一、GPS定位原理

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，20世紀80年代開始民用。利用GPS可以進行全球范圍內(nèi)、全天候、連續(xù)、實時的定位。

GPS系統(tǒng)包括三大部分：由空間星座部分的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的GPS衛(wèi)星星座；地面監(jiān)控部分提供每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，星歷是描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)，用于計算衛(wèi)星的位置；用戶設備部分，即GPS信號接收機，包含GPS接收機硬件、數(shù)據(jù)處理軟件和微處理機及其終端設備。

用戶設備跟蹤、接受、放大、處理衛(wèi)星信號，測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來計算接收機的具體位置。衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。接收機到衛(wèi)星的距離測量有兩種方法，一種是偽距測量，一種是載波相位測量。

偽距測量通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距）。由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外,還要引進一個變量 t ，即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以，如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

載波相位測量通過測量得到衛(wèi)星信號載波與測量時刻接收機產(chǎn)生的本振載波相位的差值，從而求得接收機到GPS衛(wèi)星的距離。用戶設備獲取的GPS主要位置數(shù)據(jù)為$GPGGA語句，包含世界時間、緯度、緯度半球、經(jīng)度、經(jīng)度半球、定位質(zhì)量知識，使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)量、水平精確度、海拔高度、高度單位等字段。

二、基于GPS定位數(shù)據(jù)的客流統(tǒng)計與分析的步驟與方法

1、數(shù)據(jù)采集

在旅游應用中，手機APP的GPS數(shù)據(jù)，需要從數(shù)據(jù)服務商處獲取，而并非自行采集。從數(shù)據(jù)服務商獲取的數(shù)據(jù)，是經(jīng)過了加密處理后的不涉及個人隱私的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不能直接用來進行數(shù)據(jù)分析和實際應用，需要針對應用目標進行數(shù)據(jù)預處理，預處理后的數(shù)據(jù)才能用來進行應用分析。

2、數(shù)據(jù)預處理

1. 數(shù)據(jù)清洗

• 去除錯誤數(shù)據(jù)點：檢查數(shù)據(jù)中是否存在異常值或不合理的數(shù)據(jù)點，例如位置跳變過大或速度超過常理范圍的數(shù)據(jù)點。一般使用閾值或規(guī)則來判斷哪些數(shù)據(jù)點是錯誤的，然后將其刪除或進行修正。

• 平滑處理：GPS數(shù)據(jù)常常包含噪音和抖動，一般使用平滑算法進行處理。常見的平滑算法有移動平均和加權移動平均。這些算法可以減少噪音的影響，提高數(shù)據(jù)的可讀性和可用性。

• 糾正漂移：GPS設備可能會受到多種因素的影響，導致位置偏移或漂移。通常使用差分定位或基站輔助定位等技術來糾正漂移，并提高位置的準確性。

• 填充缺失值：在數(shù)據(jù)采集過程中，有時可能會出現(xiàn)GPS信號丟失或設備故障導致某些數(shù)據(jù)缺失。可以使用插值方法或填充算法來估計和填充缺失的數(shù)據(jù)，以保持數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性。

• 坐標轉(zhuǎn)換：有時GPS設備采集的數(shù)據(jù)可能使用不同的坐標系統(tǒng)或標準，需要進行坐標轉(zhuǎn)換以便進行分析和比較。常見的轉(zhuǎn)換包括經(jīng)緯度和UTM坐標之間的轉(zhuǎn)換。

• 異常值檢測：通過統(tǒng)計方法或機器學習算法，可以檢測和識別GPS數(shù)據(jù)中的異常值，例如軌跡偏離正常路徑過遠或速度異常變化等。識別異常值可以幫助排除錯誤數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可信度和可靠性。

2. 停留點確定

游客的停留點通過位置數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度來確定。根據(jù)經(jīng)緯度對應的地理區(qū)域坐標，可以判斷游客所在景點或目的地的位置或區(qū)域。

3. 游客識別

出現(xiàn)在給定范圍內(nèi)的手機GPS，不一定是游客。世界旅游組織以及國家文旅部對于“游客”的定義，均無法直接用于基于GPS的游客識別。一般而言，對于景區(qū)的游客識別，可以簡化為景區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的用戶均為游客（工作人員可以根據(jù)其在景區(qū)出現(xiàn)的頻次進行排出）。但對于目的地范圍內(nèi)的游客識別，則需要以標準的游客定義（世界旅游組織以及國家文旅部給出）為原則，根據(jù)統(tǒng)計目標以及目的地范圍游客的特點等，制定出不同的游客識別方法。例如，若要總體上大致把握目的地的客流量，則可采用粗分法，即非常住地+統(tǒng)計區(qū)域的方法，如統(tǒng)計鄭州高鐵游客量，采用出現(xiàn)在鄭州高鐵站+鄭州為非常駐地+出現(xiàn)在鄭州及周邊景區(qū)的方式篩選出高鐵游客（如下圖所示）。

基于GPS位置數(shù)據(jù)的海鰻云旅游客流監(jiān)測與分析采用多種專業(yè)化數(shù)據(jù)分析及相關算法，可以實現(xiàn)對旅游目的地及景區(qū)的客流分析、客源分析、游客畫像分析、景區(qū)實時客流分析、節(jié)假日客流分析等。