CN104217244B

CN104217244B - 基于地理网格的人数测定方法和人群态势监测方法及系统

Info

Publication number: CN104217244B
Application number: CN201410400814.4A
Authority: CN
Inventors: 滕石松; 李少华; 周模; 张建宇
Original assignee: CHANGAN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGAN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104217244A

Abstract

本发明涉及一种基于地理网格的人数测定方法和人群态势监测方法及系统。该方法包括：为某一区域建立地理网格；将通信小区(CELL)投影到地理网格上，计算CELL和与其相关的每一个地理网格单元的重叠面积，并计算该重叠面积占CELL自身面积的比例；获取每一个CELL中当前移动通信设备数量，根据CELL和网格的重叠面积占CELL面积的比例，将CELL中的通信设备数量分配到每一个相关的地理网格中；统计每个地理网格单元从不同CELL中分配得到的人数，从而得到每个地理网格单元内的人数。然后确定监测区域，根据各地理网格的人数分析监测区域的人群态势。本发明能够有效地实现人群密度、人群流动情况等人群态势的监测。

Description

基于地理网格的人数测定方法和人群态势监测方法及系统

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于地理网格的人数测定方法及系统，和在此基础上进行人群态势监测的方法及系统。

背景技术

所谓“人群态势”是指在一定时间段内某个地理区域中人群的密度、分布、流动等情况。不同事件(如游行、暴力恐怖事件)人群态势有不同的特点，通过对人群态势的监测与分析可以得到该区域内发生的事件及事件类型，为后续应急措施提供依据和服务。

目前主要通过视频、音频等对人群态势进行监测，但是这种方法需要安装部署大量的摄像头等设备，实施成本非常高，难于对较大区域进行监测。手机等移动通信设备的普及为人群态势监测提供了新的思路和方法——通过从移动通信网络获得的信令数据分析出移动通信设备当前所在的大致位置，进而可分析特定区域内人群的数量、密度、流向等，为管理社会治安、维护社会稳定提供人群态势信息及相关服务。

从人群态势监测的基本单元角度，可以将现有的利用移动通信设备监测人群态势的方法分为如下两类：

1.以个体为基本单元

以专利CN102215468A为代表的一类监测方法，主张通过GPS、三角定位法或其他方法确定监测区域内每一个移动通信设备的位置，进而统计监测区域内人群数量等信息，实现人群态势监测。由于具有如下缺点，因此这一类监测方法的实际可操作性并不高：

1)成本高：例如专利CN102215468A的本质是一种变化的三角定位法，要求在每个基站附近安装信息采集设备。由于基站数量巨大，因此该方法的扩展性非常差、不适合对较大区域的监测。

2)对设备有特殊要求：例如GPS定位法要求移动通信设备安装GPS定位模块，且必须启动这些模块。

3)需要设备主动发起定位：例如传统的三角定位法需要安装相应软件由设备主动发起定位，这在监测系统中是不可行的。

2.以通信小区(CELL)为基本单元

以专利CN1901725B为代表的一类监测方法，主张首先获取与监测区域相关的每个基站或CELL中的人数(移动通信设备数)，统计这些基站或CELL的人群数量等信息作为整个监测区域的基础数据，进而监测该区域内的人群态势。

如图1所示，专利CN102982596A对监测区域边缘的CELL人数统计方法进行了改进——依据CELL在监测区域中的面积占CELL自身面积的比例，将CELL人数的相应比例部分统计到监测区域人数中。图1中，大的椭圆形表示监测区域，两个圆圈表示两个基站，C1～C6表示基站相关的CELL。这种方法在一定程度上可以提高(监测区域边缘的)统计精度。

总的来说，这类以通信小区为基本单元的监测方法的缺陷在于：能够较好的支持对区域的人群流入流出情况做整体监测，但是不利于区域内人群流动情况的监测。而后者往往是判断事件发生与否、事件类型、采取何种应对措施的依据。具体来说，这一类方法具有如下缺陷：

1)较难表达人群密度、人群分布

理论上CELL应该呈蜂窝状分布，CELL之间重叠范围很小，但实际上很难完全做到。尤其是多个运营商各自独立建设的基站，其CELL之间的关系会非常复杂。如图2所示，两个圆圈分别表示两个运营商的基站，C1～C6表示基站相关的CELL。“以小区为基本单元”的监测方法，很难建立简单的数学模型以表达两个基站重叠部分的人群密度、人群分布。

2)不利于人群流动情况监测

理论上，这一类监测方法对人群流动情况有两种监测方法：

a)通过密度变化情况计算人群流动情况。通过连续时间点的人群密度分布情况，可以计算出区域内人群流动情况。但是，如前所述这一类方法很难建立简单的人群密度模型，因此也就较难通过人群密度变化情况计算人群流动情况。

b)通过相邻CELL人数变化，计算人群在CELL之间的流动情况。如图3所示，假设某一时刻与上一时刻相比，C1、C3、C5、C6中的人数没有变化，而C2的人数减少100人，C4中的人数增加100人，那么可以得出结论：C2向C6中流动了100人。但是CELL不是固定不变的，在实际情况中，可能会调整基站的覆盖半径、调整通信小区的方向、角度等，尤其是CELL的方向调整的更加频繁。假设T1时刻的人群流动情况如图3所示，系统记录从C2向C4流动100人。接下来，在T2时刻CELL的方向发生了变化，此时再次解读T1时刻人群流动情况记录，会得出如图4所示的结果。这不仅很难计算人群流动情况，也不利于对历史数据进行对比分析。

综上，“以小区为基本单元”的人群态势监测方法很难对区域内部人群密度、人群分布、人群流动情况进行监测，这将导致人群态势监测的核心内容缺失。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于地理网格的人群态势监测方法，能够有效地实现人群密度、人群流动情况等人群态势的监测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于地理网格的人数测定方法，其步骤包括：

1)为某一区域建立地理网格，所述地理网格包含若干地理网格单元；

2)将通信小区(CELL)投影到地理网格上，计算CELL和与其相关的每一个地理网格单元的重叠面积，并计算该重叠面积占CELL自身面积的比例；

3)获取每一个CELL中当前移动通信设备数量，根据CELL和网格的重叠面积占CELL面积的比例，将CELL中的通信设备数量分配到每一个相关的地理网格中；

4)统计每个地理网格单元从不同CELL中分配得到的人数，从而得到每个地理网格单元内的人数。

进一步地，步骤1)所述地理网格单元的划分方式可以是：用经线和纬线围起来的区域作为一个地理网格单元；使用与经纬线成一定角度的直线划分地理网格单元；用类似蜂窝通信的六边形定义地理网格等。

进一步地，步骤1)根据地区特点确定地理网格的大小，人群密度大的区域网格单元较小，人群密度小的区域网格单元较大。例如按照核心城区、郊区、农村或山区来划分不同大小的地理网格单元等。

进一步地，步骤3)采用下列方法之一获取CELL中移动通信设备的数量：

a)通过搭接的采集设备，从通信系统中获取信令数据，并解析出设备标识、CELL、信令产生的时间，据此判断一个设备所在的CELL，进一步统计出CELL中当前的移动通信设备数量；

b)通过采集设备，直接从基站中获取每个CELL中当前的移动通信设备数量。

一种采用上述方法的基于地理网格的人数测定系统，其包括：

信令采集设备，用于采集移动通信系统中的信令数据；

信令分析子系统，连接所述信令采集设备，用于对采集的信令数据进行解析和整合；

基础数据处理子系统，用于管理CELL信息与地理网格，并存储CELL与地理网格的映射关系；

地理网格监测子系统，连接所述信令分析子系统和所述基础数据处理子系统，负责：根据解析后的信令数据计算每个CELL中的移动通信设备数；从基础数据处理子系统中获取CELL与地理网格的映射关系，并据此将CELL中的移动通信设备数分摊到相关的网格中；计算每个地理网格单元的移动通信设备数。

一种基于地理网格的人群态势监测方法，其步骤包括：

1)采用上述方法得到每个地理网格单元内的人数；

2)确定监测区域，根据得到的各地理网格的人数分析监测区域的人群态势。

进一步地，步骤2)采用能够覆盖目标区域的地理网格作为监测区域，所述监测区域是一个连续区域或者是由多个不连续的小区域构成的区域。

进一步地，步骤2)采用下列方式之一标识监测区域：

a)在GIS系统上圈定目标区域或通过录入边界坐标的方式圈定目标区域，然后计算监测区域所包含的地理网格单元，从而得到监测区域；

b)录入或直接在GIS系统上选择地理网格构成监测区域；

c)混合使用上述方式得到监测区域。

进一步地，步骤2)所述分析监测区域的人群态势，包括人群密度分析和人群流动分析；所述人群密度分析是根据人群数量对每个区块标以不同的颜色，或者对每个区块设置不同的填充图案，从而直观地展示人群的分布和密度；所述人群流动分析是按照一定时间间隔，获取监测区域的连续的人群密度分布数据，进而从中分析出人群的流动情况。

一种采用上述方法的基于地理网格的人群态势监测系统，其包括：

信令采集设备，用于采集移动通信系统中的信令数据；

地理网格监测子系统，连接所述信令分析子系统和所述基础数据处理子系统，负责：根据解析后的信令数据计算每个CELL中的移动通信设备数；从基础数据处理子系统中获取CELL与地理网格的映射关系，并据此将CELL中的移动通信设备数分摊到相关的网格中；计算每个地理网格单元的移动通信设备数；

任务监测子系统，连接所述地理网格监测子系统，用于根据监测任务确定监测区域，获取任务相关的地理网格单元的移动通信设备数量，并进行人群态势分析。

本发明将CELL中的人群数量分摊到相关地理网格单元，从而使得人群态势的分析、监测过程仅与地理网格相关，而脱离了CELL体系。与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、和“以个体为基本单元”的人群态势监测方法比较

由于本方法成本低(需要较少的数据采集设备)、对移动通信设备没有特殊要求、不需要移动通信设备主动发起定位，因此实际可操作性较高。

2、和“以通信小区为基本单元”的人群态势监测方法比较

由于本方法以稳定、统一的地理网格体系作为参照系，因此有如下优势：

1)有效的简化人群态势分析过程——避免由于CELL之间错综复杂的关系带来的人群态势分析的复杂度；

2)更好的支持历史数据的对比——避免由于CELL的变化导致历史数据与当前数据无法(或很难)对比的问题；

3)更好的支持对监测区域内部人群密度、人群流动情况等人群态势的分析——监测区域中地理网格的大小是统一的(或者是可相互换算的)、无重叠的，因此能够很简单的计算人群密度、人群分布，通过人群密度、人群分布的变化情况很容易分析人群流动情况。

附图说明

图1是现有技术中对监测区域边缘的CELL人数统计方法进行改进的示意图。

图2是现有的以通信小区为基本单元的监测方法的两个基站重叠的示意图。

图3是现有技术中通过相邻CELL人数变化计算人群流动情况的示意图。

图4是现有技术中CELL发生变化时的人群流动情况示意图。

图5是本发明建立的地理网格示意图。

图6是投影到地理网格上的CELL示意图。

其中：g1～g12为地理网格单元，C1～C9为通信小区。

图7是根据目标区域确定监测区域的示意图。

图8是展示人群密度分布的示意图。

图9是本发明的基于地理网格的人群态势监测系统的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明的基于地理网格的人群态势监测方案做进一步说明。

1.基本原理

人群态势与基站、扇区无关，而只和人群的地理分布、人群内部小群体的相对位置关系有关。也就是说，无论一个区域内基站、扇区如何分布，相互之间的关系如何，对人群态势都没有任何影响。

“以小区为基本单元”的人群态势监测方法产生问题的根本原因是：CELL本身是不稳定的，隶属于不同运营商、不同制式(GSM、CDMA、2G、3G、4G)的通信系统其CELL之间有着错综复杂的关系，这类方法以CELL作为参考系统，从而导致监测方法复杂、监测效果不理想。

这给我们以启发——如果采用统一、稳定的地理区域体系作为参考系统，将每个CELL中的人数分摊到相关的地理区域内，再根据相邻地理区域中人群的情况(含变化情况)对人群态势进行监控，理论上，能够用简单的监测方法获得相对较好的监测结果。

本发明就提出了这样一种基于地理网格的人群态势监测方法。

2.地理网格

采用某种方法将整个地球或者地球上的一部分划分为一个一个的小区域，这些小区域共同组成了地理网格，每个小区域称为地理网格单元。每个地理网格单元仅仅表达地球上的一块区域的空间概念，和其中的自然情况(如江山湖海)、行政区划(如洲、国家、省市县等)、道路、建筑物没有任何关系。每一个小区域可以形状大小相同、也可以形状大小不同。划分区域的方法也可不尽相同。

为了达到较好的监测效果，使得系统简单高效，本实施例采用如下方法定义地理网格：用两条经线和两条纬线围起来的区域(正方形或矩形)作为一个地理网格单元。相应的，如图5所示，按照一定间隔，用多条经线、多条纬线将地球或其中的一个区域划分成地理网格。

除上述网格划分方式之外，本发明也可以使用其他方法定义的地理网格，如使用与经纬线成一定角度的直线划分地理网格、用类似蜂窝通信的六边形定义地理网格等。

3.基于地理网格的监测方法

基于地理网格的人群态势监测方法处理过程如下：

【步骤1】建立地理网格体系

如图5所示，依据经纬线建立地理网格体系。为了在监测效果和监测成本之间达到较好的平衡，可以根据地区特点确定地理网格的大小，使得人群密度大的区域网格单元较小，人群密度小的区域网格单元较大，例如：核心城区、郊区、农村或山区的地理网格单元边长可以分别设置为50米、100米、400米。

【步骤2】计算CELL与地理网格重叠面积占CELL自身面积的比例

如图6所示，将CELL投影到地理网格上，计算CELL和与其相关的每一个地理网格单元的重叠面积，并计算该重叠面积占CELL自身面积的比例。

由于CELL的实际形状有多种，本实施例为了说明方便，用常见的扇形表示CELL的实际区域，本发明不以此为限制，也支持其他形状的CELL。

本步骤的计算过程如下：

1、计算每个CELL的面积，用S(CELL)表示，图6中C1的面积记为S(C1)。

2、计算一个CELL和一个地理网格单元grid的重叠面积，记为S(CELL，grid)，图6中C1和地理网格单元g2的重叠面积为S(C1，g2)。

CELL本身有多种形状。比如，最简单的情况是一个基站只有一个扇区，那么该扇区是圆形；最常见的基站有3个扇区，为简化计算可将其视为扇形；理论上扇区是三叶草形；用于说明蜂窝通信理论的扇区是六边形。不同形状的扇区其面积、重叠有不同的计算方法，比如圆形、扇形、六边形扇区，可以采用几何学原理进行计算。

3、计算CELL和gird的重叠面积占CELL自身面积的比例，记为B(CELL，grid)，即

B(CELL，grid)＝S(CELL，grid)/S(CELL)。

图6中C1和地理网格单元g2的重叠面积占C1面积的比例为B(C1，g2)＝S(C1，g2)/S(C1)。

【步骤3】获取每一个CELL中当前移动通信设备数量

获取CELL中移动通信设备数量的方法有很多种，例如：(1)通过搭接的采集设备，从通信系统中获取信令数据，可以解析出如下内容：设备标识、CELL、信令产生的时间等。据此可以判断一个设备在哪个CELL中，进一步可以统计出CELL中当前的移动通信设备数量。(2)通过采集设备，直接从基站中获取每个CELL中当前的移动通信设备数量。

将CELL中移动通信设备数量记为P(CELL)。

【步骤4】将CELL中的移动通信设备数量分配到相关的地理网格单元中

本步骤根据CELL和网格的重叠面积占CELL面积的比例，将CELL中的通信设备数量分配到每一个相关的地理网格中。

也就是说，本步骤计算每个地理网格从某个CELL中获取的移动通信设备数量，记为

P(grid，CELL)＝P(CELL)*B(CELL，grid)

【步骤5】统计每一个地理网格单元中的移动通信设备数量

统计每个地理网格单元从不同CELL中分配得到的人数，将其总和作为该地理网格人数，记为

P(grid)＝∑P(grid，CELL)

【步骤6】圈定监测区域

本方法与其他监测方法在监测区域的界定上有所不同：本方法用能够覆盖目标区域的地理网格作为监测区域。如图7所示，假设我们以北京动物园为目标区域，那么监测区域由虚线包含的地理网格单元构成(如果有需要，可以人工干预或系统自动扩大监测范围)。

可以通过多种方式标识监测区域，如：(1)可以在GIS系统上圈定目标区域、或通过录入边界坐标的方式圈定目标区域，然后由系统计算监测区域(即所包含的地理网格单元)；(2)可以录入或直接在GIS系统上选择地理网格构成监测区域；(3)可以混合使用上述方式，并支持对目标区域进行人工调整(即向监测区域中增加地理网格单元，或从监测区域中去掉地理网格单元)。本发明中，监测区域不一定是连续的，可以是由多个不连续的小的区域构成的。

【步骤7】以地理网格为基本单元，分析人群态势

在人群态势分析运算角度，本方法与其他方法的不同点：对人群态势的分析仅与代表地理位置区域的地理网格相关，而与CELL没有任何关系。

可以结合监测目标、监测场景建立各种各样的监测模型、监测运算处理过程，这里仅举两个例子：

例1：人群密度分析

如图8所示，根据人群数量，对每个区块标以不同的颜色，或者对对每个区块设置不同的填充图案等，从而可以直观的展示人群的分布，以及人群的密度。

例2：人群流动分析

按照一定时间间隔，获取监测区域的连续的人群密度分布图(人群密度分布数据)，从中能够分析出人群的流动情况，例如：流动的方向、速率等。

4.系统构成与实施方案

如图9所示，在移动通信系统中搭接信令采集设备，这些设备将采集得到的信令数据传输给信令分析子系统。信令分析子系统负责信令的采集、解析、整合工作，该子系统输出的信令数据包括如下基本元素：信令产生的时间、信令相关的设备标识、信令相关的LAC、CI等信息。

解析后的信令数据传输给地理网格监测子系统，该子系统负责：(1)计算每个CELL中的移动通信设备数；(2)从基础数据处理子系统中获取CELL与地理网格的映射关系，并据此将CELL中的移动通信设备数分摊到相关的网格中；(3)计算每个地理网格单元的移动通信设备数。

基础数据处理子系统负责：管理CELL信息与地理网格，并存储CELL与地理网格的映射关系。如图9所示，该子系统包括：cell信息管理模块，用于维护CELL的基站坐标、覆盖半径、方向、角度、所属lac等信息；地理网格管理模块，用于根据区域属性生成地理网格；cell与地理网格映射模块，用于建立CELL与地理网格的映射关系、计算CELL向相关地理网格分摊的比例等。

任务监测子系统，根据监测任务定义的监测范围、监测模型，获取任务相关的地理网格单元的移动通信设备数量，并进行人群分布、密度等静态监测指标的运算；根据连续多个周期的监测结果，进行人群流动情况、人群聚集度变化等动态监测指标的分析。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims

1.一种基于地理网格的人数测定方法，其步骤包括：

2)将通信小区CELL投影到地理网格上，计算CELL和与其相关的每一个地理网格单元的重叠面积，并计算该重叠面积占CELL自身面积的比例；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述地理网格单元的划分方式为下列中的一种：用经线和纬线围起来的区域作为一个地理网格单元；使用与经纬线成一定角度的直线划分地理网格单元；用类似蜂窝通信的六边形定义地理网格。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)根据地区特点确定地理网格的大小，人群密度大的区域网格单元较小，人群密度小的区域网格单元较大。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)的具体计算过程包括：

2-1)计算每个CELL的面积，用S(CELL)表示；

2-2)计算一个CELL和一个地理网格单元grid的重叠面积，记为S(CELL，grid)；

2-3)计算CELL和gird的重叠面积占CELL自身面积的比例，记为B(CELL，grid)，即B(CELL，grid)＝S(CELL，grid)/S(CELL)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)采用下列方法之一获取CELL中移动通信设备的数量：

6.一种采用权利要求1所述方法的基于地理网格的人数测定系统，其特征在于，包括：

信令采集设备，用于采集移动通信系统中的信令数据；

7.一种基于地理网格的人群态势监测方法，其步骤包括：

1)采用权利要求1～5中任一项所述方法得到每个地理网格单元内的人数；

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)采用能够覆盖目标区域的地理网格作为监测区域，所述监测区域是一个连续区域或者是由多个不连续的小区域构成的区域；采用下列方式之一标识监测区域：

b)录入或直接在GIS系统上选择地理网格构成监测区域；

c)混合使用上述方式得到监测区域。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)所述分析监测区域的人群态势，包括人群密度分析和人群流动分析；所述人群密度分析是根据人群数量对每个区块标以不同的颜色，或者对每个区块设置不同的填充图案，从而直观地展示人群的分布和密度；所述人群流动分析是按照一定时间间隔，获取监测区域的连续的人群密度分布数据，进而从中分析出人群的流动情况。

10.一种采用权利要求7所述方法基于地理网格的人群态势监测系统，其特征在于，包括：

信令采集设备，用于采集移动通信系统中的信令数据；

任务监测子系统，根据监测任务确定监测区域，获取任务相关的地理网格单元的移动通信设备数量，并进行人群态势分析。