rban%cycles%and%mobility%patterns:%Exploring%and%predicting%trends%in%a%bicycle5based%public%transport%system%%Andreas(Kaltenbrunner,(Rodrigo(Meza,(Jens(Grivolla,(Joan(Codina,(Rafael(Branchs((

U"

ntroduc(on)I"

"PROBLEM"

""

OVERALL"APPROACH"

"

"SOLUTION"

""

•  Analysis)of)human)mobility)data)in)an)urban)area)•  Available)bikes)in)the)sta(ons)of)community)

bicycle)program)Bicing)in)Barcelona,)Spain.)))

•  This)system)requires)improvements)to)address)two)main)problems:)•  Impossibility)to)find)a)bike)•  Impossibility)to)leave)a)bike)

)•  Provide)informa(on)to)the)users)about)the)best)

loca(ons)for)bike)pick)up)or)return)•  Improve)the)bike)redistribu(on)system))

ntroduc(on)I"

"""

BENEFITS"""

""

METHOD""

•  Improve)the)current)Bicing)webDservice)•  Increase)users’)sa(sfac(on)•  Op(miza(on)of)the)en(re)Bicing)system)•  Predict)shortage)or)overflow)of)bicycles)in)advance)•  Adapt)redistribu(on)schedule)on)the)fly)

•  Determine)ac(vity)cycles)in)Barcelona)•  Spa(oDtemporal)distribu(on)of)the)popula(on))

•  Analysis)of)cyclic)mobility)paJerns)•  Short)term)predic(ons)of)bike)availability)in)the)sta(ons))

icing)B"

•  Since)2007)•  6000)bikes)in)400)sta(ons)•  Cover)small)and)medium)daily)routes)within)

the)Barcelona)city)area.))•  Users)cannot)fulfill)the)route)if:)

•  No)available)bycicles)at)the)origin)

•  No)empty)slots)to)park)

•  To)avoid)constraints,)users)can)plan)their)routes)in)advance)

)

icing)B"Map)of)sta(ons)provided)by)the)Bicing)web)site:)www.bicing.com/localizaciones/localizaciones.php)

icing)B"

•  The)informa(on)on)the)map)is)only)available)at)the)specific)moment)when)the)user)queries)the)system.)

•  System)does)not)provide)history)of)previous)loads)nor)expected)loads)at)des(ny)sta(ons.))

•  www.sta(s(ngs.com):)provides)daily)progression)of)the)number)of)bicycles)in)the)sta(ons.)

)

ata)D"

•  Informa(on)service)provided)thorugh)the)Google)maps)API.))

•  Data)is)inserted)in)the)map)using)JavaScript)code)with)a)string)variable)containing)a)KML)geospa(al)annota(on)document)that)defines:)•  Sta(on)name)•  Graphic)icon)to)be)inserted)in)

the)map)•  La(tude)and)Longitude)•  Number)of)available)bicycles)•  Number)of)free)slots)

)

•  KML)documents)collected)since)May)15th)every)2)minutes)

•  Relevant)data)stored)in)a)MySQL)database.))

•  New)sta(ons)are)added)automa(cally)to)the)database)upon)their)first)appearance)in)the)KML)files.)

•  Data)Analyzed:)•  7)weeks)between)12:00,)May)

15th)and)12:00)July)3rd)2008)•  Time)window:)5:00)–)24:00)•  377)sta(ons)–)8700)free)slots)•  Slots)per)sta(on:)15)–)39)•  Maximum)amount)of)bikes:)3657)

)

ocal)Ac(vity)Cycles)L"

•  Recovered)data)from)a)sta(on)close)to)the)beach,)a)hospital)and)office)and)university)buildings)

•  Fluctua(ons)in)the)red)lines)refer)to)defec(ve)bicycles)or)slots.)

)

ocal)Ac(vity)Cycles)L"

•  Average)number)of)available)bicycles)during)working)days)(black))and)weekends)(blue)lines))

•  Gray)and)blue)areas)correspond)to)the)mean)+/D)one)standard)devia(on.)

)

lobal)Ac(vity)Cycles)G"

•  By)considering)the)sum)of)bicycles)available)at)all)sta(ons)during)a)certain)hour)of)the)day,)an)idea)of)the)global)mobility)cycle)of)Barcelona)is)portrayed)

•  The)less)bicycles)are)available)for)rent)in)the)sta(on,)the)more)displacements)using)them)are)being)perfomed)

)

obility)PaJerns)M"

•  Spa(al)picure)of)the)mobility)paJern)=)local)ac(vity)cycles)+)sta(on’s)geoDcoordinates.)

•  Difference)in)number)of)bicycles)in)the)sta(ons)compared)to)the)amount)of)bikes)at)5:00)for)different)(mes)of)the)day)

)

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Basic)Predictors:)•  Based)on)the)current)state)of)the)sta(on)as)well)as)the)aggregate)

sta(s(cs)of)the)sta(on’s)usage)paJerns.)•  Predict)the)current)state)of)the)sta(on)for)any)(me)in)the)future,)

using)only)the)present)situa(on.)•  Extrapolate)from)the)current)state)using)tendencies)registered)on)

other)dates.)•  Add)to)the)current)number)of)bikes,)the)expected)change)

based)on)the)average)gradient)in)the)aggregate)model.)

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Evalua(on)of)the)models)by)measuring)the)mean)error)over)all)sta(ons)and)all)available)dates.)

•  For)short)periods)(10)min))there)is)no)significant)difference)between)the)baseline)and)other)models.)

•  Significantly)higher)accuracy)of)the)predic(on)algorithms)using)ac(vity)cycles)for)larger)offsets.)

)

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Time)Series)Analysis)for)Predic(on)•  ARMA)–)AutoDRegressive)Moving)Average)model)

•  Considers)the)recent)history)of)the)current)sta(on)and)its)closest)surrounding)sta(ons.)

•  Incorporates)two)models:)•  AutoDRegressive):)Exploit)relevant)informa(on)linked)to)the)

autocorrelated)nature)of)the)(me)series.)•  Moving)Average):)Incorporate)informa(on)from)addi(onal)

sources)of)informa(on)or)“inputs”)•  Training)of)the)model)though)an)op(miza(on)procedure)that)

minimizes)the)filng)error)within)a)given)data)set.))

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Experimental)result)to)determine)the)op(mal)number)of)surrounding)sta(ons)to)be)used)for)achieving)minimum)predic(on)error.)

•  Conclusion)of)the)experiment:)•  Op(mal)predic(on):)15)

surrounding)sta(ons)•  Including)the)informa(on)of)

only)the)closest)sta(on)or)too)many)sta(ons)causes)an)increment)of)the)predic(on)error)

•  Dynamics)of)neighboring)sta(ons)impact)the)predic(on)of)bicycle)availability)at)a)given)sta(on)

•  5)–)20)surrounding)sta(ons)=)good)predic(ve)power)

)

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Experimental)result)to)determine)the)impact)of)the)varia(on)of)(me)interval)for)predic(ons)on)the)predic(on)error.)

•  Mean)absolute)error)is)increased)when)the)predic(on)(me)interval)varies)between)2)min)up)to)60)min.))

)

redic(on)of)Ac(vity)P"

•  Plot)predicted)vs.)actual)number)of)available)bikes)at)a)given)sta(on.))

•  Mean)absolute)predic(on)error)is)rela(vely)low.)

•  Maximum)error)along)the)predic(on)is)6)bicycles.)

)

•  ARMA))model)provides)significant)improvements)over)simpler)methods.))

•  Using)neighboring)sta(ons)has)a)posi(ve)impact)on)the)predic(on)improvement.))

)

onclusions)C"

•  Mining)data)usage)from)community)bicycle)services)permits)to)infer)ac(vity)cycles)of)a)city’s)popula(on)as)well)as)the)spa(oDtemporal)distribu(on)of)their)displacements.)

•  Experiments)confirm)that)clear)paJerns)of)user)behavior)by)sta(on)and)type)of)day)can)be)determined.)

•  The)informa(on)available)to)the)users)would)be)significantly)beJer)for)(me)windows)greater)than)20)minutes.)

•  Predic(ng)the)amount)of)bicycles)in)the)sta(ons)could)help)improve)the)overall)Bicing)service,)includin)the)level)of)sa(sfac(on)of)its)users.))

•  Provides)important)parameters)for)future)expansion)of)the)Bicing)system,)taking)into)account)the)op(miza(on)of)resources.))

bserva(ons)O"

•  Collec(ng)informa(on)relevant)to)popula(on)ac(vi(es)is)definitely)important)for)establishing)urban)mobility)paJerns)and)future)urban)planning.)

•  Informa(on)should)be)reinforced)with)other)sources)(e.g.)Cell)phone)data,)social)networks))to)perform)large)scale)and)more)accurate)models.)

•  This)is)a)extremely)specific)approach.)Consider)the)adaptability)of)this)project)to)other)loca(ons)where)bicycle)sharing)systems)are)not)available.)

•  Deploy)more)complex)algorithms)that)could)take)into)account)different)parameters,)constraints)and)data)availability)(subject)to)geographic)loca(on)or)varia(on)of)the)data).)