DE102005048647A1

DE102005048647A1 - Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln

Info

Publication number: DE102005048647A1
Application number: DE102005048647A
Authority: DE
Inventors: Harry-Hermann Evers; Manfred Prof. Dr. Wermuth
Original assignee: OECON INGENIEURGESELLSCHAFT FU; Oecon Ingenieurgesellschaft fur Industrieberatung und Projektmanagement Mbh; WVI PROF DR WERMUTH VERKEHRSFO; WVI PROF DR WERMUTH VERKEHRSFORSCHUNG und INFRASTRUKTURPLANUNG GmbH
Current assignee: OECON HOLDING & CONSULTING GMBH, DE; WVI PROF. DR. WERMUTH VERKEHRSFORSCHUNG UND IN, DE
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-12
Also published as: DE102005048647B4

Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln bezogen auf jeweils einzelne Verkehrsmittel mit zugeordneten Routen und Verkehrszeiten hat die Schritte:
- Ermitteln der Identifikationsnummern (Z-ID) und der aktuellen Position (Z-POS) der einzelnen Verkehrsmittel durch Auswerten von Mobilfunksignalen einer Mobilfunksende-/empfangseinheit (MS), der dem jeweiligen Verkehrsmittel eindeutig zugeordnet ist und von dem Verkehrsmittel mitgeführt wird;
- Bestimmen der Anzahl von Mobilfunkteilnehmern, die im Bereich der jeweiligen aktuellen Position eines Verkehrsmittels von Basisstationssystemen (BSS) eines Mobilfunknetzes durch Auswertung von Mobilfunksignalen lokalisierbar sind;
- statisches Ermitteln der tatsächlichen Anzahl der Fahrgäste N_F(Z-ID) eines jeweiligen Verkehrsmittels aus der im Bereich der aktuellen Position des Verkehrsmittels ermittelten Anzahl von Mobilfunkteilnehmern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln bezogen auf jeweils einzelne Verkehrsmittel mit zugeordneten Routen und Verkehrszeiten.
Die Auslastung planmäßig zur Verfügung gestellter öffentlicher Verkehrsmittel durch Fahrgäste unterscheidet sich sehr stark in Abhängigkeit von fahrplanmäßigen Routen und Verkehrszeiten der Verkehrsmittel. Zur Optimierung des Einsatzes der Verkehrsmittel, wie beispielsweise Busse oder Bahnen, werden in längeren Abständen manuelle Zählungen der Fahrgäste durchgeführt. Dies ist allerdings sehr aufwendig und die Ergebnisse sind ungenau und wenig aktuell.

Aus der WO 01/01715 A1 ist ein Ortungsverfahren mit einem Mobilfunksystem beschrieben, um die Position von Mobilfunkendgeräten zu bestimmen. Dabei werden die Servicezellen-Identifikationen der Mobilfunkservicezellen, in denen sich ein Mobiltelefon befindet, die Empfangsfeldstärken und gegebenenfalls weitere Informationen ausgewertet. In die sem Dokument ist weiterhin die statistische Erfassung des Verkehrsverhaltens von Verkehrsteilnehmern beschrieben.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln bezogen auf jeweils einzelne Verkehrsmittel mit zugeordneten Routen und Verkehrsmitteln zu schaffen, das insbesondere ohne großen Aufwand und zeitnah ausgeführt werden kann.

Die Aufgabe wird mit dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß gelöst durch:

– Ermitteln der Identifikationsnummern und der aktuellen Positionen der einzelnen Verkehrsmittel durch Auswerten von Mobilfunksignalen einer Mobilfunksende-/empfangseinheit, der dem jeweiligen Verkehrsmittel eindeutig zugeordnet ist und von dem Verkehrsmittel mitgeführt wird;
– Bestimmen der Anzahl von Mobilfunkteilnehmern, die im Bereich der jeweiligen aktuellen Position eines Verkehrsmittels von Basisstationssystemen eines Mobilfunknetzes durch Auswertung von Mobilfunksignalen lokalisierbar sind; und
– statistisches Ermitteln der tatsächlichen Anzahl der Fahrgäste eines jeweiligen Verkehrsmittels aus der im Bereich der aktuellen Position des Verkehrsmittels ermittelten Anzahl von Mobilfunkteilnehmern.

Das Verfahren nutzt eine aktuelle Ortung des jeweiligen Verkehrsmittels aus, um für diese aktuell geortete Position des Verkehrsmittels die im Bereich dieser Position detektierbaren Mobilfunkteilnehmern zu ermitteln. Dies kann anhand bekannter Ortungsverfahren im Mobilfunknetz erfolgen. Bei der Ermittlung der Mobilfunkteilnehmer mit dem bekannten Verfahren ist es unerheblich, ob diese eine Kommunikationsverbindung aufgebaut haben oder lediglich in das Mobilfunknetz eingebucht sind. Die so bestimmte Anzahl der Mobilfunkteilnehmer, die über die Position dem jeweiligen Verkehrsmittel zugeordnet werden können, kann mit bekannten statistischen Methoden auf die tatsächliche ungefähre Anzahl der in den Verkehrsmittel befindlichen Verkehrsteilnehmer hochgerechnet werden.

Vorzugsweise erfolgt ein Abgleichen der ermittelten Positionen der Verkehrsmittel und/oder im Bereich der jeweiligen aktuellen Position eines Verkehrmittels ermittelten Mobilfunkteilnehmer mit einem geodätischen Netzplan des Verkehrsnetzes für die Verkehrsmittel. Auf diese Weise kann die Positionszuordnung der Verkehrsmittel beziehungsweise Mobilteilnehmern noch genauer durchgeführt werden, indem diese beispielsweise auf bekannte Eisenbahnstrecken beschränkt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Abgleichen der ermittelten Positionen und zugeordneten Zeiten, an denen das jeweilige Verkehrsmittel eine Position erreicht hat, mit einem Fahrplan für die Verkehrsmittel erfolgt. Damit kann die Zuordnung der Position zu einem bestimmten Verkehrsmittel verifiziert werden. Zudem ist es durch den Abgleich möglich, Verspätungen festzustellen und statistisch auszuwerten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ermitteln der Identifikationsnummer und der aktuellen Position der Verkehrsmittel mit einem ersten nicht-öffentlichen Mobilfunknetz erfolgt, das exklusiv zum Betrieb der Verkehrsmittel vorgesehen ist. Die Anzahl von Mobilfunkteilnehmern wird hingegen mit einem zweiten öffentlichen Mobilfunknetz bestimmt. Durch die Aufteilung der Ortung auf zwei Mobilfunknetze können die bestehenden Ressourcen besser ausgenutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bestimmung der Anzahl von Mobilfunkteilnehmern aus der Anzahl von Teilnehmerübergaben (Handover) von einer Gruppe von Mobilfunkzellen (Location Area) zu einer benachbarten Gruppe von Mobilfunkzelle erfolgt. Eine Teilnehmerübergabe findet immer dann statt, wenn ein Mobilfunkteilnehmer die Grenze zwischen den benachbarten Mobilfunkzellen Gruppen (Loccation Area) überquert. Dies ist unabhängig davon, ob der Mobilfunkteilnehmer ein Gespräch führt oder nicht. Die Mobilfunksende-/empfangseinheit muss lediglich eingeschaltet und im Mobilfunknetz eingebucht sein. Die Handover-Informationen des Mobilfunkteilnehmers stehen in herkömmlichen Mobilfunksystemen dann zentral in der Vermittlungsstelle zur Verfügung. Damit braucht keine weitere Informationsschnittstelle in einem Mobilfunknetz zur Durchführung des Verfahrens geschaffen zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 – Flussdiagramm des Verfahrens zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln.
2 – Blockdiagramm einer herkömmlichen Architektur eines Mobilfunknetzes mit einem Ausschnitt eines Eisenbahnverkehrsnetzes;
Die 1 lässt ein Blockdiagramm eines Mobilfunknetzes erkennen, das auf dem GSM-Standard (Global System for Mobil Communications) basiert. Das Mobilfunknetz ist eine Zusammenschaltung zweier Teilnetze, dem Funknetz und dem Vermittlungsnetz. Das Funknetz wird aus den Mobilfunksende-/empfangseinheiten MS, wie zum Beispiel Mobiltelefonen und einer Vielzahl von Basisstationssystemen BSS gebildet. Jedes Basisstationssystem BSS übernimmt die Funkversorgung für ein bestimmtes geographisches Gebiet. Ein Basisstationssystem BSS besteht aus einer Basisstationssteuerung BSC (Base Station Controller) und einen oder mehreren Basissende-/empfangsstationen BTS (Base Tranceiver Station).
Die Basisstationssysteme BSS sind über die Basisstationssteuerung BSC mit Vermittlungsstellen MSC (Mobil-Services Switching Centre) des Vermittlungsnetzes verbunden. Die Übertragung im Vermittlungsnetz erfolgt hierbei leitungsgebunden. Die Vermittlungsstellen MSC sind mit verschiedenen für den Netzbetrieb erforderlichen Datenbanken verbunden. Dies sind die Heimatdatenbank HLR (Home Location Register) die Besucherdatenbank VLR (Visited Location Register) und die Authentisierungszentrale AUC (Authentication Centre). Darüber hinaus sind Komponenten für Zusatzdienste vorgesehen, zum Beispiel die Endgerätedatenbank EIR (Equipment Identity Register) für den Diebstahlschutz, in der die Zulassungsnummern von gestohlenen Mobilfunksende-/empfangseinheiten MS registriert werden können.
Die Basisstationssysteme BSS stellen die Übertragungswege zwischen den Mobilfunksende-/empfangseinheiten MS und den Vermittlungsstellen MSC zur Verfügung und verwalten diese. Hierzu werden dezentrale Vermittlungs- und Steuerungsfunktionen von der Basissystemsteuerung BSS ausgeführt. Eine Basisstationssteuerung BSC des Basisstationssystems BSC ist mit mindestens einer Basissende-/empfangsstation BTS verbunden, die die Funkversorgung für ein bestimmtes geographisches Gebiet übernimmt, das als Funkzelle Z bezeichnet wird. Das Funknetz eines Mobilfunknetzes wird durch eine Vielzahl solcher aneinandergrenzender Zellen Z gebildet.
Eine Gruppe von Mobilfunkzellen Z werden zu sogenannten Location Areas LA_A, LA_B LA_C ..., zusammengefasst. Über die im Mobilfunksystem bekannte Location Area LA, in der sich ein Teilnehmer gerade aufhält, ist dieser für ankommende Rufe erreichbar. Beim Wechsel eines Mobilfunkteilnehmers in eine andere Location Area LA wird dies dem Mobilfunksystem von dem Endgerät mit Hilfe eines sogenannten Location Update mitgeteilt. Diese Location Updates finden auch zyklisch statt.
In der Schnittstelle zwischen Basisstationssteuerung BSC und Basis-/Empfangsstation BTS werden bei Mobilfunkgesprächen Daten für Teilnehmerübergaben (Handover) zwischen Mobilfunkzellen Z zum Weiterreichen eines laufenden Telefongesprächs von einer Funkzelle Z zur benachbarten Funkzelle Z sowie Messdaten ausgelesen. Die Messdaten enthalten Informationen über die Empfangsfeldstärke, die Empfangsqualität, die Entfernung zwischen Mobilfunksende-/empfangseinheit MS und Basissende-/empfangsstation BTS (Timing Advance-Wert) und über die Sendeleistungen der Basissende-/empfangsstation BTS und Mobilfunksende-/empfangseinheit MS (mobile Station). Der Timing Advance-Wert TA schränkt den Aufenthaltsort des Mobilfunksende-/empfangseinheit auf ein Segment eines Kreisringes mit einer Breite von 550m ein und kann zur genaueren Lokalisierung verwendet werden.
Zur Ortung ist allerdings erforderlich, dass der Mobilfunksende-/empfangseinheit MS nicht nur angeschaltet und eingebucht ist, sondern dass ein Gespräch aufgebaut ist.
Die Location Updates lassen sich hingegen auch bei lediglich eingebuchten Mobilfunksende-/empfangseinheiten MS aus der Schnittstelle zwischen Basisstationscontroller BSC und Basissende-/empfangsstation BTS, sowie aus der Schnittstelle zwischen Basisstationscontroller BSC und Vermittlungsstelle MSC auslesen.
Damit ist eine Bestimmung der Anzahl der in einem öffentlichen Verkehrsmittel (z.B. einem Eisenbahnzug) befindlichen Mobilfunkteilnehmer am besten durch Auswertung der Location Updates an den Grenzen zwischen den Location Areas LA möglich.
Um die Anzahl der Fahrgäste in einem bestimmten Verkehrsmittel zu ermitteln, wird von diesem Verkehrsmittel eine Mobilfunksende-/empfangseinheit MS mitgeführt, deren Identifikationsnummer (Teilnehmerendgerätenummer) eindeutig dem Verkehrsmittel zugeordnet ist.
Weiterhin wird die aktuelle Position Z-POS des Verkehrsmittels vorzugsweise aus dem Mobilfunksignal, aber auch gegebenenfalls auf andere Weise bestimmt und an eine Fahrgasterhebungszentrale FZ-ID übertragen. Für die aktuelle Zugposition Z-POS wird dann von der Vermittlungsstelle MSC die Anzahl n(Z-POS) der im Bereich der Zugposition Z-POS ermittelten Mobilfunkteilnehmer übertragen. Hierzu werden bevorzugt die Teilnehmerübergaben (Handover) von einer Mobilfunkzelle Z zu einer benachbarten Mobilfunkzelle Z ausgewertet, wenn das öffentliche Verkehrsmittel die Grenze zwischen den benachbarten Mobilfunkzellen Z überquert. Das heißt, dass die Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen bevorzugt nur an Zugposition Z-POS an den Grenzen zwischen Location Areas durchgeführt wird.
Die tatsächliche Anzahl der Fahrgäste n_F(Z-ID) des jeweiligen Verkehrsmittels wird mit bekannten statistischen Methoden aus der Anzahl der Teilnehmerübergaben n_handover(Z-POS) an der Zugposition Z-POS als Schätzwert N_F(Z-ID) berechnet.
Die 2 lässt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln bezogen auf jeweils einzelne Verkehrsmittel erkennen.
In einem ersten wiederholt ausgeführten Schritt a) wird die Identifikationsnummer Z-ID und die aktuelle Position Z-POS eines jeweiligen Verkehrsmittels bestimmt, indem die Mobilfunksignale der Mobilfunksende-/empfangseinheit MS ausgewertet werden, die eindeutig dem jeweiligen Verkehrsmittel zugeordnet ist und von diesem Verkehrsmittel mitgeführt wird.
Dann wird in einem Schritt b) an geeigneten Positionen des Verkehrsmittels Z-POS die im Bereich der jeweiligen aktuellen Position Z-POS des Verkehrsmittels lokalisierbaren Mobilfunkteilnehmer durch Auswertung von Mobilfunksignalen bestimmt. Eine geeignete Positi on Z-POS ist die Grenze zwischen zwei benachbarten Gruppen von Mobilfunkzellen (Location Areas).
In einem dritten Schritt c) wird dann die tatsächliche Anzahl der Fahrgäste n_F(Z-ID) des jeweiligen Verkehrsmittels aus der im Bereich der aktuellen Position Z-POS des Verkehrsmittels ermittelten Anzahl von Mobilfunkteilnehmern n_handover(Z-POS) in Form eines Schätzwertes N_F(Z-ID) mit folgender statistischen Methode berechnet.
Die statische Ermittlung eines Schätzwertes N_F(Z-ID) der tatsächlichen Anzahl n_F(Z-ID) der Fahrgäste aus der festgestellten Anzahl n_handover(Z-POS) der Mobilfunkteilnehmer erfolgt durch Multiplikation dieser Anzahl mit einem Faktor b, der den Reziprokwert des relativen Anteils von Mobilfunkteilnehmern (mit eingeschaltetem Mobilfunkgerät) an der Fahrgastanzahl darstellt (Punktschätzung).
Der Faktor b ist für das jeweilige Verkehrsmittel nicht bekannt. Schätzwerte B für den Faktor b können jedoch ermittelt werden. Als erster grober Schätzwert kann beispielsweise der Quotient von Bevölkerungsanzahl und Anzahl von Mobilfunkteilnehmern des jeweiligen Mobilfunknetzes in Deutschland dienen (Reziproker Ausstattungsgrad der Bevölkerung mit Mobilfunktelefon dieses Mobilfunkanbieters). Besser geeignete Faktoren können aus speziellen Fahrgasterhebungen gewonnen werden, in denen der relative Anteil a von Fahrgästen mit einem (eingeschalteten) Mobilfunkgerät des jeweiligen Mobilfunknetzes an allen Fahrgästen je Verkehrsmitteltyp als Schätzwert A ermittelt wird, da dieser Anteil in öffentlichen Verkehrsmitteln verschiedenen Typs unterschiedlich sein kann. In jedem Fall stellt der so bestimmte Faktor B = 1/Alediglich einen Schätzwert für den tatsächlichen Faktor b des jeweiligen Verkehrsmittels dar.
Der Schätzwert N_F(Z-ID) für die tatsächliche Anzahl n_F(Z-ID) von Fahrgästen in dem jeweiligen Verkehrsmittel lässt sich daraus berechnen (Punktschätzung) zu NF(Z-ID) = B·nhandover(Z-POS).
Neben dieser Punktschätzung der Fahrgastanzahl in dem jeweiligen Verkehrsmittel ist auch eine Intervallschätzung möglich. Mit Hilfe der Intervallschätzung ist es möglich, nicht nur einen Schätzwert für die gesuchte Fahrgastanzahl des jeweiligen Verkehrsmittels anzugeben, sondern auch ein Intervall, in dem die tatsächliche Fahrgastanzahl mit einer vorgegebenen statistischen Sicherheit 1 – α (z.B. 0,95 = 95%) – und somit einer Irrtumswahrscheinlichkeit α(z.B. 0,05 = 5%) – liegt: P(NFU,1-α ≤ NFO,1-α = 1 – αmit

N_FU,1-α, N_FO,1-α: Unter- bzw. Obergrenze des (1 – α) – Konfidenzintervalls für die tatsächliche Fahrgastanzahl n_F(Z-ID)
α: Irrtumswahrscheinlichkeit.

Die Unter- und Obergrenzen können ermittelt werden, wenn der Faktor B und der relative Anteil A von Mobilfunkteilnehmern an allen Fahrgästen aus einer Fahrgasterhebung gewonnen wurde. In diesem Fall ist der Schätzwert für den Anteil A = m/nwobei m und n die Anzahl der Mobilfunkteilnehmer des jeweiligen Mobilfunknetzes bzw. erfasste Fahrgäste in der Stichprobe der Erhebung bezeichnen, näherungsweise normalverteilt mit dem Erwartungswert des tatsächlichen relativen Anteils an Mobilfunkteilnehmern in Verkehrsmitteln dieses Typs und mit dem Schätzwert für die Varianz S2 = A(1 – A)/n.
Damit können die Unter- und Obergrenzen des (1 – α) – Konfidenzintervalls für den tatsächlichen Anteilswert ermittelt werden zu AU = A – z1-αS bzw. AO = A + z1-αS wobei z_1-α die zweiseitige Quantile der Standardnormalverteilung bezeichnet, d.h. zwischen –z_1-α und +z_1-α liegt die Wahrscheinlichkeit 1 – α. z_1-α ist aus bekannter statistischer Tabelle verfügbar, z. B. z_0,95 = 1,96.
Die Unter- und Obergrenzen des Faktors B lassen sich daraus ermitteln zu BU = 1/AO bzw. BO = 1/AU.
Der Punktschätzwert für die gesuchte Fahrgastanzahl in dem jeweiligen Verkehrsmittel berechnet sich somit zu NF(Z-ID) = nhandover(Z-POS)·n/m.
Die Intervallschätzung liefert das Ergebnis, dass die tatsächliche Fahrgastanzahl in dem jeweiligen Verkehrsmittel mit einer statistischen Sicherheit von 1 – α zwischen den Unter- und Obergrenzen NFU,1-α = nhandover(Z-POS)/(A + z1-αS) bzw. NFO,1-α = nhandover(Z-POS)/(A – z1-αS)liegt.
Bei der Ermittlung der aktuellen Position Z-POS der einzelnen Verkehrsmittel kann zudem ein Abgleich mit einem geodätischen Netzplan des Verkehrsnetzes für die Verkehrsmittel erfolgen. Dieser Abgleich kann auch zur Einschränkung des Bereiches der jeweils aktuellen Position Z-POS des Verkehrsmittels zur Bestimmung der Anzahl der Mobilfunkteilnehmer in diesem Bereich im Schritt b) erfolgen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Fahrgästen in öffentlichen Verkehrsmitteln bezogen auf jeweils einzelne Verkehrsmittel mit zugeordneten Routen und Verkehrszeiten, gekennzeichnet durch – Ermitteln der Identifikationsnummern (Z-ID) und der aktuellen Position (Z-POS) der einzelnen Verkehrsmittel durch Auswerten von Mobilfunksignalen einer Mobilfunksende-/empfangseinheit (MS), der dem jeweiligen Verkehrsmittel eindeutig zugeordnet ist und von dem Verkehrsmittel mitgeführt wird; – Bestimmen der Anzahl (n_Handover(Z-POS)) von Mobilfunkteilnehmern, die im Bereich der jeweiligen aktuellen Position (Z-POS) eines Verkehrsmittels von Basisstationssystemen (BSS) eines Mobilfunknetzes durch Auswertung von Mobilfunksignalen lokalisierbar sind; – statistisches Ermitteln der Anzahl (n_F(IZ-ID)) der Fahrgäste eines jeweiligen Verkehrsmittels aus der im Bereich der aktuellen Position (Z-POS) des Verkehrsmittels ermittelten Anzahl (n_Handover(Z-POS)) von Mobilfunkteilnehmern.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abgleichen der ermittelten Position (Z-POS) der Verkehrsmittel und/oder der im Bereich der jeweiligen aktuellen Position (Z-POS) eines Verkehrsmittels ermittelten Mobilfunkteilnehmer mit einem geodätischen Netzplan des Verkehrsnetzes für die Verkehrsmittel.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Abgleichen der ermittelten Positionen (Z-POS) und zugeordneten Zeiten, an denen das jeweilige Verkehrsmittel eine Position (Z-POS) erreicht hat, mit einem Fahrplan für die Verkehrsmittel.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ermitteln der Identifikationsnummern (Z-ID) und der aktuellen Position (Z-POS) mit einem ersten nicht-öffentlichen Mobilfunknetz, dass zum Betrieb der Verkehrsmittel vorgesehen ist, und Bestimmen der Anzahl (n_Handover(Z-POS)) von Mobilfunkteilnehmern mit einem zweiten öffentlichen Mobilfunknetz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen der Anzahl von Mobilfunkteilnehmern aus der Anzahl von Teilnehmerübergaben von einer Gruppe von Mobilfunkzellen (LA) zu einer benachbarten Mobilfunkzelle (LA), wenn ein Mobilfunkteilnehmer die Grenze zwischen den benachbarten Gruppe von Mobilfunkzellen (LA) überquert.