[发明专利]一种基于重复跳转模式的手机位置数据中异常记录检测方法

说明书

本发明涉及一种基于重复跳转模式的手机位置数据中异常记录检测方法，首先设置基于重复跳转模式的异常移动判定规则；包括时间窗口宽度的选择以及相应时间窗口下重复跳转阈值的确定；接着从手机位置数据中识别跳转模式异常的移动；然后根据跳转模式异常的移动识别异常记录。本发明能够更有效地对手机位置数据进行预处理，降低乒乓效应对研究结论的影响，从而获得更科学的分析结论和决策支持。

技术领域

本发明涉及空间信息技术领域，特别是一种基于重复跳转模式的手机位置数据中异常记录检测方法。

背景技术

大规模手机位置数据被广泛地用于发现人类移动基本规律，进而指导城市规划过程中的相关决策。在这些手机位置数据中，基于基站编号定位技术获得的数据，具有样本大、收集成本低以及能够支持长时间持续收集的特征，是最为常用的数据类型之一。而在这一类型的数据集中，乒乓现象，表现为在两个或者多个基站位置之间频繁快速的移动，是一种典型的噪音数据[1]。它会直接影响数据的质量，从而影响基于该数据所发现的人类移动性分析结果。

基站编号定位技术的基本原理是，通信运营系统一般将一部手机所能接收到附近信号强度最好的基站来为其提供通信服务，由于基站覆盖范围有限，尤其是在城市区域，一般在50米到1千米之间，因此可以用基站所在位置来近似表示用户的位置信息。然而，当手机位于多个信号基站覆盖范围的重叠区域时，局部环境(建筑物遮挡)以及手机使用习惯(手机姿态变化带来的天线朝向变化)可能导致当前手机所接收到的附近信号基站的相对强度频繁发生变化，即使用户的位置未发生变化，为当前手机提供服务的基站也会频繁切换。在此种情况下，从数据记录上看，用户在不断地快速移动，表现为典型的乒乓效应^[1]。

不难发现，乒乓效应主要是由手机所接收到的信号在邻近基站之间频繁切换引起的，学者基于这一效应的典型特征发展了不同的方法来降低其影响，主要包括三种方法：(1)考虑到乒乓现象主要是在邻近基站之间发生，学者在更大的空间尺度的空间单元上分析地理现象在一定程度上能够降低其影响，例如评估人口分布时用到的规则网格以及行政区划中的街道级区划^[2]。(2)考虑到乒乓效应的信号跳转具有快速移动特征，学者利用速度阈值来进行检测^[3,4]，也就是根据连续位置记录之间的平均移动速度是否超过速度阈值(例如在城区超过120千米/小时)来判定乒乓效应；(3)考虑到乒乓效应所造成的移动特征与信号波具有相似性特征，利用滤波的方法(例如卡尔曼滤波)来对轨迹数据进行平滑，也就是将乒乓效应带来的位置偏移作为信号波中的白噪声，进而利用移动窗口对轨迹数据的位置进行平滑。

上述既有的应对方法存在一些缺陷。首先，空间聚合的方式在分析问题时，需要结合研究目的和乒乓现象的特征来选择空间尺度。然而，既有研究中对于乒乓现象的时空间特征的分析仍然是缺少的，而且此种方法是一种规避策略，并没有尝试去检测手机位置数据中的乒乓效应。其次，有关乒乓现象检测方法的指标有效性会随手机位置数据中记录之间的时间采样间隔的增加而降低。主要表现为：(1)基于移动速度的检测方法中，移动速度指标有效性随着记录之间的时间采样间隔增加而降低，造成乒乓效应的遗漏；(2)基于滤波的方法中，现实世界的短距离移动行为对应的轨迹信息，在时间采样间隔稀疏时与乒乓现象的轨迹具有类似的特征，此种情况下，乒乓效应的检测存在大量的谬误，造成检测结果准确率的下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于重复跳转模式的手机位置数据中异常记录检测方法，能够更有效地对手机位置数据进行预处理，降低乒乓效应对研究结论的影响，从而获得更科学的分析结论和决策支持。

本发明采用以下方案实现：一种基于重复跳转模式的手机位置数据中异常记录检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：设置基于重复跳转模式的异常移动判定规则；包括时间窗口宽度的选择以及相应时间窗口下重复跳转阈值的确定；

步骤S2：从手机位置数据中识别跳转模式异常的移动；