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基于手机GPS定位的客流数据简介(一)

2023-08-17 10:47 作者:海鳗云  | 我要投稿

一、GPS定位原理

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的卫星定位系统,20世纪80年代开始民用。利用GPS可以进行全球范围内、全天候、连续、实时的定位。

GPS系统包括三大部分:由空间星座部分的21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的GPS卫星星座;地面监控部分提供每颗GPS卫星所播发的星历,星历是描述卫星运动及其轨道的参数,用于计算卫星的位置;用户设备部分,即GPS信号接收机,包含GPS接收机硬件、数据处理软件和微处理机及其终端设备。

用户设备跟踪、接受、放大、处理卫星信号,测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据来计算接收机的具体位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。接收机到卫星的距离测量有两种方法,一种是伪距测量,一种是载波相位测量。

伪距测量通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距)。由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量 t ,即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以,如果想知道接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。

载波相位测量通过测量得到卫星信号载波与测量时刻接收机产生的本振载波相位的差值,从而求得接收机到GPS卫星的距离。用户设备获取的GPS主要位置数据为$GPGGA语句,包含世界时间、纬度、纬度半球、经度、经度半球、定位质量知识,使用卫星数据量、水平精确度、海拔高度、高度单位等字段。

二、基于GPS定位数据的客流统计与分析的步骤与方法


1、数据采集

在旅游应用中,手机APP的GPS数据,需要从数据服务商处获取,而并非自行采集。从数据服务商获取的数据,是经过了加密处理后的不涉及个人隐私的原始数据,这些数据不能直接用来进行数据分析和实际应用,需要针对应用目标进行数据预处理,预处理后的数据才能用来进行应用分析。

2、数据预处理

1. 数据清洗

  • 去除错误数据点:检查数据中是否存在异常值或不合理的数据点,例如位置跳变过大或速度超过常理范围的数据点。一般使用阈值或规则来判断哪些数据点是错误的,然后将其删除或进行修正。

  • 平滑处理:GPS数据常常包含噪音和抖动,一般使用平滑算法进行处理。常见的平滑算法有移动平均和加权移动平均。这些算法可以减少噪音的影响,提高数据的可读性和可用性。

  • 纠正漂移:GPS设备可能会受到多种因素的影响,导致位置偏移或漂移。通常使用差分定位或基站辅助定位等技术来纠正漂移,并提高位置的准确性。

  • 填充缺失值:在数据采集过程中,有时可能会出现GPS信号丢失或设备故障导致某些数据缺失。可以使用插值方法或填充算法来估计和填充缺失的数据,以保持数据的完整性和连续性。

  • 坐标转换:有时GPS设备采集的数据可能使用不同的坐标系统或标准,需要进行坐标转换以便进行分析和比较。常见的转换包括经纬度和UTM坐标之间的转换。

  • 异常值检测:通过统计方法或机器学习算法,可以检测和识别GPS数据中的异常值,例如轨迹偏离正常路径过远或速度异常变化等。识别异常值可以帮助排除错误数据,提高数据的可信度和可靠性。

2. 停留点确定

游客的停留点通过位置数据中的经纬度来确定。根据经纬度对应的地理区域坐标,可以判断游客所在景点或目的地的位置或区域。

3. 游客识别

出现在给定范围内的手机GPS,不一定是游客。世界旅游组织以及国家文旅部对于“游客”的定义,均无法直接用于基于GPS的游客识别。一般而言,对于景区的游客识别,可以简化为景区内出现的用户均为游客(工作人员可以根据其在景区出现的频次进行排出)。但对于目的地范围内的游客识别,则需要以标准的游客定义(世界旅游组织以及国家文旅部给出)为原则,根据统计目标以及目的地范围游客的特点等,制定出不同的游客识别方法。例如,若要总体上大致把握目的地的客流量,则可采用粗分法,即非常住地+统计区域的方法,如统计郑州高铁游客量,采用出现在郑州高铁站+郑州为非常驻地+出现在郑州及周边景区的方式筛选出高铁游客(如下图所示)。


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