[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

技術領域

本發明屬于地圖匹配修正技術領域，涉及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。

地圖匹配是目前廣泛應用于導航系統定位的一種修正方法，是一種以計算機軟件技術為基礎，通過特定的模型和算法，對導航、定位中的誤差進行修正的技術。就是將車輛獲取的帶有誤差的車輛軌跡信息，運用一定方法和算法匹配到數字交通地圖上的正確位置。通過使用地圖匹配算法，可以較好的彌補定位點存在的精度誤差，因此地圖匹配技術也是提升導航、定位系統性能的一項重要技術。這種匹配技術前提是假定車輛必須行駛在路上，使用模式識別理論綜合分析定位點形成的軌跡和電子地圖中的道路網信息，將測得的車輛位置信息和數字交通地圖中的相關數據進行對比，并使用算法對定位點進行匹配，最終得出車輛所在路段，并相應找出車輛在該路段上的具體位置，然后將車輛定位點由該道路段之外的位置投影到該道路段上，從而校正了定位點的誤差。

背景技術

當前常用的地圖匹配算法有點到點、點到曲線(最短距離法)、曲線到曲線、基于模糊邏輯、模式識別、誤差代價函數等。在實際運用中，無論采用哪一種大都是通過比較定位軌跡與侯選道路數據形狀的相似性、定位軌跡與候選道路方向的相似性、定位軌跡到侯選道路距離的遠近，以及利用路網的拓撲性質來確定車輛行駛道路。

點到點和點到曲線的算法實現比較簡單，不需利用路網的連通性和歷史軌跡，具有實時性的優點，但此方法對定位精度要求較高，并且路段間距離較近時無法完成相關匹配。曲線到曲線的算法則利用了道路網的連通性和歷史軌跡，匹配率較高。但這種方法需要知道車輛行駛起始節點，并且要求定位軌跡與道路具有相當的相似性才能實現算法。誤差代價函數算法綜合利用了各種定位信息和路網信息，匹配準確率高，適合于復雜的道路網絡，但比較復雜。

通過對手機定位誤差的實驗分析可知，手機定位點隨機分布在路段周圍，?手機定位誤差較GPS大，且定位采樣頻率較低，因此定位軌跡的形狀同真實行駛路線的相似性不明顯，而現有算法大都是通過比較定位軌跡與侯選道路數據形狀、方向的相似性，定位軌跡到侯選道路距離的遠近，以及利用路網的拓撲性質來確定車輛行駛道路。若僅用形狀相似性規則判斷行駛路段，極易導致誤匹配錯誤。

此外，現有算法大都以定位信息精度和定位采樣頻率較高的GPS定位數據為基礎，由于手機定位的定位信息精度和采樣頻率較低，這些算法均不能直接用于以手機基站定位數據為定位信息的匹配算法。

發明內容

隱馬爾可夫模型能夠有效地平滑整合定位誤差數據和路徑約束。利用隱馬爾可夫地圖匹配算法來提高手機基站定位的精度。定位點匹配到候選匹配道路上的概率稱作初始匹配概率，候選匹配道路發生轉換的概率稱作道路轉移概率，使用動態編程來快速找到初始匹配概率和道路轉移概率乘積最大的路徑。考慮到車輛在實際行駛過程中不可能頻繁地轉換道路，計算定位點道路轉移概率時引入了約束限制進行改進，從而提高了性能。

本發明用模擬數據檢驗時表明，即使采樣周期長達30秒，誤差也僅為0.11％，在較長的采樣周期中，該方法對測量值噪聲誤差的魯棒性高達50米的標準偏差。在隱馬爾可夫地圖匹配算法中，路段之間的轉換是通過路網的連通來管理。如圖1所示，HMM離散狀態是N_r個道路段，用r_i表示，其中i＝1…N_r，不同道路段之間的轉換發生在道路相接的交叉路口。z_t表示某一時刻測量的坐標值，t＝1時，臨近z₁的三條道路用三個黑點在第一列中表示。t＝2時，分別從這3條路上最近的點指向靠近z₂的兩條道路。t＝3時做同樣的工作。每個t時刻選取的道路段組成一個道路網格，目標是在道路網格中找到最可能的路徑。

本發明的方法利用隱馬爾可夫地圖匹配算法來提高手機基站定位的精度，將定位點匹配到候選匹配道路上的概率稱作初始匹配概率，將候選匹配道路發生轉換的概率稱作道路轉移概率，使用動態編程來快速找到初始匹配概率和道?路轉移概率乘積最大的路徑。考慮到車輛在實際行駛過程中不可能頻繁地轉換道路，在計算定位點道路轉移概率時引入了約束限制進行改進，從而提高性能。

附圖說明

圖1是z_t候選匹配道路段r_i及道路段間轉換示意圖。

圖2是測量值z_t在候選匹配道路段r_i上的候選匹配點示意圖。

圖3是本發明的示例圖。

圖4是Δs修正示例圖。

具體步驟