Itinerum：开放的智能手机旅行调查平台

SoftwareX 10（2019）100230原始软件出版物Itinerum：开放的智能手机旅行调查平台扎卡里·帕特森a，凯尔·菲茨西蒙斯a，斯图尔特·杰克逊b，向井武aa加拿大蒙特利尔康考迪亚大学综合规划交通规划（TRIP）实验室bI/Ogistics，加拿大ar t i cl e i nf o文章历史记录：2018年6月12日收到2018年12月4日收到修订版，2019年关键词：智能手机旅游调查网络平台a b st ra ct随着智能手机的出现及其了解自身位置的能力，为多种目的收集位置数据具有巨大的潜力，包括与旅行相关的研究。虽然创建智能手机旅行调查应用程序的能力可能是革命性的，但这种应用程序的开发仍然非常困难，超出了典型的交通研究人员的能力。当然，应用程序的开发只是与使用这些工具相关的第一个挑战;还需要从收集的数据中推断信息。Itinerum平台的创建是为了克服使用智能手机进行交通研究所面临的障碍Itinerum平台是一个智能手机旅行调查平台，允许研究人员使用自己的问题和提示定制Itinerum应用程序，分发这些调查，监控，可视化和越来越多地处理收集的数据，而无需编程背景。使用该平台，可以在10分钟内创建自定义研究。©2019作者由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本API：1.0，Android：3.4.12，iOS：6.1.1用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX_2018_74法律代码许可证GNU General PublicLicense v3.0使用git的代码版本控制系统使用Python、Java、JavaScript-C、Javascript/ReactJS、PostgreSQL、Redis、Docker的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境依赖性AndroidStudio和Android SDK如果可用，链接到开发人员文档/手册例如：https://trip-lab.github.io/itinerum-mobile-api-docs/问题支持电子邮件admin@itinerum.ca软件元数据当前软件版本API：1.0，Android：3.4.12，iOS：6.1.1指向此版本可执行文件的永久链接例如：https://github.com/TRIP-Lab/itinerum-ios-legacy/releases/tag/6.1.1法律软件许可证GNU通用公共许可证v3.0计算平台/操作系统Android，iOS，Linux/类Unix，IBM z/OS，分布式/基于Web等。如果可用，请链接到用户手册-如果正式出版，请在参考列表中引用该出版物问题支持电子邮件admin@itinerum.ca∗通讯作者。电子邮件地址：zachary. concordia.ca（Z.帕特森），凯尔。菲茨西蒙斯@ concordia.ca（K。Fitzsimmons），stewart@iogistics.com（S.杰克逊），mukai. gmail.com（T. Mukai）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2019.04.0021. 动机和意义交通是日常城市生活的关键。因此，交通行为分析，在许多学术2352-7110/©2019作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx2Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）100230学科范围从交通工程到交通规划、经济学、卫生学、地理学和社会学。交通行为最终归结为人们在日常生活中进行的旅行，即他们的：出发地和目的地位置和时间;旅行模式（例如，汽车或自行车）;目的（例如，工作或学习）;以及旅行行程（例如，使用的道路和过境路线）。自20世纪90年代以来，旅行行为数据已经通过“家庭”或“出发地-目的地”调查亲自收集然而，这些方法存在行程报告不足和错误报告的问题，并且面临响应率下降的问题，特别是在年轻人中[2，3]。正在寻求新的在这种情况下使用智能手机的潜力很快被交通研究人员发现。其结果是公共部门（例如[4]），学术界（例如[3，5，6]）和私营部门（例如rMove [7]）的研究人员开发了应用程序。尽管人们对它们的使用很感兴趣，但这些应用程序对典型的研究人员来说是不可访问的。原因有三为此首先，为了广泛使用，至少需要在iOS和Android上进行开发。此外，开发用户将持续运行较长时间的应用程序需要仔细关注电池寿命，并提供不显眼和愉快的用户体验。其次，需要在“后端”上进行开发由于数据的个人性质，用户和数据安全方面的专业知识至关重要。最后，一旦研究人员可以访问收集到的数据，大量的地理数据需要处理成有用的信息，如旅行模式，目的等，这些数据集可以是大的，很容易繁琐，即使是对研究人员有经验的这类数据。Itinerum1平台使开发、部署智能手机旅行调查和数据分析，一个典型的研究者。我们的目标是让Itinerum成为智能手机旅行调查的支持技术，交通研究。作为一个开源平台，还力求使研究人员能够将研究工作集中在一个共同的工具上，实际上是帮助促进其发展，以及制定使用智能手机旅行调查数据的方法。Itinerum和基于Itinerum的应用程序已经为许多领域的科学发现做出了贡献，包括交通规划[3，8，9]，交通地理[9]，健康地理[10]和公共卫生[11]。这些研究及其对科学发现的贡献在下文第3节中有更详细的解释Itinerum平台的主要用户是从事智能手机旅行研究的交通研究人员。进行自己研究的研究者被称为研究管理员。研究管理员自定义他们自己的研究，并邀请受访者下载Itinerum应用程序，并注册管理员定义的研究代码。通过应用程序收集的数据可通过其门户网站提供给管理员。在门户网站上，管理员可以监控调查参与情况，并访问和处理收集的数据。目前，研究人员有几种智能手机旅行调查选项。首先是封闭源代码，专有学术（例如Modalyzer [12]）和商业（例如NuTripX[13]）应用。对于典型的交通研究人员来说，这样的应用在经济上往往是遥不可及的。其次是社区（例如GPS Logger [14]）和学术（例如MEILI [15]）应用。每个应用程序都有自己的重点和功能。1 Itinerum是Concordia University的商标，在加拿大注册为官方商标。2 https://github.com/TRIP-Lab网站。Fig. 1.Itinerum平台的工作流程图。虽然开源意味着代码可以定制，但定制需要大量的专业知识和资源来适应和部署应用程序，即使它们被设计为模块化（例如[15]）。Itinerum的设计使得无需编码即可快速开发（10分钟内）并管理定制的智能手机旅行调查。2. 软件描述Itinerum平台由两个主要组件组成：Itinerum网络平台和Android和iOS上的Itinerum应用程序（见图1）。①的人。该平台的目标用户是从事智能手机旅行研究的交通研究人员（例如，大学研究人员、规划机构、城市的交通分析师等），也就是说，研究管理员。自定义研究由管理员创建，创建研究也会自定义该研究的Itinerum应用程序。创建研究后，响应者下载Itinerum应用程序并输入管理员创建的研究代码以参与研究。安装后，受访者回答一个定制的问卷（通常是社会人口统计）。当检测到电话停机时，会出现自定义提示问题（请参见下面的第2.1详情请参阅）。典型的提示问题是旅行方式和上次旅行的目的。响应者的位置和响应数据会通过加密连接自动发送到Itinerum服务器。署长可以监测参与情况，以及访问和处理收集的数据。管理员可将研究账户的访问权限授予2.1. 软件构架Itinerum平台架构的总结见图11。二、该堆栈包括现有的开源服务和TRIP Lab GitHub帐户上GNU公共许可证下可用的代码。3数据收集的中央存储是PostgreSQL数据库，而后端服务由3个用Python编写的RESTful API组成。一个接收和记录移动用户更新。第二个显示可通过网络访问的仪表板，供研究管理员创建和监测正在进行的调查。 第三个提供了一个内部管理面板，允许平台操作员管理活动调查和邀请令牌。用户通过将其与调查关联的角色进行管理，并限制对Web仪表板允许端点的访问3 https://github.com/TRIP-Lab网站。Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）1002303图二、一 个网络图，展示了 对Itinerum平台的 请 求 和数 据 流。仪表板用户密码和令牌使用滑动成本PBKDF 2（SHA-512）密钥推导算法进行加密，以减轻暴力攻击。每个API都打包在Docker容器中，以提供一个一致的环境，可以独立更新，而不会影响其他服务。对于本文中描述的部署（图2），Itinerum平台在Amazon Web Services云上运行，并使用负载均衡器来响应需求的波动该栈被配置为结构即代码（structure-as-Code），因此可以容易地克隆到多个版本（例如，开发、测试、试运行）和审核。Itinerum智能手机应用程序是用Java（Android API 16及更高版本）和Java-C（iOS 8.0及更高版本）编写的。在受访者输入研究代码后，后端将使用相应的调查问卷和提示问题进行响应，这些问题将被解析并存储在设备上。一旦填写了调查问卷，位置记录就开始，并且在每个记录的“停留”停止时向用户显示提示问题（下文进一步描述）。响应和坐标与后端定期同步。应用程序的核心是一个长期运行的位置日志服务，它以节省电池的方式请求和监视位置的变化。该服务使用Android和iOS位置服务框架的自定义包装器类来确定设备应处于何种状态，以最大限度地降低功耗，但确保准确的位置记录。由框架提供的活动识别服务确定在一分钟的间隔内的运输模式的估计和概率。平均模式估计和位置测量精度（以米为单位）也被记录。两个移动应用程序都通过在移动时作为高优先级运行来执行位置服务的电池管理。 并在检测到停止时切换到其低优先级（和较低功率密集）模式。在Android上，应用程序首先以1秒的间隔请求高精度点，并从第一个可用位置监视直径为100米的“滚动”地理围栏。如图 所 示 。 3. 如 果 电 话 在 该 地 理 围 栏 内 保 持 一 分 钟 ， 则LocationManager将状态切换到中等优先级，其优选WiFi和蜂窝塔定位，其以10秒的间隔轮询位置。 如果用户在地理围栏内保持另外三分钟，则LocationManager将状态切换到低优先级模式，其使用与中等优先级相同的位置源，但是以60秒的间隔轮询。此时，系统会向用户提示管理员定义的提示问题（通常是关于最近的行程）。 如果设备在任何时候离开地理围栏，它会切换到高优先级模式以请求新的点并建立新的“滚动”地理围栏（见图11）。 4）.在iOS上，应用程序只使用两种模式：高优先级和低优先级。该状态最初是高优先级的，并将其滚动“地理围栏”设置为类似于Android。在iOS上，地理围栏是根据最后一个点的报告精度创建的，直径可以从100米到500米不等。然后，应用程序尝试每隔25 m捕获一个新位置，这是根据其随时间的测量速度推断的。如果在最新地理围栏内记录了两分钟的位置，则会切换到低优先级模式 以节省电池。为了改进对地理围栏穿越的检测，MotionActivityManager用于监控此状态下的设备移动。此时，用户将收到管理员定义的4Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）100230图3.第三章。 确定An d ro id 上 位置收集优先级的 条 件 。提示（见图4）.同样，如果地理围栏被突破，则恢复高优先级模式并请求新位置。这两个版本的应用程序都由SQLite数据库支持。同步是连接到无线网络上的安卓，并与偏好的WiFi在iOS上. 所有传输都是通过加密的HTTPS连接进行的。由于该平台不限于任何地理区域，因此面向用户的应用程序的所有方面都使用翻译字符串和格式，因此可以扩展对任何地区的支持。2.2. 数据安全Itinerum平台的TRIP实验室托管部署遵循AWS指南，以分离服务器堆栈中的问题。所有API和数据库仅在专用虚拟网络中可用，该网络根据需要公开以执行API通过Amazon负载均衡器调用这有效地缓解了许多可从更大的互联网直接访问的服务器可用的攻击向量。数据库访问被控制为只能从专用网络上可用的API容器实例访问，否则无法从公共互联网访问考虑到弹性作为数据安全性的衡量标准然后，数据库被复制，以便在磁盘故障时快速备份，并在需要恢复数据时经常存储为文件备份。数据安全的另一个方面是用户对自己的控制信息.除了研究管理员访问仪表板之外，用户登录仪表板查看自己数据的功能也通过定义的用户级别内置到平台中。虽然目前只有研究管理员负责控制 删除用户数据，我们知道GDPR的要求是Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）1002305图四、 示例功能：收集优先级（A）和屏幕提示（B）。这是一个正在开发的功能，以适应欧盟的用户。2.3. 软件功能在第二节中已经描述了路线图平台的工作原理。本节集中介绍具体的功能。2.3.1. 网络平台功能Itinerum网络平台的关键要素是研究管理员门户（见图1）。5）。它具有以下功能：研究定制、研究和数据监测、数据访问和数据处理。研究定制通过门户中的一系列选项卡完成。在“调查配置文件”选项卡上，管理员可以在应用程序主屏幕上显示自己的头像在调查向导选项卡上，管理员包括也正是在这里，行政部门-tor包括定制的调查问题。单选按钮提示问题设置在“提示”选项卡上（参见第2.3.2节）。 提示性问题通常与答复者最近的旅行有关（例如旅行方式）。它们可以是单选按钮或复选框。研究的持续时间（天）和向受访者询问提示的次数可以在设置选项卡中设置一旦研究上线，就可以通过管理员进行监控。通过“导航”、“参与者”和“GPS点”选项卡访问istrator门户。指标选项卡提供了正在进行的数据收集的实时聚合概述，并允许管理员直接搜索受访者以查看和筛选响应。GPS点允许管理员绘制位置并提示通过平台收集的数据。这可用于确保设备正常工作，并对数据进行定性分析数据管理选项卡允许访问收集的数据，这些数据可以全部下载或在指定的时间段内下载。数据的一些处理也是可能的，例如使用Patterson和Fitzsimmons [3]开发数据管理选项卡还允许上传有关地铁站（和/或隧道）的信息，以提高行程检测的准确性。设置选项卡允许平台算法的参数化，以针对不同位置进行自定义。这是该平台在继续建设过程中受到最大关注的方面。例如，基于Itinerum收集的研究的旅行模式和旅行目的检测方法（例如，[16]在平台上运行2.3.2. 应用程序功能一旦受访者下载了Itinerum应用程序，输入了研究代码，并提供了参与同意书，他们就可以回答定制的问卷。之后，受访者在行程结束时收到定制的提示，应用程序全天记录位置（见图4B）。受访者可以在应用程序中查看和查询他们的位置数据。受访者还可以选择关闭位置记录或更改研究。位置数据收集被优化以允许旅行路线的非随机检测（即，每个链路/块至少收集一次位置数据），同时约束电池消耗，以便不影响用户日常充电周期（在上面的第2.1前者很重要，因为精确识别位置依赖于全球定位系统，这是资源密集型的。位置数据包括从电话操作系统获得的纬度和经度、时间戳、加速度、速度、高度和估计模式。系统将收集有关提示的以下信息：事件ID（为停止事件生成的散列，以便以后进行编辑）、提示问题的响应答案、回答提示的纬度和经度、提示类型（已回答或已取消）、显示提示的时间以及提示6Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）100230图五、 Itinerum管理员门户（调查向导）的屏幕截图。回答移动应用程序试图仅在必要时提示用户，以减轻受访者的负担。如图6所示，应用程序将立即设置记录的停止位置，而不会在第一次运行时提示用户并更新全局应用程序状态。2.4. 示例代码段分析（可选）在应用程序确定其位于地理围栏内后的未来更新中，应用程序将通过检查用户自其先前通知以来已行驶至少250 m来防止停止过于接近3. 影响作为一款旅行调查应用程序，Itinerum展示了其潜力，可以更好地追求现有的研究问题，并允许追求迄今为止不可能的研究问题。Itinerum是一种工具，旨在帮助克服传统交通数据收集方法的弱点（旅行报告不足，年轻年龄组的答复率下降此外，一旦基础设施启动并运行，与以前的方法相比，管理成本很小。因此，Itinerum可以帮助改进旅行数据收集方法。Itinerum在这一背景下被多次使用Itinerum最初以DataMobile的名义开发，并于2014年首次用于一项研究。这项研究涉及800多名学生，教师和工作人员的肯考迪亚大学在蒙特利尔[3]。蒙特利尔市在2016年和2017年以MTL Trajet的名义使用它，在这两项研究中有近15，000人参加[8，9]。Itinerum于2017年7月使用 蒙特利尔最后，多伦多大学使用Itinerum研究了多伦多郊区住宅楼居民的交通可达性，其中200多人参加[9]。Itinerum还帮助回答新的问题，这些问题在智能手机出现之前是困难的或不可能的。例如，在名称CF-SMESTRA下，Itinerum被用于加拿大食品研究的旅行子样本[17]。超过1000名受访者参加了此次活动。该研究的目的是了解加拿大五个城市16-30岁人群的旅行行为与营养之间的联系此外，Fallah-Shorhani等人[11]使用MTL Trajet数据更准确地估计污染暴露的基础上，人们的位置在一天中，而不是传统的方法评估暴露仅在居住地。如果没有一个允许全天收集人们位置信息的应用程序，这项研究几乎是不可能的同样，Itinerum数据已被用于交通规划的DataMobile和MTLTrajet数据已用于开发用于交通规划信息推理Zaanjin等人。[18]使用Itinerum数据开发方法来推断过境行程，结合Itinerum和GTFS数据在蒙特利尔。Rezeai等人。[19]使用Itinerum数据来比较旅行模式检测中的监督和半监督机器学习算法。最后，Yazdizadeh等人。[16]使用MTL Trajet数据开发了一个基于随机森林的程序来推断模式，目的和过境行程。4. 结论Itinerum平台的设计旨在实现定制智能手机调查的管理，该调查可以收集位置数据，主要受旅行行为调查的启发它的设计使调查管理员可以自定义（使用自己的问卷和提示问题），并在十分钟内准备自己的研究通过该平台，管理员和相关研究人员可以监控调查活动并可视化传入数据。此外，数据可以被处理，并且处理本身可以被参数化为本地环境和管理员偏好（即，行程中断参数、地铁站位置等）。收集的数据也可以下载，以便在平台之外进行处理。在手机方面，iOS和Android Itinerum应用程序已经过优化，可以收集链路级数据，目的是充分减少电池使用，以免改变充电周期。Itinerum平台已在多个大规模和真实世界数据收集计划中展示了其潜力。这些举措被用作改进传统数据收集方法的方法，从而用新方法解决传统问题。它还被用来解决以前几乎不可能解决的研究问题，Z. 帕特森K.Fitzsimmons，S.Jackson等人/SoftwareX 10（2019）1002307见图6。 Android提示通知管理。交通规划，交通地理，卫生地理和公共卫生。Itinerum是一个活项目。在未来，随着使用Itinerum的用户和研究数量的增加，希望能够出现一个用户社区来开发并为项目做出贡献随着该项目的扩展，我们相信它有潜力扩展到当前研究领域之外，并成为需要基于位置数据的研究的更通用工具。致谢本文中提出的研究得到了以下来源：加拿大社会科学和人文科学研究理事会（890-2015-0022）、加拿大研究主席（950-224364）、加拿大魁北克社会研究和文化基金会（2013-NP-168697）、加拿大公共卫生署（1516-HQ-000068）。利益冲突作者声明不存在利益冲突引用[1]Wolf J.旅行调查中新技术的应用。在：旅游调查方法：质量和未来的方向。Emerald Group Publishing Limited;2006，p. 531-44[2]Bricka S ， Zmud J ， Wolf J ， Freedman J. 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