CN103179509A - 基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，利用手机被动定位产生的信令数据，通过分析地铁乘客在地铁系统内部的手机信令数据，研究乘客出行规律，实现乘客出行路径的精确识别，包括：数据过滤；基站数据库与地铁站点匹配；地铁出行起、迄点完整性检验；地铁换乘站点合理性检验及路径修正；提供一种行之有效的地铁乘客出行路径辨识方法。

Description

基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法

技术领域

本发明属手机定位信息数据处理应用领域。可用于准确地获取地铁乘客出行路径。在进行地铁乘客出行路径诱导、地铁应急管理及票务清分时，具有重重要的作用。

背景技术

轨道交通网络以其大容量的运输能力，为城市居民出行提供了巨大的便利，但是轨道交通的建设费用也较高，无法进行高密度的建设。研究地铁出行者在轨道网内的出行路径，以引导乘客进行合理的出行换乘，提高轨道交通有效利用率，及为合理的票务清算提供决策支持具有重要的意义。

目前，能较好获取地铁出行路径的方法包括AFC系统（Automated farecollection system）采集数据推算法；售票机采样法；站厅验票机采样法；站台验票机采样法；车厢验票机采样法；手持验票机采样法。除AFC数据推算法，其它均需对现有地铁售票系统、验票系统或者车箱设备进行改造。

对于AFC数据推算法。传统的地铁出行路径采用“最短路径法”，即最短路径上客流量按100%分配，其它路径则全为零。但实际中出行者的路径选择并非完全按最短路，于是，通过分析影响路径选择的主要因素，建立了路径选择概率计算模型；或者通过研究行程时间与各类随机因素间的关系，推算出行路径。但是，这些方法均是通过理论模型推算，与乘客实际的出行路径存在一定的误差，该误差因模型的不同具有一定的偏向性。因而至今无法得到一种公认的、权威的出行路径算法模型。

随着无线通信网络的逐步完善，我国手机用户数量得到快速的增长，手机用户由2006年的4.6亿发展到2010年的近8.6亿。如何利用现有的手机用户的无线通信网络确定地铁乘客出行路径的定位信息是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，通过提供一种基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，以提供一种行之有效的地铁乘客出行路径辨识方法。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，包括：出行中未发生换乘，发生了线路间换乘；当地铁出行者经地面基站信号覆盖范围进入地铁线路站点时，跨越不同的位置区（Location Area），将向无线通信网络上报当前位置点信息；当出行者再经换乘站到另外一条地铁线路时，跨越不同的位置区，将向无线通信网络上报当前位置点信息；同样，出行者离开地铁进入地面时，再次发生位置区切换，也向无线通信网络上报位置点信息；以此可确定出行者的进线站点、换乘站点、离线站点；包括：

数据过滤；对初始手机信令数据中的错误的无效数据，进行剔除处理；对出行用户中不包含地铁出行的过户提前过滤；

基站数据库与地铁站点匹配；包括进地铁站点辨别、换乘站点辨别、出地铁站点辨别；判别规则如下：当出行者的位置信息由地面基站数据库位置区编号变为地铁基站数据库位置区编号，且发生的通信事件是正常位置更新，则认为该出行者进入或者离开地铁，该基站对应的地铁站点认为是其出入站点；当出行者的位置信息由地铁基站数据库位置区编号变化至另一个地铁基站数据库位置区编号，且发生的通信事件是正常位置更新，则认为该出行者发生地铁出行换乘；将出行者判断为进入地铁至离开地铁期间发生的其它信令事件保留，称为地铁出行间非正常位置更新事件，用于对后面判断的路径进行修正；地铁路径有效性判别；经基站与地铁站点匹配后，初步得到地铁出行进入地铁起点站点、换乘站点、离开地铁迄点站点；将出行者进入地铁至离开地铁期间发生的非正常位置更新事件，用于对识别的路径进行修正。

地铁出行起、迄点完整性检验；一次完整的地铁出行至少包括进站和出站点，若经基站数据库与地铁站点匹配得到的每次出行结果中无法完整的包含进站和出站站点，则认为此次出行不完整，应从有效出行中剔除；对于一天多次地铁出行的情形，需对相邻换乘点间的时间间隔进行判别，若超出一定阈值，则此次出行也应从有效出行中剔除；

地铁换乘站点合理性检验及路径修正；利用步骤2.3得到的地铁出行间非正常位置更新事件进行路径修正，修正规则如下：在一次起、迄出行中，若起点对应的地铁线路与迄点对应的地铁线路相交的站点中，包括了已被判断为本次出行的换乘站点，则认为本次换乘路径匹配成功；在一次起、迄出行中，若起点对应的地铁线路与迄点对应的地铁线路不存在相交站点，且通过信令数据判断未发现有换乘站点；则利用地铁出行间非正常位置更新事件进一步判断；起、迄之间寻找第K短路径，K的值不超过3，若某K短路能将本次地铁出行间非正常位置更新事件对应的站点完全包括，认为该路径是出行的实际选择路径。

前述的基站数据库包括：由地铁线路编号、站点编号、基站经纬度组成的地铁基站ID表；由周期性位置更新、关机、开机、正常位置更新、被叫、发短信、主叫、收短信、小区切换组成的信令事件对应表。

前述的位置点信息数据库包括：手机识别码、时间戳、位置区编码、蜂窝小区编号和事件类型。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本发明充分利用了手机被动定位（Cell-ID定位法）产生的信令数据，通过分析地铁乘客在地铁系统内部的手机信令数据，研究乘客出行规律，实现乘客出行路径的精确识别。提供了一种基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，以提供一种行之有效的地铁乘客出行路径辨识方法。

附图说明

图1.地铁出行路径辨识原理图；

图2.地铁出行路径辨识流程图；

图3.换乘站点的合理性判别流程；

图4.换乘站点的合理性判别示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明的具体实施方式加以说明。

处于待机状态的手机通过基站（Base Station BS）与无线通信网络保持联系，无线通信网络对手机所处的位置区(Location Area)信息进行记录,在用户拨打电话和接听电话时根据所记录的位置区信息可通过呼叫路由选择找到手机，建立通话连接,位置信息都以数据库的形式存储在来访用户位置寄存器(VRL)中。在正常情况下，当移动台（MS）发生以下事件时：

a、需要使用网络通信时，如主叫；被叫；发短信；收短信

b、开、关机；

c、周期性位置更新：长时间没有上报位置信息时；

d、小区切换：在移动中打电话切换了所使用的基站时；

e、正常位置更新：在待机状态下跨越了位置区时。

会向寄存器上传信息（包括上传的时间、事件编号、所用的基站编号即Cell-ID），称为位置点信息，如表1所示。若没有发生以上事件，移动平台（MS）会以一定的时间间隔自动上报信息置寄存器（VRL）中。

表1位置点信息数据库

在无线通信中，为保持良好的无线通信服务，进行位置区域划分时，通常把每条地铁线路赋予不同的LAC(Location Area code)编号，例如地铁线路1的基站S₁₁,S₁₂…S_1i，用同一个LAC表示，地铁线路2的基站S₂₁,S₂₂…S_2i，用另外一个LAC表示。根据无线通信原理，除了正常的通信事件外，跨越不同的LA时，也将发生位置点信息的上传。

下面通过地铁网络的实例进行详细描述本发明具体实施过程。假定已完成数据过滤。

方法流程如图2所示。具体执行步骤如下：

步骤一：起、讫点判别

如图1所示。定义出行者在某一时刻上传的位置信息为T_i(C_i,L_i,t_i,E_i)，其中C_i是i时刻位置信息内对应的CellID编号，L_i是i时刻位置信息内对应的LAC编号,t_i是上传时间，E_i是i时刻位置信息内对应的事件类型；地铁基站数据库以集合DB(C,L,Line,Station)表示，其中C、L意义同前，Line为地铁线路，Station为地铁线路的站点。方法步骤如下：

（1）：将个体出行用户按信令提交时间先后排序

（2）：按信令先后顺序迭代判别，当首次出现信令T_i(C_i,L_i,t_i,E_i)中的T_i(C_i,L_i)∈DB(C,L),且T_i(E_i)为正常位置更新事件时，令该基站对应DB中地铁站点为本次出行进入地铁站点的位置Enter(Line,Station)

（3）：继续信令数据迭代。若信令T_i+1(C_i+1,L_i+1,t_i+1,E_i+1)中的T_i+1(C_i+1,L_i+1)∈DB(C,L)，且T_i+1(E_i+1)为非正常位置更新事件或T_i+1(E_i+1)＝T_i(E_i)时，把该信令对应地铁站点加入集合M(Line_i,Station_ij)，用于最后对方法辨识路径结果修正；若T_i+1(C_i+1,L_i+1)∈DB(C,L)，且T_i+1(E_i+1)为正常位置更新事件、T_i+1(E_i+1)≠T_i(E_i)时，令该基站对应的地铁站点为本次出行的换乘站点之一TS(Line,Station)。

（4）：按步骤（3）继续迭代判断。若信令T_i+k(C_i+k,L_i+k,t_i+k,E_i+k)中的

且T_i+k(E_i+k)为正常位置更新事件、T_i+k(E_i+k)＝T_i+k-1(E_i+k-1)，令该基站对应的地铁站点为本次出行的出地铁站点Exit(Line,Station)。结束本次出行判断。

（5）：个体居民出行链中一天出行可能存在多次乘坐地铁，因而继续对信令数据迭代判断，重复（2），（3），（4）的步骤，直至信令数据全部判断完毕。

步骤二：地铁出行起、迄点完整性检验

一次完整的地铁出行至少包括进站和出站点，因此，若经基站与地铁站点匹配得到的每次出行结果中无法完整的包含进站和出站站点，则认为此次出行不完整，应从有效出行中剔除；此外，还存在一天多次地铁出行的情形，需对相邻换乘点间的时间间隔进行判别，若超出一定阈值，则此次出行也应从有效出行中剔除。

步骤三：地铁换乘站点合理性检验及路径修正，总体流程见图3.

记第一次换乘站为TS₁(Line,Station)，进入站点为Enter(Line,Station)。若TS₁(Line)的地铁线路与Enter(Line)的地铁线路相交站点中包含了TS₁(Station)，则认为本次换乘路径匹配成功；若TS₁(Station)不包含在相交这两条线路直接相交站点中，则利用M(Line_i,Station_ij)进行修正，修正如步骤四。

步骤四：在轨道拓扑网络中寻找站点Enter(Line,Station)与TS₁(Station)之间的第K短路径，集合M(Line_i,Station_ij)完全包含在该路径经过的站点时，认为该第K短路径为站点Enter(Line,Station)与TS₁(Station)之间有实际出行路径，如图4所示，由Enter站点进，第一次换乘出行于TS4，寻找Enter与TS₄间的第K短路径，假设为Enter-TS₁-TS₄，若M(Line_i,Station_ij)包括M1和M2，即M1、M2完全包含在该K短路Enter-TS₁-TS₄的拓扑结构中，则认为Enter-TS₁-TS₄为站点Enter与TS₄间的实际出行路径；当K达到一定阈值时，仍然无法找到能够完全匹配的路径，认为此次匹配失败，剔除样本。

步骤五：若步骤四匹配成功或修正后匹配成功，进行换乘点TS₁(Station)与换乘点TS₂(Station)间的路径匹配，匹配方法与步骤四相同，直至所有换乘点与出站点匹配完成后，结束判断。

最后应说明的是：以上示例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的示例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，其特征在于：当地铁出行者经地面基站信号覆盖范围进入地铁线路站点时，跨越不同的位置区（Location Area），将向无线通信网络上报当前位置点信息；当出行者再经换乘站到另外一条地铁线路时，跨越不同的位置区，将向无线通信网络上报当前位置点信息；同样，出行者离开地铁进入地面时，再次发生位置区切换，也向无线通信网络上报位置点信息；以此可确定出行者的进线站点、换乘站点、离线站点；将出行者进入地铁至离开地铁期间发生的非正常位置更新事件，用于对识别的路径进行修正。

包括以下步骤：

步骤1：数据过滤；对初始手机信令数据中的错误的无效数据，进行剔除处理；对出行用户中不包含地铁出行的过户提前过滤；

步骤2：基站数据库与地铁站点匹配；包括进地铁站点辨别、换乘站点辨别、出地铁站点辨别；判别规则如下：

2.1、当出行者的位置信息由地面基站数据库位置区编号变为地铁基站数据库位置区编号，且发生的通信事件是正常位置更新，则认为该出行者进入或者离开地铁，该基站对应的地铁站点认为是其进入或离开站点；

2.2、当出行者的位置信息由地铁基站数据库位置区编号变化至另一个地铁基站数据库位置区编号，且发生的通信事件是正常位置更新，则认为该出行者发生地铁出行换乘，该基站对应原地铁站为换乘站点；

2.3、将出行者判断为进入地铁至离开地铁期间发生的其它信令事件保留，称为地铁出行间非正常位置更新事件，用于对判断的路径进行修正（见步骤3）；

步骤3：地铁路径有效性判别；

经基站与地铁站点匹配后，初步得到进入地铁起始站点（起点）、换乘站点、离开站点（迄点）；

3.1：地铁出行起、迄点完整性检验；一次完整的地铁出行至少包括进站和出站点，若经基站数据库与地铁站点匹配得到的每次出行结果中无法完整的包含进站和出站站点，则认为此次出行不完整，应从有效出行中剔除；对于一天多次地铁出行的情况，需对相邻换乘点间的时间间隔进行判别，若超出一定阈值，则此次出行也应从有效出行中剔除；

3.2：地铁换乘站点合理性检验及路径修正；利用步骤2.3得到的地铁出行间非正常位置更新事件进行路径修正，修正规则如下：

3.2.1：在一次起、迄出行中，若起点对应的地铁线路与迄点对应的地铁线路相交的站点中，包括了已被判断为本次出行的换乘站点，则认为本次换乘路径匹配成功；

3.2.2：在一次起、迄出行中，若起点对应的地铁线路与迄点对应的地铁线路不存在相交站点，且通过信令数据判断未发现有换乘站点；则利用地铁出行间非正常位置更新事件进一步判断；起、迄之间寻找第K短路径，K的值不超过3，若某K短路能将本次地铁出行间非正常位置更新事件对应的站点完全包括，认为该路径是出行的实际选择路径。

2.根据权利要求1所述的基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，其特征在于：所述的基站数据库包括：由地铁线路编号、站点编号、基站经纬度组成的地铁基站ID表；由周期性位置更新、关机、开机、正常位置更新、被叫、发短信、主叫、收短信、小区切换组成的信令事件对应表。

3.根据权利要求1所述的基于手机定位信息的地铁乘客出行路径辨识方法，其特征在于：所述的位置点信息数据库包括：手机识别码、时间戳、位置区编码、蜂窝小区编号和事件类型。

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