一种基于Cell-ID定位技术的地图匹配方法组成比例

本发明专利技术涉及移动定位技术，具体涉及一种基于Cell-ID定位技术的地图匹配方法，该方法首先连续获得移动电话当前所连接基站的ID，形成基站连接序列数据，然后基于Cell-ID定位对基站连接序列数据进行平滑、清洗和插值等预处理，得到基站位置轨迹数据，最后采用一种新型的地图匹配算法将处理后的基站位置轨迹数据匹配到道路路段序列。该方法运行在移动电话上，无需任何额外硬件和功能模块(例如GPS、加速度传感器等模块)，可提供准确的地图匹配结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动定位技术，具体涉及一种基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法。
技术介绍
地图匹配为将移动对象的位置序列对应到道路路段序列的过程，是一种利用数字地图信息融合传感器定位数据以产生最佳位置估计的技术，是许多位置相关应用重要的预处理步骤，如导航、物流、智能交通等。目前最流行的地图匹配为基于GPS+MM(全球定位系统+地图匹配算法)的解决方案，GPS+MM是在GPS和GIS基础上发展起来的新型技术，它接收GPS卫星定位信号，并结合数字地图提供的道路网络信息将移动对象当前定位位置或定位位置轨迹匹配到真实的道路路段序列上，这样不仅可以提高系统的定位精度，同时还可以为系统提供可视化、地理查询等GIS相关服务。然而，GPS+MM通常用于车载定位和导航系统，对于移动电话具有非常大的局限性，主要表现为(I) GPS定位功耗过大，持续使用GPS模块将会快速消耗移动电话的电池容量；(2)GPS定位设备的普及率远远不及移动电话，许多移动终端尚不支持GPS定位；(3)移动电话上的GPS模块通常需要较长的定位准备时间，特别是冷启动的情况下；(4)GPS信号无法穿透建筑物，且移动电话上的 GPS模块信号更差，导致GPS定位在室内甚至建筑物较密集的地方无法工作。反之，Cell-1D定位技术即根据移动电话当前连接的蜂窝基站的位置来确定其位置，该定位技术具有功耗低、普及率高、无需定位准备时间、覆盖范围大等优势。然而，Cell-1D定位技术存在一系列问题1)蜂窝基站通常覆盖范围很大，无法精确定位；2)蜂窝基站存在严重的振荡问题，造成移动电话位置无法对应到某个蜂窝基站；3)蜂窝基站覆盖范围存在重叠和信号阴影，以致无法获得连续的位置轨迹数据。Cell-1D定位技术的定位精确度很低，且存在严重的振荡问题(移动电话所连接的基站频繁地来回切换)，这些问题使得现有的地图匹配算法无法直接应用于Cell-1D定位得到的轨迹数据。虽然目前许多基站定位技术通过考虑移动电话周围多个蜂窝基站，采用场强定位法或电波传播时间定位法来获得较为精确的移动终端位置，但通常第三方应用开发商无法获得这些信号特征值信息，大部分的移动电话操作系统只支持获得其当前所连接的蜂窝基站的Cell-1D。因此，有必要研发基于Cell-1D定位的地图匹配技术。
技术实现思路
本专利技术为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法，准确地将定位不精确、连接振荡、覆盖交叠的Cell-1D定位获得的轨迹数据匹配到电子地图上的道路路段序列。本专利技术通过以下技术方案达到上述目的1、一种基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法,包括Cell-1D定位的数据输入、基站连接序列数据预处理和基于基站位置轨迹数据的地图匹配三大过程，Cell-1D定位的数据输入过程包括以下步骤I)输入移动电话的基站连接序列数据；2)输入存储了目标区域内所有蜂窝基站位置信息的基站位置数据库；3)输入存储了目标区域内所有道路地理信息的电子地图。基站连接序列数据预处理过程包括以下步骤I)对原始基站连接序列数据进行平滑处理首先将原始基站连接序列数据转换为窗口序列数据，然后估计每个窗口中心点的位置，最后将窗口序列数据转换为基站位置轨迹数据；2)采用数据过滤方法对基站位置轨迹数据进行清洗；3)采用线性插值方法对基站位置轨迹数据进行插值处理，得到连续的基站位置轨迹数据。基于基站位置轨迹数据的地图匹配过程包括以下步骤I)基于HMM建模，使地图匹配问题抽象为HMM模型的解码问题；2)基于Viterbi算法对上述HMM模型进行解码，找到与基站位置轨迹对应的道路路段序列。作为 优选，Cell-1D定位的数据输入过程步骤I)所述的基站连接序列数据包括移动电话不同时间所连接蜂窝基站的Cell-1D和移动电话所连接的蜂窝基站切换的时间。作为优选，Cell-1D定位的数据输入过程步骤3)所述的电子地图可以是商业的地图或开源的地图。作为优选，基站连接序列数据预处理过程中步骤2)所述的对基站位置轨迹数据进行清洗的数据过滤方法采用基于角度的算法，当四个连续轨迹位置点形成的连续两个角度均小于指定阈值，则将第三个位置点过滤掉。作为优选，基站连接序列数据预处理过程中步骤3)所述的采用线性插值的方式对基站位置轨迹数据进行插值处理的判断标准为保证每两个连续位置点之间的距离小于指定阈值。本专利技术的有益效果在于I)无需任何额外功能模块，使用任何移动电话均即可实现准确的地图匹配。2)摆脱了对GPS定位的依赖，可实现低功耗、高覆盖的地图匹配。3)可适应基于不确定性极高，如定位精度低、连接振荡、覆盖交叠等情况的Cell-1D定位获得的轨迹数据。附图说明图1是基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法系统结构图；图2是基站连接序列数据预处理过程流程图；图3是基于基站位置轨迹数据的地图匹配过程流程图；图4是地图匹配算法所用到的HMM模型图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此如图1所示，一种基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法，包括Cell-1D定位的数据输入、基站连接序列数据预处理和基于基站位置轨迹数据的地图匹配三大过程，Cell-1D定位的数据输入包括如下三个方面的输入数据1、基站连接序列数据由移动电话连续记录其当前所连接的蜂窝基站得到，CSeq=〈(C0，t0)，…，(Cn，tn)>，其中Ck为移动电话当前所连接蜂窝基站的Cell-1D，tk为移动电话所连接的蜂窝基站由Clri切换至Ck的时间。2、基站位置数据库即一个存储了目标区域内所有蜂窝基站位置信息的数据库，这些位置信息可从移动通信运营商处直接获得，也可借助某些免费或商用的驾驶攻击(War-driving)数据库(如 SkyHook、PlaceLab 等)。3、电子地图即一个存储了目标区域内所有道路地理信息的电子地图，可以是商业的地图或开源的地图(如OpenStreetMap等)。基站连接序列数据预处理过程主要针对蜂窝基站连接的覆盖交叠、振荡和切换频率较低问题，对原始基站连接序列数据分别进行平滑、清洗和插值等预处理，其工作流程如图2所示1、对原始基站连接序列数据进行平滑处理由于蜂窝基站覆盖范围存在交叠，导致移动电话位置与蜂窝基站无法实现一一对应。针对此问题，对原始基站连接序列数据进行平滑处理首先，采用窗口化方法将带有时间戳的相关蜂窝基站Cell-1D并入同一个窗口。其中，大小为λ windOT的窗口包含了持续λ—秒时间内移动电话所连接的所有蜂窝基站的Cell-1D。然后，基于基站位置数据库估计窗口中心点的位置，估计方法同时考虑基站位置和响应率，如式(I)所示。其中，η为窗口中不同蜂窝基站Cell-1D的数量,Li和Cli分别为窗口中第i个蜂窝基站的位置和移动电话连接时间，L为估计的窗口中心点位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Cell?ID定位技术的地图匹配方法，其特征在于包括Cell?ID定位的数据输入、基站连接序列数据预处理和基于基站位置轨迹数据的地图匹配三大过程，Cell?ID定位的数据输入过程包括以下步骤：1)输入移动电话的基站连接序列数据；2)输入存储了目标区域内所有蜂窝基站位置信息的基站位置数据库；3)输入存储了目标区域内所有道路地理信息的电子地图；基站连接序列数据预处理过程包括以下步骤：1)对原始基站连接序列数据进行平滑处理：首先将原始基站连接序列数据转换为窗口序列数据，然后估计每个窗口中心点的位置，最后将窗口序列数据转换为基站位置轨迹数据；2)采用数据过滤方法对基站位置轨迹数据进行清洗；3)采用线性插值方法对基站位置轨迹数据进行插值处理，得到连续的基站位置轨迹数据；基于基站位置轨迹数据的地图匹配过程包括以下步骤：1)基于HMM建模，使地图匹配问题抽象为HMM模型的解码问题；2)基于Viterbi算法对上述HMM模型进行解码，找到与基站位置轨迹对应的道路路段序列。

【技术特征摘要】
1.一种基于Cell-1D定位技术的地图匹配方法，其特征在于包括Cell-1D定位的数据输入、基站连接序列数据预处理和基于基站位置轨迹数据的地图匹配三大过程，Cell-1D定位的数据输入过程包括以下步骤 1)输入移动电话的基站连接序列数据； 2)输入存储了目标区域内所有蜂窝基站位置信息的基站位置数据库； 3)输入存储了目标区域内所有道路地理信息的电子地图； 基站连接序列数据预处理过程包括以下步骤 1)对原始基站连接序列数据进行平滑处理首先将原始基站连接序列数据转换为窗口序列数据，然后估计每个窗口中心点的位置，最后将窗口序列数据转换为基站位置轨迹数据； 2)采用数据过滤方法对基站位置轨迹数据进行清洗； 3)采用线性插值方法对基站位置轨迹数据进行插值处理，得到连续的基站位置轨迹数据； 基于基站位置轨迹数据的地图匹配过程包括以下步骤 1)基于HMM建模，使地图匹配问题抽象为HMM模型的解码问题； 2)基于Viterbi算法对上述HMM模型进行解码，找到与基站位置轨迹对应的道路路段序列。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬昌，罗夕青，陈岭，吕明琪，
申请(专利权)人：浙江鸿程计算机系统有限公司，
类型：发明
国别省市：