Advanced GPS data analysis for activity-based model estimation

Activity-Based Models (AcBMs) are advanced models that take into consideration the complexity and interdependence of individuals’ activities and travels. They work at a disaggregated level and aim at simulating and predicting peoples’ daily activity patterns, as result also of their mobility behaviour. The estimation of such complex models requires high-resolution and large-scale datasets. Traditionally, data for travel demand modelling have been collected through Household Travel Surveys. However, nowadays, technological advancements have enabled the use of big data derived from advanced data collection tools such as mobile devices and smart cards. In this context, the present study uses GPS traces collected from mobile devices as its primary data source, with the aim of creating a dataset usable for the estimation of an AcBM for Milan. The methodology proposed involves several steps that include, after a first cleaning of the raw GPS dataset, the recognition of individuals’ trips and stops, a two-level activities classification based on the use of computed parameters and on the integration of land use data, and the final identification of different decision-makers’ categories (i.e. workers, students and non-working people). The obtained dataset is then validated through the analysis of a series of aggregated statistics, such as the distribution of the activities starting time both in general and specified for each category. Moreover, the validation process checks the consistency of the results with the statistics of a previous study conducted with the students of Politecnico di Milano. The processed dataset is ultimately used within the ActivitySim framework, an Activity-Based simulation platform composed of several sub models for urban mobility. Accessibility measures and decision-makers’ categories, referred to as “Person Types” in ActivitySim, are eventually included in the estimation of the Coordinated Daily Activity Pattern Model. Three different model specifications are tested and discussed in detail.

I modelli Activity-Based sono un tipo di modello avanzato che considera la complessità e l’interdipendenza fra le attività e gli spostamenti delle persone. Essi lavorano a livello disaggregato e hanno l’obiettivo di simulare e prevedere i pattern di attività delle persone, in parte derivanti dal loro comportamento di mobilità. La stima di modelli così complessi richiede dati ad alta risoluzione e di ampia scala. Tradizionalmente, questi tipi di dati si raccoglievano attraverso sondaggi. Tuttavia, al giorno d’oggi, i progressi tecnologici hanno permesso l’uso dei big data provenienti da strumenti avanzati di raccolta dati, quali i dispositivi mobili e le smart card. In questo contesto, il presente studio si inserisce analizzando dati GPS provenienti dai cellulari, con lo scopo di ottenere un dataset utilizzabile per la stima di un modello Activity-Based per Milano. La metodologia proposta prevede diverse fasi che includono, dopo una prima pulizia del dataset grezzo, il riconoscimento degli spostamenti e delle soste degli individui, una classificazione delle attività su due livelli basata sul calcolo di parametri e sull’integrazione di dati territoriali, e infine l’identificazione di diverse categorie di persone, come lavoratori, studenti e non-lavoratori. Il dataset ottenuto è poi validato attraverso l’analisi di una serie di statistiche aggregate, come ad esempio la distribuzione degli orari di inizio di attività e la loro durata, sia in generale che a livello di categoria di persona. Inoltre, il processo di validazione verifica la coerenza dei risultati con le statistiche di uno studio precedente condotto con gli studenti del Politecnico di Milano. Il dataset ottenuto è infine utilizzato all’interno del framework di ActivitySim, una piattaforma di simulazione di attività composta da diversi sotto modelli per la mobilità urbana. Le misure di accessibilità e le categorie di persone, denominate “Person Types” in ActivitySim, sono infine incluse nella stima di un modello coordinato di attività quotidiane. Tre diverse specificazioni del modello sono testate e discusse nel dettaglio.