本發(fā)明涉及移動通信終端定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法。
背景技術(shù)：
移動定位技術(shù)有兩種，一種是基于GPS的定位，一種是基于移動運(yùn)營網(wǎng)的基站的定位?，F(xiàn)今手機(jī)地圖、車載導(dǎo)航等各種需要利用定位系統(tǒng)的技術(shù)，大都采用基于GPS的定位。但同時也有相當(dāng)一部分用戶不愿意打開GPS，使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS功能有時會在用戶不知情的情況下被分享位置信息，造成用戶的信息泄露。在GPS存在安全隱患的情況下，利用手機(jī)基站定位就不失為一種替代的好方法，此外，利用基站進(jìn)行定位相比較基于GPS的定位而言，前者還具有成本更低、可以實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)定位、不需要用戶的手機(jī)擁有GPS模塊等優(yōu)勢。
基站定位則是利用基站對手機(jī)的距離的測算距離來確定手機(jī)位置的。不需要手機(jī)具有GPS定位能力，但是精度很大程度依賴于基站的分布及覆蓋范圍的大小，有時誤差會超過一公里。此外還有利用Wifi在小范圍內(nèi)定位的方式。
現(xiàn)在移動定位技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。專門的移動定位系統(tǒng)可以用來對人員、事件和物品進(jìn)行定位，以滿足移動執(zhí)法、移動辦公、運(yùn)輸業(yè)、物流業(yè)、旅游業(yè)、國土資源調(diào)查等行業(yè)的定位需求。
隨著科技的日益發(fā)展，近年來無線定位服務(wù)逐漸也成為信息服務(wù)的熱點(diǎn)。各種定位方式浮現(xiàn)，其中GPS廣為人們熟悉。GPS定位本質(zhì)就是GPS接收器對兩顆衛(wèi)星到達(dá)的bit流進(jìn)行位運(yùn)算（位模式比較），得到兩衛(wèi)星的信號到達(dá)GPS接收器的時間差（bit數(shù)），根據(jù)傳播速度計(jì)算兩顆衛(wèi)星的距離差，最后得出計(jì)算出經(jīng)緯度。
基于討論過GPS帶來的信息泄露的弊端，WiFi能夠減輕這方面的弊端，因此正逐漸興起?；诿恳粋€無線AP都有全球唯一的MAC地址，故移動設(shè)備端在開啟WIFI的情況下，掃描周圍的AP信號都可以獲取一個MAC地址，位置服務(wù)器再將信號的強(qiáng)弱與地理位置相結(jié)合，計(jì)算移動設(shè)備所在的地理位置并返回信息給用戶設(shè)備。同樣得到關(guān)注的還有藍(lán)牙定位，其廣泛應(yīng)用于室內(nèi)定位，利用搭載藍(lán)牙4.0模塊的終端設(shè)備收到beacon廣播報(bào)文后，測量出接收功率，帶入到功率衰減與距離關(guān)系的函數(shù)中，測算出距離該beacon基站的距離。
基站定位，也是通過運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)獲取移動終端用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)等位置信息。首先，由移動端發(fā)送請求，獲取鄰區(qū)基站的信息，根據(jù)反饋給移動端鄰區(qū)基站信息，利用基站信息數(shù)據(jù)庫查找周圍基站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)；根據(jù)獲取的周圍基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過處理移動端單點(diǎn)對應(yīng)的多個鄰區(qū)基站經(jīng)緯度，使用簡易信道模型和距離與信號強(qiáng)度關(guān)系來計(jì)算經(jīng)緯度信息，來獲取最終移動客戶端的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)手機(jī)基站定位。
目前，網(wǎng)絡(luò)，終端以及多種技術(shù)互相集合成為移動定位的主流。不斷的改進(jìn)原有技術(shù)以及對新技術(shù)的研發(fā)來提高定位的精度。雖然目前的移動定位技術(shù)已經(jīng)基本上能夠滿足廣大用戶的需求，但其精度和安全性方面仍有許多待提高的空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法?；径ㄎ坏姆椒m然不需要用戶購買額外的硬件（目前移動通信市場已經(jīng)達(dá)到人手一部手機(jī)的程度），也不需要用戶額外的操作（如，打開GPS功能），實(shí)現(xiàn)方便，廉價，但是靜態(tài)基站定位誤差比較大，更不用說移動的車載系統(tǒng)的定位。我們認(rèn)為動態(tài)軌跡的定位跟蹤可以不依賴準(zhǔn)確的靜態(tài)位置定位，而且車輛的運(yùn)動有其規(guī)律，必須沿著道路行走，結(jié)合地圖信息，可以在粗誤差靜態(tài)定位下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的動態(tài)軌跡定位和跟蹤。本項(xiàng)目擬通過動態(tài)差分軌跡的變化，結(jié)合地圖匹配，提高粗誤差靜態(tài)基站定位的動態(tài)準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
一種新型的基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，包括以下步驟：
S1、移動通信終端掃描所有通信信道并獲取周圍基站的信息，包括MMC（Mobile Country Code，移動國家代碼）、MNC（Mobile Network Code，移動網(wǎng)絡(luò)號碼）、CID（Cell Identity，基站編號）、LAC（Location Area Code，位置區(qū)域碼）、RSSI（Received Signal Strength Indication，接收的信號強(qiáng)度）；
S2、根據(jù)獲取的基站信息，利用基站信息數(shù)據(jù)庫查找周圍基站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)；
S3、根據(jù)無線信道模型、周圍基站的信號強(qiáng)度及其經(jīng)緯度坐標(biāo)，計(jì)算移動通信終端的經(jīng)緯度坐標(biāo)；
S4、根據(jù)移動通信終端的經(jīng)緯度坐標(biāo)，在地圖中標(biāo)注其位置，去除偏離擬合軌跡較大的歷史位置坐標(biāo)后將剩余歷史位置擬合形成運(yùn)動軌跡；
S5、對比所擬合的運(yùn)動軌跡與地圖的道路的方向角與距離差，匹配最接近的街道道路，并剔除運(yùn)動軌跡上偏離所匹配道路較大的位置點(diǎn)；
S6、周期性重復(fù)以上步驟。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于，步驟S3所述經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算可采用以下方法：根據(jù)以下距離與信號強(qiáng)度的關(guān)系：
計(jì)算步驟S1所掃描到的所有基站與移動終端的距離(M：代表在距離一米時的信號強(qiáng)度；N：代表環(huán)境對信號的衰減系數(shù)，視具體環(huán)境而定的)。再將步驟S2得到的各基站經(jīng)緯度經(jīng)過1/d的加權(quán)平均后的值作為手機(jī)終端的位置經(jīng)緯度，具體計(jì)算公式如下，
其中，Loni, Lati與di為各基站的經(jīng)緯度和距離。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于：步驟S4所述最近歷史位置是步驟S1-S5周期性記錄并剔除異常位置后的的位置坐標(biāo)，包括移動通信終端移動最近移動一定距離所記錄的所有位置坐標(biāo)或者移動通信終端運(yùn)動一段時間所記錄的所有位置坐標(biāo)。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于，步驟S4所述去除偏離擬合軌跡較大的坐標(biāo)位置可采用以下方法：經(jīng)緯度與歷史數(shù)據(jù)平均值的絕對差值滿足以下條件，則提出改位置點(diǎn)，
其中Lat(Lon)mob為移動端的經(jīng)緯度；Lat(Lon)ava為歷史數(shù)據(jù)移動端經(jīng)緯度平均值；Lat(Lon)standardeviation為標(biāo)準(zhǔn)偏差；XnShawn為肖維勒系數(shù)，K為歷史數(shù)據(jù)量，可以用下面的近似公式求解：
。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于，步驟S3所述歷史位置點(diǎn)運(yùn)動軌跡擬合可采用分段分組直線擬合的方法，即每M個連續(xù)歷史位置點(diǎn)為一組，將運(yùn)動軌跡分段，每一個分段進(jìn)行直線擬合。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于，步驟S5對地圖的街道和步驟S4擬合的軌跡進(jìn)行匹配，匹配條件如下：1）距離差值在一定范圍（50米）；2）方向角差值在一定范圍（5度以內(nèi)）。若有多條街道滿足以上條件，則將距離差和方向角最小的街道標(biāo)識為當(dāng)前周期獲取的手機(jī)終端運(yùn)動軌跡，最新位置點(diǎn)為其當(dāng)前定位坐標(biāo)。
優(yōu)選的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于：步驟S6通過周期性迭代步驟S1- S5，動態(tài)調(diào)整運(yùn)動軌跡，結(jié)合匹配地圖道路信息，提高定位的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
1、現(xiàn)今手機(jī)地圖、車載導(dǎo)航等各種需要利用定位系統(tǒng)的技術(shù)，大都采用基于GPS的定位。但同時也有相當(dāng)一部分用戶不愿意打開GPS，使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS功能有時會在用戶不知情的情況下被分享位置信息，造成用戶的信息泄露。在GPS存在安全隱患的情況下，利用手機(jī)基站定位就不失為一種替代的好方法，此外，利用基站進(jìn)行定位相比較基于GPS的定位而言，前者還具有成本更低、可以實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)定位、不需要用戶的手機(jī)擁有GPS模塊等優(yōu)勢。
2、利用手機(jī)基站定位，即通過電信移動運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)）來獲取移動終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)）?；径ㄎ皇且环N非常粗略的定位，只能確定移動終端用戶的大致位置，其精準(zhǔn)度很大程度上取決于基站分布和覆蓋范圍的大小，一般誤差在千米級。為了提升其定位的精確度，我們采用多基站定位的方式，利用差分運(yùn)算處理手機(jī)接收到的多個基站傳來的位置信息，得到用戶相對精確的位置信息。然后再將相關(guān)位置信息與離線地圖進(jìn)行地圖匹配，把用戶的位置定位到地圖上的具體道路路線上去，從而完成精準(zhǔn)的動態(tài)匹配定位。
3、基于地圖匹配的動態(tài)差分定位著眼于近來應(yīng)用非常廣泛的車聯(lián)網(wǎng)，汽車的動態(tài)定位，汽車的位置信息具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價值。利用基站和地圖實(shí)現(xiàn)的動態(tài)差分定位相較GPS定位具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。一種可以替代車輛GPS定位的定位方法，對于利用汽車的動態(tài)位置信息測速、實(shí)時導(dǎo)航、解決交通擁堵問題等等大量廣泛的應(yīng)用來說，無疑是多了一種很好的選擇。
附圖說明
圖1為實(shí)例中一種移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施的。
本實(shí)例解決問題的原理分析。
1） 選擇基站定位
通過手機(jī)獲取附近基站的信息，由附近基站的信息得到附近基站經(jīng)緯度，根據(jù)算法計(jì)算出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度。我們選擇基站作為獲取位置信息的有以下幾點(diǎn)原因:一是基站的數(shù)量多、分布廣；二是獲取基站信息的方法簡單；三是用戶認(rèn)為手機(jī)上的GPS會泄露自己的位置信息，不會打開手機(jī)的GPS，這樣無法獲取定位信息，基于位置的服務(wù)（Location based services, LBS）就成為了無源之水。
2）傳統(tǒng)基站定位方法
對于傳統(tǒng)的基站定位算法，即靜態(tài)基站定位算法，包括單基站定位定位和多基站定位，都不能達(dá)到較高的精確度。就單基站定位方法而言，受環(huán)境因素的干擾大，對于設(shè)備要求較高，并且不易獲取基站資源使用權(quán)限，由此得到的結(jié)果與實(shí)際相比有較大的差距，效果最差。而相較于單基站定位方法，多基站定位雖然進(jìn)一步縮小了誤差，但是由于對于來自環(huán)境等因素的干擾的修正的效果還不夠好。所以我們在多基站定位的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)位置的動態(tài)變化軌跡來進(jìn)一步的提高定位的精確度。
3）利用運(yùn)動軌跡提高精確度
在汽車行駛時，汽車的位置是不斷變化的。因此，首先要得到位置的變化軌跡，通過多基站定位的方法得到相應(yīng)時刻的位置信息并記錄，經(jīng)過一段固定時間再按照同樣的方法得到位置信息并記錄，像這樣迭代一定次數(shù)的定位算法后就得到一個個汽車的位置，將這些點(diǎn)連接起來，就可以得到一條汽車運(yùn)動的軌跡，這一條軌跡表示的就是汽車位置的變化。
再通過運(yùn)動軌跡上最近時刻的位置信息獲取該區(qū)域地圖的道路信息，如道路的方向、道路的軌跡等。然后，是將汽車動態(tài)變化軌跡與該區(qū)域道路軌跡的比較，這樣做的原因是汽車的運(yùn)動是有一定規(guī)律的，即汽車都應(yīng)在道路上行駛，所以可以通過依次計(jì)算運(yùn)動軌跡與地圖上各道路的相似度、比較相似度的大小，選取相似度最大的道路作為最終的定位結(jié)果。這種方法是在多基站定位的方法上，根據(jù)動態(tài)位置變化軌跡與道路信息的匹配來確定最終的位置，進(jìn)一步提高了定位算法的精確度。
如圖1，具體的動態(tài)差分定位方法包括如下步驟。
S1、需要完整的獲取移動端對周圍基站的檢索信息；
S2、基站信息要有對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫處理轉(zhuǎn)化為對應(yīng)基站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)；
S3、在計(jì)算移動端的經(jīng)緯度時會采用簡易信道模型進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，同時采用距離與信號強(qiáng)度成反比的想法，利用1/d進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)行經(jīng)緯度*（1/d）的概率的計(jì)算，以此求得比較精確的移動端經(jīng)緯度坐標(biāo)；
S4、移動端經(jīng)緯度數(shù)據(jù)先使用肖維勒準(zhǔn)則法（注：該方法用于去除粗大誤差）去除錯誤點(diǎn)，去除求解得到的移動通信終端經(jīng)緯度坐標(biāo)中偏差較大點(diǎn)。
S5、與地圖匹配時使用比對經(jīng)緯度的方向角和距離差的方式，采用差分方式計(jì)算各項(xiàng)數(shù)值，剔除不符合的標(biāo)準(zhǔn)路徑經(jīng)緯度點(diǎn)。
進(jìn)一步的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于：步驟S4所述運(yùn)動軌跡是步驟S4周期性標(biāo)注的歷史位置點(diǎn)并剔除異常節(jié)點(diǎn)后的軌跡。
進(jìn)一步的，所述的移動通信終端基于地圖匹配的動態(tài)差分定位方法，其特征在于：步驟S6通過周期性迭代步驟S1- S5，動態(tài)調(diào)整運(yùn)動軌跡，結(jié)合匹配地圖道路信息，提高定位的準(zhǔn)確度。
進(jìn)一步的，使用差分思想，將一條標(biāo)準(zhǔn)路徑轉(zhuǎn)換為距離較短的標(biāo)準(zhǔn)路徑的經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)對，然后與移動通信終端經(jīng)緯度進(jìn)行差分計(jì)算，滿足以下兩個條件：（1）距離差值在一定范圍（50米）（2）方向角差值在一定范圍（5度以內(nèi)）時，將其標(biāo)記為一段可行路徑。然后重復(fù)迭代S1到S5步驟獲取的可行路徑，將其形成一條完整的可行路徑。
接下來以一個具體實(shí)例來操作上述步驟：
S1、移動端使用HTC 301e手機(jī)，SIM卡使用聯(lián)通3G電話卡，通過eclipse進(jìn)行Android編譯，通過調(diào)用TelephonyManager屬性獲取周圍基站的MMC、MNC、CID、LAC、RSSI，并將其存入Sqlite數(shù)據(jù)庫中；
S2、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯度再次進(jìn)行存儲；
S3、將對應(yīng)同一個基站的多個經(jīng)緯度取出，將其與IEEE 802.11簡化信道模型進(jìn)行擬合計(jì)算（式1），同時借助信號強(qiáng)度與距離成反比的關(guān)系，采用線性加權(quán)的方法來處理移動通信終端經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，將1/Distance與對應(yīng)基站經(jīng)緯度相乘（式2），求解最終的移動端經(jīng)緯度，借助這種方法，定位精度在60米左右。
計(jì)算式1：
計(jì)算式2：
S4、在求出的很多個連續(xù)的移動端經(jīng)緯度中進(jìn)行錯誤點(diǎn)去除，通過讓所有數(shù)據(jù)去符合肖維勒準(zhǔn)則法（注：該方法用于去除粗大誤差）去除錯誤點(diǎn)，去除求解得到的移動通信終端經(jīng)緯度坐標(biāo)中偏差較大點(diǎn)。
S5、接下來進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)路徑的匹配工作，將計(jì)算得到的經(jīng)緯度分別去和每一個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行匹配，當(dāng)距離小于50米時，該點(diǎn)設(shè)置為有效點(diǎn)，單個計(jì)算點(diǎn)可能對應(yīng)多個有效點(diǎn)，然后再將每個有效點(diǎn)每兩個連續(xù)有效點(diǎn)進(jìn)行一次方向角計(jì)算，計(jì)算點(diǎn)和下一個計(jì)算點(diǎn)也進(jìn)行一次方向角計(jì)算，然后將方向角進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果差值在5°范圍內(nèi)時認(rèn)為該路徑為有效路徑，即得出最終匹配得到的標(biāo)準(zhǔn)路徑。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。