Modeling and Visualizing Regular Human Mobility Patterns with Uncertainty: An Example Using Twitter Data

Abstract

Traditional space–time paths show the spatiotemporal trajectories of individuals in one to several days. Based on data for such short periods, these space–time paths might not be able to show regular activity patterns, which are pertinent to various types of planning and policy analysis. Travel data gathered for longer periods might capture regular activity patterns, but footprints captured by these data also include irregular activities, introducing noises or uncertainty. Our objective is to determine the representative spatiotemporal trajectories of individuals, accounting for stochastic disturbances and spatiotemporal variability, but using activity data with longer duration. Therefore, we explore using Twitter data, which have relatively low and irregular spatial and temporal resolutions. This article introduces a methodology to construct individual representative space–time paths using various aggregation and spatiotemporal clustering techniques. To depict and visualize spatiotemporal trajectories with uncertain information, we propose space–time cones of variable sizes to reflect the spatial precision of the paths and use colors on the cones to represent the confidence level. To illustrate the proposed methodology, we use the geo-tagged tweets for an extended period. Our analysis indicates that the representative space–time path reasonably describes an individual's regular activity patterns. As visual elements, cones and cone colors effectively show the varying geographical precision along the path and changing certainty levels across different path segments, respectively.

传统的时空路径, 展现出个人从一天到数日的时空轨迹。这些时空轨迹根据此般短期的数据, 或许无法展现出有关各种规划及政策分析类型的规律活动模式。较长时程中搜集的旅次数据, 或许能够捕捉规律的活动模式, 但这些数据所捕捉的足迹, 却仍包含不规律的活动, 引入了杂音或不确定性。我们的目标, 便是决定个人的再现时空轨迹, 并考量随机扰动和时空变异, 但是是运用较长时程的活动数据。因此, 我们运用相对而言具有较低且较不规律的时空分辨率的推特 (Twitter) 数据进行探讨。本文引介一个方法, 运用各种聚集和时空集合技术来建构个人的再现时空路径。为了描绘并可视化具有不确定信息的时空轨迹, 我们提出不同大小的时空锥形体, 用来反映这些路径的空间精确性, 并在锥形体上运用颜色来再现信赖区间。为了阐明提出的方法, 我们在延伸的时期中, 运用标注地理的推文。我们的分析指出, 再现的时空路径, 合理地描绘出一个人的规律活动模式。作为视觉的元素, 锥形体和锥形颜色分别有效地显示出路径上互异的地理精确性, 以及在不同路径部分中改变的确切性层级。

Las rutas tradicionales del espacio–tiempo muestran las trayectorias espaciotemporales de los individuos entre uno y varios días. Con base en datos para tan cortos períodos, estas rutas del espacio–tiempo podrían carecer de la capacidad de mostrar los patrones de las actividades regulares, las cuales son pertinentes a varios tipos de planificación y análisis de políticas. Los datos sobre viaje recogidos sobre períodos más largos podrían capturar, por otra parte, los patrones de las actividades regulares, aunque los rastros captados por estos datos también incluyen actividades irregulares, que agregan ruido o incertidumbre. Nuestro objetivo busca determinar las trayectorias espaciotemporales representativas de los individuos, tomando en cuenta perturbaciones estocásticas y variabilidad espaciotemporal, pero usando datos sobre actividades de una mayor duración. Consecuentemente, exploramos la utilización de datos de Twitter, que tienen resoluciones espaciales y temporales relativamente bajas e irregulares. Este artículo introduce una metodología para construir rutas individuales representativas del espacio–tiempo utilizando varias técnicas de agregación y agrupamiento espaciotemporal. Para representar y visualizar trayectorias espaciotemporales con información incierta, proponemos conos de espacio–tiempo de tamaño variable para reflejar la precisión espacial de las rutas, y usamos colores en los conos para representar el nivel de confianza. Para ilustrar la metodología que proponemos usamos los trinos geo-etiquetados para un período prolongado. Nuestro análisis indica que la ruta representativa del espacio–tiempo describe razonablemente los patrones de actividad regular de un individuo. Por su condición de elementos visuales, los conos y los colores de los conos muestran de manera efectiva la variable precisión geográfica a lo largo de la ruta y los cambiantes niveles de certeza a lo largo de diferentes segmentos de la ruta, respectivamente.

Key Words:

• MTUP
• regular activity patterns
• representative space–time path
• spatiotemporal variability and uncertainty

关键词：:

• 可调整时间单元问题, 规律活动模式, 再现的时空路径, 时空变异与不确定性。

Palabras clave:

• MTUP
• patrones de actividad regular
• ruta representativa del espacio–tiempo
• variabilidad e incertidumbre espaciotemporal