專利名稱：一種手機切換定位的道路匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手機切換定位的道路匹配方法，屬于手機定位和交通信息采集處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，機動車保有量急劇上升，導致交通擁擠現(xiàn)象屢見不鮮，嚴重地阻礙了社會經(jīng)濟的發(fā)展，為了緩解和解決城市交通問題，交通信息的采集與分析變得越來越重要。傳統(tǒng)定點交通信息采集技術(shù)，例如環(huán)形線圈檢測器技術(shù)、紅外檢測器、超聲波檢測器、視頻檢測器技術(shù)等，只能采集有限范圍內(nèi)的城市道路交通信息，并且成本較高，檢測精度受環(huán)境影響較大；而GPS浮動車技術(shù)與基于電子標簽的采集技術(shù)，由于初期投資較高、覆蓋范圍有限，目前國內(nèi)外還未得到廣泛應(yīng)用。
與現(xiàn)有的交通信息采集技術(shù)相比，由于具有投資小、覆蓋范圍廣、海量數(shù)據(jù)等特點，應(yīng)用手機定位技術(shù)進行交通信息的采集具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其對于我國這樣的發(fā)展中國家來說具有重要的現(xiàn)實意義。目前，我國已擁有巨大的手機保有量，而無線通訊網(wǎng)絡(luò)、手機定位等技術(shù)的發(fā)展和成熟又為該技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)保障。
手機切換定位技術(shù)就是手機定位技術(shù)中的一種，它不需要預(yù)先得到手機位置，即通過檢測手機切換行為測算交通信息的技術(shù)。它通過車載手機沿道路行駛時沿路Cell發(fā)生切換所產(chǎn)生的通信信息來估算出路段的行程車速，繼而提取相應(yīng)的交通信息，其中道路匹配是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在期刊論文《基于手機位置的實時交通信息采集技術(shù)》中對其有簡要的介紹。
目前常用的通信網(wǎng)絡(luò)稱為全球移動通信系統(tǒng)，簡稱GSM。GSM網(wǎng)絡(luò)按照基站收發(fā)臺 (BTS)和基站控制器(BSC)將服務(wù)區(qū)分成許多的基站小區(qū)(Cell)，小區(qū)中的信號直接與我們的手機相連，保證我們的通話(GSM網(wǎng)絡(luò)基站與小區(qū)圖見圖2)。Cell中包含有手機所處通信信道、用戶所處小區(qū)ID、通話時間、用戶各種操作指令等豐富的信息，因此經(jīng)過處理就可以提取出用戶的位置信息和時間信息。
在通信網(wǎng)絡(luò)中，為了保證通信的連續(xù)性，當用戶從一個小區(qū)移動到鄰接的另一個小區(qū)時，手機從一個無線頻道上的通話切換到另一個無線頻道上以維持通話信道連續(xù)性， 稱為切換。切換的同時還伴隨著手機位置在網(wǎng)絡(luò)中的更新和新的通信信道的分配，這些信息會傳回手機所處基站的控制器中進行保存。當手機接收的某小區(qū)信號降到一定閾值時， 向另一個小區(qū)的信號進行切換(切換原理見圖3)。
當車輛在道路上行駛時，車載手機的信號會在穿越小區(qū)和相鄰小區(qū)交界處的一定范圍內(nèi)發(fā)生切換，產(chǎn)生一個切換對；當連續(xù)穿越一系列小區(qū)時則會產(chǎn)生一系列的切換對，形成切換序列。例如，在圖4中，用戶沿道路A運動，穿越小區(qū)發(fā)生的切換序列為{(C34801，C30 941)，(C30941, C14302), (C14302, C7722), (C7722, C4603), (C4603, 4462), (C4462，C391)}， 其中C391表示第391號小區(qū)。
如果以每個切換對作為道路的切割點，道路相當于被多個切換位置切割成數(shù)條路段。例如，圖 5 中，道路 A 的組成路段為:{(A01,A02), (A02, A03), (A03, A04), (A04, A05), (A05, A06), (A06, A07), (A07，A08)}，其中AOl和A02表示第1條路段的首尾結(jié)點。
當用戶在道路上運動時，通過提取通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的手機切換數(shù)據(jù)，就可以獲得在這條道路上所產(chǎn)生的切換序列；反之，用戶在通信網(wǎng)絡(luò)層中所產(chǎn)生的每一列切換序列都對應(yīng)著用戶在某段時間內(nèi)經(jīng)過的道路。
道路匹配技術(shù)就是按照給定目標的定位信息，找出該目標在道路網(wǎng)絡(luò)中所處的路段，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于車輛導航和交通信息提取領(lǐng)域。通過對手機切換定位進行道路匹配不僅可以獲得用戶的運動軌跡及交通OD數(shù)據(jù)，還可以計算路段的平均車速和判斷最短路徑，繼而獲取大量的交通信息。
地理信息系(GIS)作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學科，近年來得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。它所具有的網(wǎng)絡(luò)分析的功能廣泛應(yīng)用于建立交通網(wǎng)絡(luò)、研究交通流量、進行交通規(guī)則、車輛導航等領(lǐng)域。ArcGIS是其代表性軟件，應(yīng)用此軟件可以建立城市交通網(wǎng)絡(luò)模型，對道路屬性信息進行錄入和動態(tài)修改，判斷路網(wǎng)的連通性并對其進行拓撲處理。應(yīng)用ArcGIS軟件建立的城市路網(wǎng)數(shù)據(jù)為手機定位精度的提高提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
CN200910243125. 6的專利申請記載了一種基于手機信息的路段速度計算方法。該方法的一個實施步驟介紹了一種道路匹配方法。但是該方法與本申請中提出的道路匹配方法具有本質(zhì)的不同，首先該方法針對的定位技術(shù)屬于CELL定位，而非手機切換定位；并且所采取的匹配方法也是是兩級三次匹配，首先通過CELL定位點與路段匹配，然后通過鄰近原則和方向一致原則對用戶的手機數(shù)據(jù)進行最終匹配。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種手機切換定位的道路匹配方法，提高手機定位的準確性和可靠性，方便隨后的交通信息的提取。
本手機切換定位的道路匹配方法包括以下步驟 1. 1從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，獲得手機切換序列數(shù)據(jù)首先按照用戶和時間提取手機切換定位數(shù)據(jù)，從而獲得相應(yīng)的手機切換序列 1. 2提取匹配單元中的候選路段首先從數(shù)據(jù)庫中提取基站數(shù)據(jù)層、路網(wǎng)數(shù)據(jù)層作為道路匹配的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；然后按照用戶的手機切換序列，以連續(xù)發(fā)生的兩次切換作為道路的一個匹配單元，從基站面數(shù)據(jù)層中， 將兩次切換涉及的3個基站面與路網(wǎng)進行匹配，作為路段選取的范圍；以基站面之間的交界線作為提取距離，與其相交的路段都作為候選路段存入路段集合中；然后判斷集合中的路段在一個匹配單元中的連通性，剔除非聯(lián)通路段； 1. 3對匹配單元進行路段匹配提取路段集合中匹配單元的候選路段，判斷并計算各權(quán)重因子，剔除可通過因子或者方向因子為0的候選路段，對剩余候選路段分別進行近似值計算，按照路段近似值進行排序，重新存入路段集合中； 1. 4選取最終匹配道路重復步驟1. 2和1. 3，將提取的手機切換序列所涉及的路段全部匹配完畢，由此獲得各匹配單元的候選路段的集合；提取各路段集合中路段的空間特征，通過拓撲關(guān)系，判斷連通性，相連通的路段歸屬為同一條道路；通過路段的依次判斷，最終得出此切換序列中所有可能的候選道路，提取所含有的路段的近似值，近似值之和就是其連通值。選取連通值最大的道路為最終匹配道路。
所述步驟1. 1中，從數(shù)據(jù)庫中提取手機切換定位數(shù)據(jù)，獲得手機切換序列數(shù)據(jù)，是根據(jù)用戶編號提取某段時間內(nèi)的手機切換定位數(shù)據(jù)，按照基站編號，獲得相應(yīng)的手機切換序列；具體過程如下第一步，對數(shù)據(jù)進行檢查，剔除部分“噪聲”數(shù)據(jù)例如GSM網(wǎng)絡(luò)中引入了周期性位置更新的功能，手機每隔固定時間就會向基站系統(tǒng)報告自己當前所處的CelllD，由于每隔固定時間就會產(chǎn)生一條定位數(shù)據(jù)，用戶在某個小區(qū)內(nèi)長時間逗留時會產(chǎn)生大量的重復數(shù)據(jù)。在獲取的手機切換數(shù)據(jù)中包含了大量類似的噪聲數(shù)據(jù)，需要將其剔除；第二步，對數(shù)據(jù)按照用戶和時間進行篩選、分割和排序按照用戶對數(shù)據(jù)進行分類，再按照日期對用戶的數(shù)據(jù)進行分割，然后按照時間排序(如表1所示部分手機切換數(shù)據(jù)的樣本)；按照數(shù)據(jù)量提取特定用戶特定時期內(nèi)的切換數(shù)據(jù)(如表2所示用戶部分手機切換示例數(shù)據(jù))； 表1用戶部分手機切換數(shù)據(jù)的樣本
權(quán)利要求
1. 一種手機切換定位的道路匹配方法，其特征在于包括以下步驟 1.1從數(shù)據(jù)庫中提取手機切換定位數(shù)據(jù)，獲得用戶的手機切換序列按照用戶和時間提取手機切換定位數(shù)據(jù)，從而獲得相應(yīng)的手機切換序列； 1. 2提取匹配單元中的候選路段首先從數(shù)據(jù)庫中提取基站數(shù)據(jù)、路網(wǎng)數(shù)據(jù)作為道路匹配的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；然后按照用戶的手機切換序列，以連續(xù)發(fā)生的兩次切換作為一個匹配單元，從基站面數(shù)據(jù)層中，將兩次切換涉及的3個基站面與路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行匹配，作為路段選取的范圍；以基站面之間的交界線作為提取距離，與其相交的路段都作為候選路段存入路段集合中；然后判斷集合中的路段在一個匹配單元中的連通性，剔除非聯(lián)通路段； 1. 3對匹配單元進行路段匹配提取路段集合中匹配單元的候選路段，判斷并計算各權(quán)重因子，剔除可通過因子或者方向因子為0的候選路段，對剩余候選路段分別進行近似值計算，按照路段近似值進行排序，重新存入路段集合中；.1.4選取最終匹配道路重復步驟1. 2和1. 3，將提取的手機切換序列所涉及的路段全部匹配完畢，由此獲得各匹配單元的候選路段的集合；提取各路段集合中路段的空間特征，通過拓撲關(guān)系，判斷連通性，相連通的路段歸屬為同一條道路；通過路段的依次判斷，最終得出此切換序列中所有可能的候選道路，提取所含有的路段的近似值，近似值之和就是其連通值；選取連通值最大的道路為最終匹配道路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手機切換定位的道路匹配方法，其特征在于所述步驟1.1 中，從數(shù)據(jù)庫中提取手機切換定位數(shù)據(jù)，獲得用戶的手機切換序列數(shù)據(jù)，是根據(jù)用戶編號提取一段時間內(nèi)的手機切換定位數(shù)據(jù)，按照基站編號，獲得相應(yīng)的手機切換序列；具體過程如下.2. 1對數(shù)據(jù)進行檢查，剔除部分“噪聲”數(shù)據(jù)； 2. 2對數(shù)據(jù)按照用戶和時間進行篩選、分割和排序；.2.3根據(jù)步驟2. 2得到的用戶數(shù)據(jù)，提取不同時間段內(nèi)的手機切換定位數(shù)據(jù)，獲得相應(yīng)的手機切換序列。
3.如權(quán)利要求1所述的手機切換定位的道路匹配方法，其特征在于所述步驟1.2中， 提取匹配單元中候選路段的過程如下.3. 1獲取基站數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中提取通信網(wǎng)絡(luò)的基站數(shù)據(jù)，得到基站編號及經(jīng)緯度坐標；將經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為平面直角坐標，然后使用ArcGIS軟件將其轉(zhuǎn)換為SiapeFile類型的點數(shù)據(jù)層；以點數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，獲得其多邊形面數(shù)據(jù)層，使每個多邊形只包含一個基站點，多邊形無間隙和交叉；以基站的點面數(shù)據(jù)層作為基站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供后續(xù)步驟使用； 3. 2獲取路網(wǎng)數(shù)據(jù)層搜集特定區(qū)域的交通信息，通過ArcGIS軟件建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)，并進行屬性信息錄入；按照步驟3. 1得到的基站面數(shù)據(jù)層，將道路進行切割分段，建立由路段層和結(jié)點層組成的路網(wǎng)數(shù)據(jù)層；對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行拓撲檢查與處理，作為路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供后續(xù)步驟使用；.3. 3按照用戶的手機切換序列，以連續(xù)發(fā)生的兩次切換Hi和Hi+Ι作為一個匹配單元，從基站面數(shù)據(jù)層中將兩次切換涉及的3個基站面與路網(wǎng)進行匹配，作為路段選取的范圍；.3. 4以基站面之間的交界線Di+Ι和Di+2作為提取距離，與其相交的路段都作為候選路段存入路段集合W中；.3. 5若W不為空，則判斷候選路段是否連續(xù)通過兩個交界；提取集合W中的路段，按照拓撲關(guān)系進行判斷，如果路段連續(xù)通過兩條交界，則將路段存入集合Mi中；當路段遍歷完畢后，剔除集合W中的所有路段，將Mi集合中的路段重新編號，作為匹配單元的候選路段； 3. 6若集合W中的路段為空，則Hi切換為異常切換，跳過此次切換，重復步驟3. 3 3. 4，重新提取Hi+Ι和Hi+2切換，進行下一輪路段提??；.3.7重復步驟3. 3 3. 6，重新提取Hi+Ι和Hi+2切換，進行下一輪路段提取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手機切換定位的道路匹配方法，其特征在于所述步驟1.3 中，對匹配單元進行路段匹配的過程如下.4. 1評判權(quán)重因子及其量化 4. 1. 1切換路段的可通過因子Q提取候選路段的屬性數(shù)據(jù)，獲取近期路況信息；若路段無法通行，則路段可通過性 Q=O ；否則，Q=I ；.4. 1.2方向因子0和方向因子P 4. 1.2. 1確定方向因子0以切換次序作為方向趨勢，提取候選路段的屬性信息，獲取交通信息；若路段是在當前切換方向下無法行駛的路段，方向因子0=0 ；否則，0=1 ； 4. 1.2. 2計算方向因子P連接兩個基站面交界線的中點作為基準線，以前一個交界線中點為原點，計算方向角a :提取候選路段，其中點作為原點計算方向角；提取路段的道路類型信息，如果是專用車道、方向相反的單行路等，則只計算規(guī)定行駛方向的方向角A，否則計算正反兩個方向的方向角負和讒；按式Δ0 = mm {丨α-A 1,1漢-,計算路段與基準線之間的夾角按式計算方向因子P; 4. 1. 3距離因子D計算兩條交界線中心點連線的距離，作為此匹配單元中的基準長度d;計算候選路段距離t，根據(jù)式，求出距離因子々；4.2對匹配單元進行路段匹配候選路段的可通過因子Q=O或方向因子0=0，則將其從集合Mi中剔除；按照公式 U=P+D ,計算剩余路段的近似值；按照U值對候選路段進行排序，重新存入集合Mi中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手機切換定位的道路匹配方法，其特征在于所述步驟1.4 中，選取最終匹配道路的過程如下.5. 1重復步驟1. 2 1. 3，將提取的手機切換序列所涉及的路段全部匹配完畢，由此獲得各匹配單元的候選路段集合Mi ；.5. 2提取集合Mi和Mi+Ι中路段的空間特征，通過拓撲關(guān)系，判斷連通性，計算連通值； 若Mi中路段與Mi+Ι中路段相連通，則復制并提取兩個路段進行合并，進行新的標識，將新路段存入集合S中，新路段連通值為兩個路段的U值之和；若沒有連通路段，則連通性不變， 對其進行新的標識，存入集合S中；.5. 3提取集合S中所有路段，判斷與Mi+2中路段的連通性，計算連通值； 5. 4設(shè)道路連通值為T，T等于某條候選道路的各個所屬路段的U值之和；通過路段的依次判斷，最終得出此切換序列中所有可能的候選道路，計算連通值，選取連通值最大的道路為最終匹配道路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手機切換定位的道路匹配方法，屬于手機定位和交通信息采集處理技術(shù)領(lǐng)域。首先提取手機切換定位數(shù)據(jù)，獲取手機的切換序列，通過切換序列所涉及的基站小區(qū)劃定路段選取的范圍和判斷運動趨勢，提取候選路段；然后依靠路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和屬性信息剔除多余的路段，計算匹配路段的近似度；最后通過計算各路段所屬道路的連通值來判斷最終匹配道路。本發(fā)明通過對手機切換定位數(shù)據(jù)的分析和處理，結(jié)合基站和路網(wǎng)數(shù)據(jù)，解決了噪聲數(shù)據(jù)的影響、手機切換定位無已知定位點、道路匹配錯誤積累等道路匹配中手機切換定位獲取交通信息的關(guān)鍵問題，具有道路匹配運算效率高、道路匹配錯誤率低和可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號H04W64/00GK102521973SQ20111044708
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者馮沖, 左小清 申請人:昆明理工大學