Trajectory data mining: A review of methods and applications

The increasing use of location-aware devices has led to an increasing availability of trajectory data. As a result, researchers devoted their efforts to developing analysis methods including different data mining methods for trajectories. However, the research in this direction has so far produced mostly isolated studies and we still lack an integrated view of problems in applications of trajectory mining that were solved, the methods used to solve them, and applications using the obtained solutions. In this paper, we first discuss generic methods of trajectory mining and the relationships between them. Then, we discuss and classify application problems that were solved using trajectory data and relate them to the generic mining methods that were used and real world applications based on them. We classify trajectory-mining application problems under major problem groups based on how they are related. This classification of problems can guide researchers in identifying new application problems. The relationships between the methods together with the association between the application problems and mining methods can help researchers in identifying gaps between methods and inspire them to develop new methods. This paper can also guide analysts in choosing a suitable method for a specific problem. The main contribution of this paper is to provide an integrated view relating applications of mining trajectory data and the methods used

Semi-Lazy Learning Approach to Dynamic Spatio-Temporal Data Analysis

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

(So) Big Data and the transformation of the city

The exponential increase in the availability of large-scale mobility data has fueled the vision of smart cities that will transform our lives. The truth is that we have just scratched the surface of the research challenges that should be tackled in order to make this vision a reality. Consequently, there is an increasing interest among different research communities (ranging from civil engineering to computer science) and industrial stakeholders in building knowledge discovery pipelines over such data sources. At the same time, this widespread data availability also raises privacy issues that must be considered by both industrial and academic stakeholders. In this paper, we provide a wide perspective on the role that big data have in reshaping cities. The paper covers the main aspects of urban data analytics, focusing on privacy issues, algorithms, applications and services, and georeferenced data from social media. In discussing these aspects, we leverage, as concrete examples and case studies of urban data science tools, the results obtained in the “City of Citizens” thematic area of the Horizon 2020 SoBigData initiative, which includes a virtual research environment with mobility datasets and urban analytics methods developed by several institutions around Europe. We conclude the paper outlining the main research challenges that urban data science has yet to address in order to help make the smart city vision a reality

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyUrban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas.Postprint (published version

Distributing Tourists Among POIs with an Adaptive Trip Recommendation System

Traveling is part of many people leisure activities and an increasing fraction of the economy comes from the tourism. Given a destination, the information about the different attractions, or points of interest (POIs), can be found on many sources. Among these attractions, finding the ones that could be of interest for a specific user represents a challenging task. Travel recommendation systems deal with this type of problems. Most of the solution in the literature does not take into account the impact of the suggestions on the level of crowding of POIs. This paper considers the trip planning problem focusing on user balancing among the different POIs. To this aim, we consider the effects of the previous recommendations, as well as estimates based on historical data, while devising a new recommendation. The problem is formulated as a multi-objective optimization problem, and a recommendation engine has been designed and implemented for exploring the solution space in near real-time, through a distributed version of the Simulated Annealing approach. We test our solution using a real dataset of users visiting the POIs of a touristic city, and we show that we are able to provide high quality recommendations, yet maintaining the attractions not overcrowded