WO2008116587A1 - Verfahren zum ermitteln des wegs einer mit einem mobilfunkgerät ausgerüsteten person - Google Patents

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WO2008116587A1
WO2008116587A1 PCT/EP2008/002205 EP2008002205W WO2008116587A1 WO 2008116587 A1 WO2008116587 A1 WO 2008116587A1 EP 2008002205 W EP2008002205 W EP 2008002205W WO 2008116587 A1 WO2008116587 A1 WO 2008116587A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base station
mobile phone
coordinates
determined
mobile
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Pfister
Bernd Fritz Geppert
Uwe Plank-Wiedenbeck
Christoph Zimmer
Original Assignee
Zeus Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeus Systems Gmbh filed Critical Zeus Systems Gmbh
Priority to EP08716629.4A priority Critical patent/EP2130183B1/de
Priority to US12/531,167 priority patent/US20100144375A1/en
Priority to JP2010500114A priority patent/JP2010527439A/ja
Publication of WO2008116587A1 publication Critical patent/WO2008116587A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G07B15/02—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points taking into account a variable factor such as distance or time, e.g. for passenger transport, parking systems or car rental systems

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • the destination or at least the area of the destination must be specified.
  • the system where a ticket could be solved by a conductor during the journey, has virtually disappeared because the costs for the conductor have been cut.
  • the system is widely used in which the ticket is solved before a journey starts at a ticket sales point occupied by persons or at a machine.
  • a disadvantage of the ticket sales outlets occupied by persons is the relatively high personnel expense.
  • check-in / check-out ticketing systems In the suburban and suburban rail systems of local public transport, in some countries, so-called "check-in / check-out" ticketing systems have been in use for decades, with barrier systems being set up in the above-ground and underground stops for incoming inspection and exit control which only open when the ticket checked on special readers has been accepted as valid.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • RFID chip cards communicate with their reader by radio, while contact-based chip cards must mechanically touch the contact surface of a reader with their contact surface in order to carry out the necessary data exchange.
  • the RFID technology can also be installed in a mobile phone, whereby the mobile phone is usable as a contactless chip card.
  • An RFID-based ticket system is also already known, which is used in London and can also be used when changing from the underground network to a bus network (Siegfried Holz: Are there any alternative solutions to check-in / out? Check-out systems ?, International Transportation (58), 5/2006, pp. 206-210).
  • Buses and subway lines in London have completely separate fare cards, but these can be entered in the so-called "Oyster" store.
  • Cards and multi-trip cards as well as personalized and anonymous cards can be used Despite the various card types, the handling of all Oyster card types is carried out uniformly on so-called smart card readers.
  • a "check-in” of the smart cards Upon entering a metro station, a "check-in” of the smart cards must be made to a smart card reader, and when leaving a metro station, a “check-out” of smart cards must be made to a smart card reader , Even when entering a bus, a "check-in” of the smart cards must be made on a reader.
  • the revenues generated for the bus and metro journeys must then be split up in such a way that railway and bus operators are fairly remunerated.
  • the splitting is calculated according to the proven source-destination relation.
  • the stop number of the access stop in the network is temporarily stored on the RFTD chip card until the end of the journey.
  • a seat guide system with which a ticket can be checked and a guide to a seat can be made (JP 2006018550).
  • a reservation management system assigns a train information to a travel distance information and sends an electronic ticket to a mobile phone terminal.
  • a gate such as a subway platform
  • devices located near the gate will obtain information about the position of the passenger and his seat for reservation management Given system. This is followed by either entry-level guidance information to the cell phone or to a display panel near the user. Also in this system gates are required, through which one must go.
  • a method for electronic payment of the use of a means of transport is known in which a terminal of a mobile radio communication network is used (EP 1 304670 Al).
  • the terminal for example a mobile phone, has both a mobile radio interface and a local interface, eg. As a Bluetooth interface, for local data transfer.
  • a near-data transmission connection is established via the local interface.
  • the usage data are the entry point and / or the exit point and / or the number of passengers and / or a number of tariff zones.
  • a method and a system are known with which an electronic registration when using public transport is possible (WO 01/69540 Al).
  • the traveler has a cell phone with him, the identity data has.
  • the known method has the following steps: automatic registration of the identity data of the mobile phone at the beginning of the journey, automatic registration of the identity data of the mobile phone at the end of the journey, automatic registration of further data of the mobile phone concerning the route traveled and the time between the two registrations of the identity data , Swapping the registered data with a remote processing device.
  • a server for billing a means of transport of a mobile communicator using a wireless network the server being connected to a data network and having means for receiving a use request sent by the communicator containing origin data (DE 101 47 788 A1 ).
  • the server electronically determines the local position of the communicator by means of the source data and the wireless network.
  • he creates a digital ticket from the user request and the position, which is further processed according to the control and billing procedures used.
  • the server sends an acknowledgment signal to the mobile communicator.
  • the known system is thus based on the precise positioning of the beginning and end of a trip and a dialogue about it between the mobile device and a server during the journey.
  • the ticket or provisional ticket serves as a provisional access authorization, this ticket is issued only after a review of characteristics and after determining the position of the boarding station.
  • the position of the mobile device will be reported back to itself. It will be selected before returning and confirming the correct dial a tariff, possibly also a provisional tariff.
  • Automated Positioning of Transport Services continuously monitors the current location of the mobile device relative to possible transportation services during the journey. This is done online with feedback to the communicator. For the position determination two variants are provided. In the first variant, the communicator requests its position from the radio network operator, while in a second variant the mobile communicator sends a message to the server. This then determines based on the identification of the communicator whose position and sends it back.
  • the mobile devices and the central computer are for data exchange over a cellular network and the mobile devices for obtaining data equipped their current position (WO 03/063088 A2). Based on a plurality of consecutive current positions of the mobile device, a driving protocol is created and used for the fare collection.
  • the central computer is contacted by a mobile device, thus initiating an automated dialogue between the mobile device and the central computer.
  • the central computer transmits to the mobile device combinations of control positions relevant to the current position of the mobile device and a time limit.
  • the mobile device in turn communicates to the central computer a correspondence between its current position and one of the relevant control positions or a time-out signal together with its current position.
  • the automated dialogue is maintained at least until the transmission of a first time-out signal or until the current position of the mobile device matches a correspondingly marked position.
  • a mobile device and a central computer communicate with each other over a mobile network, in both directions and based on an encrypted data exchange.
  • the mobile device is adapted accordingly and additionally equipped for the procurement and temporary storage of data.
  • the data relating to the current position of the mobile device is stored in the mobile device itself.
  • the data comparison takes place in real time and in the mobile phone itself, which must store corresponding data on the route network in the mobile phone.
  • the position is determined by GPS or A-GPS.
  • more accurate position data from the mobile network is determined in the form of a cell identity, combined with timing advance or E-OTD.
  • a method for the transmission of information to a mobile connection in which first at least the position of the mobile connection is determined and then the information is selected according to the position. The selected information is then transmitted to the mobile terminal where it is processed (WO 2005/094109 A1).
  • the position determination thus takes place on the basis of the information, specifically in the summary evaluation of three reference variables: base station, reference stations, mobile device.
  • the position determination for a terminal takes place via three reference stations, from which the distance of the mobile terminal to the base station is derived. Because of the movement of the mobile terminal, this distance changes permanently.
  • the invention has for its object to provide a method by which certain positions within a district can be identified.
  • the invention thus relates to a method with which the local travel history of a user of various public means of transport can be determined. Based on this determined travel history then the travel costs to the individual operators of the means of transport can be fairly distributed.
  • the advantage achieved by the invention is in particular that it can be determined by means of the evaluation of the coordinates of positions and coordinates of base stations, where the position is with high probability.
  • the positions are preferably those which occupies the mobile phone of a traveler during a journey using public transport. This is logged in at the beginning of a trip Mobile phone logged into a first base station, and at the end of the journey in an nth base station. During the course of the journey the mobile phone can be logged in to second, third etc. base stations.
  • step d) of the method according to claim 1 at predetermined time intervals, the travel history of the mobile phone owner can be determined. From this itinerary can be determined again, which portion of the travel costs on a certain public means of transport fall, if the traveler used different public means of transport
  • the steps a) and b) of the method need only be carried out once or they may have already been carried out before the actual identification of the position takes place. It is thus possible that public transport systems of different providers can be used by a subscriber without payment of an upfront fee. The participant only needs to enter a command into his mobile phone at the beginning and at the end of his journey.
  • a difference of the invention to DE 101 47 788 Al is that in the invention of the ongoing wireless dialogue of the mobile device is used with the radio network and the itinerary is determined subsequent to the trip. In the invention also no tariff selection takes place at the beginning of the process. Rather, tariff determination is made retrospectively for travel in the public transport system. In the method according to the invention, a continuous collection of data takes place, which in total allow a conclusion on the travel path in the public transport system. The position is thus recorded exclusively after the trip.
  • the invention is based on a non-exact comparison of position data of the mobile device with data of a star WEB position of the route network.
  • the position determination takes place in offline mode, so any time offset to the actual travel time and outside the mobile phone.
  • the invention also provides for no positioning of the mobile device by means of geodetic or GPS-based data. Instead, it takes place on the basis of the data protocol of the signals received by the mobile telephone from one or more mobile radio stations and preferably uses the evaluation of the cell ID of the mobile radio stations which are in radio contact with the mobile device.
  • the method can be extended by the use of field strength differences between the mobile device and the transceivers by means of the data currently stored in the central control units at the network operator.
  • the invention at no time provides a geodetic exact position of the mobile device. Rather, it is based on a probabilistic approach that determines the most probable position of the mobile device, which in turn is compared to exact network data.
  • the method according to the invention is multistage and increases the statistical probability by increasing accuracy, so that the method does not determine exact, but sufficiently accurate positions.
  • Figure 1 is a representation of stops public transport and base stations for transmitting and receiving operation in mobile (BTS) within a transport network.
  • BTS mobile
  • FIG. 2 shows a representation of sections of public transport as well as of BTS within a transport network
  • FIG. 3 shows start-destination relationships within a traffic association as well as BTS
  • Fig. 5 shows a representation of two parallel routes
  • Fig. 6 is a map representation of locations for base stations, stops and connections
  • Fig. 7 is a graph of probabilities versus time, comparing measurement and reference signals for a first routing candidate
  • Fig. 8 is a graph as in Fig. 7, but for a second routing candidate
  • Fig. 10 is a graph as in Fig. 9, but for a second routing candidate
  • FIG. 11 shows high values for the right-hand values for BTS and HST sequences for a first traffic line
  • FIG. 12 shows values as in FIG. 11, but for a second traffic line
  • FIG. 13 shows high values via node numbers for BTS and HST sequences of a first traffic line
  • FIG. 14 shows high values as in FIG. 13, but for other heights
  • FIG. 15 shows high values as in FIG. 13, but for a second traffic line
  • FIG. 16 shows high values as in FIG. 14, but for a second traffic line.
  • FIG. 1 an area 1 is shown, are provided in the various public transport and in which there are several base stations 2 to 22, 35 for the transmission and reception operation in mobile communications.
  • the sections of public transport lines (public transport) are shown as arrows or double arrows, z. B. as arrows or double arrows 24 to 34.
  • the stops are each where two arrowheads abut each other.
  • the circles around the base stations 2, 35, 22, 20, 21, 18, 19 indicate the range of the design of these base stations. All illustrated base stations 2 to 22, 35 are usually operated by the same provider. In area 1, however, there may also be base stations from other providers.
  • the field strength of an electromagnetic wave in free space decreases in inverse proportion to the distance to the transmitter.
  • the receiver input power therefore decreases with the square of the distance. Due to the weather conditions, the atmosphere changes its properties, which also changes the propagation conditions of the waves.
  • the attenuation is frequency-dependent and has a very strong effect on some frequencies, but hardly on others.
  • the wavelengths that have been used in Germany for mobile networks are about 150 MHz (analog A network and analog B network), 450 MHz (analog C network). These frequency ranges are used for data, radio and television broadcasting and form space waves.
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • ETSI European Telecommunications Standards Institute
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • the GSM frequencies are between 890 and 915 MHz (GSM-900) and 1710 to 1785 (GSM-1800).
  • GSM-900 and GSM-1800 are the most widely used in the world, although there are other bands, such as GSM-400 or GSM-850.
  • Radio networks in which an attempt is made to cover a large area by a high transmission power of individual base stations, can only serve a limited number of users due to the bandwidth used, since it is necessary to prevent two or more subscribers from speaking and speaking on the same frequency can therefore listen to each other.
  • radio networks with high transmission power an assigned radio contact will be retained as long as possible, even if another coverage area has already been reached. Since the boundaries of a coverage area are spatially inaccurately defined, adjacent coverage areas must use different radio channels to avoid interference. This leads to an enormous demand for frequencies with high subscriber density, but this is limited by the scarcity of the available spectrum.
  • Cellular radio networks are based on the division of a total area in which the network is operated into so-called radio cells, which are each supplied by a base station.
  • Each base station may only use a portion of the total available frequency channels, which can be reused to avoid interference from adjacent cells only at a sufficiently great distance.
  • a cluster joins adjacent clusters in which the frequencies may be used repeatedly.
  • the clusters must cover the entire area to be supplied, which is why only certain possible cluster arrangements of z. B. 3, 4, 7, 12 or 21 cells.
  • the cell size can be adapted to the traffic density.
  • large-scale cell technology is being used in small and medium-sized cell or microcell or pico-cell technology. Large cells have a radius of about 30 km, small cells to less than 10 km and microcells of some 100 m to about 1 km. Pico cells have a radius of some 10 m to several 100 m.
  • Base station 20 is no longer responsible. This process is called handover.
  • the preparation of a handover is based on the continuous metrological observation and evaluation of the reception situation by the respective base and mobile stations and decides on the spectral efficiency of the radio network and the quality of service, which is perceived by the subscriber. Therefore, a mobile subscriber leaves the coverage area a base station, it must be powered by another neighboring base station, so that the connection does not break off. A disconnect (cut-off or call drop) during a call is not or very unwillingly accepted by the subscriber and therefore has great importance in determining the quality of service. Without an automatic handover, the subscriber or mobile station would be forced to re-establish the connection.
  • the loop transit time is measured and corrected by the base station so that the distance of the mobile station from the base station is known and a handover can be initiated in good time if the subscriber leaves the planned service area, ie the cell and another suitable base station is available.
  • the mobile phone measures parameters during a connection and informs the network.
  • a so-called measurement protocol is sent to the network.
  • This measurement protocol contains not only parameters of the current network connection, but also the radio conditions to neighboring cells, which may be considered as the target cell in case of handover.
  • a participant in position 40 enters a tram, he presses a certain key on his mobile.
  • the base station 21, in which the subscriber is coupled in recognizes that the subscriber is starting a journey with a public transport, and provides corresponding information to a data processing system of the provider.
  • another entity may be provided which operates the data processing system.
  • any user of the method according to the invention can operate the data processing system.
  • This data processing system contains a database in which the relations between the base stations and the stops are stored. In the database then the percentages are stored, with which probability a stop is assigned to a base station. The basis for this is the geo-coordinates of the stops and the base stations as well as the respective distances between the base station and the bus stop.
  • the stop 40 lies in the wave propagation circles of three base stations, namely the base stations 20, 21 and 22.
  • the base station 21 is associated with the stop 40 with a probability of 65%.
  • the percentages are a basis for calculating the measure of confidence; they relate to the likelihood that the cell phone will be registered in a BTS on the condition that the cell phone is at stop 40.
  • the inverse relation is required, namely at which stop the mobile phone is when it is logged in a specific BTS (measured value). So if the cell phone is logged in BTS 22, it must be stop 40. This statement can be made with a probability of 100%.
  • the mobile phone is registered with BTS 35, several stops with different probabilities are possible.
  • the data processing system of the provider knows from which base station the information about the entry of the subscriber came on the tram, it can assume that, if the information came from the base station 21, with 100% probability of the stop 40 is because there is only the stop 40 in the field of view of base station 21. Thus, the subscriber can only be at the stop 40. Since it is not excluded that the mobile of the subscriber is coupled into the base station 20 or in the base station 22, the data processing system of the provider knows that in these cases, the subscriber only with a probability of 52% or 100% at the stop 40 is located. An accuracy of 52% is under certain geometric conditions too low to identify a stop with sufficient certainty.
  • the subscriber's mobile phone can theoretically be coupled in at six base stations, namely at all base stations whose transmission channels comprise or touch this route section 24. These are the base stations 18, 19, 20, 21, 22 and 35.
  • the probability is 21% that the mobile is located on the route section 24.
  • This probability for the identification of link section 24 is 29% for a coupling in station 19, 84% for a coupling in station 20, 100% for a coupling in station 21 or 22 and 17% for a coupling in station 35.
  • the respective calculated probabilities are based on the mean distance between a section of track and a base station.
  • the mean distance is determined by a standard geometric method from coordinates of the starting and ending point of the route section and the coordinates of the base station.
  • the coordinates of Base stations can be measured, for example, with the aid of GPS or Galileo, which evaluates the signals of a satellite-based system for global positioning and location. In the same way, the coordinates of the individual stops can be stored in a memory.
  • the probability values are also stored for the remaining route sections 25 to 30 and 32 to 34 in the memory of the data processing system. These calculations are performed only once before using the system according to the invention.
  • the probabilities that a mobile phone is booked into a BTS are now converted under the condition that a certain section of the route is used.
  • the goal is new probabilities that a cell phone will drive a stretch of track on the condition that it is checked in at a particular BTS.
  • a data set which associates the individual stops with the individual base stations
  • a data record which assigns the individual routes to the individual base stations, the assignment being expressed as a percentage.
  • the base station 20 takes over from the base station 21 with a relatively high probability after a certain time. From the change from the base station 21 to the base station 20, it can be concluded that the subscriber is on the route 24. If the participant continues on the same tram on the route 25, he will be taken over by the base station 35 after a certain time. In the data processing system of the provider, the transition from the base station 20 to the base station 35 is detected. From this transition, it can be concluded that the participant is on route 25.
  • the participant climbs out of the tram at the end of the route 25 and enters a subway, which travels along the route 34, his cell phone initially remains coupled in the base station 35. Since the subscriber does not press a button on his mobile phone again when changing, the data processing system of the provider knows neither about changing the subscriber nor about that he is now in the subway and on the route 34.
  • the participant ends his journey at the end of the route 34, he presses the button on his mobile again.
  • the data processing system now knows that the participant has finished his journey. She also knows that the subscriber's mobile is still coupled into base station 35. From the probability data, the stop at the end of the Route 34 are assigned, and from the probability data associated with the route 34 can be closed to the stop at the end of the route 34. This determines the entire route of the participant.
  • the participant returns to the starting point 40 again. Previously, he pressed a special key on his cell phone or entered a speed dial to unlock an electronic ticket.
  • the message is transmitted to the provider via mobile phone, which sends back a corresponding response protocol so that the subscriber receives a message on his mobile phone display.
  • WLAN Wireless Local Area Network, UWB, etc.
  • the passenger logs off in the same way again.
  • the deregistration of the passenger is not mandatory for the operation of the procedure. If the passenger forgets this cancellation, the invention in a multi-stage process is able to recognize the end of the journey itself.
  • the base station 21 is assigned to only one stop 40, so it is clear to which public transport provider this stop 40 is assigned.
  • the base station 12 is also known. In the transmission circuit of this base station 12, however, there are three stops, namely the destination station 42 itself and the stations 41 and 43. These are all within a tariff zone of public transport, so that no consideration is possible, taking into account only the destination station 42. However, this mapping becomes unique as the documented travel path from station 40 to the destination station is compared to all possible schedules for trips from the station 40 to the potential destination stations 41, 42, and 43. As a rule, only one station in the pattern of the stop sequence and the travel time is given to a given timetable. speak.
  • FIG. 4 shows how the measurement of a BTS can be assigned by the percentages of a route or a stop. Such amounts are shown in Table 5 below. These percentages are to some extent indicative of a travel chain. Some clues may be erroneous, but a complete processing of clues can increasingly compensate for these errors.
  • Fig. 4 shows how the indicia are distributed and that there are contradictions and discontinuities in relation to the travel chain. In this case, possible candidates for the travel chain are set up from these indicators, for example a route 1 and a route 2, which are shown in FIG.
  • a first route 1 with the routes 45 to 48 and a second route 2 with the routes 49 to 51 are provided.
  • the first route has four route sections and five stops 52 to 57.
  • the second route has three route sections 49 to 51 and four stops 52 to 56. Five detected elements of the two routes correlate to one another, namely the track sections 47, 48 with the track sections 49, 50 and the stops 54, 56, 57 with the stops 55, 56 and 53.
  • a third step in addition to the geometric or spatial relationships also the temporal aspects of the kinematic or spatial relationships in the transition from a basic cell into the following basic cell are taken into account. This is always the case if different, superimposed, but staggered offered driving possibilities of different transport companies can be used on identical routes between identical entry and exit stops (eg company A with arrival times at the minute 0 and 30, company B with Arrival times at the minute 20 and 50).
  • the still insufficiently resolved scenarios for manual post-processing are stored.
  • the provider's data processing system has a quality management module that provides continuous, semi-automatic optimization of the algorithms and control of the results.Quality management is closely linked to the manual postprocessing stage, with lower scores.
  • the result of the quality management consists of an adjustment of the parameters in the area of the decision points and an adaptation to the different algorithms.
  • the efficiency of these calculation levels depends on the design of the tariff area.
  • FIG. 6 also shows a map representation of the locations for the base stations, stops and connections with distance indications. It can be seen here the holding stations a to k and the base stations A to L. The circles indicating the range of the base stations are omitted for the sake of clarity.
  • a tram line I commutes between the stops a and j.
  • a bus line II commutes between stops k and h.
  • HST holding stations
  • BTS base stations
  • the "x values" are the horizontal x coordinates and the "y values" are the vertical y coordinates.
  • Table 2 The coordinates of Tables 1 and 2 are used to calculate the distance and thus to calculate the probabilities for Table 4.
  • Table 3 is an excerpt from a timetable again, for two different public transport lines. To simplify matters, the times have been defined as minutes relative to a time to.
  • the probability is calculated that a mobile phone is booked into a BTS, under the condition that the mobile phone is located on a particular HST. This calculation is based on the distance between BTS and HST, which is inversely proportional to the probability. However, what is the likelihood of the cell phone being connected to an HST on the condition that the cell phone is registered in a particular BTS? Therefore, the probabilities are processed such that each BTS weights and normalizes the HST in range according to the probabilities from the first step. This results in the percentages of Table 4.
  • a passenger uses only the public transport line 2 in accordance with the station sequences kgcdefh, whereby the passenger activates the eTicket mode at the beginning of the journey and ends it at the end of the journey. His journey through the BTS network is then determined by a corresponding measurement protocol, which is reproduced in Table 5 below.
  • Table 5 states that due to measurements made at intervals of 30 seconds, it was found that the BTS I was communicating with the cell phone for one minute. Then the BTS A also communicated for a minute with the mobile phone etc.
  • the left-hand column of Table 5 only serves as auxiliary information with the respective stop when the vehicle is stationary.
  • the dash indicates that the vehicle is traveling between two HSTs.
  • the start-target relationship is determined.
  • it is determined which BTS communicated with the mobile phone at the time of the beginning of the journey and which at the end of the journey.
  • Table 6 below shows the corresponding assignment.
  • the overall probability for a single start-destination relation is determined from the product of the individual probabilities for each stop:
  • the start stop is the stop k (line 2)
  • the destination stop with a 61% probability is the stop h (line 2). Based on this result, the accuracy is increased in a further step.
  • Table 11 The value pair 0.5 / 11.5 in the right-hand column refers to the time of the first measurement at the start and the last measurement at the target. The values are taken from Table 5.
  • the temporal deviations can be calculated as the difference of the measurement from the timetable.
  • a minimum value of 1 minute is defined here and all time differences are considered without sign as a discrepancy between measurement and timetable.
  • no values less than 1 are included in the calculation when weighting the determined ⁇ t values. Therefore, all values with "0", "0.5” etc. are rounded up to "1".
  • the weights for the probable solution are inversely proportional to the time discrepancies and are calculated according to the following rule
  • the probabilities are calculated as a proportional share of the individual weight according to the following rule:
  • Table 13 already contains the result for the improvement procedure, scaling and normalization first determine the probabilities which correspond to the results from the basic procedure. These are shown in Tables 14 and 15.
  • the optimization process considers the entire itinerary. It is assumed that the public transport connections used in accordance with the timetable, ie. H. without delay.
  • the method involves the measured BTS at each HST in the process.
  • Line 2 HST sequence k-g-c-d-e-f-h (routing candidate 1)
  • the routing method itself is not the subject of the invention because it is already known as such, e.g., in commercial GIS tools - such as Mapinfo - appropriate modules are available.
  • the arrival and departure times for each HST are queried from the timetable. For example, a service life of one minute each is set.
  • the probabilities relating to the HST of the measurement are entered for the measured BTS (column 4). Furthermore, the optimal BTS (column 5) with the respective maximum probability (column 6) is entered for each HST.
  • the probabilities of the measurement are compared with the probabilities of the reference (column 6).
  • the corresponding curves are shown for the routing candidate 1 in Fig. 7 and for the routing candidate 2 in Fig. 8.
  • the dashed lines refer to measurements, while the solid lines refer to references.
  • the probabilities are taken from Table 4. Thus, in FIGS. 7 and 8, one can speak of the probabilities of the measurement signal and the reference signal.
  • the similarity of the two curves is determined by a correlation coefficient.
  • the two signals to be compared are made averaging, so that the expression of the waveform, and not the absolute values, maps these curves as dominating influence for the similarity by the calculation method.
  • the resulting curves are shown in FIGS. 9 and 10. While Fig. 9 shows the curve for the routing candidate 1, Fig. 10 shows the waveform for the routing candidate 2. In Figs. 9 and 10 are shown the same signals as in Figs. 7 and 8, but adjusted for their mean value.
  • the mean-free signals for the measurement and for the reference are calculated as follows:
  • the correlation coefficient is a normalized quantity and has a value range of [-1, I].
  • the result for the selected candidates is as follows:
  • the entire travel chain is also considered.
  • the geometric relationships between the coordinates of the HST of possible travel routes and the coordinates of the measured BTS locations are compared here. This procedure completely ignores the temporal relationships and is thus independent of delays or disruptions in the operation of public transport.
  • a trip with line 2 was based on the following HST sequence:
  • Fig. 11 the BTS sequence from the measurement and the extracted HST sequence for line 1 are shown as a map representation. In addition to the original polygons of the sequences, traverses with exactly 10 interpolation points (BTS-10 and HST lO) are drawn.
  • the number of nodes of the BTS sequence and the HST sequence are the same (in the present case, 10 nodes would be selected, in principle, this number can be chosen freely).
  • the individual coordinates are calculated in such a way that the support points are distributed equidistantly over the connecting lines of the original sequences.
  • the distance of the support points of the HST sequence may differ from the distance of the support points of the BTS sequence
  • the sequence of the determined interpolation points thus simulates the original polygon approximately in its shape. This is a geometric scan with a given number of nodes. These calculated interpolation points are plotted in FIGS. 13 to 16 on the respective x-axis. The corresponding relationships for the comparison between the BTS sequence from the measurement and the extracted HST sequence from line 2 are shown in FIG.
  • the signals are needed as input signals for the actual correlation calculation.
  • the similarity of the two curves is determined analogously to the optimization method by the correlation coefficient.
  • the averaged values of the individual signals play an important role in the interpretation of the results. Therefore, the non-mean value signals for the comparison of the BTS sequence from the measurement and the extracted HST sequence for line 1 are shown in FIGS. 13, 14.
  • the corresponding signals are shown in FIGS. 15, 16.
  • the calculation of the correlation coefficient is analogous to the optimization method.
  • the mean-free signals (measurement and reference) are calculated as follows:
  • the correlation coefficient is a normalized quantity and has a value range of [-1, I].
  • the result for the selected candidates is as follows:
  • i Correlation coefficient for the geometric comparison of the entire travel chain with respect to the high value.
  • ii Correlation coefficient for the geometric comparison of the entire travel chain in terms of the legal value.
  • iii location difference of the trajectories for the geometric comparison of the entire travel chain with respect to the high value.
  • the method according to the invention can also be refined by taking into account further parameters. These parameters would then have to be provided by the mobile service providers, for example. These parameters include, for example, the distance between a BTS and a cell phone, which can be determined by measuring the loop transit time. Also the geodetic course of the trajectories for single lines or the distribution of the GSM field strength belong to these parameters. Information about timing differences of the timetable lines would also be helpful.
  • the fare can be determined and divided into the individual lines.
  • the tariffs of the individual transport companies can be very different. So there are honeycomb systems that are not concentric. However, there are also concentric ring zone tariffs with rings around a central point, for example around a city center. rum. Furthermore, there are combined systems with ring zones in the first stages and with outer zones divided into segments. But there are also systems with homogeneous tariff zones, where the size of the tariff zones is about the same. In other systems, where the tariff zones are not homogeneous, the diameter of a zone or honeycomb can be quite different. Furthermore, systems are known in which each stop is assigned to only one zone; in other cases, border stops are systematically maintained, which - depending on the direction of approach - are assigned to different zones.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der örtliche Reiseverlauf eines Benutzers verschiedener öffentlicher Verkehrsmittel ermittelt werden kann. Aufgrund dieses ermittelten Reiseverlaufs können dann die Fahrtkosten auf die einzelnen Betreiber der Verkehrsmittel gerecht verteilt werden. Die Grundlage des Verfahrens bildet ein Vergleich der Koordinaten von Haltestellen der öffentlichen Verkehrsmittel mit den Koordinaten von Basisstationen für Sende- und Empfangsbetrieb im Mobilfunk (GSM). Diese Koordinaten müssen nur einmal ermittelt werden und können in einem Speicher abgespeichert sein. Liegen die Koordinaten einer Basisstation, in die ein Handy eingeloggt ist, nahe bei den Koordinaten einer Haltestelle, so wird davon ausgegangen, dass sich der Besitzer des Handys an dieser Haltestelle befindet. Während der Reise des Benutzers der öffentlichen Verkehrsmittel wird in regelmäßigen Abständen - beispielsweise im Abstand von 30 Sekunden - festgestellt, in welcher Basisstation das Handy eingeloggt ist. Es wird dann wieder ermittelt, welche Haltestelle den kürzesten Abstand zu der gerade aktivierten Basisstation hat, und auf die Linie geschlossen, mit welcher der Benutzer fährt. Weil das Basisverfahren noch mit Ungenauigkeiten behaftet ist, können zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um die Route des handybesitzenden Benutzers zu präzisieren. Eine solche Maßnahme stellt z. B. der Vergleich eines amtlichen Fahrplans mit der gemessenen Zeit- und Ortsinformation dar. Unter Ausnutzung bestimmter Schritte des Verfahrens kann auch kontrolliert werden, ob der Besitzer des Handys im Besitz eines rechtmäßig erworbenen elektronischen Tickets ist.

Description

VERFAHREN ZUM ERMITTELN DES WEGS EINER MIT EINEM MOBILFUNKGERÄT AUSGERÜSTETEN PERSON
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Abrechnung der Kosten für die Beförderung mit öffentlichen Verkehrsmitteln wie Bus, Bahn oder Straßenbahn sind zwei traditionelle Methoden bekannt: das Lösen eines Tickets während der Fahrt mit Hilfe eines Schaffners und das Beschaffen eines Tickets vor der Fahrt an einem Automaten oder einer mit Personen besetzten Ticket-Verkaufsstelle.
In beiden Fällen muss der Zielort oder wenigstens der Bereich des Zielorts angegeben werden. Das System, bei dem bei einem Schaffner während der Fahrt ein Ticket gelöst werden konnte, ist praktisch verschwunden, weil die Kosten für den Schaffner eingespart wurden. Verbreitet ist dagegen das System, bei dem das Ticket vor Antritt einer Fahrt an einer mit Personen besetzten Ticket-Verkaufsstelle oder an einem Automaten gelöst wird.
Ein Nachteil der mit Personen besetzten Ticket- Verkaufsstellen ist der relativ hohe Perso- nalaufwand. Dagegen besteht der Nachteil der Ticket- Automaten in ihrer komplizierten Bedienbarkeit, und zwar insbesondere bei verschiedenen Strecken-Tarifen und bei Benutzung verschiedener Tarif-Zonen.
In den U- und S-Bahn-Systemen des Öffentlichen Personennahverkehrs werden überdies in einigen Ländern seit Jahrzehnten so genannte „Check-In/Check-Out"-Fahrkartensysteme eingesetzt. Hierbei werden in den oberirdischen und unterirdischen Haltestellen Schrankenanlagen zur Eingangskontrolle und zur Ausgangskontrolle eingerichtet, die erst dann öffnen, wenn der an speziellen Lesegeräten geprüfte Fahrschein als gültig akzeptiert wurde.
Seit Gründung des Hamburger Verkehrsverbunds (HVV) im Jahr 1965 ist es in Deutsch- land mittlerweile in allen Verkehrsverbünden üblich geworden, dass ein Fahrgast mit dem Kauf einer einzigen Einzelfahrkarte beim Start seiner Nahverkehrsreise seine Zielhaltestelle im Liniennetz des Verkehrsverbundes erreichen kann, ohne dass er sich nach dem Start der Reise noch einmal irgendwo registrieren lassen muss. Seine Fahrkarte gilt also für eine vollständige Reise im Gesamtnetz und nicht nur für bestimmte Teilnetze oder nur für bestimmte Linien, wie dies früher der Fall war. Der Preis der Fahrkarte richtet sich dabei nach der Entfernung zwischen dem Start- und dem Zielort. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass die Fahrten zwischen Start und Ziel nur schwer kontrollierbar sind. Auch die Aufteilung der Einnahmen auf die verschiedenen Mitglieder eines Verkehrsverbunds ist sehr schwierig und wird mittels statistischer Näherungsverfahren ermittelt (vgl. Balzuweit, Meisel, Neubeiser, Weinhold: Einnahmen gerecht verteilt?, in Der Nahverkehr, Heft 4, 2001).
Als Fahrscheine wurden früher meist Papierfahrkarten oder Plastikkarten mit einem eingefügten Magnetstreifen verwendet. Heutzutage werden stattdessen eher Chipkarten einge- setzt, die auf der RFID-Technologie beruhen (RFID = Radio Frequency Identification). Man nennt diese RFID-Chipkarten auch kontaktlose Chipkarten, um sie von den kontaktbehafteten Chipkarten zu unterscheiden. RFID-Chipkarten kommunizieren mit ihrem Lesegerät per Funk, kontaktbehaftete Chipkarten müssen dagegen mit ihrer Kontaktfläche die Kontaktfläche eines Lesegeräts mechanisch berühren, um den notwendigen Datenaus- tausch vorzunehmen. Die RFID-Technologie kann auch in ein Handy eingebaut werden, wodurch das Handy wie eine kontaktlose Chipkarte benutzbar ist.
Es ist auch bereits ein Fahrkartensystem auf RFID-Basis bekannt, das in London zum Einsatz kommt und auch beim Wechsel vom U-Bahn-Netz in ein Bus-Netz verwendet werden kann (Siegfried Holz: Gibt es alternative Lösungen zu Check-In-/Check-Out-Systemen?, Internationales Verkehrswesen (58), 5/2006, S. 206 - 210).
Für Buslinien und U-Bahn-Linien gibt es in London völlig getrennte Tariffahrkarten, die jedoch bei dem so genannten „Oyster"-Speicher eingegeben werden können. Auch Zeitkarten für verschiedene Zeitperioden - Tages-, Wochen-, Monatskarten etc. - sowie Prepaid- Karten und Mehrfahrtenkarten sowie personalisierte und anonyme Karten können genutzt werden. Trotz der verschiedenen Kartentypen erfolgt die Handhabung aller Oyster-Karten- Typen einheitlich an so genannten Smartcard-Readern.
Beim Betreten einer U-Bahn-Station muss ein „Check-In" der Chipkarten an einem Smartcard-Reader vorgenommen werden, und beim Verlassen einer U-Bahn-Station muss ein „Check-Out" der Chipkarten an einem Smartcard-Reader vorgenommen werden. Auch beim Betreten eines Busses muss ein „Check-In" der Chipkarten an einem Lesegerät vorgenommen werden.
Die für die Bus- und U-Bahn-Fahrten erzielten Einnahmen müssen dann so aufgeteilt werden, dass Bahn- und Busbetreiber gerecht entlohnt werden. Das Aufteilen wird dabei nach der nachgewiesenen Quelle-Ziel-Relation berechnet. Hierfür ist auf der RFTD-Chipkarte die Haltestellennummer der Zugangshaltestelle in das Netz bis zum Ende der Reise zwischengespeichert.
Nachteilig ist bei diesem Oyster-Card-System, dass es Schrankenanlagen in den U- und S- Bahn-Haltestellen erfordert, die es z. B. in Deutschland gar nicht gibt. Ein nachträglicher Einbau ist in den meisten der zwischen 1970 und 1990 in Deutschland gebauten unter- irdischen Haltestellen kaum möglich. Ein Einbau in Bussen oder Straßenbahnwagen wäre allerdings denkbar.
Es ist weiterhin bekannt, Tickets mit Hilfe von Handys zu kaufen (KR 1020000007062 A). Mit diesem Ticket-Kauf-System ist es jedoch nicht möglich, die Einnahmen auf ver- schiedene Verkehrsbetriebe zu verteilen.
Dies gilt auch für das von der deutschen Bundesbahn angebotene Handyticket. Hierbei kann man sich mit einem WAP-fähigen Handy nicht nur Reiseverbindungen anzeigen lassen und Sitzplätze reservieren, sondern auch Fahrkarten bis zehn Minuten vor Abfahrt buchen, die einem per MMS (Multimedia Messaging Service) auf das Handy gesandt werden. Diese enthalten einen Barcode, den der Zugbegleiter mit einem Scanner einlesen kann.
Ferner ist ein Sitzplatz-Führungssystem bekannt, mit dem ein Ticket überprüft werden und eine Führung zu einem Sitz erfolgen kann (JP 2006018550). Wenn ein Ticket oder Reservierungsticket gekauft wird, ordnet ein Reservierungs-Management-System einer Reise- Entfernungsangabe eine Zuginformation zu und sendet ein elektronisches Ticket an einen Handy-Anschluss. Geht der Benutzer durch ein Tor, beispielsweise eines U-Bahnsteigs, während er ein Handy mit einem elektronischen Ticket trägt, so werden von Geräten, die sich in der Nähe des Tors befinden, Informationen über die Position des Fahrgasts und seines Sitzes zum Reservierungs-Management-System gegeben. Hierauf wird entweder eine Einstiegs-Positions-Führungsinformation zum Handy oder auf eine Anzeigetafel in der Nähe des Benutzers gegeben. Auch bei diesem System sind Tore erforderlich, durch die man gehen muss.
Es ist auch ein Verfahren zum Erfassen, Verrechnen und Sperren von Dienstleistungen, die für einen Kunden beim Betreten einer Dienstvorrichtung beginnen, beispielsweise einem öffentlichen Verkehrsmittel, einem Parkplatzkontroll System oder einem kontrollierten Ver- anstaltungsraum, und die für diesen Kunden beim Verlassen dieser Dienstvorrichtung enden, bekannt (WO 00/31691). Hierbei werden beim Betreten Kundendaten erfasst, die auf einer Identifikationskarte des betreffenden Kunden gespeichert sind. Eine Aufteilung von Gebühren auf verschiedene Anstalten des öffentlichen Straßenverkehrs findet jedoch nicht statt.
Außerdem ist ein Verfahren zum elektronischen Bezahlen der Nutzung eines Transportmittels bekannt, bei dem ein Endgerät eines Mobilfunk-Datenübertragungsnetzes eingesetzt wird (EP 1 304670 Al). Das Endgerät, beispielsweise ein Handy, weist sowohl eine Mobilfunkschnittstelle als auch eine lokale Schnittstelle, z. B. eine Bluetooth-Schnittstelle, zur lokalen Datenübertragung auf. Zwischen dem Handy und einem Diensterbringungsrechner wird über die lokale Schnittstelle eine Nah-Datenübertragungsverbindung aufgebaut. Über die Nah-Datenübertragungsverbindung werden vom Endgerät zum Diensterbringungsrechner Nutzungsdaten übertragen. Als Nutzungsdaten gelten der Einstiegsort und/oder der Ausstiegsort und/oder die Anzahl von Mitfahrern und/oder eine Anzahl von Tarifzonen. Es ist indessen kein Weg aufgezeigt, wie bei einer Reise mit verschiedenen öffentlichen Verkehrsmitteln die Reisekosten unter den verschiedenen Betreibern der öffentlichen Verkehrsmittel aufgeteilt werden.
Weiterhin sind auch noch ein Verfahren und ein System bekannt, mit denen eine elektronische Registrierung bei Benutzung öffentlicher Verkehrsmittel möglich ist (WO 01/69540 Al). Hierbei hat der Reisende ein Handy bei sich, das Identitätsdaten aufweist. Mit diesem Handy ist es möglich, mit der örtlichen Kommunikations-Infrastruktur zu kommunizieren, die mit einem entsprechenden öffentlichen Verkehrsmittel gekoppelt ist. Das bekannte Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: automatisches Registrieren der Identitätsdaten des Handys bei Beginn der Reise, automatisches Registrieren der Identitätsdaten des Handys bei Beendigung der Reise, automatisches Registrieren weiterer Daten des Handys betreffend die bereiste Strecke und die Zeit zwischen den beiden Registrierungen der Identitätsdaten, Austauschen der registrierten Daten mit einer entfernt liegenden Verarbeitungseinrichtung.
Es ist auch ein Server zur Abrechnung eines Personentransportmittels eines ein Funknetzwerk benutzenden mobilen Kommunikators bekannt, wobei der Server an ein Datennetz- werk angeschlossen ist und eine Einrichtung für den Empfang einer von dem Kommunikator gesendeten Benutzungsanforderung besitzt, die Herkunftsdaten enthält (DE 101 47 788 Al). Hierbei bestimmt der Server elektronisch mittels der Herkunftsdaten und des Funknetzwerks die örtliche Position des Kommunikators. Außerdem erstellt er aus der Benutzungsanforderung und der Position einen digitalen Fahrschein, der entsprechend den ein- gesetzten Kontroll- und Abrechnungsverfahren weiterverarbeitet wird. Schließlich sendet der Server ein Quittungssignal an den mobilen Kommunikator.
Das bekannte System beruht somit auf der präzisen Positionsbestimmung von Anfangsund Endhaltestelle einer Reise und einem Dialog darüber zwischen dem mobilen Gerät und einem Server während der Reise. Der Fahrschein bzw. der vorläufige Fahrschein dient als vorläufige Zugangsberechtigung, wobei dieser Fahrschein erst nach einer Überprüfung von Kenndaten und nach der Positionsbestimmung der Einstiegshaltestelle ausgestellt wird. Außerdem wird die Position des mobilen Geräts an dieses selbst rückgemeldet. Es wird vor Rücksendung und Bestätigung über die richtige Einwahl ein Tarif, gegebenenfalls auch ein vorläufiger Tarif, ausgewählt. Bei der automatischen Positionserfassung der Transport- dienste erfolgt eine kontinuierliche Überwachung der aktuellen Position vom mobilen Gerät im Verhältnis zu möglichen Transportdiensten während der Reise. Diese erfolgt online mit Rückmeldung an den Kommunikator. Für die Positionsbestimmung sind zwei Varianten vorgesehen. Bei der ersten Variante fordert der Kommunikator von dem Funknetzbetreiber seine Position an, während bei einer zweiten Variante der mobile Kommunikator eine Nachricht an den Server sendet. Dieser bestimmt dann anhand der Identifikation des Kommunikators dessen Position und sendet sie zurück.
Bei einem anderen Verfahren zur Fahrgeld-Erhebung für ein Streckennetz mit Hilfe einer Vielzahl von benutzerseitigen, mobilen Geräten und einem anbieterseitigen, zentralen Rechner sind die mobilen Geräte und der zentrale Rechner für einen Datenaustausch über ein Mobilfunknetz und die mobilen Geräte für die Beschaffung von Daten bezüglich ihrer momentanen Position ausgerüstet (WO 03/063088 A2). Anhand einer Mehrzahl von aufeinander folgenden momentanen Positionen des mobilen Geräts wird ein Fahrprotokoll erstellt und dieses für die Fahrgeld-Erhebung verwendet.
Zur Initialisierung der Fahrgeld-Erhebung wird der zentrale Rechner durch ein mobiles Gerät kontaktiert und damit ein automatisierter Dialog zwischen mobilem Gerät und zent- ralem Rechner initiiert. In diesem Dialog übermittelt der zentrale Rechner dem mobilen Gerät Kombinationen von für die momentane Position des mobilen Geräts relevanten Kontrollpositionen sowie ein Zeitlimit. Das mobile Gerät übermittelt seinerseits dem zentralen Rechner Übereinstimmung zwischen seiner momentanen Position und einer der relevanten Kontrollpositionen oder ein Time-out-Signal zusammen mit seiner momentanen Position. Der automatisierte Dialog wird mindestens bis zur Übermittlung eines ersten Time-out- Signals oder bis zur Übereinstimmung der momentanen Position des mobilen Geräts mit einer entsprechend markierten Position aufrechterhalten.
Es kommunizieren also ein mobiles Gerät und ein zentraler Rechner über ein Mobilfunknetz miteinander, und zwar in beiden Richtungen und auf der Basis eines verschlüsselten Datenaustauschs. Dazu wird das mobile Gerät entsprechend angepasst und zusätzlich für die Beschaffung und temporäre Speicherung von Daten ausgerüstet. Zudem werden die Daten bezüglich der momentanen Position des mobilen Geräts im mobilen Gerät selbst gespeichert. Der Datenvergleich erfolgt in Echtzeit und im Mobiltelefon selbst, welches dazu entsprechende Daten über das Streckennetz im Mobiltelefon speichern muss. Die Positionsbestimmung erfolgt mittels GPS oder A-GPS. Alternativ werden genauere Positionsdaten aus dem Mobilfunknetz in Form einer Zellidentität, kombiniert mit Timing- Advance oder E-OTD ermittelt.
Schließlich ist auch noch ein Verfahren für die Übertragung von Informationen zu einem Mobilanschluss bekannt, bei dem zunächst wenigstens die Position des Mobilanschlusses ermittelt und dann die Information entsprechend der Position ausgewählt wird. Die ausgewählte Information wird dann zu dem Mobilanschluss übertragen, wo sie verarbeitet wird (WO 2005/094109 Al). Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Positionsbestimmung somit auf der Basis der Information, und zwar in der summarischen Auswertung von drei Bezugsgrößen: Basisstation, Referenzstationen, mobiles Gerät. Die Positionsbestimmung für ein Terminal erfolgt über drei Referenzstationen, wobei daraus die Distanz des mobilen Terminals zur Basisstation abgeleitet wird. Wegen der Bewegung des mobilen Terminals verändert sich diese Distanz permanent.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem bestimmte Positionen innerhalb eines Bezirks identifiziert werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren, mit dem der örtliche Reiseverlauf eines Benutzers verschiedener öffentlicher Verkehrsmittel ermittelt werden kann. Aufgrund dieses ermittelten Reiseverlaufs können dann die Fahrtkosten auf die einzelnen Betreiber der Verkehrsmittel gerecht verteilt werden. Die Grundlage des Verfahrens bildet ein Vergleich der Koordinaten von Haltestellen der öffentlichen Verkehrsmittel mit den Koordinaten von Basisstationen für Sende- und Empfangsbetrieb im Mobilfunk (GSM = Global System for mobile communication). Diese Koordinaten müssen nur einmal ermittelt werden und können in einem Speicher abgespeichert sein. Liegen die Koordinaten einer Basisstation, in die ein Handy eingeloggt ist, nahe bei den Koordinaten einer Haltestelle, so wird davon ausgegangen, dass sich der Besitzer des Handys an dieser Haltestelle befindet. Während der Rei- se des Benutzers der öffentlichen Verkehrsmittel wird in regelmäßigen Abständen - beispielsweise im Abstand von 30 Sekunden - festgestellt, in welcher Basisstation das Handy eingeloggt ist. Es wird dann wieder ermittelt, welche Haltestelle den kürzesten Abstand zu der gerade aktivierten Basisstation hat, und auf die Linie geschlossen, mit welcher der Benutzer fährt. Weil das Basisverfahren noch mit Ungenauigkeiten behaftet ist, können zu- sätzliche Maßnahmen getroffen werden, um die Route des handybesitzenden Benutzers zu präzisieren. Eine solche Maßnahme stellt z. B. der Vergleich eines amtlichen Fahrplans mit der gemessenen Zeit- und Ortsinformation dar. Unter Ausnutzung bestimmter Schritte des Verfahrens kann auch kontrolliert werden, ob der Besitzer des Handys im Besitz eines rechtmäßig erworbenen elektronischen Tickets ist, z. B. durch Übersenden einer MMS auf das Zielhandy. Die Bestätigung kann auch durch eine SMS oder ein Datentelegramm per GPRS oder UMTS erfolgen und parallel an das Kontroll System übermittelt werden.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass mit Hilfe der Auswertung der Koordinaten von Positionen und von Koordinaten von Basisstationen ermittelt werden kann, wo sich die Position mit großer Wahrscheinlichkeit befindet. Die Positionen sind dabei vorzugsweise solche, die das Handy eines Reisenden während einer Reise mit Hilfe öffentlicher Verkehrsmittel einnimmt. Zu Beginn einer Reise ist das eingeloggte Handy in eine erste Basisstation eingeloggt, und am Ende der Reise in eine n-te Basisstation. Während des Verlaufs der Reise kann das Handy in zweite, dritte etc. Basisstationen eingeloggt sein. Indem der Schritt d) des Verfahrens gemäß Anspruch 1 in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt wird, kann der Reiseverlauf des Handybesitzers ermittelt werden. Aus diesem Reiseverlauf kann wiederum festgestellt werden, welcher Anteil der Fahrtkosten auf ein bestimmtes öffentliches Verkehrsmittel entfällt, wenn der Reisende verschiedene öffentliche Verkehrsmittel benutzt hat
Die Schritte a) und b) des Verfahrens müssen nur einmal durchgeführt werden bzw. sie können schon durchgeführt worden sein, bevor die eigentliche Identifizierung der Position erfolgt. Es ist somit möglich, dass öffentliche Verkehrssysteme verschiedener Anbieter ohne Zahlung eines Vorab-Entgelts von einem Teilnehmer benutzt werden können. Der Teilnehmer braucht hierzu nur am Anfang und am Ende seiner Reise einen Befehl in sein Handy einzugeben.
Ein Unterschied der Erfindung gegenüber WO 2005/094109 Al besteht darin, dass bei der Erfindung nur zwei Bezugsgrößen - Referenzstation (= Sende- und Empfangsstationen des Mobilfunks) und mobiles Gerät - eine Rolle spielen. Außerdem werden im mobilen Gerät keine Daten verarbeitet. Die Kenntnis des absoluten Abstands des mobilen Terminals von einer Basisstation ist bei der Erfindung nicht erforderlich. Die Positionsbestimmung erfolgt ausschließlich in der Basisstation.
Ein Unterschied der Erfindung zur DE 101 47 788 Al besteht darin, dass bei der Erfindung der laufende Funkdialog des mobilen Geräts mit dem Funknetz genutzt wird und der Reiseweg im Nachgang zur Reise bestimmt wird. Bei der Erfindung findet auch keine Tarifauswahl am Anfang des Verfahrens statt. Die Tarifbestimmung erfolgt vielmehr im Nachhinein zur Reise im öffentlichen Verkehrssystem. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet eine laufende Erfassung von Daten statt, die in der Summe einen Rückschluss auf den Reiseweg im öffentlichen Verkehrssystem zulassen. Die Positionserfassung erfolgt somit ausschließlich im Nachgang zur Reise.
Außerdem werden bei der Erfindung handelsübliche mobile Kommunikatoren ohne Modifikation verwendet. Weiterhin erfolgt bei der Erfindung die Einwahl in das System online; alle anderen Schritte laufen offline und zeitlich versetzt ohne Qualitätsverlust ab. Die Abfahrtsstation muss nicht am Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Es bedarf auch keiner manuellen Betätigung durch den Fahrgast während der Nutzung des öffentlichen Personennahverkehrs. Auch Tarifabfragen am Reisebeginn sind nicht vorgesehen. Desgleichen müssen keine im Mobilgerät abgelegten Tabellen über Tarife abgelegt werden. Ein Unterschied der Erfindung zum Gegenstand der WO 03/063088 A2 besteht darin, dass handelsübliche mobile Geräte ohne Anpassung und ohne zusätzliche Ausrüstung verwendet werden können. Außerdem beschafft und speichert das mobile Gerät nicht temporär irgendwelche Daten, insbesondere keine Positionsdaten des Mobiltelefons selbst. Vielmehr beruht die Erfindung auf einem nicht-exakten Vergleich von Positionsdaten des mobilen Geräts mit Daten einer StarWEndposition des Streckennetzes. Die Positionsbestimmung erfolgt im Offline-Betrieb, also beliebig zeitversetzt zur tatsächlichen Reisezeit und außerhalb des Mobiltelefons. Die Erfindung sieht auch keine Positionsbestimmung des mobilen Geräts mittels geodätischen oder GPS-basierten Daten vor. Sie erfolgt vielmehr auf der Basis des Datenprotokolls der vom Mobiltelefon empfangenen Signale von einer oder mehreren Mobilfunkstationen und benutzt dabei vorzugsweise die Bewertung der CeIl-ID der Mobilfunkstationen, welche mit dem mobilen Gerät in Funkkontakt stehen. Das Verfahren kann durch die Nutzung der Feldstärkedifferenzen zwischen dem mobilen Gerät und den Sende-/Empfangsgeräten mittels der heute üblichen Weise beim Netzbetreiber in zentralen Steuereinheiten gespeicherten Daten, erweitert werden. Es werden keine anderweitigen Daten gemessen, d. h. der Prozess läuft offline in zentralen Steuereinheiten ab. Die Erfindung liefert zu keinem Zeitpunkt eine in geodätischer Hinsicht exakte Position des mobilen Geräts. Sie basiert vielmehr auf einem wahrscheinlichkeitstheoretischen Ansatz, mit Hilfe dessen die am meisten wahrscheinliche Position des mobilen Geräts be- stimmt wird, die wiederum mit exakten Netzdaten verglichen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mehrstufig und erhöht mittels steigender Genauigkeit die statistische Wahrscheinlichkeit, so dass das Verfahren nicht exakte, dafür jedoch ausreichend genaue Positionen ermittelt.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung von Haltestellen öffentlicher Verkehrsmittel sowie von Basisstationen für Sende- und Empfangsbetrieb im Mobilfunk (BTS) innerhalb eines Verkehrsverbunds;
Fig. 2 eine Darstellung von Streckenabschnitten öffentlicher Verkehrsmittel sowie von BTS innerhalb eines Verkehrsverbunds;
Fig. 3 Start-Ziel-Beziehungen innerhalb eines Verkehrsverbunds sowie BTS;
Fig. 4 eine Darstellung detektierter Teilstücke einer Fahrt mit öffentlichen Verkehrsmitteln eines Verkehrsverbunds;
Fig. 5 eine Darstellung zweier parallel verlaufender Routen; Fig. 6 eine Kartendarstellung der Standorte für Basisstationen, Haltestellen und Verbindungen;
Fig. 7 eine Kurvendarstellung von Wahrscheinlichkeiten über der Zeit, wobei für einen ersten Routing-Kandidaten Mess- und Referenzsignale miteinander verglichen werden;
Fig. 8 eine Kurvendarstellung wie in Fig. 7, jedoch für einen zweiten Routing-Kandidaten;
Fig. 9 Signalwerte über der Zeit von mittelwertfreien Mess- und Referenzsignalen für einen ersten Routing-Kandidaten;
Fig. 10 eine Kurvendarstellung wie in Fig. 9, jedoch für einen zweiten Routing- Kandidaten;
Fig. 11 Hochwerte über Rechtswerte für BTS- und HST-Sequenzen für eine erste Verker- kehrslinie;
Fig. 12 Werte wie in Fig. 11, jedoch für eine zweite Verkehrslinie;
Fig. 13 Hochwerte über Stützstellen-Nummern für BTS- und HST-Sequenzen einer ersten Verkehrslinie;
Fig. 14 Hochwerte wie in Fig. 13, jedoch für andere Höhen;
Fig. 15 Hochwerte wie in Fig. 13, jedoch für eine zweite Verkehrslinie;
Fig. 16 Hochwerte wie in Fig. 14, jedoch für eine zweite Verkehrslinie.
In der Fig. 1 ist ein Gebiet 1 dargestellt, in dem verschiedene öffentliche Verkehrsmittel vorgesehen sind und in dem sich mehrere Basisstationen 2 bis 22, 35 für den Sende- und Empfangsbetrieb im Mobilfunk befinden. Die Streckenabschnitte der Linien des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) sind als Pfeile bzw. Doppelpfeile dargestellt, z. B. als Pfeile bzw. Doppelpfeile 24 bis 34. Die Haltestellen befinden sich jeweils dort, wo zwei Pfeilspitzen aufeinander stoßen.
Die Kreise um die Basisstationen 2, 35, 22, 20, 21, 18, 19 deuten die Reichweite der Sen- designale dieser Basisstationen an. Alle dargestellten Basisstationen 2 bis 22, 35 werden in der Regel von dem gleichen Provider betrieben. In dem Gebiet 1 können sich aber durchaus auch noch Basisstationen anderer Provider befinden.
Nimmt man nun an, ein Benutzer eines öffentlichen Verkehrsmittels befinde sich am Punkt 40 und habe sein Handy eingeschaltet, so ist das Handy wahrscheinlich in die Basisstation 21 eingekoppelt, weil diese die nächste Basisstation ist. Es besteht dann eine wechselseiti- ge Verbindung zwischen Basisstation und Handy über elektromagnetische Wellen. Während die physikalischen Verhältnisse in leitungsgebundenen Netzen überschaubar und relativ einfach berechenbar sind, ist die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im freien Raum überaus komplex. In Abhängigkeit von der Frequenz und der damit verbundenen Wellenlänge breiten sich elektromagnetische Wellen als Boden-, Oberflächen-, Raumoder Direktwellen aus. Mit der Ausbreitung korreliert auch die Reichweite, also die Entfernung, in der ein Signal noch empfangen werden kann. Allgemein gilt, je höher die Frequenz der zu übertragenden Welle, umso geringer ist ihre Reichweite.
Ein weiterer Faktor, der die Reichweite elektromagnetischer Wellen bestimmt, ist deren Leistung. Die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle im freien Raum nimmt umgekehrt proportional mit der Entfernung zum Sender ab. Die Empfängereingangsleistung schwindet daher mit dem Quadrat der Entfernung. Aufgrund der Wetterbedingungen verändert die Atmosphäre ihre Eigenschaften, womit sich auch die Ausbreitungsbedingungen der Wellen ändern. Die Dämpfung ist frequenzabhängig und wirkt sich bei einigen Fre- quenzen sehr stark, bei anderen kaum aus. Die Wellenlängen, die in Deutschland für Mobilfunknetze verwendet wurden bzw. werden, sind ca. 150 MHz (analoges A-Netz und analoges B-Netz), 450 MHz (analoges C-Netz). Diese Frequenzbereiche werden für den Daten-, Hörfunk- und Fernsehfunk verwendet und bilden Raumwellen aus. Seit 1992 gibt es das digitale Dl-Netz nach dem europäischen ETSI/GSM-Standard (ETSI = European Telecommunications Standards Institute), und seit 1993 das digitale D2-Netz als flächendeckendes GSM-Netz (GSM = Global System for Mobile communication). 1995 wurde das El-Netz nach ETSI/DCS 1800-Standard als weiteres flächendeckendes Mobilfunknetz errichtet. Die GSM-Frequenzen liegen zwischen 890 und 915 MHz (GSM-900) und 1710 bis 1785 (GSM-1800). GSM-900 und GSM-1800 werden weltweit am meisten genutzt, obwohl es auch noch andere Frequenzbänder gibt, z. B. GSM-400 oder GSM-850. Die Funkstrecke vom Handy zur Basisstation (= Uplink) weist eine geringfügig andere Frequenz auf als die von der Basisstation zum Handy (= Downlink).
Klassische Funknetze, in denen versucht wird, durch eine hohe Sendeleistung einzelner Basisstationen einen großen Bereich abzudecken, können aufgrund der benutzten Band- breite nur eine begrenzte Teilnehmerzahl bedienen, denn es muss vermieden werden, dass zwei oder mehr Teilnehmer auf der gleichen Frequenz sprechen und sich somit gegenseitig abhören können. In Funknetzen mit hoher Sendeleistung wird so lange wie möglich ein zugewiesener Funkkontakt beibehalten, auch wenn ein anderer Versorgungsbereich bereits erreicht wurde. Da die Grenzen eines Versorgungsbereichs räumlich ungenau definiert sind, müssen angrenzende Versorgungsbereiche zur Vermeidung von Interferenzen unterschiedliche Funkkanäle verwenden. Das führt bei hoher Teilnehmerdichte zu enormem Frequenzbedarf, der aber durch die Knappheit des verfügbaren Spektrums begrenzt wird. Die schlechte Ausnutzung des Frequenzspektrums in solchen Funknetzen und die steigende Anzahl an Mobilfunkteilnehmern, die dieses System nicht mehr bewältigen konnte, führte zur Einführung zellularer Netze. Zellulare Funknetze basieren auf der Einteilung einer Gesamtfläche, auf der das Netz betrieben wird, in so genannte Funkzellen, die jeweils von einer Basisstation versorgt werden.
Die in der Fig. 1 dargestellten Kreise stellen schematisch solche Funkzellen dar. Jede Basisstation darf nur einen Teil der insgesamt verfügbaren Frequenzkanäle nutzen, die zur Vermeidung von Störungen durch angrenzende Zellen erst in einem genügend großen Abstand wieder verwendet werden können.
Bei zellularen Netzen wird also versucht, durch eine geringe Sendeleistung der Basisstation die zugehörigen Frequenzen möglichst nur in dem fest definierten Bereich der Funkzelle zu verwenden, wodurch diese Frequenzen nach planbar geometrischen Schutzabständen wieder benutzt werden können. Diejenigen Basisstationen, deren Kreise sich überlappen (z. B. die Basisstationen 18 und 19), sollten deshalb verschiedene Frequenzen haben. Da- gegen können die Basisstationen 14 und 22 wieder die gleichen Frequenzen besitzen.
Um die vorhandenen Frequenzen besser zu nutzen, ist es möglich, mehrere Teilnehmersignale auf einer Frequenz zu verschachteln, und zwar mittels Zeitmultiplex- oder Codemulti- plex-Verfahren.
In der Praxis werden mehrere Basisstationen zu so genannten Clustern zusammengefasst, innerhalb derer jede Frequenz nur einmal eingesetzt werden darf. Ein Cluster schließt sich benachbarten Clustern an, in denen die Frequenzen jeweils wiederholt benutzt werden dürfen. Die Cluster müssen das gesamte zu versorgende Gebiet abdecken, weshalb sich nur bestimmte mögliche Clusteranordnungen aus z. B. 3, 4, 7, 12 oder 21 Zellen ergeben. Die Zellengröße kann an die Verkehrsdichte angepasst werden. Zur Erhöhung der Teilnehmer- kapazität wird in Ballungsgebieten von der Großzellentechnik zur Kleinzellen- bzw. Mik- rozellen- bzw. Picozellentechnik übergegangen. Großzellen besitzen einen Radius von etwa 30 km, Kleinzellen bis unter 10 km und Mikrozellen von einigen 100 m bis ca. 1 km. Picozellen haben einen Radius von einigen 10 m bis zu einigen 100 m.
Verlässt ein Handybenutzer den Punkt 40 und kommt er in die Nähe z. B. der Basisstation 35, so übernimmt die Basisstation 35 den Funkkontakt mit dem Handy, wohingegen die
Basisstation 20 nicht mehr zuständig ist. Diesen Vorgang nennt man Handover. Die Vorbereitung eines Handovers beruht auf der ständigen messtechnischen Beobachtung und Bewertung der Empfangssituation durch die betreffenden Basis- und Mobilstationen und entscheidet über die spektrale Effizienz des Funknetzes und die Dienstgüte, die vom Teilneh- mer wahrgenommen wird. Verlässt daher ein mobiler Teilnehmer den Versorgungsbereich einer Basisstation, muss er von einer anderen benachbarten Basisstation versorgt werden, damit die Verbindung nicht abreißt. Ein Verbindungsabbruch (Cut-off bzw. CaIl drop) während eines Gesprächs wird vom Teilnehmer nicht oder sehr unwillig akzeptiert und hat deshalb großes Gewicht bei der Festlegung der Dienstgüte. Ohne automatisches Handover wäre der Teilnehmer bzw. die Mobilstation gezwungen, die Verbindung neu einzurichten. Im GSM-System wird als Kriterium für ein Handover die Schleifenlaufzeit durch die Basisstation gemessen und korrigiert, sodass die Entfernung der Mobil- von der Basisstation bekannt ist und rechtzeitig ein Handover veranlasst werden kann, falls der Teilnehmer den geplanten Versorgungsbereich, also die Zelle, verlässt und eine andere geeignete Basissta- tion verfügbar ist.
Um die für ein Handover nötigen Informationen zu erhalten, werden von dem Handy während einer Verbindung Parameter gemessen und dem Netz mitgeteilt. Es wird dem Netz ein so genanntes Messprotokoll zugesandt. Dieses Messprotokoll enthält nicht nur Parameter der gegenwärtigen Netzverbindung, sondern auch die Funkbedingungen zu Nachbarzellen, die möglicherweise im Handoverfall als Zielzelle in Betracht kommen.
Steigt ein Teilnehmer an der Position 40 beispielsweise in eine Straßenbahn ein, so drückt er eine bestimmte Taste auf seinem Handy. Die Basisstation 21, in welcher der Teilnehmer eingekoppelt ist, erkennt hierauf, dass der Teilnehmer eine Fahrt mit einem öffentlichen Verkehrsmittel beginnt, und gibt eine entsprechende Information an eine Datenverarbei- tungsanlage des Providers. Statt eines Providers kann auch eine andere Instanz vorgesehen sein, welche die Datenverarbeitungsanlage betreibt. So kann beispielsweise ein beliebiger Anwender des erfindungsgemäßen Verfahrens die Datenverarbeitungsanlage betreiben. Dies setzt jedoch voraus, dass die Prozesse entkoppelt von der EDV-Anlage des Mobilfunk-Netzbetreibers abgewickelt werden können. Diese Datenverarbeitungsanlage enthält eine Datenbank, in der die Relationen zwischen den Basisstationen und den Haltestellen abgelegt sind. In der Datenbank sind dann die Prozentzahlen abgelegt, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Haltestelle einer Basisstation zugeordnet ist. Grundlage hierfür sind die Geokoordinaten der Haltestellen und der Basisstationen sowie die jeweiligen Entfernungen zwischen der Basisstation und der Haltestelle. Die Haltestelle 40 liegt in den Wellen- Ausbreitungskreisen von drei Basisstationen, nämlich den Basisstationen 20, 21 und 22.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Basisstation 21 mit einer Wahrscheinlichkeit von 65 % der Haltestelle 40 zugeordnet. Bei der Basisstation 20 liegt nur noch eine Wahrscheinlichkeit von 25 % vor, während bei der Basisstation 22 sogar nur noch eine Wahrscheinlichkeit von 10 % gegeben ist. Die Prozentzahlen sind eine Grundlage dafür, das Vertrauensmaß zu berechnen; sie beziehen sich auf die Wahrscheinlichkeit, dass das Handy in einer BTS eingebucht ist unter der Bedingung, dass das Handy an Haltestelle 40 steht. Für die vorliegende Aufgabenstellung ist aber die umgekehrte Relation gefragt, nämlich an welcher Haltestelle sich das Handy befindet, wenn es in einer bestimmten BTS (Messwert) eingebucht ist. Wäre das Handy also in BTS 22 eingebucht, so muss es sich um Haltestelle 40 handeln. Diese Aussage kann mit einer Wahrscheinlichkeit von 100 % getroffen wer- den. Ist das Handy dagegen bei BTS 35 eingebucht, kommen mehrere Haltestellen mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten in Betracht.
Da die Datenverarbeitungsanlage des Providers weiß, von welcher Basisstation die Information über den Einstieg des Teilnehmers in die Straßenbahn kam, kann sie davon ausgehen, dass es sich dann, wenn die Information von der Basisstation 21 kam, mit 100-%iger Wahrscheinlichkeit um die Haltestelle 40 handelt, da sich im Sichtbereich von Basisstation 21 nur die Haltestelle 40 befindet. Somit kann sich der Teilnehmer nur an der Haltestelle 40 aufhalten. Da es nicht ausgeschlossen ist, dass das Handy des Teilnehmer in die Basisstation 20 oder in die Basisstation 22 eingekoppelt ist, weiß die Datenverarbeitungsanlage des Providers, dass sich in diesen Fällen der Teilnehmer nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 52 % oder ebenfalls 100 % an der Haltestelle 40 befindet. Eine Genauigkeit von 52% ist unter bestimmten geometrischen Bedingungen zu gering, um eine Haltestelle mit ausreichender Sicherheit zu identifizieren.
Es ist deshalb in der Datenverarbeitungsanlage noch eine weitere Datenbank vorgesehen, in welche die Relationen zwischen den Basisstationen und den Streckenabschnitten abge- legt sind. Wie diese Relationen ermittelt werden, wird anhand der Fig. 2 und dort nur anhand des Streckenabschnitts 24 beschrieben.
Ist der Teilnehmer bei der Haltestelle 40 in die Straßenbahn eingestiegen und fährt er nun entlang des Streckenabschnitts 24, so kann das Handy des Teilnehmers theoretisch bei sechs Basisstationen eingekoppelt sein, nämlich bei allen Basisstationen, deren Sendekrei- se diesen Streckenabschnitt 24 umfassen oder tangieren. Es sind dies die Basisstationen 18, 19, 20, 21, 22 und 35.
Ist das Handy des Teilnehmers in der Station 18 eingekoppelt, so beträgt die Wahrscheinlichkeit 21%, dass sich das Handy auf dem Streckenabschnitt 24 befindet. Diese Wahrscheinlichkeit für die Identifikation von Streckenabschnitt 24 beträgt 29% bei einer Ein- kopplung in Station 19, 84% bei einer Einkopplung in Station 20, jeweils 100% bei einer Einkopplung in Station 21 oder 22 und 17% bei einer Einkopplung in Station 35.
Dabei basieren die jeweils errechneten Wahrscheinlichkeiten auf der mittleren Distanz zwischen einem Streckenabschnitt und einer Basisstation. Die mittlere Distanz wird durch ein geometrisches Standardverfahren aus Koordinaten des Anfangs- und Endpunkts des Streckenabschnitts und den Koordinaten der Basisstation ermittelt. Die Koordinaten der Basisstation können beispielsweise mit Hilfe von GPS oder Galileo vermessen werden, das die Signale eines satellitengestützten Systems zur weltweiten Ortung und Standortbestimmung auswertet. Auf die gleiche Weise können die Koordinaten der einzelnen Haltestationen in einem Speicher abgelegt werden.
Analog der Wahrscheinlichkeitswerte des Streckenabschnitts werden die Wahrscheinlichkeitswerte auch für die übrigen Streckenabschnitte 25 bis 30 und 32 bis 34 im Speicher der Datenverarbeitungsanlage abgelegt. Diese Berechnungen werden nur einmal vor dem Einsatz des erfindungsgemäßen Systems durchgeführt.
In einem weiteren Schritt werden nun die Wahrscheinlichkeiten, dass ein Handy in eine BTS eingebucht ist unter der Bedingung, dass ein bestimmter Streckenabschnitt befahren wird, umgewandelt. Das Ziel sind neue Wahrscheinlichkeiten, dass ein Handy einen Streckenabschnitt befährt unter der Bedingung, dass es bei einer bestimmten BTS eingebucht ist.
Es liegen somit zwei Datensätze vor: ein Datensatz, der die einzelnen Haltestellen den ein- zelnen Basisstationen zuordnet, und ein Datensatz, der die einzelnen Strecken den einzelnen Basisstationen zuordnet, wobei die Zuordnung in Prozenten ausgedrückt ist.
Wenn der Teilnehmer die Strecke 24 entlangfährt, übernimmt ihn die Basisstation 20 von der Basisstation 21 mit einer relativ großen Wahrscheinlichkeit nach einer bestimmten Zeit. Aus dem Wechsel von der Basisstation 21 auf die Basisstation 20 kann geschlossen werden, dass sich der Teilnehmer auf der Strecke 24 befindet. Fährt der Teilnehmer nun mit derselben Straßenbahn auf der Strecke 25 weiter, so wird er nach einer gewissen Zeit von der Basisstation 35 übernommen. In der Datenverarbeitungsanlage des Providers wird der Übergang von der Basisstation 20 auf die Basisstation 35 festgestellt. Aus diesem U- bergang kann geschlossen werden, dass sich der Teilnehmer auf der Strecke 25 befindet.
Steigt der Teilnehmer am Ende der Strecke 25 aus der Straßenbahn aus und steigt er in eine U-Bahn ein, welche entlang der Strecke 34 fährt, so bleibt sein Handy zunächst noch in der Basisstation 35 eingekoppelt. Da der Teilnehmer beim Umsteigen nicht erneut eine Taste an seinem Handy drückt, weiß die Datenverarbeitungsanlage des Providers weder etwas vom Umsteigen des Teilnehmers noch etwas darüber, dass er sich nun in der U-Bahn und auf der Strecke 34 befindet.
Beendet der Teilnehmer am Ende der Strecke 34 seine Fahrt, drückt er wieder die Taste auf seinem Handy. Die Datenverarbeitungsanlage weiß jetzt, dass der Teilnehmer seine Fahrt beendet hat. Sie weiß auch, dass das Handy des Teilnehmers immer noch in die Basisstation 35 eingekoppelt ist. Aus den Wahrscheinlichkeitsdaten, die der Haltestelle am Ende der Strecke 34 zugeordnet sind, und aus den Wahrscheinlichkeitsdaten, die der Strecke 34 zugeordnet sind, kann auf die Haltestelle am Ende der Strecke 34 geschlossen werden. Damit ist die gesamte Fahrtstrecke des Teilnehmers ermittelt.
Noch nicht ermittelt ist damit, von welchem ÖPNV -Angebot der Teilnehmer Gebrauch gemacht hat. Insbesondere dann ist es schwierig, das benutzte ÖPNV -Angebot zu ermitteln, wenn auf einzelnen Wegabschnitten mehrere ÖPNV -Angebote parallel verfügbar sind.
Nachfolgend wird ein einfacher Algorithmus anhand der Fig. 3 beschrieben. Bei diesem Algorithmus genügen wenige Zugriffe auf die Datenbank, in der die Prozentzahlen der Haltestellen - wie in Fig. 1 gezeigt - abgelegt sind.
Der Teilnehmer steigt wieder am Startpunkt 40 ein. Vorher hat er eine spezielle Taste auf seinem Handy gedrückt oder eine Kurzwahl eingegeben, um sich einen elektronischen Fahrausweis freizuschalten. Per Mobilfunk wird die Meldung an den Provider übermittelt, der ein entsprechendes Antwortprotokoll zurückschickt, sodass der Teilnehmer eine Ken- nung auf seinem Handy-Display erhält. Der Anmeldeprozess kann auf verschiedene Weisen erfolgen: So kann die Anmeldung per SMS oder MMS oder per Anruf in ein Call- Center erfolgen. Es können auch Datentelegramme per GPRS oder UMTS (= Universal Mobile Telecommunications Service) an den Provider gesendet werden. Ist eine Haltestelle mit besonderer Technik zur Nahbereichskommunikation ausgerüstet (z. B. WLAN = Wire- less Local Area Network, UWB, etc.), so kann das Anmeldeverfahren auch über diese Kommunikationskanäle erfolgen.
Am Zielpunkt 42 seiner Reise meldet sich der Fahrgast in gleicher Weise wieder ab. Die Abmeldung des Fahrgastes ist nicht zwingend erforderlich für die Funktionsweise des Verfahrens. Falls der Fahrgast diese Abmeldung vergisst, ist die Erfindung in einem mehrstu- figen Prozess in der Lage, das Ende der Reise selbst zu erkennen.
Im angenommenen Fall ist die Basisstation 21 nur der einen Haltestelle 40 zugeordnet, sodass klar ist, welchem ÖPNV-Anbieter diese Haltestelle 40 zugeordnet ist. Am Zielort 42 ist ebenfalls die Basisstation 12 bekannt. Im Sendekreis dieser Basisstation 12 befinden sich indessen drei Haltestellen, nämlich die Zielstation 42 selbst und die Stationen 41 und 43. Diese befinden sich alle innerhalb einer Tarifzone des ÖPNV, so dass unter Berücksichtigung von ausschließlich der Zielstation 42 keine eindeutige Zuordnung möglich ist. Diese Zuordnung wird jedoch eindeutig, wenn der dokumentierte Fahrweg von Station 40 zu der Zielstation mit allen möglichen Fahrplänen für Fahrten von der Station 40 zu den möglichen Zielstationen 41, 42 und 43 verglichen wird. Im Regelfall wird nur eine Station in dem Muster der Haltestellenabfolge und der Fahrzeit einem gegebenen Fahrplan ent- sprechen. In den Fällen, in denen keine eindeutige Aussage möglich ist, weil zum Beispiel alle rechnerisch möglichen Zielhaltestellen 41, 42 und 43 dem gleichen Linienweg zuzuordnen sind, kann die tatsächliche Zielhaltestelle vernachlässigt werden, da diese Fahrt in allen drei Fällen dem gleichen Betreiber zuzuordnen ist und im Regelfall derart nah beiein- ander liegende Haltestellen einer Tarifzone zuzuordnen sind. Da der Fahrpreis bis auf wenige, heute nur noch sehr seltene Fälle nach Tarifzonen abgerechnet wird, ist der Fahrpreis in diesen Fällen für eine Fahrt zu allen drei Zielhaltestellen identisch.
Ist die ermittelte Güte für eine berechnete ÖPNV-Strecke nicht ausreichend, so kommt ein detailliertes Verfahren zur Anwendung, das anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert wird.
Es wird davon ausgegangen, dass die Haltestelle 40 und die Strecken 24, 34, 26 und 27 bereits für eine erste Route erkannt wurden.
Das Beispiel der Fig. 4 zeigt, wie die Messung einer BTS durch die Prozentzahlen einer Strecke oder einer Haltestelle zugeordnet werden kann. Derartige Mengen sind in der weiter unten dargestellten Tabelle 5 wiedergegeben. Diese Prozentzahlen stellen gewisserma- ßen Indizien einer Reisekette dar. Einzelne Indizien können fehlerhaft sein, aber durch eine komplette Verarbeitung von Indizienketten können diese Fehler zunehmend kompensiert werden. Fig. 4 zeigt, wie sich die Indizien verteilen und dass Widersprüche und Unstetigkeiten in Bezug auf die Reisekette gegeben sind. Dabei werden aus diesen Indizien mögliche Kandidaten für die Reisekette aufgestellt, beispielsweise eine Route 1 und eine Route 2, die in der Fig. 5 dargestellt sind.
In Fig. 5 ist eine erste Route 1 mit den Strecken 45 bis 48 vorgesehen sowie eine zweite Route 2 mit den Strecken 49 bis 51. Die erste Route hat vier Streckenabschnitte und fünf Haltestellen 52 bis 57. Dagegen hat die zweite Route drei Streckenabschnitte 49 bis 51 und vier Haltestellen 52 bis 56. Fünf detektierte Elemente der beiden Routen korrelieren zuein- ander, nämlich die Streckenabschnitte 47, 48 mit den Streckenabschnitten 49, 50 sowie die Haltestellen 54, 56, 57 mit den Haltestellen 55, 56 und 53.
Bei einer Konstellation, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, ist eine differenzierte Betrachtung erforderlich, weil die Zuordnung auf die beiden ÖPNV-Linien mit hoher Sicherheit erfolgen muss, obwohl zunächst nicht klar erkennbar ist, welche Linie der Nutzer tatsächlich gewählt hat.
Während der Fahrt entlang der ersten Route ist das Handy bei vier Basisstationen eingekoppelt gewesen, nämlich in den Basisstationen 22, 35, 10 und 11. Die während der ÖPNV-Nutzung erzeugten entsprechenden Daten wurden in einem Speicher abgelegt. Sollte auch das detaillierte Verfahren dem errechneten Ergebnis keine ausreichende Güte bescheinigen können, werden in einem dritten Schritt neben den geometrischen bzw. räumlichen Zusammenhängen auch noch die zeitlichen Aspekte der kinematischen bzw. räumlichen Zusammenhänge bei den Übergängen von einer Basiszelle in die folgende Basiszelle berücksichtigt. Dies ist immer dann der Fall, wenn auf identischen Wegstrecken zwischen identischen Ein- und Ausstiegshaltestellen verschiedene, überlagerte, jedoch zeitlich versetzt angebotene Fahrmöglichkeiten unterschiedlicher Verkehrsunternehmen genutzt werden können (z. B. Unternehmen A mit Ankunftszeiten jeweils zur Minute 0 und 30; Unternehmen B mit Ankunftszeiten jeweils zur Minute 20 und 50). Am Ende dieses dritten Schritts der Berechnung werden die noch immer nicht ausreichend gelösten Szenarien zur manuellen Nachbearbeitung abgespeichert.
In der Datenverarbeitungsanlage des Providers ist ein Modul „Qualitätsmanagement" vorgesehen, in dem eine kontinuierliche, halb-automatische Optimierung der Algorithmen und eine Kontrolle der Ergebnisse stattfinden. Das Qualitätsmanagement ist eng mit der Ver- fahrensstufe zur manuellen Nachbearbeitung verknüpft, wobei die Ergebnisse mit geringer Genauigkeit in Bezug auf die Einnahmenaufteilung bewertet und gegebenenfalls angepasst werden. Das Ergebnis des Qualitätsmanagements besteht in einer Anpassung der Parameter im Bereich der Entscheidungspunkte und einer Anpassung an die verschiedenen Algorithmen.
Die Leistungsfähigkeit dieser Berechnungsstufen hängt unter anderem auch von der Gestaltung des Tarifraums ab. Es gibt vorteilhafte Geometrien für die Definition der Tarifzonen, welche ebenfalls mittels eines halb-automatischen Cluster-Algorithmus unterstützt werden können.
In der Fig. 6 ist noch eine Kartendarstellung der Standorte für die Basisstationen, Haltestel- len und Verbindungen mit Distanzangaben gezeigt. Man erkennt hierbei die Haltestationen a bis k sowie die Basisstationen A bis L. Die Kreise, welche die Reichweite der Basisstationen anzeigen, sind der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Eine Straßenbahnlinie I pendelt zwischen den Haltestationen a und j. Eine Buslinie II pendelt dagegen zwischen den Haltestellen k und h.
Es sei angenommen, dass der Fahrgast nur die Linie 2 benutzt, und zwar entlang der Stationen k - g - c - d - e - f - h.
Unter Zugrundelegung der in der Fig. 6 dargestellten Karte wird nachfolgend beschrieben, wie der besagte Weg des Fahrgasts ermittelt und wie dann die Kosten auf die verschiedenen Verkehrsmittel-Träger aufgeteilt werden. In einer Datenbank befinden sich voraussetzungsgemäß
- Standorte von Haltestellen (Koordinaten)
- Standorte der BTS (Koordinaten)
- Fahrpläne mit Informationen zu den Zeiten an Haltestellen und zur Reihenfolge, in denen Haltestellen abgefahren werden.
Weitere Informationen, z. B. der geodätische Verlauf der Trajektoren für einzelne Linien, die Verteilung der GSM-Feldstärken als Karte, Informationen über zeitliche Abweichungen von den jeweiligen Fahrplänen etc. wären hilfreich und könnten das Ergebnis weiter optimieren. Sie werden nachfolgend jedoch nicht berücksichtigt.
Als Mess-Daten werden folgende Informationen benötigt:
- Zeitpunkt der Messung (Auflösung 30 Sekunden, Genauigkeit 15 Sekunden)
- CeIl-ID bzw. Nummer des eingebuchten BTS zu diesem Zeitpunkt
Prinzipiell ist die Abtastzeit für die Messung beliebig. Für das nachfolgend beschriebene Beispiel ist jedoch eine Abtastzeit von T = 30 s angenommen. Weiterhin wird angenom- men, dass elf Haltestationen (HST) a bis k und zwölf Basisstationen (BTS) A bis L vorliegen. In der nachfolgenden Tabelle bedeuten die „x- Werte" die horizontalen x-Koordinaten und die „y-Werte" die vertikalen y-Koordinaten.
Figure imgf000021_0001
Tabelle 2 Die Koordinaten der Tabellen 1 und 2 dienen zur Berechnung der Distanz und damit zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten für Tabelle 4.
Die nachfolgend wiedergegebene Tabelle 3 gibt einen Auszug aus einem Fahrplan wieder, und zwar für zwei verschiedene ÖV-Linien. Vereinfachend sind dabei die Zeiten als Minuten relativ zu einem Zeitpunkt to festgelegt worden.
Figure imgf000022_0001
Tabelle 3
Aus den Daten der Tabellen 1 bis 3 werden die Wahrscheinlichkeiten berechnet, dass ein Handy sich an einer der Haltestellen a bis k befindet, und zwar unter der Bedingung, dass eine bestimmte BTS empfangen wird. Das Ergebnis dieser Berechnung ist in Tabelle 4 wiedergegeben, welche die Wahrscheinlichkeiten aus der Sicht der betroffenen BTS wiedergibt.
Figure imgf000023_0001
Tabelle 4
In der Tabelle 4 sind nur die BTS berücksichtigt, in deren Reichweite sich die HST befindet. In einem ersten Schritt wird die Wahrscheinlichkeit berechnet, dass ein Handy in eine BTS eingebucht ist, und zwar unter der Bedingung, dass sich das Handy an einer bestimmten HST befindet. Diese Berechnung beruht auf der Distanz zwischen BTS und HST, die umgekehrt proportional zur Wahrscheinlichkeit ist. Es ist jedoch gefragt, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich das Handy an einer HST befindet, unter der Bedingung, dass das Handy in einer bestimmten BTS eingebucht ist. Daher werden die Wahrscheinlichkeiten derart weiterverarbeitet, dass jede BTS die in Reichweite befindlichen HST gemäß den Wahrscheinlichkeiten aus dem ersten Schritt gewichtet und normiert. Daraus ergeben sich die Prozentzahlen der Tabelle 4. Wie vorstehend bereits erwähnt, wird angenommen, dass ein Fahrgast nur die ÖV-Linie 2 benutzt, und zwar entsprechend den Haltestellen-Folgen k-g-c-d-e-f-h, wobei der Fahrgast zu Beginn der Fahrt den eTicket-Modus aktiviert und zum Ende der Fahrt beendet. Seine Reise durch das BTS-Netzwerk wird dann durch ein entsprechendes Messprotokoll ermittelt, das in der nachfolgenden Tabelle 5 wiedergegeben ist.
Figure imgf000024_0001
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Tabelle 5
Die Tabelle 5 besagt, dass aufgrund von Messungen, die im Abstand von 30 Sekunden vorgenommen wurden, festgestellt wurde, dass das BTS I für eine Minute mit dem Handy kommunizierte. Hierauf kommunizierte das BTS A ebenfalls für eine Minute mit dem Handy etc.
Am längsten wurden die BTS F und E von dem Handy in Anspruch genommen, nämlich für 1,5 Minuten bzw. 3 Minuten. Die linke Spalte der Tabelle 5 dient nur als Hilfsinforma- tion mit der jeweiligen Haltestelle, wenn das Fahrzeug steht. Der Spiegelstrich deutet an, dass das Fahrzeug zwischen zwei HST unterwegs ist.
Für das oben wiedergegebene Szenario werden nachfolgend die einzelnen Berechnungsverfahren zur Ermittlung der in Anspruch genommenen Reiserouten beschrieben.
Basis-Verfahren
Beim Basis-Verfahren wird die Start-Ziel-Beziehung ermittelt. Dazu wird festgestellt, welche BTS zum Zeitpunkt des Reisebeginns und welche am Ende der Reise mit dem Handy kommunizierte. Die nachfolgende Tabelle 6 gibt die entsprechende Zuordnung wieder.
Figure imgf000025_0002
Tabelle 6
Für diese BTS-Nummern werden nun die möglichen Kandidaten für die Start- bzw. Ziel- Haltestellen aus der Tabelle 4 ermittelt, was zu folgendem Zwischenergebnis führt.
Figure imgf000026_0001
Tabelle 7
Während für das angenommene Szenario die Start-Haltestellen eindeutig identifiziert werden konnten, stehen für die Ziel-Haltestellen drei mögliche Kandidaten zur Verfügung, die mit ihren jeweiligen Wahrscheinlichkeitswerten bekannt sind.
Die Gesamt- Wahrscheinlichkeit für eine einzelne Start-Ziel-Relation wird aus dem Produkt der Einzel -Wahrscheinlichkeiten für jede Haltestelle ermittelt:
p(HST'tart,HSTiel) = p(HSTStart) ■ P(HSTl1)
Dies geschieht deshalb, weil sowohl für den Start als auch für das Ziel mehrere HST in Frage kommen. Hierdurch entsteht eine Matrix aus mehreren Start-Ziel-Relationen, von denen jede einzelne Relation mit einer Wahrscheinlichkeit belegt werden muss. Wäre das Handy am Start nicht in BTS „I" eingebucht, sondern in BTS „A", wäre als Wahrscheinlichkeit für HST „k" der Wert 54 % und für HST „g" der Wert 46 % gegeben.
Für den vorliegenden Fall ergibt sich dann folgendes Ergebnis:
Figure imgf000026_0002
Tabelle 8
Somit wurden aus der Vielfalt der möglichen Start-Ziel-Relationen drei Kandidaten ermittelt, die als Ziel in Frage kommen. Hiernach ist die Start-Haltestelle die Haltestelle k (Linie 2), während die Ziel-Haltestelle mit einer 61-%igen Wahrscheinlichkeit die Haltestelle h (Linie 2) ist. Unter Zugrundelegung dieses Ergebnisses wird in einem weiteren Schritt die Genauigkeit vergrößert.
Verbesserungs- Verfahren
Die Ergebnisse des Basis-Verfahrens dienen als Grundlage für ein Verbesserungs- Verfahren, und sie werden nun mit den verfügbaren Informationen aus dem Fahrplan (Tabelle 3) verglichen. Für die Start-Haltestelle, d. h. Haltestelle Nr. k, ist im Fahrplan folgender Eintrag zu finden:
Figure imgf000027_0001
Tabelle 9
Für die in Frage kommenden Ziel-Haltestellen Nr. e, f, h findet man im Fahrplan folgende Einträge:
Figure imgf000027_0002
Tabelle 10
Für diese Informationen werden nun ebenfalls Permutationen aufgestellt und mit der gemessenen Zeit verglichen. Dabei sind in der nachfolgenden Tabelle die Zeitangaben jeweils im Format „(Startzeit / Zielzeit)" angegeben.
Figure imgf000027_0003
Tabelle 11 Das Wertepaar 0,5 / 11,5 in der rechten Spalte bezieht sich auf den Zeitpunkt der ersten Messung am Start und der letzten Messung am Ziel. Die Werte sind aus Tabelle 5 entnommen.
Figure imgf000028_0001
Tabelle 12
Aus dieser Darstellung lassen sich die zeitlichen Abweichungen als Differenz der Messung vom Fahrplan berechnen. Zur späteren Weiterverarbeitung der Zeit-Differenzen wird an dieser Stelle ein minimaler Wert von 1 Minute definiert und alle Zeit-Differenzen werden vorzeichenlos als Diskrepanz zwischen Messung und Fahrplan betrachtet. Um den negativen Einfluss von Singularitäten zu vermeiden, fließen bei der Gewichtung der ermittelten Δt- Werte keine Werte kleiner als 1 in die Rechnung ein. Daher werden alle Werte mit „0", „0,5" etc. auf „1" aufgerundet.
Figure imgf000028_0002
Tabelle 13
Die Gewichte für die wahrscheinliche Lösung sind umgekehrt proportional zu den Zeit- Diskrepanzen und berechnen sich nach folgender Vorschrift
Gewicht; =
At:
Figure imgf000029_0001
Tabelle 14
Aus den ermittelten Gewichten werden die Wahrscheinlichkeiten als proportionaler Anteil zum Einzelgewicht nach folgender Vorschrift berechnet:
Gewicht, p(HST')
Σ Gewicht,
Daraus lassen sich folgende Wahrscheinlichkeiten berechnen:
Figure imgf000029_0002
Tabelle 15
Die Tabelle 13 enthält zwar schon das Ergebnis für das Verbesserungsverfahren, durch die Skalierung und Normierung werden jedoch erst die Wahrscheinlichkeiten ermittelt, welche den Resultaten aus dem Basisverfahren entsprechen. Diese sind in den Tabellen 14 und 15 dargestellt.
Man erkennt hieraus, dass auch nach dem Verbesserungsverfahren, das eigentlich ein Alternativverfahren ist, die Haltestelle h die wahrscheinlichste ist. Da insofern die Ergebnisse des Basisverfahrens und des Verbesserungsverfahrens übereinstimmen, hat sich die Wahr- scheinlichkeit, dass h die Zielhaltestelle ist, vergrößert.
Für die Start-HST wird im Grunde das gleiche Verfahren angewendet. Es wurde im gewählten Beispiel jedoch nicht gewählt, weil schon aufgrund des Basisverfahrens die Start- haltestelle ermittelt werden konnte. Allerdings führt dieses Verfahren bei nur einer HST immer zu 100%. Daher ist eine getrennte Prüfung der Zeit-Diskrepanz sinnvoll, was für das Beispiel-Szenario ebenfalls eine starke Bestätigung für die getroffene Auswahl bringt.
1. Optimierungs-Verfahren
Im Optimierungs-Verfahren wird die gesamte Reiseroute betrachtet. Dabei wird angenommen, dass die verwendeten ÖV -Verbindungen gemäß Fahrplan, d. h. ohne Verspätung, durchgeführt werden. Das Verfahren bezieht die gemessenen BTS an jeder HST in das Verfahren mit ein.
Mit den Ergebnissen aus dem Basisverfahren und dem Verbesserungsverfahren, bei denen nur die Start- und Endstationen sowie die Linien ermittelt wurden, werden die folgenden Routing-Varianten als mögliche Kandidaten für die genutzte ÖV -Verbindung ermittelt.
- Linie 2: HST-Sequenz k - g - c - d - e - f - h (Routing-Kandidat 1)
- Linie 2: HST-Sequenz k - g - c - d - e - f (Routing-Kandidat 2)
Das Routing-Verfahren selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung, weil es als solches be- reits bekannt ist, z. B. bei kommerziellen GIS-Tools - etwa Mapinfo - sind entsprechende Module erhältlich.
Für die ermittelten Start- und Zielstationen wird eine Sequenz von Zeit, BTS und Wahrscheinlichkeiten aus dem Fahrplan (FP) erzeugt und den entsprechenden Messwerten zugeordnet. Dabei werden nur geplante Stopps an HST berücksichtigt. Auf diese Weise er- gibt sich für den Routing-Kandidaten 1 folgende Tabelle:
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000031_0001
Tabelle 16
Für Routing-Kandidat 2 ergibt sich folgende Tabelle:
Figure imgf000031_0002
Tabelle 17
Bei der Ermittlung der Tabellen 16, 17 wird davon ausgegangen, dass in regelmäßigen Zeitabständen ein neuer Wert gemessen wird. Diese Zeitabstände betragen im vorliegenden Fall 30 Sekunden. Die komplette Liste der Messungen ist in Tabelle 5 wiedergegeben. In den Spalten von Tabelle 16 und Tabelle 17 sind folgende Werte für die Korrelation zusammengestellt (von links nach rechts):
- t = Zeitpunkte die laut FP einen Stand an einer HST vorsehen
- HST der vorgegebenen Kandidaten-Strecke
- BTS aus der Messung
- Wahrscheinlichkeit für HST, wenn BTS (aus Spalte 3) empfangen wird.
- BTS die optimal an der jeweiligen HST zu empfangen ist (höchste Wahrscheinlichkeit!)
- Wahrscheinlichkeit für HST, wenn optimale BTS empfangen wird (Werte in Spalte 6 sind größer oder gleich den Werten aus Spalte 4). Sind die Signale aus der Messung oder den Kandidaten von ungleicher Länge, so wird das jeweils kürzere Signal mit „0" aufgefüllt.)
Zur Ermittlung der Daten werden aus dem Fahrplan zu jeder HST die Ankunfts- und Abfahrtszeiten abgefragt. Es wird beispielsweise eine Standzeit von jeweils einer Minute an- gesetzt.
Es werden nur die HST betrachtet Daher werden gemäß den ermittelten Zeiten aus dem Fahrplan, nur die Messungen an den HST herangezogen. Die entsprechenden Messungen wurden extrahiert und in Tabelle 16 und Tabelle 17 eingetragen.
Im letzten Schritt werden zu den gemessenen BTS die Wahrscheinlichkeiten in Bezug auf die HST der Messung eingetragen (Spalte 4). Weiterhin wird für jede HST die optimale BTS (Spalte 5) mit der jeweiligen maximalen Wahrscheinlichkeit (Spalte 6) eingetragen.
Als Signale für die zeitliche Korrelation werden die Wahrscheinlichkeiten der Messung (Spalte 4) mit den Wahrscheinlichkeiten der Referenz (Spalte 6) verrechnet. Die entsprechenden Kurven sind für den Routing-Kandidaten 1 in Fig. 7 und für den Routing- Kandidaten 2 in Fig. 8 dargestellt.
Die gestrichelten Linien beziehen sich dabei auf Messungen, während sich die durchgezogenen Linien auf Referenzen beziehen. Die Wahrscheinlichkeiten werden aus der Tabelle 4 entnommen. Somit kann man bei den Fig. 7 und 8 von den Wahrscheinlichkeiten des Messsignals und des Referenzsignals sprechen. Die Ähnlichkeit der beiden Kurven wird durch einen Korrelationskoeffizienten bestimmt Dazu werden die beiden zu vergleichenden Signale mittelwertfrei gemacht, damit die Ausprägung der Kurvenform und nicht die absoluten Werte diese Kurven als dominierender Einfluss für die Ähnlichkeit durch das Berechnungsverfahren abgebildet wird. Die resultie- renden Kurven sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Während Fig. 9 die Kurve für den Routing-Kandidaten 1 zeigt, zeigt die Fig. 10 die Kurvenform für den Routing-Kandidaten 2. In den Fig. 9 und 10 sind die gleichen Signale gezeigt wie in den Fig. 7 und 8, aber um ihren Mittelwert bereinigt.
Die mittelwertfreien Signale für die Messung und für die Referenz berechnen sich wie folgt:
1 " mes, = p(mes), - μmes ; μmes = -Y mes, n ft
1 m ref, = piref), - μref ; μref = — Y ref,
Aus diesen Signalen wird der Korrelationskoeffizient wie folgt berechnet:
Figure imgf000033_0001
Der Korrelationskoeffizient ist eine normierte Größe und besitzt einen Werte Bereich von [-1, I]. Als Ergebnis für die ausgewählten Kandidaten ergeben sich folgende Werte:
1. Routing-Kandidat 1: p = 0,97
2. Routing-Kandidat 2: p = 0,21
Der Unterschied in den Signalverläufen an HST 8 bewirkt also eine signifikante Änderung für das Merkmal aus Verfahren 3, dass die Ähnlichkeit der beiden Kurven von 97 % auf einen Wert von 21% absinkt.
2. Optimierungsverfahren
Bei einem Alternativverfahren zum Optimierungsverfahren wird ebenfalls die gesamte Reisekette betrachtet. Im Unterschied zum Optimierungsverfahren werden hier jedoch nur die geometrischen Zusammenhänge zwischen den Koordinaten der HST von möglichen Reiserouten und den Koordinaten der gemessenen BTS-Standorte verglichen. Dieses Verfahren lässt die zeitlichen Zusammenhänge völlig außer Acht und ist damit auch unabhängig von Verspätungen oder Störungen im Betrieb der öffentlichen Verkehrsmittel. Für das vorliegende Berechnungsbeispiel wurde einen Fahrt mit der Linie 2 durch folgende HST-Sequenz zugrunde gelegt:
Linie 2: HST-Sequenz k - g - c - d - e - f - h
Zur Abgrenzung der benutzen Linie 2 von der zum Teil parallel verlaufenden Linie 1 werden nun die HST der Linie 1 herausgesucht, welche sich im Empfangsbereich der gemessenen BTS-Standorte befinden. Somit ergibt sich eine mögliche Fahrt- Alternative mit der Linie 1, die durch folgende HST-Sequenz beschrieben ist:
Linie 1: HST-Sequenz b - c - d - e - f - i
Der geometrische Verlauf dieser möglichen Reiseketten ist nun mit dem geometrischen Verlauf der BTS-Sequenz
Messung: BTS-Sequenz I - A - F - E - C - L
aus der Messung zu vergleichen.
In Fig. 11 ist die BTS-Sequenz aus der Messung und die extrahierte HST-Sequenz für Linie 1 als Kartendarstellung gezeigt. Zusätzlich zu den originalen Polygonzügen der Sequenzen sind Polygonzüge mit genau 10 Stützstellen (BTS-10 und HST lO) eingezeichnet.
Diese zusätzlichen Signale (BTS-10 und HST-10) werden direkt aus den originalen Polygonzügen abgeleitet und haben folgende Eigenschaften.
- Die Anzahl der Stützstellen der BTS-Sequenz und der HST-Sequenz sind gleich (für den vorliegenden Fall würden 10 Stützstellen gewählt, prinzipiell kann diese Zahl frei gewählt werden).
- Die einzelnen Koordinaten sind derart berechnet, dass sich die Stützstellen äquidistant über die Verbindungslinien der originalen Sequenzen verteilen.
- Die Distanz der Stützstellen der HST-Sequenz darf sich von der Distanz der Stützstellen der BTS-Sequenz unterscheiden
Die Sequenz der ermittelten Stützstellen bildet somit den originalen Polygonzug näherungsweise in seiner Form nach. Es handelt sich hierbei um eine geometrische Abtastung mit einer vorgegebenen Anzahl von Stützstellen. Diese berechneten Stützstellen sind in den Fig. 13 bis 16 auf der jeweiligen x-Achse aufgetragen. Die entsprechenden Zusammenhänge für den Vergleich zwischen der BTS-Sequenz aus der Messung und der extrahierten HST-Sequenz der Linie 2 sind in Fig. 12 dargestellt.
Die Signale werden als Eingangssignale für die eigentliche Korrelationsrechnung benötigt.
Die Ähnlichkeit der beiden Kurven wird analog zum Optimierungsverfahren durch den Korrelationskoeffizienten bestimmt. Im Gegensatz zum Optimierungsverfahren spielen die ermittelten Mittelwerte der einzelnen Signale eine bedeutende Rolle für die Interpretation der Ergebnisse. Deshalb sind in Fig. 13, 14 die nicht mittelwertfreien Signale für die Gegenüberstellung der BTS-Sequenz aus der Messung und der extrahierten HST-Sequenz für Linie 1 dargestellt. Rechtswert (= x-Koordinate) und Hochwert (= y-Koordinate) werden jeweils über der Stützstellen-Nr. aufgetragen. Für den Vergleich der Sequenzen in Bezug auf Linie 2 sind die entsprechenden Signale in Fig. 15, 16 gezeigt.
Die Berechnung des Korrelationskoeffizienten erfolgt analog zum Optimierungsverfahren. Die mittelwertfreien Signale (Messung und Referenz) berechnen sich wie folgt:
1 " mes, = p(mes), - μmes ; μmes - -\ mes,
1 m ref, - p(ref), - μ, ref μ ref Sy ref,
Aus diesen Signalen wird der Korrelationskoeffizient wie folgt berechnet:
Figure imgf000035_0001
P = ^(rnesy -2(reflγ
Der Korrelationskoeffizient ist eine normierte Größe und besitzt einen Werte Bereich von [-1, I]. Als Ergebnis für die Ausgewählten Kandidaten ergeben sich folgende Werte:
- Linie 1 Hochwert (= y): p = 0,16
- Linie 1 Rechtswert (= x): p = 0,84
- Linie 2 Hochwert (= y): p = 0,67
- Linie 2 Rechtswert (= x): p = 0,99
Ein Vergleich der berechneten Korrelationskoeffizienten zeigt also eine bessere Überein- Stimmung für Linie 2 (richtiges Ergebnis), sowohl in Bezug auf den Hochwert, als auch auf den Rechtswert. Diese Betrachtung muss aber im Zusammenhang mit der mittleren Ab- weichung der Lage, der zu vergleichenden Trajektorien aus BTS-Sequenz und HST- Sequenz erfolgen. Die Abstände der einzelnen Mittelwerte für das vorliegende Beispiel zeigen folgende Werte:
- Linie 1 Hochwert (= y): μHST - μBTS = 125
- Linie 1 Rechtswert (= x): μHST - μBTS = 120
- Linie 2 Hochwert (= y): μHST - μBTS = 88
- Linie 2 Rechtswert (= x): μHST - μß75 = 328
Bei der Betrachtung der Lage-Unterschiede zwischen BTS-Sequenz und HST-Sequenz fällt auf, dass in Bezug auf den Hochwert die Linie 2 besser ist, während bei Rechtswert und Gesamt-Di stanz Linie 1 die besseren Ergebnisse liefert. Hier ist aber Vorsicht geboten, denn bezüglich dieser Parameter kommt es neben den absoluten Werten auch auf die Dimension im Verhältnis zur Reichweite der BTS-Stationen an.
Da als Grundlage für das vorliegende Berechnungsbeispiel eine Reichweite für alle BTS von ca. 700 m angenommen wurde, liegen alle vier berechneten Differenzen der Mittel- werte in einem sinnvollen Bereich. Unter diesen Umständen ist das Ergebnis des Korrelationskoeffizienten entscheidend.
Überschreitet hingegen die Distanz der Lage zwischen den Trajektorien diesen Wert für die Reichweite deutlich, so verliert die Ähnlichkeit der Form an Aussagekraft.
Verarbeitung der Ergebnisse
Aus den 4 beschriebenen Verfahren werden folgende Parameter ermittelt:
- Basisverfahren: Wahrscheinlichkeit für die Zuordnung von Start-HST und Ziel-HST durch geometrische Berechnung.
- Verbesserungsverfahren: Wahrscheinlichkeit für die Zuordnung von Start-HST und Ziel-HST durch zeitlichen Vergleich mit dem Fahrplan.
- 1. Optimierungsverfahren: Korrelationskoeffizient für den zeitlichen Vergleich der gesamten Reisekette.
- 2. Optimierungsverfahren
i: Korrelationskoeffizient für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Hochwert. ii: Korrelationskoeffizient für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Rechtswert.
iii: Lage-Unterschied der Trajektorien für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Hochwert.
iv: Lage-Unterschied der Trajektorien für den geometrischen Vergleich der gesamten
Reisekette in Bezug auf den Rechtswert.
Bei all diesen Parametern handelt es sich sozusagen um Indizien für die untersuchten Kandidaten der möglichen Reisekette. Einzelne Indizien können fehlerhaft sein, aber durch eine komplette Verarbeitung von Indizienketten können diese Fehler zunehmend kompen- siert werten.
Die im Zusammenhang mit der Fig. 2 erwähnten Streckenabschnitte sind im Zusammenhang mit der Fig. 6 nicht beschrieben. Sie können jedoch ohne weiteres auch auf das Verfahren nach Fig. 6 angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch die Berücksichtigung weiterer Parame- ter verfeinert werden. Diese Parameter müssten dann beispielsweise durch die Mobilfunkprovider zur Verfügung gestellt werden. Zu diesen Parametern gehört etwa die Entfernung zwischen einer BTS und einem Handy, die durch die Messung der Schleifenlaufzeit ermittelt werden kann. Auch der geodätische Verlauf der Trajektorien für einzelne Linien oder die Verteilung der GSM-Feldstärke gehören zu diesen Parametern. Informationen über zeitliche Abweichungen der Linien vom Fahrplan wären ebenfalls hilfreich.
Bisher wurde bei den Berechnungsbeispielen angenommen, dass eine Basisstation eine omnidirektionale Antenne besitzt. Es kommt jedoch auch vor, dass an einem BTS-Standort mehrere Antennen aufgestellt sind, die in verschiedene Richtungen zeigen. Mit der Kenntnis der angenommenen Reichweite entsteht als wahrscheinlicher Aufenthaltsraum für ein eingebuchtes Handy ein Kreis-Sektor. Da der reale Standort der entsprechenden BTS- Antenne am Rande dieses Aufenthaltsraums liegt, wird als virtueller Standort der BTS- Antenne der Schwerpunkt des Kreis-Sektors berechnet. Dieser virtuelle Standort kommt der möglichen Lokation des Handys in einem statistischen Sinn näher und erhöht somit die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wenn die Route eines Fahrgasts vom Start bis zum Ziel bekannt ist, d. h. auch die Linien, die er benutzt hat, kann der Fahrpreis ermittelt und auf die einzelnen Linien aufgeteilt werden. Die Tarife der einzelnen Verkehrsunternehmen können allerdings sehr unterschiedlich sein. So bestehen Wabensysteme, die nicht konzentrisch sind. Es gibt aber auch konzentrische Ringzonentarife mit Ringen um einen Mittelpunkt, beispielsweise um ein Stadtzent- rum. Weiterhin gibt es kombinierte Systeme mit Ringzonen in den ersten Stufen und mit Außenzonen, die nach Segmenten geteilt sind. Es gibt aber auch Systeme mit homogenen Tarifzonen, wo die Größe der Tarifzonen in etwa gleich ist. Bei anderen Systemen, wo die Tarifzonen nicht homogen sind, kann der Durchmesser einer Zone oder Wabe ganz unterschiedlich ausfallen. Ferner sind Systeme bekannt, bei denen jede Haltestelle nur einer Zone zugeordnet ist; in anderen Fällen werden systematisch Grenzhaltestellen vorgehalten, die -je nach Richtung der Anfahrt - unterschiedlichen Zonen zugeordnet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln des Wegs einer mit einem Mobilfunkgerät ausgerüsteten Person innerhalb eines mit mehreren Basisstationen versehenen Bezirks,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) es werden die Koordinaten von Wegpunkten oder -strecken unterschiedlicher Verkehrsmittel ermittelt und abgespeichert;
b) es werden die Koordinaten der Basisstationen ermittelt und abgespeichert;
c) mit dem Mobiltelefon wird ein Signal an die Basisstation gegeben, mit der das Mobiltelefon in Funkkontakt steht;
d) es wird ermittelt, mit welcher Basisstation das Mobilfunkgerät in Funkkontakt steht;
e) es werden die Koordinaten der Basisstationen, mit denen das Mobilfunkgerät in Funkkontakt steht, ermittelt und mit den Koordinaten der Wegpunkte oder -strecken verglichen;
f) es wird ermittelt, welche Koordinaten der Wegpunkte oder -strecken den Koordinaten der Basisstation, mit welcher das Mobilfunkgerät in Funkkontakt steht, am nächsten kom- men;
g) die Schritte d) bis f) werden in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt;
h) es wird der Reiseweg aufgrund der durch die Schritte c) bis f) gewonnenen Daten ermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten der Weg- punkte oder -strecken die Koordinaten von Haltestellen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten der Wegpunkte oder -strecken beliebige Punkte eines Liniennetzes sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) nur einmal vorgenommen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobiltelefon an Haltestellen öffentlicher Verkehrsmittel ein Signal an eine Basisstation gibt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das vom Mobiltelefon an die Basisstation gegeben wird, an einer Haltestelle abgegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Abgabe des Signals des Mobiltelefons erfasst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Abgabe des Signals des Mobilfunkgeräts mit der Zeitangabe eines Fahrplans für öffentliche Verkehrsmit- tel verglichen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Zeitdifferenz zwischen der Abgabe des Signals des Mobiltelefons und einer Zeitangabe des Fahrplans ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Mobiltelefon ein Signal zu einem ersten Zeitpunkt an die Basisstation gegeben wird, mit der das Mobiltelefon gerade Funkkontakt hat, und dass zu einem zweiten Zeitpunkt ein Signal an diejenige Basisstation gegeben wird, mit der das Mobilfunkgerät dann gerade Funkkontakt hat.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Zeitabständen ermittelt wird, in welcher Basisstation das Mobilfunkgerät eingeloggt ist.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Entfernung zwischen einem Mobilfunkgerät und einer Basisstation ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Feldstärke ermittelt wird, mit der das Mobilfunkgerät an eine Basisstation sendet.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das zum ersten Zeitpunkt vom Mobiltelefon an die Basisstation abgegeben wird, einen elektronischen Fahrschein für öffentliche Verkehrsmittel auslöst.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Fahr- schein im Mobilfunkgerät abgespeichert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt den Beginn einer Reise eines Mobilfunkgeräts mit öffentlichen Verkehrsmitteln markiert und dass der zweite Zeitpunkt das Ende dieser Reise markiert.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abgabe des Sig- nals an die Basisstation das Mobilfunkgerät eine SMS (Short Message Service) oder MMS
(Multimedia Messaging Service) mit dem Inhalt erhält, an welcher Haltestelle es sich befindet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die SMS oder MMS auch noch eine Angabe über Datum und Uhrzeit enthält.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Mobilfunkgerät empfangenen Signale einen elektronischen Fahrschein darstellen.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Koordinaten der Basisstation der virtuelle Schwerpunkt von Basisstations-Sektoren errechnet wird.
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