CN111711920B - 一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法 - Google Patents

一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，S1、从网络侧运营商处获取某地区的手机用户一个完整月份逐小时的手机信令数据；S2、获取手机用户定位数据；S3、周期性的获取手机用户的位置，对获取到的位置进行统计分析，确定出用户居住地等，并分别绘制手机用户空间分布图；S4、根据气象部门发布的暴雨预警及其空间分布，划定暴雨洪水危险区域图；S5、暴雨洪水空间分布图和手机用户居住地、工作地、周末出行地以及手机用户当前所在位置空间的分布图进行叠加分析，确定是否手机用户处于暴雨发生的范围内；S6、当确定手机用户当前所在位置处于暴雨洪水预警发布范围内时，向手机用户发送暴雨预警。

Description

一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法
技术领域
本发明涉及水文气象与手机信令数据统计领域，特别涉及一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法。
背景技术
近年来，全球气候变化异常，极端降水事件频发、强度也越来越强，造成社会经济损失，甚至人员伤亡，已经成为当今国际社会、各国政府和科学界备受关注的焦点。暴雨预警提前发布，在防灾减灾当中充分发挥预警信号的作用，有效减少人们生命财产的损失。暴雨预警发布的时机和准确性极其关键。传统的基于手机短信、电视台、电台和互联网发布的暴雨预警，但传统的暴雨预警发布无法做到及时准确的获取用户当前所在的位置(用户位置确定不准确，报警不及时等)，无法及时快速的向用户发出暴雨预警，为用户带来了不必要的麻烦与损失。而本发明提出一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，能够精确的定位处于暴雨预警范围的人员和即将去往该区域的人员，及时准确发布预警信息，提前告知，有效避免灾害发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，通过获取用户手机的精确位置以及当前的暴雨空间分布图用以准确及时的获得暴雨预警，以解决现有技术中存在的无法准确获得手机用户的当前位置信息不能及时获得暴雨预警，造成用户经济财产的技术问题，该城市暴雨洪水预警方案构建方法具有实时精确获取手机用户位置信息，并基于所述手机用户位置信息准确及时报警，具有确保用户生命财产安全的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
S1、从网络侧运营商处获取某地区的手机用户一个完整月份逐小时的手机信令数据；
S2、获取手机用户定位数据，包括手机识别号(UserID)、时间戳(DATE)、接入点的位置信息；
获取手机用户精确位置的步骤如下：
获取手机用户的第一测量信息与第二测量信息，对第一测量信息以及第二测量信息进行校正，并基于所述第一测量信息和第二测量确定手机用户的位置；
其中，获取所述第一测量信息包括：周期性扫描wifi列表，获取可用的接入点标识，将所述可用接入点的标识与预先存储在移动终端中的接入点标识进行匹配，其中所述预先存储在移动终端的标识是终端在前成功连接的wifi接入点的标识，并按照成功连接的次数进行排序，选取连接成功次数大于一定阈值的接入点进行预先存储；确定当前连接的标识后，根据当前连接的接入点标识查询获取接入点的地理位置信息；并获取当前接入点的RSSI信号强度；
获取第二测量信息包括：根据获取的手机识别号以及时间戳，获取与时间戳对应的方向向量以及速度向量；
根据当前接入点是否为预先存储在移动终端中确定的第一测量信息以及手机用户当前的速度确定的第二测量信息，确定接收到的RSSI信号强度的权重值；
所述基于所述第一测量信息和第二测量信息确定手机用户的位置包括：根据获得的RSSI信号强度的权重值确定RSSI标准值，并基于RSSI标准值对手机用户进行精确定位。
S3、周期性的获取手机用户的位置，对获取到的位置进行统计分析，确定出用户居住地、工作地及周末出行地等，并分别绘制手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图；
S4、根据气象部门发布的暴雨预警及其空间分布，划定暴雨洪水危险区域图；
S5、暴雨洪水空间分布图和手机用户居住地、工作地、周末出行地以及手机用户当前所在位置空间的分布图进行叠加分析，确定是否手机用户处于暴雨发生的范围内；
S6、当确定手机用户当前所在位置处于暴雨洪水预警发布范围内时，向手机用户发送暴雨预警，暴雨预警包括预警级别、发布时间、发布地点、暴雨发生时间、暴雨量、暴雨空间分布。
进一步地，所述根据当前接入点是否为预先存储在移动终端中以及手机用户当前的速度确定当前时刻第一测量信息以及第二测量信息确定接收到的RSSI信号强度的权重值；并根据获得的RSSI信号强度的权重值确定RSSI标准值，并基于RSSI标准值对手机用户进行精确定位包括：
对单位时间内的测量得到的RSSI值进行划分并进行平均处理，将测量得到的RSSI值划分为当运动速度大于速度阈值的状态下获取的RSSI值R1以及当运动速度小于速度阈值的状态下获取的RSSI值R2，并对上述静止状态下获取的RSSI值以及移动过程中获取的RSSI值进行平均化处理过程如下：
Figure GDA0002633218600000021
Figure GDA0002633218600000031
其中vi是通过第二测量信息获得的当前用户终端的速度；vt是选取的所述速度阈值；
通过
Figure GDA0002633218600000032
来衡量R1和R2在接收到的信号强度中所占的比重，其中，XD为预先设置的一个标准差；SD为不同速度下采集到的多个信号强度的标准差，最后利用RSSI＝(1-W)*R1+W*R2计算出RSSI标准值RT；
利用计算出的当前RSSI标准值计算终端的精确位置。
进一步地，步骤S3中，具体过程如下：依据一个完整月份的逐小时手机信令数据，统计19:00至次日8:00手机用户停留点，该时段停留点的多天概率分析，停留点出现频率最高处确定为居住地；统计周一至周五9:00至18:00手机用户停留点，该时段停留点的多天概率分析，停留点出现频率最高处确定为工作地；统计周末和放假期间9:00至次日18:00手机用户停留点，分析确定用户周末和放假期间出行地；并分别绘制手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图。
进一步地，步骤S4中，具体过程如下：所述的暴雨预警为权威机构气象部门所发布的暴雨预警；根据气象部门发布的暴雨预警，从低到高分为蓝色、黄色、橙色、红色暴雨预警，相应的暴雨空间分布也有蓝色、黄色、橙色、红色四个等级，并按等级划定暴雨洪水危险区域图。
进一步地，步骤S5中，具体过程如下：将不同级别(蓝色、黄色、橙色、红色)的暴雨空间分布图分别和手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图进行叠加分析，识别处于不同级别(蓝色、黄色、橙色、红色)的暴雨洪水危险区域图范围内的手机用户。
进一步地，手机用户将获取的精确位置发送到虚拟实时地图中，并将虚拟实时地图与所述暴雨洪水危险区域图进行叠加，从而确定手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离。
进一步地，设置报警距离，所述手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离小于等于所述报警距离时，发出报警。
进一步地，所述报警可通过短信息的方式将所述暴雨预警发送给手机用户，其中所述暴雨预警包括暴雨等级，暴雨当前位置。
本发明提供的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法的有益效果在于：与现有技术相比，根据用户终端的不同速度获取对应的RSSI信号强度，精确了获取RSSI信号强度的获取，将获取的精确RSSI信号强度用于对当前手机用户的定位，获取手机用户的精确位置，用以根据手机用户的精确位置用于暴雨预警，提高了预警的速度以及精度。同时操作方便，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
现有的暴雨预警方法是通过手机用户的定位软件(例如百度地图、高德地图)上获取的手机用户的位置信息，与获取到的暴雨空间分布图进行叠加比对，但获取的手机用户的位置信息具有不准确，不及时等技术问题，从而为用户的身家财产和安全带来了隐患。
图1位本发明一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法的主要流程图。如图1所示，一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，包括：S1、从网络侧运营商处获取某地区的手机用户一个完整月份逐小时的手机信令数据。
步骤S1中，手机用户向定时向网络侧数据服务器发送信令数据请求信息，所述信令数据请求信息中包括当前手机的国际移动用户识别码(IMSI)以及第一秘钥信息，所述网络侧数据服务器接收所述IMSI以及第一秘钥信息，对所述秘钥信息进行验证，当验证成功后，将手机用户发送的IMSI与预先存储的IMSI进行匹配对比，当匹配成功后，网络侧服务器向手机用户发送与IMSI匹配对应的所述手机信令数据。
其中，所述进行验证包括：网络侧服务器对接收的所述第一秘钥信息进行验证，当验证成功后，向手机用户发送反馈信息并向验证服务器发送随机数，当手机用户接收到所述网络侧数据服务器发送的所述反馈信息后，手机用户向验证服务器发送预先存储的随机数，验证服务器接收数据服务器发送的随机数以及手机用户发送的所述预先存储的随机数，当随机数一致时，向网络侧数据服务器发送随机数验证成功信息，网络侧数据服务器接收所述随机数验证成功信息后，获取与IMSI匹配的手机信令数据并发送给手机用户。
步骤S2中，获取手机用户数据，包括手机识别号(UserID)、时间戳(DATE)、接入点的位置信息。
所述接入点的位置信息包括：与当前时间戳对应的当前接入点的标识，以及与所述接入点的标识对应的实际经度和纬度信息，并对获取的所述接入点的位置信息进行存储。
获取手机用户精确位置的步骤如下：获取手机用户的第一测量信息与第二测量信息，对第一测量信息以及第二测量信息进行校正，并基于所述第一测量信息和第二测量确定手机用户的位置；
其中，获取所述第一测量信息包括：周期性扫描wifi列表，获取可用的接入点标识，将所述可用接入点的标识与预先存储在移动终端中的接入点标识进行匹配，其中所述预先存储在移动终端的标识是终端在前成功连接的wifi接入点的标识，并按照成功连接的次数进行排序，选取连接成功次数大于一定阈值的接入点进行预先存储；确定当前连接的标识后，根据当前连接的接入点标识查询获取预先储存的接入点的地理位置信息；并获取当前接入点的RSSI信号强度；
获取第二测量信息包括：根据获取的手机识别号以及时间戳，获取与时间戳对应的方向向量以及速度向量；
其中，通过加速仪以及陀螺仪确定手机用户的速度向量以及方向向量，并将获取的速度向量以及方向向量整合为速度讯号，并与当前手机用户的所述手机识别号以及所述时间戳进行整合形成第二测量信息。
根据当前接入点是否为预先存储在移动终端中确定的第一测量信息以及手机用户当前的速度确定的第二测量信息，确定接收到的RSSI信号强度的权重值；
所述基于所述第一测量信息和第二测量信息确定手机用户的位置包括：根据获得的RSSI信号强度的权重值确定RSSI标准值，并基于RSSI标准值对手机用户进行精确定位。
其中，对单位时间内的测量得到的RSSI值进行划分并进行平均处理，将测量得到的RSSI值划分为当运动速度大于速度阈值的状态下获取的RSSI值R1以及当运动速度小于速度阈值的状态下获取的RSSI值R2,并对上述静止状态下获取的RSSI值以及移动过程中获取的RSSI值进行平均化处理过程如下：
Figure GDA0002633218600000061
Figure GDA0002633218600000062
其中vi是通过第二测量信息获得的当前用户终端的速度；vt是选取的所述速度阈值；
通过
Figure GDA0002633218600000063
来衡量R1和R2在接收到的信号强度中所占的比重，其中，XD为预先设置的一个标准差；SD为不同速度下采集到的多个信号强度的标准差，最后利用RSSI＝(1-W)*R1+W*R2计算出RSSI标准值RT；
利用计算出的当前RSSI标准值计算终端的精确位置。
其中，根据获取的当前手机用户的RSSI标准值，并利用三角质心算法对当前手机用户的进行定位获取精确位置。
步骤S3中，具体过程如下：依据一个完整月份的逐小时手机信令数据，统计19:00至次日8:00手机用户停留点，该时段停留点的多天概率分析，停留点出现频率最高处确定为居住地；统计周一至周五9:00至18:00手机用户停留点，该时段停留点的多天概率分析，停留点出现频率最高处确定为工作地；统计周末和放假期间9:00至次日18:00手机用户停留点，分析确定用户周末和放假期间出行地；并根据获取到的居住地、工作地以及周末和放假期间出行地的接入点的位置信息分别绘制手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图。
步骤S4中，具体过程如下：所述的暴雨预警为权威机构气象部门所发布的暴雨预警；根据气象部门发布的暴雨预警，从低到高分为蓝色、黄色、橙色、红色暴雨预警，相应的暴雨空间分布也有蓝色、黄色、橙色、红色四个等级，并按等级划定暴雨洪水危险区域图。
步骤S5中，具体过程如下：将不同级别(蓝色、黄色、橙色、红色)的暴雨空间分布图分别和手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图进行叠加分析，识别处于不同级别(蓝色、黄色、橙色、红色)的暴雨洪水危险区域图范围内的手机用户。
手机用户将获取的精确位置发送到虚拟实时地图中，并将虚拟实时地图与所述暴雨洪水危险区域图进行叠加，从而确定手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离。
设置报警距离，所述手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离小于等于所述报警距离时，发出报警。
所述报警可通过短信息的方式将所述暴雨预警发送给手机用户，其中所述暴雨预警包括暴雨等级，暴雨当前位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、从网络侧运营商处获取某地区的手机用户一个完整月份逐小时的手机信令数据；
S2、获取手机用户定位数据，包括手机识别号(UserID)、时间戳(DATE)、接入点位置信息；
获取手机用户精确位置的步骤如下：
获取手机用户的第一测量信息与第二测量信息，对第一测量信息以及第二测量信息进行校正，并基于所述第一测量信息和第二测量确定手机用户的位置；
其中，获取所述第一测量信息包括：周期性扫描wifi列表，获取可用的接入点标识，将所述可用接入点的标识与预先存储在移动终端中的接入点标识进行匹配，其中所述预先存储在移动终端的标识是终端在前成功连接的wifi接入点的标识，并按照成功连接的次数进行排序，选取连接成功次数大于一定阈值的接入点进行预先存储；确定当前连接的标识后，根据当前连接的接入点标识查询获取接入点的地理位置信息；并获取当前接人点的RSSI信号强度；获取第二测量信息包括：根据获取的手机识别号以及时间戳，获取与时间戳对应的方向向量以及速度向量；根据当前接人点是否为预先存储在移动终端中确定的第一测量信息以及手机用户当前的速度确定的第二测量信息，确定接收到的RSSI信号强度的权重值；
所述基于所述第一测量信息和第二测量信息确定手机用户的位置包括：根据获得的RSSI信号强度的权重值确定RSSI标准值，并基于RSSI标准值对手机用户进行精确定位；
其中，对单位时间内的测量得到的RSSI值进行划分并进行平均处理，将测量得到的RSSI值划分为当运动速度大于速度阈值的状态下获取的RSSI值R1以及当运动速度小于速度阈值的状态下获取的RSSI值R2，并对静止状态下获取的RSSI值以及移动过程中获取的RSSI值进行平均化处理过程如下：
Figure FDA0002897620540000011
Figure FDA0002897620540000012
其中vi是通过第二测量信息获得的当前用户终端的速度；vt是选取的所述速度阈值；
通过
Figure FDA0002897620540000013
来衡量R1和R2在接收到的信号强度中所占的比重，其中，XD为预先设置的一个标准差；SD为不同速度下采集到的多个信号强度的标准差，最后利用RSSI＝(1-W)＊R1+W＊R2计算出RSSI标准值RT；利用计算出的当前RSSI标准值计算终端的精确位置；其中，根据获取的当前手机用户的RSSI标准值，并利用三角质心算法对当前手机用户的进行定位获取精确位置；
S3、使用获取的手机信令数据周期性的获取手机用户的位置，对获取到的位置进行统计分析，确定出用户居住地、工作地及周末出行地，并分别绘制手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图；
S4、根据气象部门发布的暴雨预警及其空间分布，划定暴雨洪水危险区域图；
S5、暴雨洪水空间分布图和手机用户居住地、工作地、周末出行地以及手机用户当前所在位置空间的分布图进行叠加分析，确定是否手机用户处于暴雨发生的范围内；
S6、当确定手机用户当前所在位置处于暴雨洪水预警发布范围内时，向手机用户发送暴雨预警，暴雨预警包括以下至少一项：预警级别、发布时间、发布地点、暴雨发生时间、暴雨量、暴雨空间分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，步骤S3中，具体过程如下：
依据一个完整月份的逐小时手机信令数据，统计19:00至次日8:00手机用户停留点，此时段停留点的多天概率分析，
停留点出现频率最高处确定为居住地；统计周一至周五9:00至18:00手机用户停留点，该时段停留点的多天概率分析，
停留点出现频率最高处确定为工作地；统计周末和放假期间9:00至次日18:00手机用户停留点，分析确定用户周末和放假期间出行地；并分别绘制手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图。
3.根据权利要求1所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，步骤S4中，具体过程如下：
所述的暴雨预警为权威机构气象部门所发布的暴雨预警；根据气象部门发布的暴雨预警，从低到高分为蓝色、黄色、橙色、红色暴雨预警，相应的暴雨空间分布也有蓝色、黄色、橙色、红色四个等级，并按等级划定暴雨洪水危险区域图。
4.根据权利要求1所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，步骤S5中，具体过程如下：将不同级别的暴雨空间分布图分别和手机用户居住地、工作地及周末出行地空间分布图进行叠加分析，识别处于不同级别的暴雨洪水危险区域图范围内的手机用户，其中，暴雨的级别包括：蓝色、黄色、橙色、以及红色。
5.根据权利要求1所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，手机用户将获取的精确位置发送到虚拟实时地图中，并将虚拟实时地图与所述暴雨洪水危险区域图进行叠加，从而确定手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离。
6.根据权利要求5所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，设置报警距离，所述手机用户当前位置相对于暴雨洪水的相对距离小于等于所述报警距离时，发出报警。
7.根据权利要求6所述的一种基于手机信令数据的城市暴雨洪水预警方案构建方法，其特征在于，所述报警可通过短信息的方式将所述暴雨预警发送给手机用户，其中所述暴雨预警包括暴雨等级，暴雨当前位置。
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