[發明專利]一種增強手機基站定位精度的方法

有效

• 申請號: 201510273848.6
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104900059B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 申彥明;張鵬飛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;H04W64/00;H04W4/02;G01C21/30
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 李寶元,梅洪玉

1.一種利用隱馬爾可夫地圖匹配算法增強手機基站定位精度的方法，其特征在于如下步驟，

(1)初始匹配概率

點z_t與每一條臨近的道路r_i存在一個匹配概率p(z_t|r_i)；x_t,i表示點z_t匹配到道路r_i上的點；點z₁匹配到候選匹配道路r₁，r₂，r₃上的候選匹配點為x_1,1，x_1,2，x_1,3；坐標點和候選匹配點的大圓距離為‖z_t-x_t,i‖_great?circle；相對于t+1時的點z_t+1來說，z_t+1匹配到道路r_j上的點為x_t+1,j；點x_t,i和點x_t+1,j之間車輛行駛的距離稱為“路徑距離”，記做‖x_t,i-x_t+1,j‖_route；

模擬的定位誤差為零均值的高斯誤差，即：

p(zt|ri)=12πσze-0.5(||zt-xt,i||great circle/σz)2---(1)]]>

σ_z在式中代表定位測量值的標準偏差；

初始匹配概率π_i，i＝1…N_r，表示在地圖匹配開始運行前，從所有路段中找出車輛所在路段的概率；當部分HMM的構想值均勻分布于π_i上時，假設沒有測量值被采用，則在第一個測量值上開始，有π_i＝p(z_t|r_i)，使用第一測量值z₁；

(2)道路轉移概率

轉移概率是指在這兩個時間(t到t+1)內，車輛在候選匹配道路之間的轉移概率；對于測量值z_t和其候選匹配道路段r_i來說，在r_i上最可能匹配點是x_t,i；測量值z_t+1在其候選匹配道路段r_j上的候選匹配點是x_t+1,j；測量點之間的“路徑距離”||x_t,i-x_t+1,j||_route和大圓距離||z_t-z_t+1||_great?circle，正確匹配時這兩個值相當接近，通過比較這兩個值判斷道路是否發生轉換；

通過對正確匹配的大圓距離和路徑距離差的絕對值進行分析，得出指數概率分布：

p(dt)=1βe-dt/β---(2)]]>

式中：

dt=|||zt-zt+1||great circle-||xt,i*-xt+1,j*||route|]]>

β=1ln(2)mediant(|||zt-zt+1||great circle-||xt,i*-xt+1,j*||route|)]]>

其中，i^*和j^*指的是車輛的真實行駛道路段；

(3)優化

引入一個參數Δs來對這一行為進行約束；當定位點的候選匹配道路發生改變，候選匹配點離開原行1駛的道路，其路徑距離就遠離大圓距離50米進行懲罰，就是當路徑距離大于大圓距離時，路徑距離加上50米，路徑距離小于大圓距離時，路徑距離減去50米；這樣不正確匹配點的路徑距離就會遠離大圓距離，更容易找出正確匹配點；

(4)輸出最佳匹配路徑

通過用公式(1)中的匹配概率和公式(2)中的轉換概率，使用維特比算法在HMM點陣中來計算出最佳匹配路徑；維特比算法使用動態編程來快速找到匹配概率和轉移概率乘積最大的路徑，從而推斷出坐標點的正確匹配道路段；

如果對于從t時刻的點z_t匹配到道路r_i上的點x_t,i到達t+1時刻的點z_t+1匹配到r_j道路上的點x_t+1,j發生道路轉換時，要考慮點z_t是通過哪條道路段r_x到達點z_t+1，不能只單獨考慮道路匹配概率p(z_t/r_i)和p(z_t+1/r_j)，要考慮兩點之間發生的道路轉換概率，即匹配概率乘以相應的道路轉換概率，從中選出最大值即為此時點的最佳匹配道路段，并記下該點在此道路段上的最佳匹配值是由哪條道路段轉換而來，以此類推；

算法對定位點的處理區分為對第一個定位點的處理和對普通定位點的處理；具體如下：

對于一個點z_t，它匹配到每條候選道路段上的狀態概率為p(z_t|r_i)；如果該點是車輛定位點的第一個點，則不需要對此概率進行修正，如果該點不是該車輛定位點的第一個點，僅為分組后該組點的第一個點，則要對狀態概率p(z_t|r_i)進行修正；需要將狀態概率乘以上時刻點的匹配道路段到本時刻點的匹配路段的轉移概率，即p(z_t|r_i)＝p(z_t|r_i)×p(d_t-1)；

對于其余點的處理，只需考慮每個點z_t匹配到每條可行弧r_i的狀態概率；設p(z_t|r_i)表示第t個點z_t匹配到弧r_i的最大概率，設從弧r_i轉移到弧r_j的轉移概率為p(r_i|r_j),第t+1個點定位到弧r_j的狀態概率為p(z_t+1|r_j)，則其轉移方程為p(z_t+1/r_j)＝max(p(z_t+1/r_j),p(z_t/r_i)×p(z_t+1/r_j)×p(r_i/r_j))；如果p(z_t+1|r_j)取值為p(z_t/r_i)×p(z_t+1/r_j)×p(r_i/r_j)，則需要記錄轉換路徑，在輸出結果時以此反推最佳匹配道路段；

當計算完全部點的狀態概率后，確定最后一個點的最佳匹配道路段，并以此道路段反向推出從第一個點到最后一個點的車輛實際行駛軌跡的道路段；整個行駛軌跡計算完畢后，最終輸出車輛的最佳匹配路徑。