CN108882177A - 基于手机信令数据的机场轨道旅客识别方法 - Google Patents

基于手机信令数据的机场轨道旅客识别方法 Download PDF

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路尧
陈艳艳
赖见辉
张政
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Abstract

本发明涉及基于手机信令数据的机场轨道旅客识别方法。机场轨道线是机场旅客到达或离开机场的重要途径之一。在极力推进城市大运量公共交通的背景下，为缓解机动车过多导致的机场陆侧交通压力过大，分析机场轨道线旅客交通特征是必不可少的。本发明专利借助手机信令数据，通过机场轨道旅客提取、基站与地铁站点匹配、机场旅客地铁路径匹配与有效性判别三个步骤，实现对机场轨道旅客的识别，并获取机场旅客通经过的站点和出行的路径。利用本发明对首都国际机场轨道线一年的旅客进行识别，有效识别率达到92.33％。因此，本发明专利为机场轨道交通旅客的研究提供了一种新的途径，借助该技术，可对机场轨道交通旅客的出行规律特征进行深入挖掘和分析。

Description

基于手机信令数据的机场轨道旅客识别方法
技术领域
机场轨道线是机场旅客到达或离开机场的重要途径之一。在极力推进城市大运量公共交通的背景下，为缓解机动车过多导致的机场陆侧交通压力过大，分析机场轨道线旅客交通特征是必不可少的。然后现阶段的轨道旅客交通分析数据来源较少，公交IC卡无法跟踪旅客的全过程出行链。
随着手机的普及，用户在出行过程中会在移动运营商的数据库中留下其运动的电子轨迹。因此，手机信令数据为识别机轨道场旅客的识别提供了非常可靠的数据来源。
背景技术
处于待机状态的手机通过基站(CELL)与手机通信网络保持联系，手机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。除打接电话外，当用户发生下列动作时，也将触发通信网络记录触发信息。
·主叫、被叫
·收、发短信
·开、关机；
·周期性位置更新：长时间没有上报位置信息时触发；
·正常位置更新：在待机状态下跨越了位置区时触发。
通信网络记录触发信息数据库包括有区别用户的手机识别号(IMSI)，动作发生的时间，所在位置区编号，连接的蜂窝扇区编号以及动作发生的类型。
表1通信网络记录触发信息数据库
位于地面的地铁站点，与地面普通基站共用信号，位于地下的地铁，为保持较好的通信信号，站内设置有微蜂窝基站。当用户处于某一个地下地铁站时，只能收到对应站点的基站信号基于这一特性，可以实现用户地铁站点位置追踪。
地铁基站数据库包括地铁内基站集合、基站LAC集合、地铁站点集合、地铁线路集合和站点类型。
表2地铁基站数据库
发明内容
机场轨道旅客的识别包括数据读入与机场轨道旅客提取、基站与地铁站点匹配、机场旅客地铁路径匹配与有效性判别。
步骤一：数据读入与机场轨道旅客提取
1.1：从移动运行商通信网络记录触发信息数据库读取用户的数据，用户的每条数据构成一个出行记录，分别将不同用户的出行记录按时间排序，得到所有用户的出行记录；
1.2：若用户出行记录数据中存在隶属于机场轨道站点的基站位置区编号，则提取为机场轨道旅客，并将其余用户数据予以删除。
步骤二：基站与地铁站点匹配
主要包括进地铁站点辨别、换乘站点辨别、出地铁站点辨别。
2.1：将个体出行用户通信事件数据按提交时间先后排序；
2.2：定义出行者在某一时刻上传的基站位置信息为Ti(Ci,Li,ti,Ei)，其中Ci是i时刻位置信息对应的CI，Li是i时刻位置信息对应的LAC，ti是上传时间，Ei是i时刻位置信息对应的事件类型EventID(取值为1～4，1为周期性位置更新，2为关机，3为开机，4为正常位置更新)；地铁基站数据库以集合 DB(C,L,Line,Station)表示，其中C为地铁内基站集合对应C，L为地铁内LAC 的集合对应L，Line为地铁线路集合对应LINE，Station为地铁线路的站点集合对应STATION；
2.3：按通信事件数据先后顺序迭代判别，当出现Ti(Ci,Li,ti,Ei)中的 Ti(Ci,Li)∈DB(C,L)，且Ti(Ei)＝4，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，表示为Enter(Line,Station)；
2.4：继续通信事件数据迭代。若Ti+1(Ci+1,Li+1,ti+1,Ei+1)中的 Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)≠4、Ti+1(Li+1)＝Ti(Li)时，令该基站对应DB中地铁站点为本次出行经过的地铁站点的位置，表示为 M(Line,Station)；若Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)＝4、 Ti+1(Li+1)≠Ti(Li)时，令该基站对应的地铁站点为本次出行的换乘站点之一，表示为TS(Line,Station)；
2.5：继续通信事件数据迭代，若通信数据Ti+k(Ci+k,Li+k,ti+k,Ei+k)中的且Ti+k(Ei+k)＝4、Ti+k(Li+k)≠Ti+k(Li+k-1)，令该基站对应的地铁站点为本次出行的出地铁站点，表示为Exit(Line,Station)，结束本次出行判断。
2.6：继续读入其他用户数据，重复2.1-2.5的步骤，直至所有用户的数据判断完毕。
步骤三：机场旅客地铁路径匹配与有效性判别
3.1：读入用户的Enter(Line,Station)和Exit(Line,Station)，若用户缺少其一，则剔除用户数据；
3.2：记换乘站为TS(Line,Station)，进入站点为Enter(Line,Station)，若 Enter(Line)的地铁线路包含了站点TS(Line)，则认为本次换乘路径匹配成功；
3.3：若第一次换乘TS1(Station)不包含在线路Enter(Line)中，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，若第K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点 Enter(Line,Station)与TS1(Station)之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.4：若第i+1次换乘不包含在线路TSi(Line)中，在轨道拓扑网络中寻找站点与之间的第K短路径，若第K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点与之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.5：重复3.4，对用户的所有TS(Line,Station)进行有效性检验；
3.6：若最后一次换乘不包含在线路Exit(Line)中，在轨道拓扑网络中寻找站点Exit(Line,Station)与之间的第K短路径，若第 K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点Exit(Line,Station)与之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.7：遍历所有用户数据，重复3.1-3.6，完成所有机场轨道旅客的路径匹配和有效性检验。
轨道出行者路线可分两种类型，一是出行中未发生换乘，二是发生了线路间换乘。
类型一：无换乘
当地铁出行者经地面基站GS1范围进入地铁线路1的S11站点时，跨越不同的 LAC，将向无线通信网络上报当前位置信息；当出行者再经换乘站TS12至站点S1i下车时，在出站口跨越至基站GS2的信号覆盖范围时，发生LAC切换，也向无线通信网络上报位置信息，出行者的下车站点便可确定。
类型二：有换乘
当出行者经换乘TS12至地铁线路2的站点S2i下车时，同理若中间未发生任何其它通信事件，在换乘TS12由线路1换乘至线路2时，跨越不同的LAC，向无线通信网络上报位置信息，最后经S2i出站，跨越LAC至基站GS3，再次发生上报位置信息事件。
除跨越位置区发生位置信息更新外，当途中发生任何其它通信事件(主叫、被叫、发短信、收短信、开机、关机)，也将发生位置信息的更新，这些信息可用于出行路径的修正。
附图说明
图1移动定位信息采集原理
图2GSM地铁站信号覆盖示意图
图3首都国际机场轨道线基站位置分布图
图4地铁出行路径辨识原理图
图5轨道出行者辨识流程图
图6地铁出行起迄点完整性检验
图7换乘站点的合理性判别流程
图8换乘站点的合理性判别示意图
图9首都国际机场轨道交通旅客城市分布图
具体实施方式
基于移动通信定位信息的地铁出行路径辨识算法流程主要包括数据过滤预处理、基站与地铁站点匹配、路径有效性判别等步骤。
步骤一：数据读入与机场轨道旅客提取(数据过滤)
数据读入与机场轨道旅客提取是对地铁出行用户数据过滤，结合地铁基站数据库，将出行用户中不包含地铁出行的过户提前过滤，减少后期计算工作量。
步骤二：基站与地铁站点匹配
基站与地铁站点匹配是出行路径辨识的核心算法，主要包括进地铁站点辨别、换乘站点辨别、出地铁站点辨别。定义出行者在某一时刻上传的基站位置信息为Ti(Ci,Li,ti,Ei)，其中Ci是i时刻位置信息对应的CI，Li是i时刻位置信息对应的LAC，ti是上传时间，Ei是i时刻位置信息对应的事件类型EventID(取值为1～4，1为周期性位置更新，2为关机，3为开机，4为正常位置更新)；地铁基站数据库以集合DB(C,L,Line,Station)表示，其中C为地铁内基站集合对应C， L为地铁内LAC的集合对应L，Line为地铁线路集合对应LINE，Station为地铁线路的站点集合对应STATION。算法步骤如下：
1)：将个体出行用户通信事件数据按提交时间先后排序；
2)：按通信事件数据先后顺序迭代判别，当出现Ti(Ci,Li,ti,Ei)中的 Ti(Ci,Li)∈DB(C,L)，且Ti(Ei)＝4，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，表示为Enter(Line,Station)；
3)：继续通信事件数据迭代。若Ti+1(Ci+1,Li+1,ti+1,Ei+1)中的 Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)≠4、Ti+1(Li+1)＝Ti(Li)时，令该基站对应DB中地铁站点为本次出行经过的地铁站点的位置，表示为 M(Line,Station)；若Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)＝4、 Ti+1(Li+1)≠Ti(Li)时，令该基站对应的地铁站点为本次出行的换乘站点之一，表示为TS(Line,Station)。
4)：继续通信事件数据迭代，若通信数据Ti+k(Ci+k,Li+k,ti+k,Ei+k)中的且Ti+k(Ei+k)＝4、Ti+k(Li+k)≠Ti+k(Li+k-1)，令该基站对应的地铁站点为本次出行的出地铁站点，表示为 Exit(Line,Station)，结束本次出行判断，结束本次出行判断。
5)：继续读入其他用户数据，重复1)-5)的步骤，直至所有用户的数据判断
完毕。
步骤三：机场旅客地铁路径匹配与有效性判别
经基站与地铁站点匹配后，可初步得到地铁出行进入地铁站点(起点)、换乘站点、离开地铁站点(迄点)，但在实际数据条件下，由于无线通信网络数据采集不稳定等因素，可能存在数据丢失，导致无法匹配合适站点作为进入地铁、线路换乘、离开地铁的站点。因此需对匹配站点进行有效性检验，检验方法包括二种：一是出行进出站点(起迄点)完整性检验；二是换乘站点合理性检验。
(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。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。
(2)地铁换乘站点合理性检验及路径修正
经第一步起迄点完整性检验后，出行路径已包括较为完整的出入地铁站点，此步骤主要针对换乘站点的合理性进行检验，同时，利用“步骤二”中基站与地铁站点匹配过程中得到的M(Line,Station)进行路径修正，流程如图7所示，
方法步骤如下：
记第一次换乘站为TS1(Line,Station)，进入站点为Enter(Line,Station)，若Enter(Line)的地铁线路包含了站点TS1(Line)，则认为本次换乘路径匹配成功；若TS1(Station)不包含在线路Enter(Line)中，则利用M(Line,Station)进行修正，修正步骤如下：
1)：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(Linei,Stationij)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)之间的实际出行路径，如图8，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(Linei,Stationij)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(>10)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。
2)：若1)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1)相同，直至所有换乘点与出站点匹配完成后，结束判断。
本方法利用手机信令数据，对机场轨道旅客的出行进行判断识别，为机场轨道交通旅客的研究提供了一种新的途径，借助该技术，可对机场轨道交通旅客的城市分布进行深入挖掘和分析。
利用本方法对首都国际机场轨道线一年的旅客进行识别，有效识别率达到92.33％。这一识别精度，满足了机场轨道交通旅客城市分布特征研究的需求。以下是根据首都国际机场轨道旅客识别结果，进一步分析得到的首都国际机场轨道交通旅客城市分布图。

Claims (2)

1.基于手机信令数据的机场轨道旅客识别方法，其特征在于：机场轨道旅客的识别包括数据读入与机场轨道旅客提取、基站与地铁站点匹配、机场旅客地铁路径匹配与有效性判别；
步骤一：数据读入与机场轨道旅客提取
1.1：从移动运行商通信网络记录触发信息数据库读取用户的数据，用户的每条数据构成一个出行记录，分别将不同用户的出行记录按时间排序，得到所有用户的出行记录；
1.2：若用户出行记录数据中存在隶属于机场轨道站点的基站位置区编号，则提取为机场轨道旅客，并将其余用户数据予以删除；
步骤二：基站与地铁站点匹配
主要包括进地铁站点辨别、换乘站点辨别、出地铁站点辨别；
2.1：将个体出行用户通信事件数据按提交时间先后排序；
2.2：定义出行者在某一时刻上传的基站位置信息为Ti(Ci,Li,ti,Ei)，其中Ci是i时刻位置信息对应的基站编号CI，Li是i时刻位置信息对应的位置区编号LAC，ti是上传时间，Ei是i时刻位置信息对应的事件类型EventID，事件类型取值为1～4，1为周期性位置更新，2为关机，3为开机，4为正常位置更新；地铁基站数据库以集合DB(C,L,Line,Station)表示，其中C为地铁内基站集合对应C，L为地铁内LAC的集合对应L，Line为地铁线路集合对应LINE，Station为地铁线路的站点集合对应STATION；
2.3：按通信事件数据先后顺序迭代判别，当出现Ti(Ci,Li,ti,Ei)中的Ti(Ci,Li)∈DB(C,L)，且Ti(Ei)＝4，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，表示为Enter(Line,Station)；
2.4：继续通信事件数据迭代；若Ti+1(Ci+1,Li+1,ti+1,Ei+1)中的Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)≠4、Ti+1(Li+1)＝Ti(Li)时，令该基站对应DB中地铁站点为本次出行经过的地铁站点的位置，表示为M(Line,Station)；若Ti+1(Ci+1,Li+1)∈DB(C,L)，且Ti+1(Ei+1)＝4、Ti+1(Li+1)≠Ti(Li)时，令该基站对应的地铁站点为本次出行的换乘站点之一，表示为TS(Line,Station)；
2.5：继续通信事件数据迭代，若通信数据Ti+k(Ci+k,Li+k,ti+k,Ei+k)中的且Ti+k(Ei+k)＝4、Ti+k(Li+k)≠Ti+k(Li+k-1)，令该基站对应的地铁站点为本次出行的出地铁站点，表示为Exit(Line,Station)，结束本次出行判断；
2.6：继续读入其他用户数据，重复2.1-2.5的步骤，直至所有用户的数据判断完毕；
步骤三：机场旅客地铁路径匹配与有效性判别
3.1：读入用户的Enter(Line,Station)和Exit(Line,Station)，若用户缺少其一，则剔除用户数据；
3.2：记换乘站为TS(Line,Station)，进入站点为Enter(Line,Station)，若Enter(Line)的地铁线路包含了站点TS(Line)，则认为本次换乘路径匹配成功；
3.3：若第一次换乘TS1(Station)不包含在线路Enter(Line)中，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，若第K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点Enter(Line,Station)与TS1(Station)之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.4：若第i+1次换乘TSi+1(Station)不包含在线路TSi(Line)中，在轨道拓扑网络中寻找站点TSi+1(Station)与TSi(Station)之间的第K短路径，若第K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点TSi+1(Station)与TSi(Station)之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.5：重复3.4，对用户的所有TS(Line,Station)进行有效性检验；
3.6：若最后一次换乘TSn(Station)包含在线路Exit(Line)中，在轨道拓扑网络中寻找站点Exit(Line,Station)与TSn(Station)之间的第K短路径，若第K短路径上的所有站点隶属于集合M(Line,Station)时，认为该第K短路径为站点Exit(Line,Station)与TSn(Station)之间的实际出行路径，路径匹配成功，当短路径数量K>5时，仍然无法找到能够完全隶属于集合M(Line,Station)的路径，认为此次匹配失败，剔除该用户数据；
3.7：遍历所有用户数据，重复3.1-3.6，完成所有机场轨道旅客的路径匹配和有效性检验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：除跨越位置区发生位置信息更新外，当途中发生主叫、被叫、发短信、收短信、开机或关机也将发生位置信息的更新，这些信息用于出行路径的修正。
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