CN104219622B - 基于lac的人数测定方法和人群态势监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LAC的人数测定方法和人群态势监测方法及系统。该方法包括：建立用于存储LAC中移动通信设备信息的集合或表；位置切换信令产生时，将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表(进入本LAC)或者从该集合或表中删除(离开本LAC)；呼入、呼出、短信、上网或者周期性位置更新信令产生时补充或更新该集合或表；开机信令产生时将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表，关机信令产生时则从该集合或表中删除；从而得到LAC中当前移动通信设备总数。然后将LAC的移动通信设备数量分摊给与该LAC相关的通信小区CELL，对人群态势进行监测和分析。本发明能够统计LAC内的人数，取得更高的人群态势监测精度。

Description

基于LAC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LAC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

科技的发展和生活方式的变化，带来了人类活动范围扩大化、群体关系多样化、周边环境因素多变等新型社会变化趋势，给社会治安管理、维护稳定带来了一定的威胁，借助新的技术手段对人群态势进行监测的需求日益迫切。

一方面，手机等移动通信设备已经成为人们生活的必需品，随身携带手机等移动通信设备也已经成为人们的生活习惯；另一方面，通过移动通信网络获得的信令数据可以分析出移动通信设备当前所在的大致位置。这些信息说明，利用移动通信网络获取用户位置，进而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具有很强的可操作性。

目前，现有的利用移动通信设备监测人群态势的方法有如下几种：

一、基于GPS定位的人群态势监测方法

对于安装有GPS定位模块的移动通信设备，开启定位功能，定位模块能够得到移动通信设备的位置。通过某种方式从每个移动通信设备上收集定位信息，汇总后可以分析人群分布情况、得到人群态势信息。

该方法(针对每台移动通信设备的)定位精度高，但是需要移动通信设备安装有GPS定位模块，并需要启用GPS定位功能，由移动通信设备发起定位动作。上述限制条件，使得该方法的实际可操作性差。

二、基于多基站定位的人群态势监测方法

一个移动通信设备可以同时(或在很短的时间间隔内)与附近的多个基站进行信号传输，根据基站的坐标、信号强度可以确定该设备的位置范围。收集每个移动通信设备的位置信息，汇总后可以分析人群分布情况、得到人群态势信息。

根据定位发起方的不同，该方法有两种定位方式：

1、移动通信设备采集信号强度进行定位

移动通信设备主动搜索周围的基站，根据信号强度、信号传输时差等，利用三角定位法进行定位。该方法需要移动终端设备安装相关软件，并主动发起定位。

2、移动通信基站采集信号强度进行定位

专利CN102215468A，提出在基站收发台(Base Transceiver Station，BTS)与基站控制器(Basic Station Controller，BSC)之间的通信链路搭接信令采集设备，这些设备除了可以采集到移动通信设备呼入、呼出、短信、周期性位置更新等活动信息，还可以采集到小区内移动通信设备通过BTS向BSC报告的信号强度测量结果信息。根据从多个BTS上获取的同一个移动通信设备的信号强度，可以定位该设备的大致位置。该方法对移动通信设备没有任何要求，但是考虑到BTS数量庞大(南京约有2.5万个BTS，苏州约有3万个BTS)想要对整个城市进行监测，需要大量的硬件设备(每个BTS对应1套信令采集设备)、网络投入。如果只针对部分区域进行监测，那么后续每新增一个监测区域就要在该区域及其周围的基站增加信令采集设备、铺设网络，因此按照该方法研发的系统不具有良好的可扩展性。

综上，无论采用哪种定位方法，基于多基站定位的人群态势监测方法的实际可操作性都很差。

三、基于通信小区(CELL)的人群态势监测方法

在基站子系统(Base Station Subsystem，BSS)与移动交换中心(MobileSwitching Centre，MSC)之间的通信链路搭接信令采集设备。在这个位置上，信令采集设备无法采集到信号强度，但是从采集的信令中能够得到(信令产生时)移动通信设备所处的小区(CELL)。结合CELL所在基站的坐标、方向、基站覆盖范围等信息，可以得到：1)移动通信设备的位置范围，即CELL的覆盖范围；2)每个CELL的移动通信设备数。进一步，可以计算人群分布情况。这种方法的优点是投入小(每个BSC对应一套信令采集设备，而1个BSC可以带几十甚至几百个BTS，南京只有约100个BSC)，因此具有很高的可行性，专利CN1901725B、CN102982596A、以及专利CN102215468A的第二种方案采用的都是这种方法。

这种方法具有较高的可操作性，但是需要注意到：移动通信设备待机状态下，在一个LAC内部移动时不产生信令(待机状态约每1小时产生一条周期性位置更新信令，由于周期较长暂忽略不计)，因此，信令数据并不能够完全反映移动通信设备的最新位置。

举例来说：人类的正常步行速度约4～7公里/小时，据统计市区的CELL直径一般是300米，据此计算，一个人可以在3分钟内沿直径贯穿一个CELL。因此，在30分钟内一个人可以沿直线走过10个CELL。而以10个CELL的直径为半径的圆，可以覆盖300个CELL。

根据上述计算结果，对基于CELL的人群态势监测方法的效果加以分析：如图1所示，假设一个人在A时刻处于通信小区C1(即小圆圈所示位置)，由于打电话或发短信产生了一条信令XL1，然后该人一直待机，直到周期性位置更新信令产生之前没有任何信令产生。30分钟后(尚未产生周期性位置更新信令)，根据该监测方法，得到的结果是该人仍然呆在C1，而实际上该人可能所处的位置多达300个CELL。

考虑到大部分用户一天中的大部分时间会让移动通信设备处于待机状态，而现有技术都没有对信令的上述特点做针对性处理，因此，基于CELL的人群态势监测方法的监测结果质量是较低的。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于LAC的人数测定和人群态势监测方案，能够统计LAC内的人数，取得更高的人群态势监测精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于LAC的人数测定方法，其步骤包括：

1)建立一个用于存储LAC中所有当前移动通信设备信息的集合或表；

2)当有位置切换信令产生时，如果是进入本LAC，则将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表；如果是离开本LAC，则将相应的移动通信设备信息从该集合或表中删除；

3)当有呼入、呼出、短信、上网或者周期性位置更新信令产生时，如果原来没有该设备的记录，则用相应的移动通信设备信息补充该集合或表；如果原来有该设备的记录，则用相应的移动通信设备信息更新该集合或表；

4)当有开机信令产生时，将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表；当有关机信令产生时，将相应的移动通信设备信息从该集合或表中删除；

5)根据步骤1)～4)得到LAC中当前移动通信设备总数，即得到LAC中的人数。

一种采用上述方法的基于LAC的人数测定系统，包括：

信令采集设备，搭接于基站子系统(Base Station Subsystem，BSS)与移动交换中心(Mobile Switching Centre，MSC)之间的通信链路上，用于采集信令数据；

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；

LAC监测子系统，连接所述信令分析子系统，负责依据解析后的信令数据统计LAC中的移动通信设备数，即得到LAC中的人数。

一种基于LAC的人群态势监测方法，其步骤包括：

1)采用上述方法精确统计某时刻一个LAC中的移动通信设备数量；

2)将该时刻LAC的移动通信设备数量分摊给与该LAC相关的通信小区CELL，从而得到该时刻CELL的移动通信设备数；

3)根据CELL的移动通信设备数量对人群态势进行监测和分析。

一种采用上述方法的基于LAC的人群态势监测系统，包括：

信令采集设备，搭接于基站子系统与移动交换中心之间的通信链路上，用于采集信令数据；

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；

LAC监测子系统，连接所述信令分析子系统，负责依据解析后的信令数据统计LAC中的移动通信设备数；

小区监测子系统，连接所述信令分析子系统和所述LAC监测子系统，负责将LAC中的移动通信设备数分摊到与该LAC相关的每个CELL中；

任务监测子系统，连接所述小区监测子系统，根据监测任务确定监测区域，获取相关的CELL的设备数量以进行人群态势分析。

与现有的“基于GPS定位的人群态势监测方法”或“基于多基站定位的人群态势监测方法”相比，本发明投入低、不需要在设备上安装相关模块、不需要设备主动发起监测。本发明的基于LAC的人群态势监测方法以LAC中精确的移动通信设备数为基础，支持根据实际情况找到合适的分配方案，将LAC中的移动通信设备数分摊到CELL中。随着分摊方案的不断优化，分摊结果越来越合理，监测精度会不断提高。因此，从提高精度角度上，本发明比现有的基于通信小区的人群态势监测方法具有更大的灵活性和空间，可以取得更高的监测精度。

附图说明

图1是现有技术中基于CELL的人群态势监测方法的效果示意图。

图2是基于LAC的人群态势监测系统的结构示意图。

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，对本发明做进一步说明。

1、通信领域相关知识

通信网络中传输着各种信号，其中一部分信号是业务相关的(例如打电话的语音，上网的数据包等等)，而另外一部分是业务无关的、用来专门控制电路的，这种与业务无关的信号就称之为信令。

在移动通信系统中，在BSS与MSC之间的通信链路上能够采集到如下信令数据：

1、用户打电话(呼出、呼入)、上网、发短信等操作产生的信令

2、用户开关机操作产生的信令

3、用户从一个LAC进入另一个LAC产生的位置切换信令

在移动通信系统中，位置区码(Location Area Code，LAC)对应为寻呼而设置的一个区域，覆盖了一片地理区域。一个LAC在物理上由一组基站组成，其覆盖范围由其中的基站的覆盖范围确定。

4、用户待机状态下，系统按照一定周期(位置更新周期)产生周期性位置更新信令

运营商根据当地的实际情况设定位置更新周期，一般是40分钟～1小时。也就是说，在待机状态下，手机每40分钟左右产生一条周期性位置更新信令。

需要注意的是：待机状态下，移动通信设备在一个LAC内部移动时不产生信令(周期性位置更新信令除外)。

2、基本原理

本发明综合运用上述各种信令产生的机制，在任意时刻得到一个LAC中当前所有移动通信设备数量(具体方法见后面的描述)，从而能够测定持有移动通信设备的人数，并进一步进行人群态势监测。具体包括如下几个步骤：

【步骤一】精确统计某时刻一个LAC中的移动通信设备数量(即本发明的人数测定方案)。

【步骤二】按照某种方法，将该时刻LAC的移动通信设备数量分摊给(与该LAC相关的)CELL，从而得到该时刻CELL的移动通信设备数。可以有很多种分配方法，分配方法越合理监测结果越接近真实情况。

【步骤三】根据CELL的移动通信设备数量对人群态势进行监测、分析。

3、LAC的移动通信设备数统计方法

根据信令产生的机制，可以在任意时刻得到一个LAC中当前所有移动通信设备数量，其方法是：

(1)建立一个用于存储LAC中所有当前移动通信设备信息的集合(或表)；

(2)当有位置切换信令产生时，将相应的移动通信设备信息插入(进入本LAC)到该集合(或表)，或从该集合(或表)中删除(离开本LAC)；位置切换信令中包括了进入lac信息、离开lac信息；

(3)当有呼入、呼出、短信、上网、周期性位置更新等信令产生时，用相应的移动通信设备信息补充(原来没有该设备的记录)/更新(原来有该设备的记录)该集合(或表)；

(4)当有开机信令产生时，将相应的移动通信设备信息插入(进入本LAC)到该集合(或表)；当有关机信令产生时，将相应的移动通信设备信息从该集合(或表)中删除(离开本LAC)。

上述方法可在一个位置更新周期内，完成LAC中移动通信设备信息的初始化。在后续过程中根据信令数据不断更新这些信息，就可以随时得到LAC中当前移动通信设备总数。

4、LAC的移动通信设备数分配方法

LAC的覆盖范围比较大，通常一个LAC包括数百个CELL，仅知道LAC中的移动通信设备数量不能满足对人群态势监测的需求。可以采用某种方式，将LAC中的所有移动通信设备数量合理的分配到每个CELL中，这样就可以根据CELL的数据进行人群态势监测了。理论上，分配策略制定越得当，每个CELL中分配得到的移动设备数量越接近实际数量，对于人群态势的监测结果越准确。

假设：某个LAC中有n个CELL分别为(C1,C2,…,Cn)，某一时刻每个CELL覆盖范围内的实际移动通信设备数为(P1,P2,…,Pn)，通过上述方法可以得到该LAC中的移动通信设备总数S，理论上S＝P1+P2+…+Pn。

假设有一个与CELL中移动通信设备数量相关的分配指标(该指标的数值根据信令数据计算得到)。分配指标用K表示，n个CELL的分配指标分别为(K1,K2,…,Kn)，这些分配指标的总和用K_count表示，K_count＝K1+K2+…+Kn。

理论上，可以找到一种合适的分配指标定义与计算方法，使得Ki/K_count非常接近Pi/S。

这里用(M1,M2,…,Mn)表示计算得到的每个CELL中的移动通信设备数，即

Mi＝Ki*(S/K_count)，

由于理论上Ki/K_count可以非常接近Pi/S，因此Mi也非常接近Pi，从而可以根据(M1,M2,…,Mn)分析人群态势。

需要单独说明的是，由于分配指标的数值是根据信令数据计算得到，因此在不同时刻分配指标也不相同。也就是说在T1时刻的(K1,K2,…,Kn)之间的比例关系可以不同于T2时刻的比例关系。

下面给出几种实际可行的分配指标的定义与计算方法。本发明可以用多种方法定义、计算分配指标，但无论采用哪种分配方法，只要是基于LAC总人数进行分摊的做法，都在本专利的权利要求范围内。

【分配方案1】

考虑到如下因素：

按照人类的平均步行速度，及CELL的平均大小，认为在信令产生后的较短时间内(如1分钟内)，用信令的CELL信息可以有效描述移动通信设备的当前位置；

信令产生较长时间后，无法依据信令的CELL判断移动通信设备当前的位置；

人类行为具有一定的相似性，或者具有一定的模式，根据统计学原理：当人群数量较

大时，可以采用抽样的方式以部分人的行为作为样本代表群体行为。

基于上述因素，这里给出一个可行的分配方案：

1、定义参数“最大可接受时长”Tmax，该参数表示：距当前时刻多长时间范围内的信令是可以作为样本的。

例如：假设当前是10:00:00，Tmax＝120秒，则表示在09:58:00之后产生的信令可以作为样本，而之前产生的信令由于时间太久而不能作为样本。

2、建立一个样本信令集合(或表)，定期删除产生时长超过Tmax的信令数据，并将新产生的信令插入该集合中，或者用新产生的信令替换同一设备之前产生的信令。

3、统计LAC中每个CELL的样本信令数，作为CELL的分配指标(K1,K2,…,Kn)。

4、根据分配指标(K1,K2,…,Kn)，将LAC的移动通信设备数分摊到每个CELL中。

【分配方案2】

除了考虑分配方案1考虑的因素外，还考虑到如下因素：

不同区域(如影剧院、公园、办公区)的人群具有不同的行为特征，因此信令作为样本的有效期也不相同

基于上述因素，给出另一个分配方案：

1、定义参数“最大可接受时长”Tmax(CELL)，该参数表示：对于某一个CELL而言，距当前时刻多长时间范围内的信令是可以作为样本的。

例如：假设当前是10:00:00，Tmax(C1)＝120秒，Tmax(C2)＝180秒，则表示C1中在09:58:00之后产生的信令可以作为样本，C2中在09:57:00之后产生的信令可以作为样本，而之前产生的信令由于时间太久而不能作为样本。

2、建立一个样本信令集合(或表)，定期删除产生时长超过Tmax(CELL)的信令数据，并将新产生的信令插入该集合中，或者用新产生的信令替换同一设备之前产生的信令。

3、统计LAC中每个CELL的样本信令数，作为CELL的分配指标(K1,K2,…,Kn)。

4、根据分配指标(K1,K2,…,Kn)，将LAC的移动通信设备数分摊到每个CELL中。

5、系统构成与实施方案

如图2所示，在基站子系统(Base Station Subsystem，BSS)与移动交换中心(Mobile Switching Centre，MSC)之间的通信链路搭接信令采集设备。采集得到的信令数据传输给信令分析子系统，该子系统负责信令的接收以及解析、整合各种信令。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LAC监测子系统，该子系统负责依据信令数据统计LAC中的移动通信设备数。

信令分析子系统将信令数据同时传输给小区监测子系统，该子系统负责统计每个CELL的样本信令数，并据此将LAC中的移动通信设备数分摊到每个CELL中。

任务监测子系统，根据监测任务定义的监测范围、监测模型，对任务相关的CELL的设备数量进行人群分布、人群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 (6)

1.一种基于LAC的人群态势监测方法，其步骤包括：

1)采用以下方法统计某时刻一个LAC中的移动通信设备数量：

1-1)建立一个用于存储LAC中所有当前移动通信设备信息的集合或表；

1-2)当有位置切换信令产生时，如果是进入本LAC，则将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表；如果是离开本LAC，则将相应的移动通信设备信息从该集合或表中删除；

1-3)当有呼入、呼出、短信、上网或者周期性位置更新信令产生时，如果原来没有该设备的记录，则用相应的移动通信设备信息补充该集合或表；如果原来有该设备的记录，则用相应的移动通信设备信息更新该集合或表；

1-4)当有开机信令产生时，将相应的移动通信设备信息插入到该集合或表；当有关机信令产生时，将相应的移动通信设备信息从该集合或表中删除；

1-5)根据步骤1-1)～1-4)得到LAC中当前移动通信设备总数，即得到LAC中的人数；

2)将该时刻LAC的移动通信设备数量分摊给与该LAC相关的通信小区CELL，从而得到该时刻CELL的移动通信设备数；在分摊时，统计短时间内的LAC中每个CELL的样本信令数，作为CELL的分配指标，然后根据每个CELL的分配指标，将LAC的移动通信设备数分摊到每个CELL中；

3)根据CELL的移动通信设备数量对人群态势进行监测和分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)将LAC的移动通信设备数量分摊给CELL的方法是：

a)定义参数Tmax，该参数表示最大可接受时长，即距当前时刻多长时间范围内的信令是能够作为样本的；

b)建立一个样本信令集合或表，定期删除产生时长超过Tmax的信令数据，并将新产生的信令插入该集合或表中，或者用新产生的信令替换同一设备之前产生的信令；

c)统计LAC中每个CELL的样本信令数，作为CELL的分配指标；

d)根据每个CELL的分配指标，将LAC的移动通信设备数分摊到每个CELL中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)将LAC的移动通信设备数量分摊给CELL的方法是：

a)定义参数Tmax(CELL)，表示最大可接受时长，即对于某一个CELL而言，距当前时刻多长时间范围内的信令是能够作为样本的；

b)建立一个样本信令集合或表，定期删除产生时长超过Tmax(CELL)的信令数据，并将新产生的信令插入该集合或表中，或者用新产生的信令替换同一设备之前产生的信令；

c)统计LAC中每个CELL的样本信令数，作为CELL的分配指标；

d)根据每个CELL的分配指标，将LAC的移动通信设备数分摊到每个CELL中。

4.一种采用权利要求1所述方法的基于LAC的人群态势监测系统，其特征在于，包括：

信令采集设备，搭接于基站子系统与移动交换中心之间的通信链路，用于采集信令数据；

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；

LAC监测子系统，连接所述信令分析子系统，负责依据解析后的信令数据统计LAC中的移动通信设备数；

小区监测子系统，连接所述信令分析子系统和所述LAC监测子系统，负责将LAC中的移动通信设备数分摊到与该LAC相关的每个CELL中；

任务监测子系统，连接所述小区监测子系统，根据监测任务确定监测区域，对相关的CELL的设备数量进行人群态势分析。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信令分析子系统输出的信令数据包括：信令产生的时间、信令相关的设备标识、信令相关的LAC和CI信息。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述任务监测子系统进行的人群态势分析包括静态监测指标的运算和根据连续多个周期的监测结果进行的动态监测指标的分析；所述静态监测指标包括人群分布、人群密度，所述动态监测指标包括人群流动情况、人群聚集度变化情况。