[发明专利]一种基于Cell-ID定位技术的地图匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动定位技术，具体涉及一种基于Cell-ID定位技术的地图匹配方法。

背景技术

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：(1)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-ID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-ID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-ID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-ID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-ID。因此，有必要研发基于Cell-ID定位的地图匹配技术。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于Cell-ID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-ID定位获得的轨迹数据匹配到电子地图上的道路路段序列。本发明通过以下技术方案达到上述目的：

1、一种基于Cell-ID定位技术的地图匹配方法，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。

作为优选，Cell-ID定位的数据输入过程步骤1)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-ID和移动电话所连接的蜂窝基站切换的时间。

作为优选，Cell-ID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。