基于手机基站数据的城市路网使用需求分析

摘要

我国经济稳步发展的同时，交通拥堵成为一个困扰各大大小小城市的问题。单纯地拓展交通线路并不是一个可持续发展的办法，只有把握整个路网的使用情况才能制定合理的应对措施。然而由于覆盖的样本有限，基于现代科技的交通流量检测方法（波频检测技术、磁频检测技术和视频检测技术）和基于GPS的交通流量检测方法均不能较全面地反映道路的使用情况。另一方面，有着极高持有率的手机为交通信息的获取提供了火量的数据。因此在深入了解现有道路使用需求计算方法的基础上，本文使用手机基站数据计算和分析南京城市路网的使用需求。其主要工作包括:
　　1)对基站进行层次聚类以缓解过去基站覆盖范围模型存在的问题;并使用SQL语句简洁地实现了OD矩阵的计算。
　　2)依据开源地图OSM完成了南京城市路网的构建。
　　3)针对使用Dijkstra最短路径算法模拟车辆出行线路所存在的不足，设计了基于转移概率的路径选择算法。
　　4)为配合本文的路径选择算法，设计了新的区域到路网的匹配方法;并在此基础上计算了各道路的使用需求及其来源。
　　在缺乏真实道路使用需求数据的情况下，本文根据日常生活经验来验证计算得到的结果。主要的发现有:
　　1) OD区域按其人数变化趋势可以分成两类，且晚上人多的一类大致属于居民区。
　　2)计算得到的OD量与道路使用需求量的变化趋势符合人们的通勤规律。具体表现为，工作日出行早高峰在7:30到9:00之间;而晚高峰在17:00到19:00之间;且在中午12:00左右会出现短距离出行的小高峰。
　　3)道路使用需求量大小与其来源数量呈正相关，且源头对道路使用需求的贡献大致服从二八定律。
　　4)计算得到的高使用需求道路对现实中的拥堵道路有着相当高的召回率，如南京长江大桥、中央路、玄武湖隧道和应天大街高架等等。
　　上述的对比和发现证明了本文设计的计算方法的有效性。最后，结合道路使用需求米源的计算，本文给出了其在交通领域的潜在应用，包括潜在拥堵识别、拥堵成因分析和城市交通规划辅助决策支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究内容

1．4 本文组织结构

第二章 相关知识

2．1 基站理论基础

2．1．1 基站与手机定位

2．1．2 现有的基站覆盖范围估计方法

2．2 OD矩阵的获取

2．2．1 OD矩阵的定义

2．2．2 OD矩阵的计算方法

2．3 OSM

2．3．1 OSM的数据结构

2．3．2 OSM中的道路类型

2．3．3 开源路网

2．4 现有道路使用需求计算方法

2．4．1 道路使用需求类型

2．4．2 现有的区域到路网的匹配方法

2．4．3 现有的路径选择算法

2．5 实验环境

2．6 本章小结

第三章 OD区域与OD矩阵

3．1 基站数据及其处理

3．1．1 数据表结构

3．1．2 基站数据预处理

3．1．3 改进的基站覆盖范围估计方法

3．2 OD区域中人数的时序分析

3．2．1 居住地定位

3．2．2 OD区域中人数变化趋势的分类

3．2．3 实证性研究

3．3 OD矩阵的计算和分析

3．3．1 区域OD矩阵的计算

3．3．2 OD量分析

3．3．3 OD区域热度分析

3．4 本章小结

第四章 道路使用需求计算

4．1 路网的生成和存储

4．1．1 路网的定义和生成

4．1．2 路网的存储

4．2 建立路径选择模型

4．2．1 出租车数据集

4．2．2 路径选择模型理论分析

4．2．3 基于转移概率的路径选择算法

4．2．4 路网的转换

4．3 计算道路使用需求

4．3．1 最大强连通路网

4．3．2 改进的区域到路网的匹配方法

4．3．3 计算道路使用需求

4．3．4 路段偏移算法

4．4 本章小结

第五章 道路使用需求分析

5．1 道路使用需求量分析

5．1．1 道路使用需求的统计分析

5．1．2 道路使用需求与道路类型

5．1．3 道路使用需求时序分析

5．2 道路使用需求来源的计算和分析

5．2．1 道路使用需求来源计算

5．2．2 来源到路段的分析

5．2．3 路段到来源的分析

5．3 道路使用需求与其他量的对比分析

5．3．1 与道路中心性的对比

5．3．2 与出租车流量的对比

5．4 道路使用需求的初步验证及其在交通领域的应用

5．4．1 道路使用需求初步验证

5．4．2 潜在拥堵识别

5．4．3 拥堵成因分析

5．4．4 城市交通规划辅助决策支持

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献