Title:
Verfahren zum Identifizieren einer Teilmenge von Positionen
Kind Code:
B4


Abstract:

Verfahren zum Ermitteln des Wegs einer mit einem Mobiltelefon ausgerüsteten Person innerhalb eines mit mehreren Basisstationen versehenen Bezirks, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) es werden die Koordinaten von Haltestellen unterschiedlicher öffentlicher 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 Mobiltelefon in Funkkontakt steht;
e) es werden die Koordinaten der Basisstation, mit der das Mobiltelefon in Funkkontakt steht, ermittelt und mit den Koordinaten der Haltestellen verglichen;
f) es wird anhand der Koordinaten der Haltestellen und der Koordinaten der Basisstation, mit welcher das Mobiltelefon in Funkkontakt steht, ermittelt, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich das Mobiltelefon an welcher Haltestelle befindet;
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. embedded image




Inventors:
Pfister, Jörg, Dr. (65520, Bad Camberg, DE)
Geppert, Bernd Fritz (64342, Seeheim-Jugenheim, DE)
Plank-Wiedenbeck, Uwe, Dr. (63075, Offenbach, DE)
Zimmer, Christoph, Dr. (56179, Vallendar, DE)
Application Number:
DE102007014528A
Publication Date:
07/26/2018
Filing Date:
03/27/2007
Assignee:
Zeus Systems GmbH (Berg, CH)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10147788A1N/A2003-04-24



Foreign References:
WO2003063088A22003-07-31
WO2005094109A12005-10-06
WO2001069540A12001-09-20
KR20000007062A2000-02-07
EP13046702003-04-23
WO2000031691A12000-06-02
JP2006018550A2006-01-19
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Olbricht, Buchhold, Keulertz Partnerschaft mbB, 60325, Frankfurt, DE
Claims:
Verfahren zum Ermitteln des Wegs einer mit einem Mobiltelefon ausgerüsteten Person innerhalb eines mit mehreren Basisstationen versehenen Bezirks, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) es werden die Koordinaten von Haltestellen unterschiedlicher öffentlicher 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 Mobiltelefon in Funkkontakt steht;
e) es werden die Koordinaten der Basisstation, mit der das Mobiltelefon in Funkkontakt steht, ermittelt und mit den Koordinaten der Haltestellen verglichen;
f) es wird anhand der Koordinaten der Haltestellen und der Koordinaten der Basisstation, mit welcher das Mobiltelefon in Funkkontakt steht, ermittelt, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich das Mobiltelefon an welcher Haltestelle befindet;
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.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) nur einmal vorgenommen werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das vom Mobiltelefon an die Basisstation gegeben wird, an einer Haltestelle abgegeben wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Abgabe des Signals des Mobiltelefons erfasst wird.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Abgabe des Signals des Mobiltelefons mit einer Zeitangabe eines Fahrplans für öffentliche Verkehrsmittel verglichen wird.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Zeitdifferenz zwischen der Abgabe des Signals des Mobiltelefons und einer Zeitangabe des Fahrplans ermittelt wird.

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 Mobiltelefon dann gerade Funkkontakt hat.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Zeitabständen ermittelt wird, in welcher Basisstation das Mobiltelefon eingeloggt ist.

Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Entfernung zwischen einem Mobiltelefon und einer Basisstation ermittelt wird.

Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Feldstärke ermittelt wird, mit der das Mobiltelefon an eine Basisstation sendet.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das zum ersten Zeitpunkt vom Mobiltelefon an die Basisstation abgegeben wird, einen elektronischen Fahrschein für öffentliche Verkehrsmittel auslöst.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Fahrschein im Mobiltelefon abgespeichert wird.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt den Beginn einer Reise der mit dem Mobiltelefon ausgerüsteten Person mit öffentlichen Verkehrsmitteln markiert und dass der zweite Zeitpunkt das Ende dieser Reise markiert.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abgabe des Signals an die Basisstation das Mobiltelefon eine SMS (Short Message Service) oder MMS (Multimedia Messaging Service) mit dem Inhalt erhält, an welcher Haltestelle es sich befindet.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die SMS oder MMS auch noch eine Angabe über Datum und Uhrzeit enthält.

Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Mobiltelefon empfangenen Signale einen elektronischen Fahrschein darstellen.

Description:

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 Personalaufwand. 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 Deutschland 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 eingesetzt, 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 Datenaustausch 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 RFID-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 unterirdischen Haltestellen kaum möglich. Ein Einbau in Bussen oder Straßenbahnwagen wäre allerdings denkbar.

Es ist weiterhin bekannt, Tickets mit Hilfe von Handys zu kaufen (KR 102000000 7062 A). Mit diesem Ticket-Kauf-System ist es jedoch nicht möglich, die Einnahmen auf verschiedene 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 Parkplatzkontrollsystem oder einem kontrollierten Veranstaltungsraum, 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 1 304 670 A1). 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 aufgeteil werden.

Ferner sind auch noch ein Verfahren und ein System bekannt, mit denen eine elektronische Registrierung bei Benutzung öffentlicher Verkehrsmittel möglich ist (WO 01/69540 A1). 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 Datennetzwerk angeschlossen ist und eine Einrichtung für den Empfang einer von dem Kommunikator gesendeten Benutzungsanforderung besitzt, die Herkunftsdaten enthält (DE 101 47 788 A1). 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 eingesetzten 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 Anfangs- und 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 Transportdienste 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.

Ferner

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 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.

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine Darstellung von Haltestellen öffentlicher Verkehrsmittel sowie von Basisstationen für Sende- und Empfangsbetrieb im Mobilfunk (BTS) innerhalb eines Verkehrsverbunds;
  • 2 eine Darstellung von Streckenabschnitten öffentlicher Verkehrsmittel sowie von BTS innerhalb eines Verkehrsverbunds;
  • 3 Start-Ziel-Beziehungen innerhalb eines Verkehrsverbunds sowie BTS;
  • 4 eine Darstellung detektierter Teilstücke einer Fahrt mit öffentlichen Verkehrsmitteln eines Verkehrsverbunds;
  • 5 eine Darstellung zweier parallel verlaufender Routen;
  • 6 eine Kartendarstellung der Standorte für Basisstationen, Haltestellen und Verbindungen;
  • 7 eine Kurvendarstellung von Wahrscheinlichkeiten über der Zeit, wobei für einen ersten Routing-Kandidaten Mess- und Referenzsignale miteinander verglichen werden;
  • 8 eine Kurvendarstellung wie in 7, jedoch für einen zweiten Routing-Kandidaten;
  • 9 Signalwerte über der Zeit von mittelwertfreien Mess- und Referenzsignalen für einen ersten Routing-Kandidaten;
  • 10 eine Kurvendarstellung wie in 9, jedoch für einen zweiten Routing-Kandidaten;
  • 11 Hochwerte über Rechtswerte für BTS- und HST-Sequenzen für eine erste Verkerkehrslinie;
  • 12 Werte wie in 11, jedoch für eine zweite Verkehrslinie;
  • 13 Hochwerte über Stützstellen-Nummern für BTS- und HST-Sequenzen einer ersten Verkehrslinie;
  • 14 Hochwerte wie in 13, jedoch für andere Höhen;
  • 15 Hochwerte wie in 13, jedoch für eine zweite Verkehrslinie;
  • 16 Hochwerte wie in 14, jedoch für eine zweite Verkehrslinie.

In der 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 Sendesignale 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 wechselseitige 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-, Raum- oder 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 Frequenzen 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 D1-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 E1-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 Bandbreite 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 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. Dagegen 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 Codemultiplex-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 Teilnehmerkapazität wird in Ballungsgebieten von der Großzellentechnik zur Kleinzellen- bzw. Mikrozellen- 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 Teilnehmer 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. Call 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 Basisstation 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 Datenverarbeitungsanlage 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 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 werden. 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 abgelegt sind. Wie diese Relationen ermittelt werden, wird anhand der 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 Sendekreise 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 Einkopplung 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 einzelnen 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 Übergang 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 3 beschrieben. Bei diesem Algorithmus genügen wenige Zugriffe auf die Datenbank, in der die Prozentzahlen der Haltestellen - wie in 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 Kennung auf seinem Handy-Display erhält. Am Zielpunkt 42 seiner Reise meldet sich der Fahrgast in gleicher Weise wieder ab.

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 entsprechen. 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 beieinander 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 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 gewissermaßen Indizien einer Reisekette dar. Einzelne Indizien können fehlerhaft sein, aber durch eine komplette Verarbeitung von Indizienketten können diese Fehler zunehmend kompensiert werden. 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 5 dargestellt sind.

In 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 zueinander, 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 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 Verfahrensstufe 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 6 ist noch eine Kartendarstellung der Standorte für die Basisstationen, Haltestellen 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 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)
  • - Cell-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 angenommen, 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. Tabelle 1

BTS-IDx-Wert [m]y-Wert [m]A-617-587B489-1872C-95411D-1171639E274297F151-987G981-1101H282181I-741-587J8891838K-13252238L3661096
Tabelle 2HST-IDx-Werty-Werta59-1683b147-1075c209-573d333130e342691f18715g-38-448h-1001281i-420601j-996386k-345-364

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 t0 festgelegt worden. Tabelle 3

HST-IDAbfahrt [min]Linien-Nr.a151b171c191d211e231f251i261j281k02g22c32d52e72f92h112

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. Tabelle 4

BTS-IDHST-IDWahrscheinlichkeitAg46%Ak54%Ba100%Cd13%Ce14%Cf22%Ci51%Dj100%Ed53%Ee26%Ef21%Fb40%Fc40%Fg20%Ik100%Le22%Lf17%Lh61%

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. Tabelle 5

HST-ID (kein Bestandteil der Messung)Zeit [min]BTS-IDk0,5Ik1,0I-1,5Ag2,0Ag2,5A-3,0Fc3,5Fc4,0F-4,5F-5,0E-5,5Ed6,0Ed6,5E-7,0Ee7,5Ee8,0E-8,5C-9,0Cf9,5Cf10,0C-10,5Lh11,0Lh11,5L

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 Hilfsinformation 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. Tabelle 6

BTS-IDStartIZielL

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. Tabelle 7

BTS-IDHST-IDWahrscheinlichkeitIk100%Le22%Lf17%Lh61%

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(HSTStarti,HSTZielj)=p(HSTStarti)p(HSTZielj)embedded image

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: Tabelle 8

Ziel-HSTefhStart-HSTk22%17%61%

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: Tabelle 9

HST-IDAbfahrt [min]Linien-Nr.k02

Für die in Frage kommenden Ziel-Haltestellen Nr. e, f, h findet man im Fahrplan folgende Einträge: Tabelle 10

HST-IDAbfahrt [min]Linien-Nr.e231f251e72f92h112

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. Tabelle 11

Fahrplan Zeit [min]Messung Zeit [min]Start HST-IDStart HST-IDk (Linie 1)k (Linie 1)Ziel HST-IDe (Linie1)( 0 / 23)(0,5 / 11,5)f (Linie1)( 0 / 25)(0,5 / 11,5)e (Linie2)(0/ 7)(0,5/ 11,5)f (Linie2)(0/ 9)(0,5/ 11,5)h (Linie2)(0/ 11(0,5/ 11,5)

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. Tabelle 12

Zeit-Differenz (Δt)Zeit-Differenz (Δt >= 1)Start HST-IDStart HST-IDk (Linie 1)k (Linie 1)Ziel HST-IDe (Linie1)( 0,5 /11,5)(1,0/ 11,5)f (Linie1)( 0,5/ 13,5)(1,0/ 13,5)e (Linie2)( 0,5/ 4,5)(1,0/ 4,5)f (Linie2)( 0,5/ 2,5)(1,0/ 2.5)h (Linie2)( 0,5/ 0,5)(1,0/ 1,0)

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. Tabelle 13

Zeit-Differenzen [min]Ziel HST-IDe (Linie1)11,5f (Linie1)13,5e (Linie2)4,5f (Linie2)2,5h (Linie2)1,0Summe:33,0

Die Gewichte für die wahrscheinliche Lösung sind umgekehrt proportional zu den Zeit-Diskrepanzen und berechnen sich nach folgender Vorschrift Gewichti=iΔtiΔtiembedded imageTabelle 14

GewichteZiel HST-IDe (Linie1)2,9f (Linie1)2,4e (Linie2)7,3f (Linie2)13,2h (Linie2)33,0Summe:58,8

Aus den ermittelten Gewichten werden die Wahrscheinlichkeiten als proportionaler Anteil zum Einzelgewicht nach folgender Vorschrift berechnet: p(HST)=GewichtiiGewichtiembedded image

Daraus lassen sich folgende Wahrscheinlichkeiten berechnen: Tabelle 15

GewichteZiel HST-IDe (Linie1)6%f (Linie1)4%e (Linie2)12%f (Linie2)22%h (Linie2)56%

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 Wahrscheinlichkeit, 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.

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 bereits 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 ergibt sich für den Routing-Kandidaten 1 folgende Tabelle: Tabelle 16

Zeit [min.]HST-IDBTS-ID (Messung)p(Messung)BTS-ID (Referenz)p(Referenz)0,5kI44%A56%1,0kI44%A56%2,5gA49%F51%3,0gF51%F51%4,0cF100%F100%5,5dE74%E74%6,0dE74%E74%7,5eE36%E36%8,0eE36%E36%9,5fC44%C44%10,0fC44%C44%11,5hL100%L100%

Für Routing-Kandidat 2 ergibt sich folgende Tabelle: Tabelle 17

Zeit [min.]HST-IDBTS-ID (Messung)p(Messung)BTS-ID (Referenz)p(Referenz)0,5kI44%A56%1,0kI44%A56%2,5gA49%F51%3,0gF51%F51%4,0cF100%F100%5,5dE74%E74%6,0dE74%E74%7,5eE36%E36%8,0eE36%E36%9,5fC44%C44%10,0fC44%C44%11,5-L100%-0%

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 angesetzt.

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 7 und für den Routing-Kandidaten 2 in 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 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 resultierenden Kurven sind in den 9 und 10 dargestellt. Während 9 die Kurve für den Routing-Kandidaten 1 zeigt, zeigt die 10 die Kurvenform für den Routing-Kandidaten 2. In den 9 und 10 sind die gleichen Signale gezeigt wie in den 7 und 8, aber um ihren Mittelwert bereinigt.

Die mittelwertfreien Signale für die Messung und für die Referenz berechnen sich wie folgt: mesi=p(mes)iμmes;μmes=1ni=1nmesiembedded imagerefi=p(ref)iμref;μref=1mi=1mrefiembedded image

Aus diesen Signalen wird der Korrelationskoeffizient wie folgt berechnet: ρ=imesirefii(mesi)2i(refi)2embedded image

Der Korrelationskoeffizient ist eine normierte Größe und besitzt einen Werte Bereich von [-1, 1]. Als Ergebnis für die ausgewählten Kandidaten ergeben sich folgende Werte:

  1. 1. Routing-Kandidat 1: ρ = 0,97
  2. 2. Routing-Kandidat 2: ρ = 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.

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 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-10) 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 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 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 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 15, 16 gezeigt.

Die Berechnung des Korrelationskoeffizienten erfolgt analog zum Optimierungsverfahren.

Die mittelwertfreien Signale (Messung und Referenz) berechnen sich wie folgt: mesi=p(mes)iμmes;μmes=1ni=1nmesiembedded imagerefi=p(ref)iμref;μref=1mi=1mrefiembedded image

Aus diesen Signalen wird der Korrelationskoeffizient wie folgt berechnet: ρ=imesirefii(mesi)2i(refi)2embedded image

Der Korrelationskoeffizient ist eine normierte Größe und besitzt einen Werte Bereich von [-1, 1]. 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 Übereinstimmung 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 Abweichung 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 - µBTS = 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-Distanz 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 Mittelwerte 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
    1. i: Korrelationskoeffizient für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Hochwert.
    2. ii: Korrelationskoeffizient für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Rechtswert.
    3. iii: Lage-Unterschied der Trajektorien für den geometrischen Vergleich der gesamten Reisekette in Bezug auf den Hochwert.
    4. 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 kompensiert werten.

Die im Zusammenhang mit der 2 erwähnten Streckenabschnitte sind im Zusammenhang mit der 6 nicht beschrieben. Sie können jedoch ohne weiteres auch auf das Verfahren nach 6 angewendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch die Berücksichtigung weiterer Parameter 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 Stadtzentrum. 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.