突发事件下城市人群活动的时空模式分析

Emergencies, such as natural disasters, public health events and social security incidents, have serious threats to the urban public safety. In recent years, with the intensification of global urbanization especially in China, the frequencies and damages of emergencies are being upward trend. Traditional researches to human behavior are used to employ survey data which the spatial and temporal accuracy, efficiency and cost is hard to meet the practical needs. Meanwhile, Phone call data with the advantages of real-time positioning, a large spatial extent, continuous temporal coverage and low-cost has become an important resource for studying human behavior patterns, public safety management and urban planning. Therefore, the project takes the 6.6 magnitude earthquake taken place at 05:07 June 30, 2012 in Yili prefecture in Xinjiang as an example, and takes the phone call data produced by the users in Yining and Shihezi respectively before and after the earthquake as research object to study the abnormal pattern and spatial-temporal characteristics of the urban populations activities when the earthquake is taking; explore its generation mechanism and various influencing factors; realizing the real-time landscape visualization of urban mobile; explore the prediction algorithm of emergencies and populations mobility. It is expected to provide a certain theoretical basis for the city planning, transportation design, emergency response and other applications in Xinjiang.

突发事件，如自然灾害、公共卫生事件和社会安全事件等，严重威胁着城市的公共安全。近年来随着全球尤其是中国城市化进程的加剧，突发事件发生的频率以及所造成的损失呈明显上升趋势。传统的人类行为研究多采用人工调查等手段，时空精度、效率和成本都无法满足实际的需求。手机通话数据具有实时定位、时空覆盖全面、成本低廉等优点，已成为研究人类行为模式、公共安全管理和城市规划的重要资源。因此，本课题以2012年6月30日05:07新疆伊犁州发生的6.6级地震为例，以地震发生前后伊宁市和有强烈震感的石河子市手机通话数据为对象，研究地震发生时城市人群活动的异常模式及其时空特征；探讨其产生机理和各种影响因素；实现城市运动景观的可视化；探讨突发事件以及人群活动的预测算法。本课题的研究可为新疆城市规划、交通设计、应急响应等应用提供一定的理论依据。

对人类行为特征的理解认识是一个亘古不变的研究热点。信息技术的广泛应用使对人类行为研究进入量化阶段。人们的各种行为数据如手机通话、网上冲浪、社交媒体等无不成为人类行为的研究对象。城市是提供全面优质公共资源的地方。近年来随着全球尤其是中国城市化进程的加剧，突发事件发生的频率以及所造成的损失呈明显上升趋势，严重威胁着城市的公共安全。本项目研究发现在常规生活状态下，工作日人们使用电话频率高、联系范围广、平均每个电话的时长较短，而节假日人们接打电话的频率低、范围小，平均每个电话的时长较长。工作日的工作时段（上午和下午）的通话特征与日时段基本一致，工作日的休息时段（凌晨、中午和晚上）的通话特征与节假日基本一致。越是重大的节日电话量越少，平均每电话时长越长。发生地震异常事件当天，电话量剧增，号码数也剧增。异常事件发生第一小时电话量呈雪崩式增长，第二小时电话量急剧减少，但依然大于其前后日期的相应时段电话量。中午和晚上休息时段电话量大于其前后两日的相应时段，上午和下午工作时段电话量少于前一个工作日的对应时段。异常事件发生后第一个小时通话时长相对比较短，此后全天范围内都较长，除下午工作时段小于前一个工作日以外。异常事件发生后第一个小时市话增量大于长途电话增量，第二个小时以后长途电话增量多于市话。手机通话网络的号码度、通话度和时长度均为幂率分布，入度分布幂指数大于出度分布幂指数，揭示了在任何所研究数据集上多数人的联系人只有1个，有2个联系人的号码数量远远小于1个联系人的事实。手机通话网络是有向复图，由一系列大小不一的连通子图构成，被叫号码数大于主叫号码数，纯被叫号码数多于纯主叫号码数，中间号码的入度-出度分布极不均匀。该研究对通讯公司优化网络、提高服务质量，对城市规划、交通设计、城市应急响应均有重要意义。