CN102521973B - 一种手机切换定位的道路匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手机切换定位的道路匹配方法，属于手机定位和交通信息采集处理技术领域。首先提取手机切换定位数据，获取手机的切换序列，通过切换序列所涉及的基站小区划定路段选取的范围和判断运动趋势，提取候选路段；然后依靠路网的拓扑结构和属性信息剔除多余的路段，计算匹配路段的近似度；最后通过计算各路段所属道路的连通值来判断最终匹配道路。本发明通过对手机切换定位数据的分析和处理，结合基站和路网数据，解决了噪声数据的影响、手机切换定位无已知定位点、道路匹配错误积累等道路匹配中手机切换定位获取交通信息的关键问题，具有道路匹配运算效率高、道路匹配错误率低和可靠性高等优点。

Description

一种手机切换定位的道路匹配方法

技术领域

本发明涉及一种手机切换定位的道路匹配方法，属于手机定位和交通信息采集处理技术领域。

背景技术

近年来，随着交通运输业的快速发展，机动车保有量急剧上升，导致交通拥挤现象屡见不鲜，严重地阻碍了社会经济的发展，为了缓解和解决城市交通问题，交通信息的采集与分析变得越来越重要。传统定点交通信息采集技术，例如环形线圈检测器技术、红外检测器、超声波检测器、视频检测器技术等，只能采集有限范围内的城市道路交通信息，并且成本较高，检测精度受环境影响较大；而GPS浮动车技术与基于电子标签的采集技术，由于初期投资较高、覆盖范围有限，目前国内外还未得到广泛应用。

与现有的交通信息采集技术相比，由于具有投资小、覆盖范围广、海量数据等特点，应用手机定位技术进行交通信息的采集具有广阔的应用前景，尤其对于我国这样的发展中国家来说具有重要的现实意义。目前，我国已拥有巨大的手机保有量，而无线通讯网络、手机定位等技术的发展和成熟又为该技术的发展提供了技术保障。

手机切换定位技术就是手机定位技术中的一种，它不需要预先得到手机位置，即通过检测手机切换行为测算交通信息的技术。它通过车载手机沿道路行驶时沿路Cell发生切换所产生的通信信息来估算出路段的行程车速，继而提取相应的交通信息，其中道路匹配是其关键环节。在期刊论文《基于手机位置的实时交通信息采集技术》中对其有简要的介绍。

目前常用的通信网络称为全球移动通信系统，简称GSM。GSM网络按照基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）将服务区分成许多的基站小区（Cell），小区中的信号直接与我们的手机相连，保证我们的通话（GSM网络基站与小区图见图2）。Cell中包含有手机所处通信信道、用户所处小区ID、通话时间、用户各种操作指令等丰富的信息，因此经过处理就可以提取出用户的位置信息和时间信息。

在通信网络中，为了保证通信的连续性，当用户从一个小区移动到邻接的另一个小区时，手机从一个无线频道上的通话切换到另一个无线频道上以维持通话信道连续性，称为切换。切换的同时还伴随着手机位置在网络中的更新和新的通信信道的分配，这些信息会传回手机所处基站的控制器中进行保存。当手机接收的某小区信号降到一定阈值时，向另一个小区的信号进行切换（切换原理见图3）。

当车辆在道路上行驶时，车载手机的信号会在穿越小区和相邻小区交界处的一定范围内发生切换，产生一个切换对；当连续穿越一系列小区时则会产生一系列的切换对，形成切换序列。例如，在图4中，用户沿道路A运动，穿越小区发生的切换序列为{(C34801,C30941),(C30941,C14302),(C14302,C7722),(C7722,C4603),(C4603,4462),(C4462,C391)}，其中C391表示第391号小区。

如果以每个切换对作为道路的切割点，道路相当于被多个切换位置切割成数条路段。例如，图5中，道路A的组成路段为：{(A01,A02),(A02,A03),(A03,A04),(A04,A05),(A05,A06),(A06,A07),(A07,A08)}，其中A01和A02表示第1条路段的首尾结点。

当用户在道路上运动时，通过提取通信网络产生的手机切换数据，就可以获得在这条道路上所产生的切换序列；反之，用户在通信网络层中所产生的每一列切换序列都对应着用户在某段时间内经过的道路。

道路匹配技术就是按照给定目标的定位信息，找出该目标在道路网络中所处的路段，该技术广泛应用于车辆导航和交通信息提取领域。通过对手机切换定位进行道路匹配不仅可以获得用户的运动轨迹及交通OD数据，还可以计算路段的平均车速和判断最短路径，继而获取大量的交通信息。

地理信息系(GIS）作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。它所具有的网络分析的功能广泛应用于建立交通网络、研究交通流量、进行交通规则、车辆导航等领域。ArcGIS是其代表性软件，应用此软件可以建立城市交通网络模型，对道路属性信息进行录入和动态修改，判断路网的连通性并对其进行拓扑处理。应用ArcGIS软件建立的城市路网数据为手机定位精度的提高提供了数据基础。

CN200910243125.6的专利申请记载了一种基于手机信息的路段速度计算方法。该方法的一个实施步骤介绍了一种道路匹配方法。但是该方法与本申请中提出的道路匹配方法具有本质的不同，首先该方法针对的定位技术属于CELL定位，而非手机切换定位；并且所采取的匹配方法也是是两级三次匹配，首先通过CELL定位点与路段匹配，然后通过邻近原则和方向一致原则对用户的手机数据进行最终匹配。

发明内容

本发明的目的是提出一种手机切换定位的道路匹配方法，提高手机定位的准确性和可靠性，方便随后的交通信息的提取。

本手机切换定位的道路匹配方法包括以下步骤：

1.1从数据库中提取数据，获得手机切换序列数据

首先按照用户和时间提取手机切换定位数据，从而获得相应的手机切换序列：

1.2提取匹配单元中的候选路段

首先从数据库中提取基站数据层、路网数据层作为道路匹配的基础数据；然后按照用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换作为道路的一个匹配单元，从基站面数据层中，将两次切换涉及的3个基站面与路网进行匹配，作为路段选取的范围；以基站面之间的交界线作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段存入路段集合中；然后判断集合中的路段在一个匹配单元中的连通性，剔除非联通路段；

1.3对匹配单元进行路段匹配

提取路段集合中匹配单元的候选路段，判断并计算各权重因子，剔除可通过因子或者方向因子为0的候选路段，对剩余候选路段分别进行近似值计算，按照路段近似值进行排序，重新存入路段集合中；

1.4选取最终匹配道路

重复步骤1.2和1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段的集合；提取各路段集合中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，相连通的路段归属为同一条道路；通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，提取所含有的路段的近似值，近似值之和就是其连通值。选取连通值最大的道路为最终匹配道路。

所述步骤1.1中，从数据库中提取手机切换定位数据，获得手机切换序列数据，是根据用户编号提取某段时间内的手机切换定位数据，按照基站编号，获得相应的手机切换序列；具体过程如下：

第一步，对数据进行检查，剔除部分“噪声”数据

例如：GSM网络中引入了周期性位置更新的功能，手机每隔固定时间就会向基站系统报告自己当前所处的CellID，由于每隔固定时间就会产生一条定位数据，用户在某个小区内长时间逗留时会产生大量的重复数据。在获取的手机切换数据中包含了大量类似的噪声数据，需要将其剔除；

第二步，对数据按照用户和时间进行筛选、分割和排序

按照用户对数据进行分类，再按照日期对用户的数据进行分割，然后按照时间排序（如表1所示部分手机切换数据的样本）；按照数据量提取特定用户特定时期内的切换数据（如表2所示用户部分手机切换示例数据）；

表1用户部分手机切换数据的样本

Start_time	Type	UserID	CellID
				5:46:35	周期位置	96944	2216
5:46:59	正常位置	96944	2217
				5:47:12	主叫MOC	96944	729
5:47:32	被叫MTC	96944	2243
				5:48:02	正常位置	96944	1054

表2用户部分手机切换示例数据

UserID	CellID	切换对编号	切换对
				96944	22211	1	(22211,8883)
96944	8883	2	(8883,22311)
				96944	22311	3	(22311,44302)
96944	44302	4	(44302,43373)
				96944	43373	5	(43373,22213)
96944	22213	6	(22213,4562)

第三步，根据第二步得到的用户数据，提取不同时间段内的手机切换定位数据，获得相应的手机切换序列。例如表2，可以提取的用户手机切换序列为{(22211,8883),(8883,22311),(22311,44302),(44302,43373),(43373,22213)，(22213,4562)}。

所述步骤1.2中，提取匹配单元中候选路段的过程如下：

3.1获取基站数据层

从数据库中提取通信网络的基站数据，得到基站编号及经纬度坐标(GSM网络中的基站数据，主要包括小区编号SITE_ID、基站经纬度Longitude和Latitude坐标等字段）；将经纬度坐标转换为平面直角坐标，然后使用ArcGIS软件将其转换为ShapeFile类型的点数据层；（点数据层包含了基站数据所有的属性信息）；以点数据层为基础，以泰森多边形的方式，建立基站面数据层，作为数据处理中小区信号的覆盖范围（面数据层包含了基站数据所有的属性信息）；对基站数据进行拓扑处理，使每个多边形只包含一个基站点，多边形无间隙和交叉，保证道路分割和候选道路选择的准确性；以基站的点面数据层作为基站基础数据，供后续步骤使用；

3.2获取路网数据层

参照城市近期遥感图像，通过ArcGIS软件对特定区域中的道路进行矢量化，并建立相应路网图层；搜集特定区域的交通信息，通过ArcGIS软件对路网图层进行属性信息录入；按照步骤3.1得到的基站面数据层，将道路进行切割分段，建立由路段层和结点层组成的路网数据层；对路网数据进行拓扑检查与处理，剔除悬挂点和悬挂线，使路段包含结点，道路间相互连通，以满足算法的要求；从建立的路网数据层中获取路网基础数据，供后续步骤使用；

3.3按照用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换Hi和Hi+1作为一个匹配单元，从基站面数据层中将两次切换涉及的3个基站面与路网进行匹配，作为路段选取的范围；

3.4以基站面之间的交界线Di+1和Di+2作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段存入路段集合W中；

3.5若集合W不为空，则判断候选路段是否连续通过两个交界。提取集合W中的路段，按照拓扑关系进行判断，如果路段连续通过两条交界，则将路段存入集合Mi中（Mi代表了第i个匹配单元的候选路段的集合）；当路段遍历完毕后，剔除集合W中的所有路段，将Mi集合中的路段重新编号，作为匹配单元的候选路段；

3.6若集合W为空，则Hi切换为异常切换，跳过此次切换，重复步骤3.3～3.4，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取；

3.7重复步骤3.3～3.6，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取。

所述步骤1.3中，对匹配单元进行路段匹配的过程如下：

4.1评判权重因子及其量化

4.1.1切换路段的可通过因子Q

提取候选路段的属性数据，获取近期路况信息；若路段无法通行，则路段可通过性Q=0；否则，Q=1；

在现实情况中，部分路段会在某些情况下无法通行，例如：路面维修、底线管道铺设、地铁等工程建设等。为了模拟实际情况，在路网数据建立时随机为部分路段录入无法通行的属性信息；

4.1.2方向因子O和方向因子P

4.1.2.1确定方向因子O

以切换次序作为方向趋势，提取候选路段的属性信息，获取交通信息；若路段是在当前切换方向下无法行驶的路段，方向因子O=0；否则，O=1；

4.1.2.2计算方向因子P

连接两个基站面交界线的中点作为基准线，以前一个交界线中点为原点,然后按下式计算基准线的方向角（基准线与Y方向之间的夹角）：

，

式中，x₀、y₀为前一个基站面交界线中点的坐标，x₁、y₁为另一个基站面交界线中点的坐标，A为两基站面交界线中点之间X方向的距离、B为两基站面交界线中点之间Y方向的距离、C为两基站面交界线中点间的距离；

提取候选路段，其中点作为原点计算方向角（候选路段与Y方向之间的夹角，计算方法与基准线方向角的相同）；提取路段的道路类型信息，如果是专用车道、方向相反的单行路等，则只计算规定行驶方向的方向角，否则计算正反两个方向的方向角和；

按式，计算路段与基准线之间的夹角：

按式，计算方向因子P；

4.1.3距离因子D

计算两条交界线中心点连线的距离，作为此匹配单元中的基准长度d；计算候选路段距离t，根据式，求出距离因子D；

4.2对匹配单元进行路段匹配

候选路段的可通过因子Q=0或方向因子O=0，则将其从集合Mi中剔除；按照公式，计算剩余路段的近似值；按照U值对候选路段进行排序，重新存入集合Mi中。

所述步骤1.4中，选取最终匹配道路的过程如下：

5.1重复步骤1.2～1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段集合Mi；

5.2提取集合Mi和Mi+1中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，计算连通值；若Mi中路段与Mi+1中路段相连通，则复制并提取两个路段进行合并，进行新的标识，将新路段存入集合S中，新路段连通值为两个路段的U值之和；若没有连通路段，则连通性不变，对其进行新的标识，存入集合S中；

5.3提取集合S中所有路段，判断与Mi+2中路段的连通性，计算连通值；

5.4设道路连通值为T，T等于某条候选道路的各个所属路段的U值之和。通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，计算连通值，选取连通值最大的道路为最终匹配道路。

本发明解决了以下问题：

1、道路匹配运算效率低的问题

通过对基站数据的处理，以基站小区限定了路段选取的范围，避免了手机切换定位数据与路网的整体匹配；同时通过对手机定位数据的处理，按照用户和时间对数据进行分类、排序，大大提高了计算效率。

2、“噪声”数据带来的道路匹配误差的问题

移动通信网络中，切换的主要原因是因为用户的移动，但是有很多的切换是由用户所处环境中其他因素引起的，产生大量的噪声数据，因此会给道路匹配待来很大的困扰。本发明通过前期数据的处理，剔除了部分容易区分的噪声数据，然后按照提出的道路匹配方法，将道路按照切换序列进行切割，不再以道路的整体作为匹配对象，而是以分割后的单个路段进行匹配，匹配的范围被缩小到两次切换之间的路段上，减小了异常切换的影响范围，并且产生的错误匹配也会在随后的连通值计算中剔除，大大降低了噪声数据对道路匹配的影响。

3、手机切换定位无已知的定位点的问题

手机切换定位是一种不预先得到手机位置的技术，无法获得定位点的位置，因此划定道路匹配的范围和判断运动趋势成为了难题。本发明将小区交界的长度作为路段选取的距离，两个相邻小区作为路段选取的范围来提取待匹配道路。两次切换必然会经过3个小区和2条边界，虽然手机切换定位无法获得准确的定位点，但是通过两条交界线中心点的连线，依然可以判断运动的方向趋势以及两个小区之间最短的行驶距离，同样可以判断候选道路与运动轨迹的近似度，这样就解决了没有定位点信息所待来的参数缺失的问题。

4、道路匹配错误累积的问题

本发明由于采用了分段匹配，所以异常切换产生的错误匹配被局限在了某一路段的选取上，对后面的匹配不会产生影响；并且最终匹配道路的选取是通过计算各条待匹配道路的整体连通值来判断的，因发生异常切换而选择的道路会因为连通值小而被剔除，解决了错误匹配累积的问题。

城市中不同的地区基站设置密集程度不同，如果以统一的信号辐射范围来构建面状图层，不仅不能很好的反应不同地区基站的设置特点，而且也会影响匹配道路的选择。本发明以泰森多边形为基础,对离散数据点构建Delaunay三角网，然后顺次连接每个离散点的相邻三角形的外接圆圆心，得到基站的面数据层；利用泰森多边形具有每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据、点到相应离散点的距离最近、点到其两边的离散点的距离相等的特征，通过基站面数据层提取用户手机切换信息，即能反应基站之间空间关系、又能兼顾不同地区基站信号覆盖；再结合路网数据图层，解决了手机切换扰动、道路匹配错误积累、切换定位无已知定位点等问题，大大地提高了定位的准确性和可靠性。

本发明从用户数据中提取相应的切换序列，将切换序列与路网相匹配，再按切换对所对应的基站划定路段选取范围，然后通过计算路段的可通过因子、方向因子和距离因子得到路段的近似度并对其排序，最后判断各路段所属道路的连通性并计算连通值，以连通值最大的道路作为匹配道路。具有手机切换扰动小、道路匹配运算效率高、道路匹配错误率低等优点。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是GSM网络的基站与小区示意图；图中：各小格为基站小区；

图3是GSM网络中手机切换原理图；图中：Th1、Th2、Th3分别是不会发生切换的基站1的信号强度、发生切换时的信号强度、不会发生切换的基站2的信号强度，A、B、C、D分别是基站1和2信号强度相同的位置、准备发生切换的位置、切换成功的位置、最终信号稳定的位置，h是信号强度超出范围，即切换门限值；

图4是城市道路与基站小区示意图；图中：各小格为基站小区，6221、5493等各小格内数字为基站小区编号CellID；

图5是城市道路分割示意图；图中：A01-08是道路A的路段结点，B01-08是道路B的路段结点，C01-06是道路C的路段结点；

图6是GSM网络基站点、面数据层示意图；

图7是本发明基站面交界线与基准线示意图：图中：x₀、y₀为一个基站面交界线中点的坐标，x₁、y₁为另一个基站面交界线中点的坐标，A为两基站面交界线中点之间X方向的距离、B为两基站面交界线中点之间Y方向的距离、C为两基站面交界线中点间的距离；

图8是本发明实施例道路示意图；

图9是本发明实施例路段和结点示意图；

图10是本发明实施例候选路段示意图；

图11是本发明实施例路段匹配示意图；

图12是本发明实施例道路最终匹配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。

本手机切换定位的道路匹配方法包括以下步骤：

1.1从数据库中提取数据，获得手机切换序列数据

首先按照用户和时间提取手机切换定位数据，从而获得相应的手机切换序列：

1.2提取匹配单元中的候选路段

首先从数据库中提取基站数据、路网数据作为道路匹配的基础数据;然后按照用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换作为一个匹配单元，从基站面数据层中，将两次切换涉及的3个基站面与路网进行匹配，作为路段选取的范围；以基站面之间的交界线作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段存入路段集合中；然后判断集合中的路段在一个匹配单元中的连通性，剔除非联通路段；

1.3对匹配单元进行路段匹配

提取路段集合中匹配单元的候选路段，判断并计算各权重因子，剔除可通过因子或者方向因子为0的候选路段，对剩余候选路段分别进行近似值计算，按照路段近似值进行排序，重新存入路段集合中；

1.4选取最终匹配道路

重复步骤1.2和1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段的集合；提取各路段集合中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，相连通的路段归属为同一条道路；通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，提取所含有的路段的近似值，近似值之和就是其连通值。选取连通值最大的道路为最终匹配道路。

在步骤1.1中，从数据库中提取数据，获得手机切换序列数据的过程，是根据用户编号提取某段时间内的手机切换定位数据，按照基站编号，获得相应的手机切换序列；具体过程如下：

第一步，剔除部分“噪声”数据

例如：GSM网络中引入了周期性位置更新的功能，手机每隔固定时间就会向基站系统报告自己当前所处的CellID，由于每隔固定时间就会产生一条定位数据，用户在某个小区内长时间逗留时会产生大量的重复数据。在获取的手机切换数据中包含了大量类似的噪声数据，需要将其剔除；

第二步，对数据按照用户和时间进行筛选、分割和排序

按照用户对数据进行分类，再按照日期对用户的数据进行分割，然后按照时间排序；按照数据量有针对性地提取某用户特定时期内的切换数据如表3所示。

表3用户部分手机切换数据

UserID	CellID	切换对编号	切换对
				96944	22211	1	(22211,8883)
96944	8883	2	(8883,22311)
				96944	22311	3	(22311,44302)
96944	44302	4	(44302,43373)
				96944	43373	5	(43373,22213)
96944	22213	6	(22213,4562)
				96944	4562	7	(4562,12371)
96944	12371	8	(12371,54371)
				96944	54371	9	(54371,25762)
96944	25762	10	(25762,44081)
				96944	44081	11	(44081,22161)
96944	22161	12	(22161,44081)
				96944	44081	13	(44081,7724)
96944	7724	14	(7724,7721)
				96944	7721	15	(7721,25821)
96944	25821	16	(25821,44081)
				96944	44081	17	(44081,7861)
96944	7861	18	(7861,432)
				96944	432	19	切换对

第三步，根据第二步得到的用户数据，提取某用户的手机切换对定位数据，获得相应的手机切换序列。从表3中，可以得到UserID为96944的用户手机的切换序列为：{(22211,8883),(8883,22311)……7861,432)}。

在步骤1.2中，提取匹配单元中候选路段的过程如下：

3.1获取基站面数据层

从数据库中提取通信网络的基站数据，得到基站编号及经纬度坐标；将基站数据的经纬度坐标转换为平面直角坐标，将经纬度坐标转换为平面直角坐标，然后使用ArcGIS软件将其转换为ShapeFile类型的点数据层；；以点数据层为基础，以泰森多边形的方式，建立基站面数据层（见图6），作为数据处理中小区信号的覆盖范围；对基站数据进行拓扑处理，使每个多边形只包含一个基站点，多边形无间隙和交叉，保证道路分割和候选道路选择的准确性；以基站的点面数据层作为基站基础数据，供后续步骤使用；

3.2获取路网数据层

参照城市近期遥感图像，通过ArcGIS软件对特定区域中的道路进行矢量化，并建立相应路网图层；搜集特定区域的交通信息，通过ArcGIS软件对路网图层进行属性信息录入；按照步骤3.1得到的基站面数据层，将道路进行切割分段，建立由路段层和结点层组成的路网数据层（见图8道路示意图，图9路段和结点示意图）；对路网数据进行拓扑检查与处理，剔除悬挂点和悬挂线，使路段包含结点，道路间相互连通，以满足算法的要求；从建立的路网数据层中获取路网基础数据，供后续步骤使用；

3.3按照表3所示用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换Hi和Hi+1作为一个匹配单元，（例如切换对(22213,4562)和(4562,12371)，就可以作为一个匹配单元），从基站面数据层中将两次切换涉及的3个基站面（Cell）（22213、4562、12371）与路网进行匹配，作为路段选取的范围；

3.4以基站面（Cell）之间的交界线Di+1和Di+2作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段，将Di+1提取的路段按照Ai(i=0.1.2…n)，Di+2提取的路段按照Bi(i=0.1.2…n)的编号存入路段集合W中；

3.5若集合W不为空，则判断集合W中的路段在一个匹配单元中的连通性：提取路段的拓扑信息，将Ai和Bi按照拓扑关系两两进行匹配，若A、B编号的两条路段相连通，则将路段合并，存入集合Mi中（Mi代表了第i个匹配单元候选路段的集合）；当路段遍历完毕后，剔除集合W中的所有路段，将Mi集合中的路段重新编号，作为匹配单元的候选路段；

3.6若集合W为空，则Hi切换为异常切换，跳过此次切换，重复步骤3.3～3.4，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取；

3.7重复步骤3.3～3.6，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取。

如图10所示，本例中的候选路段，共选取了六条路段。

在步骤1.3中，对匹配单元进行路段匹配的过程如下：

4.1评判权重因子及其量化

4.1.1切换路段的可通过因子Q

提取候选路段的属性数据，提取获取近期路况信息，判断路段的可通过性。若路段无法通行，则可通过性Q=0；否则，Q=1；

在图10中，第3条路段属性信息为“路面维修”，因而无法通行，可通过因子Q=0；

4.1.2方向因子O和方向因子P

4.1.2.1确定方向因子O

以切换次序作为方向趋势，提取候选路段的属性信息，获取交通信息；若路段是在当前切换方向下无法行驶的路段，方向因子O=0；否则，O=1；

在图10中，第5条路段，属性信息显示为只能右转的单行路，因而达到下一个基站面覆盖区域，其方向因子O=0；

4.1.2.2计算方向因子P

连接两个基站面交界线的中点作为基准线，以前一个交界线中点为原点,然后按下式计算基准线的方向角（基准线与Y方向之间的夹角）：

，

式中，x₀、y₀为前一个基站面交界线中点的坐标，x₁、y₁为另一个基站面交界线中点的坐标，A为两基站面交界线中点之间X方向的距离、B为两基站面交界线中点之间Y方向的距离、C为两基站面交界线中点间的距离；

在图10中，经计算得到基准线方向角=35°；

提取候选路段，其中点作为原点计算方向角（候选路段与Y方向之间的夹角）；提取路段的道路类型信息，如果是专用车道、方向相反的单行路等，则只计算规定行驶方向的方向角，否则计算正反两个方向的方向角和；

按式，计算路段与基准线之间的夹角：

按式，计算方向因子P；

在图10中，经计算得到第1、2、4、6条路段的方向角分别为45°、135°、10°和45°，则它们的方向因子P分别为1.41、1.41、5.75、1.41。

4.1.3距离因子D

计算两条交界线中心点连线的距离，作为此匹配单元中的基准长度d；计算候选路段距离t，根据式，求出距离因子D；

在图10中，d=576m,第1、2、4、6条路段的长度t分别为613m、972m、821m、417m，则距离因子D分别为0.93、0.59、0.7、1.38。

4.2对匹配单元进行路段匹配

候选路段的可通过因子Q=0或方向因子O=0，则将其从集合Mi中剔除；按照公式，计算剩余路段的近似值；按照U值对候选路段进行排序，重新存入集合Mi中。

在图11中，第1、2、4、6条路段的近似值分别为2.34、2、6.45、2.79。

如图11所示，通过上述过程，剔除没有连续穿过两条交界的路段5和可通过性Q为0的路段3，通过判断连通性将保留的4条路段合并成2条重新存入路段集合中，近似值存入路段的属性数据表中。

在步骤1.4中，选取最终匹配道路的过程如下：

5.1重复步骤1.2～1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段集合Mi；

5.2提取集合Mi和Mi+1中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，计算连通值；若Mi中路段与Mi+1中路段相连通，则复制并提取两个路段进行合并，进行新的标识，将新路段存入集合S中，新路段连通值为两个路段的U值之和；若没有连通路段，则连通性不变，对其进行新的标识，存入集合S中；

5.3提取集合S中所有路段，判断与Mi+2中路段的连通性，计算连通值；

5.4设道路连通值为T，T等于某条候选道路的各个所属路段的U值之和。通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，计算连通值，选取连通值最大的道路为最终匹配道路。

如图12所示，通过连通性的判断，本例中最终待匹配候选道路只有一条，无需计算和判断连通值，即高亮显示的道路为最终匹配道路。

Claims (5)

1.一种手机切换定位的道路匹配方法，其特征在于包括以下步骤：

1.1从数据库中提取手机切换定位数据，获得用户的手机切换序列

按照用户和时间提取手机切换定位数据，从而获得相应的手机切换序列；

1.2提取匹配单元中的候选路段

首先从数据库中提取基站数据、路网数据作为道路匹配的基础数据；然后按照用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换作为一个匹配单元，从基站面数据层中，将两次切换涉及的3个基站面与路网数据进行匹配，作为路段选取的范围；以基站面之间的交界线作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段存入路段集合中；然后判断集合中的路段在一个匹配单元中的连通性，剔除非连通路段；

1.3对匹配单元进行路段匹配

提取路段集合中匹配单元的候选路段，判断并计算可通过因子Q、方向因子O、方向因子P和距离因子D，剔除可通过因子Q或者方向因子O为0的候选路段，按照公式U＝P+D，对剩余候选路段分别进行近似值计算，按照路段近似值进行排序，重新存入路段集合中；

所述可通过因子Q为：

提取候选路段的属性数据，获取近期路况信息；若路段无法通行，则路段可通过性Q＝0；否则，Q＝1；

所述方向因子O为：

以切换次序作为方向趋势，提取候选路段的属性信息，获取交通信息；若路段是在当前切换方向下无法行驶的路段，方向因子O＝0；否则，O＝1；

所述方向因子P为：

连接两个基站面交界线的中点作为基准线，以前一个交界线中点为原点,计算方向角α：

提取候选路段，其中点作为原点计算方向角；提取路段的道路类型信息，如果是专用车道、方向相反的单行路等，则只计算规定行驶方向的方向角β₁，否则计算正反两个方向的方向角β₁和β₂；

按式Δθ＝min{|α-β₁|，|α-β₂|}，计算路段与基准线之间的夹角Δθ：

按式P＝1/sin|Δθ|，计算方向因子P；

所述距离因子D为：

计算两条交界线中心点连线的距离，作为此匹配单元中的基准长度d；计算候选路段距离t，根据式D＝|d/t|，求出距离因子D；

1.4选取最终匹配道路

重复步骤1.2和1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段的集合；提取各路段集合中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，相连通的路段归属为同一条道路；通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，提取所含有的路段的近似值，近似值之和就是其连通值；选取连通值最大的道路为最终匹配道路。

2.根据权利要求1所述的手机切换定位的道路匹配方法，其特征在于：所述步骤1.1中，从数据库中提取手机切换定位数据，获得用户的手机切换序列数据，是根据用户编号提取一段时间内的手机切换定位数据，按照基站编号，获得相应的手机切换序列；具体过程如下：

2.1对数据进行检查，剔除部分“噪声”数据；

2.2对数据按照用户和时间进行筛选、分割和排序；

2.3根据步骤2.2得到的用户数据，提取不同时间段内的手机切换定位数据，获得相应的手机切换序列。

3.如权利要求1所述的手机切换定位的道路匹配方法，其特征在于：所述步骤1.2中，提取匹配单元中候选路段的过程如下：

3.1获取基站面数据层

从数据库中提取通信网络的基站数据，得到基站编号及经纬度坐标；将经纬度坐标转换为平面直角坐标，然后使用ArcGIS软件将其转换为ShapeFile类型的点数据层；以点数据层为基础，获得其多边形面数据层，使每个多边形只包含一个基站点，多边形无间隙和交叉；以基站的点面数据层作为基站基础数据，供后续步骤使用；

3.2获取路网数据层

搜集特定区域的交通信息，通过ArcGIS软件建立路网数据，并进行属性信息录入；按照步骤3.1得到的基站面数据层，将道路进行切割分段，建立由路段层和结点层组成的路网数据层；对路网数据进行拓扑检查与处理，作为路网基础数据，供后续步骤使用；

3.3按照用户的手机切换序列，以连续发生的两次切换Hi和Hi+1作为一个匹配单元，从基站面数据层中将两次切换涉及的3个基站面与路网进行匹配，作为路段选取的范围；

3.4以基站面之间的交界线Di+1和Di+2作为提取距离，与其相交的路段都作为候选路段存入路段集合W中；

3.5若W不为空，则判断候选路段是否连续通过两个交界；提取集合W中的路段，按照拓扑关系进行判断，如果路段连续通过两条交界，则将路段存入集合Mi中；当路段遍历完毕后，剔除集合W中的所有路段，将Mi集合中的路段重新编号，作为匹配单元的候选路段；Mi代表了第i个匹配单元的候选路段的集合；

3.6若集合W中的路段为空，则Hi切换为异常切换，跳过此次切换，重复步骤3.3～3.4，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取；

3.7重复步骤3.3～3.6，重新提取Hi+1和Hi+2切换，进行下一轮路段提取。

4.根据权利要求1所述的手机切换定位的道路匹配方法，其特征在于：所述步骤1.3中，对匹配单元进行路段匹配的过程如下：

4.1评判权重因子及其量化

4.1.1候选路段的可通过因子Q

提取候选路段的属性数据，获取近期路况信息；若路段无法通行，则路段可通过性Q＝0；否则，Q＝1；

4.1.2方向因子O和方向因子P

4.1.2.1确定方向因子O

以切换次序作为方向趋势，提取候选路段的属性信息，获取交通信息；若路段是在当前切换方向下无法行驶的路段，方向因子O＝0；否则，O＝1；

4.1.2.2计算方向因子P

连接两个基站面交界线的中点作为基准线，以前一个交界线中点为原点,计算方向角α：

提取候选路段，其中点作为原点计算方向角；提取路段的道路类型信息，如果是专用车道、方向相反的单行路等，则只计算规定行驶方向的方向角β₁，否则计算正反两个方向的方向角β₁和β₂；

按式Δθ＝min{|α-β₁|，|α-β₂|}，计算路段与基准线之间的夹角Δθ：

按式P＝1/sin|Δθ|，计算方向因子P；

4.1.3距离因子D

计算两条交界线中心点连线的距离，作为此匹配单元中的基准长度d；计算候选路段距离t，根据式D＝|d/t|，求出距离因子D；

4.2对匹配单元进行路段匹配

候选路段的可通过因子Q＝0或方向因子O＝0，则将其从集合Mi中剔除；按照公式U＝P+D，计算剩余路段的近似值；按照U值对候选路段进行排序，重新存入集合Mi中；Mi代表了第i个匹配单元的候选路段的集合。

5.根据权利要求1所述的手机切换定位的道路匹配方法，其特征在于：所述步骤1.4中，选取最终匹配道路的过程如下：

5.1重复步骤1.2～1.3，将提取的手机切换序列所涉及的路段全部匹配完毕，由此获得各匹配单元的候选路段集合Mi；Mi代表了第i个匹配单元的候选路段的集合；

5.2提取集合Mi和Mi+1中路段的空间特征，通过拓扑关系，判断连通性，计算连通值；若Mi中路段与Mi+1中路段相连通，则复制并提取两个路段进行合并，进行新的标识，将新路段存入集合S中，新路段连通值为两个路段的U值之和；若没有连通路段，则连通性不变，对其进行新的标识，存入集合S中；

5.3提取集合S中所有路段，判断与Mi+2中路段的连通性，计算连通值；

5.4设道路连通值为T，T等于某条候选道路的各个所属路段的U值之和；通过路段的依次判断，最终得出此切换序列中所有可能的候选道路，计算连通值，选取连通值最大的道路为最终匹配道路。