項目研發的系統在福建和江西進行了示范應用。

用手機信令數據分析路況原理示意圖。

日前，交通運輸部企業創新性項目“基于手機信令的路網運行監測與出行信息服務關鍵技術研究及示范應用”通過驗收。該項目通過挖掘應用手機信令數據，可準確感知路網的實時運行狀態，路網監測和出行服務有了新手段。

緣起 路網監測需要新技術

在移動互聯網時代，手機幾乎是人手一部，并且在日常生活中扮演著越來越重要的角色。上網、閱讀、人際交流、購物、支付……人們一系列活動都可以通過手機完成。如果把手機和高速公路聯系在一起會產生怎樣的“化學反應”呢?與此同時，交通運輸部路網監測與應急處置中心承擔全國公路網日常運行監測工作，也急需一種新的路網監測手段，全面補充、提升現有的運行監測體系，實現覆蓋全路網的運行狀態監測，提升路網管理能力。于是該項目應運而生，由交通運輸部路網監測與應急處置中心、交通運輸部科學研究院(北京)交通技術有限公司、中國移動通信集團福建有限公司廈門分公司、中國科學院軟件研究所、集美大學共同承擔。

據該項目負責人介紹，利用手機信令進行路網運行狀態分析的原理是：每個通信基站都有著自己的“勢力范圍”，手機一旦進入該區域就與相對應的通信基站發生數據交換，如果進入一個新的“勢力范圍”，又將與新的基站發生數據交換。這時候如果采集到兩個位置的路程差、時間差等信息，就能推測出該手機的位移速度。通過道路上眾多手機用戶的位移分析就能準確感知道路的實時運行狀態。

突破 制定數據源采集標準

基于手機信令的實時路況感知具有覆蓋范圍廣、實時性高、穩定可靠、部署方便、實施周期短、建設運營成本低等優勢。可項目組在實際調研中卻發現，國內外手機信令在實時路況中的應用并不多，主要原因是通信運營商考慮數據安全性，并對行業外應用移動信令數據限制較多。項目組在多方調研的基礎上提出了MD5加密+系統分離式部署方案，并制定了信令數據的采集標準，保障了數據安全，獲得了運營商的一致認可，為手機信令數據服務于公路出行信息服務領域打開了大門。

創新 “清洗+融合”提高數據精度

構建基于手機信令的路網運行狀態監測系統大概可以分為五個步驟：一是建立基站和路網的匹配關系。二是數據采集和篩選。三是信令的匹配、清洗、降噪。四是數據的融合和校驗，將目前行業內擁有的數據，如交通流調查數據、高速公路收費數據、“兩客一危”車輛聯網監控數據、交通信息報送系統數據等與手機信令數據進行融合和校驗，可大幅提高數據的使用價值。五是結果分析及可視化發布，即把分析出來的數據結果“還原”到電子地圖上，使得路網運行狀態“一目了然”。五個步驟似乎很簡單，但事實上存在不少難點。

其中難點之一是信令數據的清洗。海量手機信令數據會存在各種干擾數據，如與公路并行的火車上出行人群產生的手機信令、長途大巴禁行時段產生的信令、重載汽車爬坡時產生的信令、道路周邊駐留非出行人群產生的信令等。項目組在福建研究時發現，有一段高速公路手機信令經常顯示擁堵，和實際不相符，后來經現場勘測才發現，原來這段高速公路正好和一條河流伴行，船上人的手機也被公路沿線基站信號覆蓋并連續切換產生信令數據，由于船速遠比高速公路車速低，因此該段高速公路被系統誤認為是“擁堵”狀態。在了解實際情況后，項目組通過給該段路“量身定制”數據模型，自動剔除無效數據后，系統的精確度立即得到提升。

經過大量數據的實測和后期研究，項目組提出了信令過濾綜合方案，該技術在國內外首次提出對信令進行時空精細化分類清洗，能夠有效提高路況分析精度，使得利用實時信令獲得的路況準確度達到90%以上，該項技術已申請了發明專利——“一種用于路網運行狀態分析的手機信令過濾方法和裝置”。

該項目的另一個難點是全路域呈線狀分布的手機信令實時路況數據和呈斷面分布的交通運輸行業數據的融合分析。項目組首次將基于手機信令的路網運行數據、車檢器數據和交通事件信息數據進行融合分析，并結合自由流和擁堵流在不同的路況傳播方式對車速的影響，設計了專門的算法，以此優化和提升路網運行實時監測數據的精度，也因此申報了發明專利——“一種基于數據融合的高速公路路況信息實時獲取方法”。

應用 擁堵自動報警 實現“信息找人”

無論對公路管理者還是出行的公眾來說，需要的不僅僅是準確的實時路況數據，更需要對未來路況信息的準確預測。因此，項目組開展了車流量實時監測及未來路況預測研究。項目組在福建、江西兩省選擇的示范應用路段均為國家高速公路或國家普通公路，示范工程選擇路段包括部分繞城公路，這種路段的主要特點是車流量大、橋梁較多和公路出入口多，手機信令采集的環境比較復雜。同時，福建和江西兩省山地較多，同平原地區相比，示范工程所選取的路段上隧道和山路較多，車輛正常行駛速度較慢，對基于手機信令判斷道路運行狀態又帶來較大干擾。選取這些路段開展示范工程建設，可以充分檢測“基于手機信令的公路網運行狀態監測系統”在相對復雜環境下運行的效果。

在實際應用中，G15某處發生車禍造成高速公路擁堵，該示范應用系統第一時間顯示此路段運行出現擁堵狀況，實現報警，并通過該系統的融合數據之一的視頻數據準確定位并直擊事故現場，實現從“人找信息”向“信息找人”轉變，縮短了發現問題的時間，提升了應急管理效率。項目組根據研究，首次提出了利用手機信令路網運行數據預測車流量的算法模型。實踐表明，應用算法模型，兩小時內的路況、流量預測結果的準確度能達到85%。

在福建、江西應用成功后，項目組還開發了京津冀區域部分國家高速公路的運行監測測試系統，在部會商室進行了測試與驗證，為“五一”“十一”小長假京津冀路網運行監測工作起到了重要支撐作用，證明了手機信令在路網運行監測與出行信息服務領域應用的可行性與可靠性。

(新媒體責編：zs11)