Geolokační data mobilních operátorů Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita1 podzim 2023 Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita2 − Lai, S., Erbach-Schoenberg, E.z., Pezzulo, C. et al. Exploring the use of mobile phone data for national migration statistics. Palgrave Commun 5, 34 (2019). https://doi.org/10.1057/s41599-019-0242-9 − Dostupné zde: https://www.nature.com/articles/s41599-019-0242-9 − Otázky: − Data: − Jaký typ dat z mobilních telefonů byl použit? − Jaká další data byla použita? − Metodika: − Jak byla data zpracovávána? − Jaká byla přesnost modelu? − Diskuze: − Jaké jsou limity použitích metod? ÚKOL Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita3 − Mobilita: − Český statistický úřad zjišťuje dojížďku a vyjížďku do zaměstnání a škol a to 1x za 10 let při Sčítání lidu, domů a bytů. − Sčítání dopravy realizované Ředitelstvím silnic a dálnic zpravidla 1x za 5 let (naposled v roce 2020). − Přítomné obyvatelstvo − Zdroje? − Problémy? KONVENČNÍ STATISTICKÁ DATA Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita4 − Lokalizace polohy využívají síť GSM (network-based, NB). − Nejstarší metody − Mobilní telefon je pasivní (sledovaný) prvek − Metody využívající mobil (terminal/handset-based, TB) − Novější metody − Nepotřebuje aktivní spolupráci mobilní sítě − Aplikace, pomocí které zaznamenáváte nebo sdílíte svoji polohu − Speciální zařízení, řešení třetích stran − IMSI Catcher, např. Agáta − Vytvoří novou (fiktivní) BTS stanici GEOLOKAČNÍ DATA – METODY Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita5 − Nevyžadující aktivitu poskytovatelů sítí. − Využitelné technologie telefonů. − Studie provedené aplikací smartphonů se dají rozdělit podle měřítka do tří kategorií: personal sensing, social/group sensing, public/community sensing. − Participační vs. oportunistický režim dle uživatele. METOD VYUŽÍVAJÍCÍ MOBIL Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita6 GEOLOKAČNÍ DATA – IMSI CATCHER Cvičení IZS – dopravní nehoda náklaďáku u tunelu Baume na dálnici A51 (Francie) Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita7 GEOLOKAČNÍ DATA – BTS STANICE − pozemní přenosové antény, tzv. BTS (basic transmitter stations) − Interaktivní mapu stanic BTS je možné nalézt na webu GSMweb, kde jsou zmapované stanice kategorizovány dle jednotlivých poskytovatelů. − Různé typy: − Makrocell – tzv. makro-buňka slouží pro pokrytí většího území. − Mikrocell – tzv. mikro-buňka je vysílač mnohem menší jak rozměrově, tak svým dosahem – typicky do 2 km. − Umbrella cell – deštníková buňka je kombinací předchozích dvou typů. − Nanocell – nano-buňky mají velikost řádu sta metrů (vnitřek budov, metro). − Sektorizace použitím směrových antén, které vyzařují do „jednoho“ směru (vyzařovací úhel např. úhel 120°). Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita8 GEOLOKAČNÍ DATA – BTS STANICE Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita9 − Lai, S., Erbach-Schoenberg, E.z., Pezzulo, C. et al. Exploring the use of mobile phone data for national migration statistics. Palgrave Commun 5, 34 (2019). https://doi.org/10.1057/s41599-019-0242-9 − Dostupné zde: https://www.nature.com/articles/s41599-019-0242-9 − Otázky: − Data: − Jaký typ dat z mobilních telefonů byl použit? − Jaká další data byla použita? − Metodika: − Jak byla data zpracovávána? − Jaká byla přesnost modelu? − Diskuze: − Jaké jsou limity použitích metod? ÚKOL Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita10 − V rámci finálního produktu nejsou poskytovány surová data ve smyslu pohybu určité osoby v území (ID SIM karty) − Proč asi? − V České republice působí 3 hlavní operátoři (tedy potencionální poskytovatelé geolokačních dat) – O2, Vodafone a T-Mobile, přičemž každý má na telekomunikačním trhu určitý podíl − T-Mobile cca 40 %, O2 cca 40 %, Vodafone cca 20 % − Tento podíl se však liší napříč územím! − Lokalizace vůči (nejbližší) BTS, ale data jsou pak poskytována za administrativní jednotky → nutné přepočítat! ZPRACOVÁNÍ DAT I. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita11 − Do kalibrační fáze vstupují tyto faktory: − podíl (penetrace) daného operátora na trhu v daném území − počet obyvatel v daném území − rozložení BTS stanic − sdílení BTS napříč operátory − morfologie terénu (členitý terén znesnadňuje přenos signálu) − očištění dat od zařízení, které rovněž komunikují skrz BTS („smart“ zařízení) − intenzita připojování SIM do sítě BTS (minimálně 1x za 30 minut - častěji, pokud jsou aktivní data, volání či SMS) ZPRACOVÁNÍ DAT II. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita12 − Vzhledem k výše popsaným úpravám můžeme považovat data jen za odhad − V angličtině: „Estimated Human Presence“ (EHP) – Järv, Tenkanen, and Toivonen 2017, nebo „population present“ (PP) – Martin, Cockings, and Leung 2015) − V obou případech se jedná o součet tří kategorií osob: − „resident population“ (PR) – rezident − „non-resident population“ (PNR) – např. pracující, student, … − „transiting population“ (PT) – návštěvník ZPRACOVÁNÍ DAT III. Zdržují se na místě více než 30 min. dlouhodobě a pravidelně vyskytuje v daném území v nočních hodinách (př.: 00:00-05:00) Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita13 DÁLE LZE ROZLIŠIT ... Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita14 − Lai, S., Erbach-Schoenberg, E.z., Pezzulo, C. et al. Exploring the use of mobile phone data for national migration statistics. Palgrave Commun 5, 34 (2019). https://doi.org/10.1057/s41599-019-0242-9 − Dostupné zde: https://www.nature.com/articles/s41599-019-0242-9 − Otázky: − Data: − Jaký typ dat z mobilních telefonů byl použit? − Jaká další data byla použita? − Metodika: − Jak byla data zpracovávána? − Jaká byla přesnost modelu? − Diskuze: − Jaké jsou limity použitích metod? ÚKOL Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita15 − … APLIKACE I. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita16 − … APLIKACE II. Nejintenzivnější přepravní vazby mezi KÚ v Brně Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita17 − … APLIKACE III. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita18 − … APLIKACE IV. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita19 APLIKACE V. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita20 − … APLIKACE VI. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita21 APLIKACE vs. METODY POŘÍZENÍ DAT Ahas et al. (2010) Using Mobile Positioning Data to Model Locations Meaningful to Users of Mobile Phones Novák, Temelová (2010) Každodenní život a prostorová mobilita mladých Pražanů Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita24 − Lai, S., Erbach-Schoenberg, E.z., Pezzulo, C. et al. Exploring the use of mobile phone data for national migration statistics. Palgrave Commun 5, 34 (2019). https://doi.org/10.1057/s41599-019-0242-9 − Dostupné zde: https://www.nature.com/articles/s41599-019-0242-9 − Otázky: − Data: − Jaký typ dat z mobilních telefonů byl použit? − Jaká další data byla použita? − Metodika: − Jak byla data zpracovávána? − Jaká byla přesnost modelu? − Diskuze: − Jaké jsou limity použitích metod? ÚKOL Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita25 − O2 Liberty API − https://developer.o2.cz/portal/ DOSTUPNÉ DATOVÉ SADY I. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita26 − DATA.BRNO – Přítomné obyvatelstvo dle dat mobilního operátora − Data o přítomném obyvatelstvu v ZSJ (Brno) a obcích JMK ve 2 týdnech − 20-26.9.2021 a 4-10.10.2021 − data od společnosti Vodafone − https://data.brno.cz/datasets/p%C5%99%C3%ADtomn%C3%A9-obyvatelstvo-dle-dat-mobiln%C3%ADho- oper%C3%A1tora-number-of-people-based-of-mobile-phone-usage/about − DATA.BRNO – Cesty dle dat mobilního operátora: − Počet cest mezi Brnem a dalšími územními celky − KÚ (Brno-město), obce (Brno-venkov), SO ORP (zbytek JMK) a kraje (zbytek ČR) − na základě geolokačních dat mobilního operátora T-Mobile − rozsahu 14 dnů. 7.10.2019 až 20.10.2019, tj. 14 matic po jednotlivých dnech, − 7 matic se zprůměrovanými dny v týdnu, − zprůměrovaný pracovní a víkendový dem. − https://data.brno.cz/datasets/697fc58c78804a45bcd9e41c5ff64f6a/about DOSTUPNÉ DATOVÉ SADY II. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita27 − Petr Kubíček, Milan Konečný, Zdeněk Stachoň, Jie Shen, Lukáš Herman, Tomáš Řezník, Karel Staněk, Radim Štampach & Šimon Leitgeb (2019) Population distribution modelling at fine spatio-temporal scale based on mobile phone data, International Journal of Digital Earth, 12:11, 1319-1340, DOI: 10.1080/17538947.2018.1548654 − Tomáš Řezník, Bronislava Horáková & Roman Szturc (2015) Advanced methods of cell phone localization for crisis and emergency management applications, International Journal of Digital Earth, 8:4, 259-272, DOI: 10.1080/17538947.2013.860197 − Rein Ahas, Siiri Silm, Olle Järv, Erki Saluveer & Margus Tiru (2010) Using Mobile Positioning Data to Model Locations Meaningful to Users of Mobile Phones, Journal of Urban Technology, 17:1, 3-27, DOI: 10.1080/10630731003597306 − Novák, J., & Temelová, J. (2012) Každodenní život a prostorová mobilita mladých Pražanů: pilotní studie využití lokalizačních dat mobilních telefonů. Sociologický časopis / Czech Sociological Review, 48(5), 911-938. DOI: 10.13060/00380288.2012.48.5.05 − Novák, J., & Novobilský, J. (2013) Inovativní přístupy k zachycení přítomného obyvatelstva: data mobilních operátorů. Urbanismus a územní rozvoj, 16(3), 14-19. − https://data.gov.cz/%C4%8Dl%C3%A1nky/geoloka%C4%8Dn%C3%AD-data-mobiln%C3%ADch- oper%C3%A1tor%C5%AF-principy-p%C5%99%C3%ADklady-ot%C3%A1zky ZDROJE Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita28 − mapování silničních a uličních sítí − logistika − plánování nové výstavby infrastruktury − sledování vozidel pomocí GPS − navigační systémy − aktuální zpravodajství o uzavírkách, dopravních nehodách a stavu vozovek − plánování silničních oprav − sjízdnost vodních toků − mapy cyklostezek a jejich poskytování prostřednictvím webových služeb − evidence vozidel − evidence letišť a nádraží a dalších dopravních uzlů − inteligentní mobilita − atd. … GEOINFORMATIKA V DOPRAVĚ Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita29 GEOINFORMATIKA V DOPRAVĚ Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita30 GEOINFORMATIKA V DOPRAVĚ − Statistický popis sítí − Síťová analýza – „stručně“ a „motivačně“ – více viz Aplikovaná geoinformatika Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita31 Statistický popis sítí − Síť, hrany a uzly (nódy) − Deskriptory: − sítě jako celku: Gama index, Alfa index − relací jednotlivých segmentů sítě: stupeň uzlu (nodalita), acccessibility (dostupnost hran) − Základním topologickým aspektem sítě je způsob propojení jednotlivých segmentů – konektivita − Matice konektivity Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita32 Konektivita − Matice konektivity shrnuje informaci o tom, které segmenty sítě spolu souvisí (jsou bezprostředně spojeny). − Lze však charakterizovat i úroveň konektivity sítě jako celku. − Pro fixní počet vrcholů má síť s větším počtem spojů lepší konektivitu. Dále existuje minimální počet spojů, který zajišťuje spojení všech vrcholů. − v – počet vrcholů sítě, e – počet hran sítě potom: − Minimálně propojená síť (Minimally conneted network – MCN): odstraníme–li jakoukoliv jednu hranu, síť se rozpadne na dvě části (subsystémy). − Beta index: podíl počtu hran a počtu vrcholů − Jednoduché sítě a stromy mají hodnotu menší než 1, komplexní sítě mají hodnotu vyšší než 1. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita33 Gamma index − Poměr aktuálního a maximálního počtu vrcholů sítě − Maximální počet hran lze vypočítat pro zadaný počet vrcholů, které spojují všechny vrcholy. Tedy maximální počet hran v síti o v vrcholech: − Hodnoty gama indexu jsou mezi 0 a 1, kde hodnota 1 označuje zcela propojenou síť je velmi nepravděpodobná. − Gama index je efektivní hodnota pro popis vývoje sítě v čase. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita34 Alfa index − Další jednoduchou charakteristikou konektivity sítě je počet okruhů. Výskyt okruhů v síti značí možnost dostat se z jednoho místa do jiného alternativními cestami. − Síť s minimální konektivitou nemá žádný okruh. − Počet okruhů lze zjistit tak, že od aktuálního počtu hran v síti odečteme počet hran potřebný pro minimálně propojenou síť (MCN), tedy e-(v-1) nebo e-v+1. − Obdobně pro daný počet vrcholů je maximální počet okruhů roven 2v-5. − S oběma uvedenými počty okruhů lze vytvořit poměr aktuálního počtu k počtu maximálnímu – tedy tzv. alfa index − Stromy a jednoduché sítě budou mít hodnotu indexu 0. Hodnota 1 značí kompletně propojenou síť. − Alfa index měří úroveň konektivity sítě nezávisle na počtu uzlů. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita35 Křivolakost − Skutečná délka linie dělena vzdáleností počátečního a koncového bodu − ENG: Detour index = actual route distance/ straight line distance × 100/1 − Lze aplikovat jak na jednotlivé linie (silnice, železnice), tak na celé sítě Hustota sítě − L: Délka linií (km), − S: plochu (km2). − Čím je síť hustší, tím je území rozvinutější. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita36 Nodalita, dostupnost hran − Jedná se o charakteristiku jednotlivých vrcholů či hran sítě. − Popisuje jejich dostupnost v rámci sítě. − Jednoduchým ukazatelem dostupnosti hrany v rámci sítě je, s kolika jinými hranami daná linie přímo souvisí. − Tuto informaci lze vyčíst z binární matice konektivity, pokud tuto doplníme řádkovým součtem. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita37 Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita38 Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita39 − HORÁK, Jiří. Prostorové analýzy dat. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2012. ISBN 978-80-248-4368-1. https://homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/PAD/PAD_skripta2022.pdf − https://transportgeography.org/contents/chapter2/geography-of-transportation-networks/ − https://transportgeography.org/contents/methods/graph-theory-measures-indices/ − https://www.geographynotes.com/articles/4-important-measures-of-transport-networks-with- diagram/165 − Materiály předmětu Z6101 Základy geostatistiky ZDROJE Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita40 Síťové analýzy − hledání nejkratší – viz Aplikovaná geoinformatika − optimální trasy − stanovení obsluhovaných oblastí − analýza nejbližšího střediska obsluhy či zařízení − matice nákladů – náklady pro přesun zboží mezi dvojicí bodů − obslužnost bodů více auty − vytvoření cestovního itineráře Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita41 Síťový dataset − uzly, hrany − hranově / uzlově ohodnocený graf − orientovaný graf, planární graf? − pravidla konektivity (propojení) − atributy síťového datasetu: − Usage Type (role atributu): − Cost – náklad (časová délka) − descriptors – vlastnost hrany (počet jízdních pruhů) − restrictions – omezení směru (jednosměrka) − hierarchy – priority hrany (třída silnice) − Units, Data Type, Use by Default Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita42 Tvorba síťového datasetu − kontrola a oprava topologie − Must Not Have Pseudonodes − Must Not Overlap, Must Not Self-Overlap − File database > New… > Network dataset > Network dataset wizard − politika propojení hran (Endpoint Connectivity) − pravidla odbočování (Global Turns) − přidání a nastavení parametrů (Evaluators) − Lze využít existující (př.: ArcGIS Pro), ale …. Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita43 Tvorba síťového datasetu − Rychlost = náhrada (doplněk, povinný atribut) za(ke) vzdálenost(i) při tvorbě analýz − Slouží k výpočtu časové zátěže pro dané úseky a posléze také časové dostupnosti − Často se vychází z limitů (doporučených/průměrných…) rychlostí na jednotlivých třídách komunikací Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita44 Hranově a uzlově ohodnocený graf Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita45 Optimální cesta − úloha obchodního cestujícího (úloha minimálního Steinerova stromu) − rozšíření předchozích, spojení více bodů – hledá se nejvýhodnější pořadí Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita46 Obsluhované oblasti − vytváří areály dané potřebnými náklady na cestu ze střediska služeb (Facilities) Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita47 Obsluhované oblasti Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita48 Obsluhované oblasti https://is.muni.cz/auth/th/aujpp/ Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita49 Nebližší středisko obsluhy − hledá cestu mezi místem (Incident) a servisními středisky (Facilities) − opačný přístup než předcházející obsluhované oblasti Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita50 „OD“ matice − Origin – Destination Cost Matrix − vytváří matici nákladů na cestu z bodu do ostatních bodů (Facilities) Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita51 Obslužnost bodů více auty − „Rozvozní problém“, stanovení optimálních tras pro jednotlivé auta − výpočetně nejnáročnější Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita52 „Loccation – allocation“ − Řešíme vhodné umístění různých zařízení − Minimalizování impedance (zátěže), maximalizování pokrytí, minimalizování zařízení, maximalizování návštěvnosti, maximalizování podílu na trhu, cílový podíl na trhu Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita53 „Loccation – allocation“ – aplikace − Kde mám umístit svoji provozovnu (stanici, nemocnici,..) ? − Umístění (lokace) je klíčový faktor pro úspěch v podnikání (maloobchodním). − Pokud obchodník ví, kde jsou jeho potenciální zákazníci, snadněji je získá a udrží si je. − Jaká data budeme potřebovat? − Jak optimální umístění najít? − Na jakých principech je nalezení založeno a jaké technologie lze využít? − Je třeba jít nad rámec location-allocation nástroje v ArcGIS Network analyst? Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita54 Lokace a alokace – v čem je problém? − Starosta ostrova s následujícím rozmístěním obyvatelstva: − Kde je optimální umístit požární stanice tak, aby bylo obyvatelstvo co nejlépe chráněno v případě vzniku požáru?? Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita55 Lokace a alokace – v čem je problém? − Optimalizujte rozmístění 5 požárních stanic. − Na základě jakých kritérií bylo umístění zvoleno? Jaké postupy byly použity? Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita56 Jaká potřebujeme data? − Data o poptávce (demand points) – počet obyvatel v jednotlivých oblastech (počet zákazníků…). Možno přidat váhy v případě více kritérií/datových zdrojů. − Příklady?? Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita57 Jaká potřebujeme data?? − Provozovny (umístění požadované provozovny) – možné, vyžadované, konkurenční, vytipované… (prodejna, stanice, BST, nemocnice…). − Pokud není možné omezit, lze nahradit pravidelnou sítí rovnoměrně rozmístěných bodů, nebo souborem adres Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita58 Jaká potřebujeme data??? − Síť – silniční či uliční síť s určenými pravidly pohybu (conectivity rules). Jaké datové sady můžeme využít?? Jaká pravidle je potřeba splnit? Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita59 Oblasti využití alokačních úloh − Největší využití lokačních a alokačních analýz je oblast logistiky a geomarketingu. − Dalšími oblastmi, kde tyto analýzy nacházejí uplatnění je: − modelování alokace v distribuci vody (potrubí), − v oblasti služeb a investic (hledání vhodných lokalit pro investory), − ve sběru odpadu, − v oblasti datových sítí (wifi, IP adresy). Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova Univerzita60 Zdroje − http://gisak.vsb.cz/~pen63/Systemy_GIS_v_PO/Navod_ke_cvicenim.pdf − http://webhelp.esri.com/arcgiSDEsktop/9.3/index.cfm?TopicName=welcome − http://gis-service.com/arcgis-network-analist-step-3/ − http://gis.zcu.cz/studium/agi/referaty/2009/Cejka_SilnicniDatasetProArcCR500/ − http://faculty.biu.ac.il/~shnaidh/zooloo/trnsprt2/ws_NetAnalystIntroSlides.pdf − http://geomatika.kma.zcu.cz/studium/dp/2009/Sladky__Sitove_analyzy_v_GIS_pro_sl ozky_IZS__DP.pdf − http://theses.cz/id/emr5ky/ − https://gisgeography.com/optimal-business-location-allocation/