(jù)處理和挖掘分析方法成為居民出行研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

目前，城市活動對象的軌跡采集主要有GPS定位和手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位兩種方式。定位技術(shù)獲取的軌跡數(shù)據(jù)只是包含每一軌跡點(diǎn)的經(jīng)緯度及其對應(yīng)的時刻信息，通過數(shù)據(jù)本身無法直接得到活動行為的特征信息，如出行時間、出行方式、出行目的，以及更深層次的活動規(guī)律等。進(jìn)行以上這些信息統(tǒng)計(jì)分析工作的基礎(chǔ)，就是識別出出行者的兩種活動類型，即活動的停留階段和移動階段。因此，出行識別的任務(wù)就是將無法直接理解的軌跡轉(zhuǎn)化為能夠認(rèn)知的停留位置和在各個停留位置之間的移動。

如圖1所示，行程識別就是將在空間上離散的軌跡點(diǎn)劃分成停留活動點(diǎn)和移動活動點(diǎn)兩大類。通過停留活動點(diǎn)獲取人進(jìn)行停留活動時的位置或位置范圍，通過移動活動點(diǎn)生成人的移動路徑。這樣，有關(guān)停留時長、停留活動目的等信息可以由停留位置信息進(jìn)行挖掘分析，出行方式、出行時間、出行距離等信息則可以從移動路徑中提取。

目前，行程識別算法從識別停留點(diǎn)入手，主要有探索性方法和聚類法兩大類。探索性方法還包括以下幾種：

(1)基于記錄間隙

早期車輛出行調(diào)查中使用的GPS設(shè)備沒有電池，需要由發(fā)動中的車輛提供電力。車輛啟動后，GPS設(shè)備通電開始記錄軌跡數(shù)據(jù)，車輛熄火時，設(shè)備斷電停止記錄。因此，獲得的車輛軌跡在時間上會出現(xiàn)間隙，可以用來區(qū)分停車行為。在正常的行駛過程中車輛也會發(fā)生短暫的熄火行為，需要設(shè)定一個時間閾值與停留活動時的車輛熄火相區(qū)別。

(2)基于靜止點(diǎn)

該方法主要從速度入手，考察獲取的軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)軌跡點(diǎn)的速度為0時認(rèn)為該軌跡點(diǎn)為靜止點(diǎn)，連續(xù)聚集的可以判斷出一個停留地點(diǎn)。由于定位誤差和漂移的存在，停留時的軌跡點(diǎn)速度不始終為0，需要設(shè)置速度閾值，通常以一個小于步行的速度為標(biāo)準(zhǔn)。

(3)基于缺失點(diǎn)

在地下或建筑物遮擋的情況下，GPS設(shè)備將無法接收GPS信號而產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失，即采集到的兩個相鄰軌跡點(diǎn)之間的時間間隔大于設(shè)置的時間間隔。對于這種情況，通過計(jì)算這兩個點(diǎn)間的速度，并與兩點(diǎn)前后的若干個軌跡點(diǎn)的速度比較，判斷軌跡點(diǎn)缺失時發(fā)生了停留活動還是移動活動。

(4)基于方向特征

某些短時停留活動在開始或結(jié)束時會發(fā)生方向的改變，如停車接送人、取送貨物等，可以通過識別若干個軌跡點(diǎn)的方向變化判斷停留。Du將停留劃分為長時間的確定停留和短時間的疑似停留，考察疑似停留的方向變化進(jìn)一步驗(yàn)證是否發(fā)生停留。

(5)基于路網(wǎng)

計(jì)算軌跡點(diǎn)與路網(wǎng)的距離，獲得偏離路網(wǎng)的軌跡點(diǎn)，結(jié)合停留時長對這些點(diǎn)做進(jìn)一步判斷。

軌跡數(shù)據(jù)一般以等時間間隔的方式采集，因此發(fā)生停留活動時將會有大量軌跡點(diǎn)聚集在某一位置附近，故可以使用聚類的方法進(jìn)行識別。聚類法還包括以下方法：

(1)基于K-均值聚類

該方法先要確定兩個參數(shù)：形成一個簇的最少軌跡點(diǎn)數(shù)n和聚類半徑d。從第一個軌跡點(diǎn)開始，計(jì)算n個軌跡點(diǎn)中任意兩點(diǎn)間的最大距離，如果小于d，這些軌跡點(diǎn)形成一個簇，即一個停留位置。之后，計(jì)算下一個軌跡點(diǎn)與該簇中心點(diǎn)的距離，如果小于d/2，則軌跡點(diǎn)加入該簇，否則該簇的聚類過程結(jié)束。重復(fù)進(jìn)行以上過程直到所有軌跡點(diǎn)處理完成從而聚類出若干個停留位置。

(2)基于DBSCAN聚類

與K-均值聚類相似，也需要確定軌跡點(diǎn)數(shù)n和聚類半徑d。計(jì)算每個點(diǎn)d范圍內(nèi)的軌跡點(diǎn)數(shù)量，如果小于n則認(rèn)為該點(diǎn)為噪聲，否則這些軌跡點(diǎn)形成一個簇。如果簇之間有重合，則合并相交的簇，最后形成若干個停留位置。該方法假設(shè)軌跡點(diǎn)始終等時記錄，易受數(shù)據(jù)缺失的影響。