FI113730B - Paikannusmenetelmä matkaviestin verkoille - Google Patents

Description

1 113730

PAIKANNUSMENETELMÄ MATKAVIESTIN VERKOILLE

Keksinnön ala

Keksintö liittyy yleisesti paikannustekniikoihin. Tarkemmin sanoen 5 keksintö liittyy päättelyyn koskien matkaviestimen maantieteellistä sijaintia matkaviestinverkossa.

Tekniikan tausta

Kaksi pääasiallista syytä ovat motivoineet paikannustekniikoiden 10 kehittymistä matkaviestinverkoissa. Ensinnäkin eri viranomaiset asettavat vaatimuksia matkaviestimien paikannukseen. Tietyille viranomaisille kuten hälytyskeskuksille on hyvin tärkeää pystyä paikantamaan soittaja niin tarkasti kuin mahdollista. Monissa maissa laki asettaa vaatimuksia paikannusmenetelmille. Esimerkiksi Yhdysvalloissa 67 prosenttia matkaviestinpuheluista täy-15 tyy pystyä lähitulevaisuudessa paikantamaan 50 metrin tarkkuudella ja 95 prosenttia 150 metrin tarkkuudella. Toiseksi monet matkaviestinverkoissa tarjottavat tulevaisuuden palvelut tulevat olemaan sellaisia, että ne vaativat tiedon matkaviestimen senhetkisestä maantieteellisestä sijainnista.

Mitä suuremman tarkkuuden paikannusmenetelmä tarjoaa sitä pa-20 remmin se kykenee palvelemaan paikannusinformaatiota hyödyntävää sovellusta. Tämä koskee erityisesti tiheästi rakennettuja urbaaneja alueita, missä ‘ ei voi nähdä kauaksi. Paikannusmenetelmien tarkkuus riippuu monista eri ; ! tekijöistä kuten radioaaltojen etenemisefekteistä. Tämä on pääasiallinen syy j siihen, että tiheät urbaanit alueet ovat paikannustarkkuuden kannalta vaikeita * ’ 25 ja haastavia ympäristöjä hankalien heijastumien vuoksi ja koska signaali : vaimentuu vähemmän edetessään katujen muodostamia kanjoneita pitkin kuin edetessään rakennusten lävitse.

| ',· Kun matkaviestin on paikannettu, mittaustulokset saadaan välittö- mästi verkosta. Tyypillisesti mittaustuloksia ei saada koordinaatteina vaan 30 parametreinä, jotka määrittävät tietyn alueen, missä matkaviestin on paikan-nettu tietyllä todennäköisyydellä. Verkko tarjoaa tavallisesti useita parametre-ja yksittäistä mittauskertaa varten, joten mittauskertaan liittyvät parametrit edustavat tässä yhteydessä parametrijoukkoa. Parametrijoukon perusteella :**: voidaan määrittää geometrisiä rajoituksia, jotka vetävät rajat yhdelle tai 35 useammalle alueelle, joilla matkaviestin todennäköisesti sijaitsee. Sijainnin päättely matkaviestinverkossa perustuu pitkälti parametrijoukon solu ID:hen 2 113730 sekä ajoitusennakkoon (timing advance), joka ilmaisee, kuinka kaukana tietystä tukiasemasta matkaviestin todennäköisesti sijaitsee.

Nykyiset paikannusmenetelmät käyttävät saatua parametrijoukkoa määrittämällä ensin yhden tai useampia alueita ja sitten laskemalla arvion eli 5 estimaatin matkaviestimen sijainnille. Historiadataa eli edellisiä estimaatteja voidaan käyttää tekemään estimaateista tarkempia. Eräs tunnettu ”a least squares scheme”-menetelmä määrittää polun, jossa sijaintiestimaattipisteille laskettu poikkeamien summan neliö saavuttaa miniminsä.

Nykyisten menetelmien suurin haittapuoli on se, että ne eivät säily-10 ta verkosta saatua, parametrien ilmentämää tietoa matkaviestimen sijainnin maantieteellisestä jakaumasta. Sen sijaan nykyisissä menetelmissä estimoin-tiprosessi siirtyy aikaisessa vaiheessa pisteperustaiseen lähestymistapaan, missä maantieteellistä jakaumaa koskeva informaatio supistetaan estimaatti-pisteiksi ja lopullinen estimaatti lasketaan näiden pisteiden pohjalta. Kun pro-15 sessi siirtyy geometrisestä datasta pisteperustaiseen informaatioon, se ei voi enää palauttaa parametrijoukon ilmentämää tietoa matkaviestimen sijainnin maantieteellisestä jakaumasta.

Keksinnön tavoitteena on eliminoida edellä mainitut haittapuolet ja aikaansaada ratkaisu, joka tuottaa matkaviestimen tarkan sijainnin käyttäen ' - t 20 tehokkaasti matkaviestinverkosta saatua informaatiota.

Keksinnön lyhyt yhteenveto ’ , Keksinnön tavoitteena on aikaansaada ratkaisu, jolla nykyisten ’ paikannusmenetelmien tarkkuutta voidaan parantaa. Lisäksi tavoitteena on

IMI

* ' 25 tarkkoja sijaintituloksia antava ratkaisu, joka ei vaadi laajoja kenttämittauksia tai tietokokoelmia.

Nämä tavoitteet saavutetaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa i määritetyssä ratkaisussa.

Keksintö hyödyntää matkaviestinverkosta saatuja sijaintiriippuvai-30 siä parametreja määrittäessään matkaviestimen sijaintia. Verkko tarjoaa ta-.... vallisesti useita parametreja yksittäistä mittauskertaa varten, joten ‘Γ mittauskertaan liittyvät parametrit edustavat tässä yhteydessä parametrijoukkoa. Nämä parametrit ilmaisevat maantieteellisiä alueita, joilla :**>: matkaviestin todennäköisesti sijaitsee eli kuinka kaukana tietystä 35 tukiasemasta matkaviestin todennäköisesti sijaitsee.

3 113730 Järjestelmän tarkkuuden parantamiseksi keksintö hyödyntää pa-rametrijoukon tarjoamaa maatieteellistä informaatiota muodostamalla matriiseja, jotka ilmentävät matkaviestimen sijainnin todennäköisyysjakaumaa. Matriisi muodostetaan matkaviestinverkosta saadulle parametrijoukolle. Jo-5 kainen matriisin elementti vastaa tiettyä maantieteellistä aluetta ja sisältää arvon, joka indikoi todennäköisyyttä, jolla kyseinen matkaviestin on kyseisen alueen sisällä. Ainakin yksi matkaviestimelle muodostettu matriisi talletetaan historiadatana, joka on käytettävissä matkaviestimen seuraavan parametri-joukon yhteydessä. Kun sellainen parametrijoukko on saatu, nykyistä para-10 metrijoukkoa vastaava matriisi muodostetaan tai noudetaan ja matriisin elementtejä päivitetään. Päivitysprosessissa matkaviestimen liikkumisesta aiheutuva vaikutus otetaan huomioon matriisielementeissä, liikkumisen ollessa arvioitu siirtyminen vastaaviin parametrijoukkoihin liittyvien mittausajankoh-tien välillä. Sitten sijaintiestimaatti päätellään nykyiseen parametrijoukkoon 15 liittyvän matriisin elementtiarvojen sekä päivitettyjä arvoja sisältävän matriisin elementtiarvojen perusteella.

Täten keksintö hyödyntää historiadataa ainakin yhden aiemmin muodostetun matriisin muodossa, matriisin ollessa päivitetty matkaviestin arvioidun siirtymisen mukaisesti. Matriiseja käyttämällä voidaan palauttaa mat-; _ 20 kaviestinverkosta saatu alkuperäinen data koskien matkaviestimen sijainnin : maantieteellisestä jakaumaa. Järjestelmän tarkkuutta voidaan täten parantaa ’•j·’ prosessoimalla nykyistä matriisia yhdellä tai useammalla kyseiseen matka- ] , viestimeen liittyvällä matriisilla.

Eräässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa käytetään kart-25 tainformaatiota määritettäessä nykyisen matriisin elementtiarvoja. Karttain- *···* formaatio sisältää edullisesti kuvauksen kyseiseen elementtiin liittyvän maan tieteellisen alueen maanpinnan tyypistä. Kuvaus voi olla yksinkertainen kuten : V tie, metsä, joki jne. Sitten nykyisen matriisin elementtiarvot painotetaan maanpinnan tyypin mukaisesti.

30 Toisessa edullisessa suoritusmuodossa karttainformaatiota käyte- ..... tään edelliseen parametrijoukkoon liittyvän matriisin elementtiarvojen päivit- T tämisessä.

V*: Parantuneen tarkkuuden lisäksi keksinnön lisäetuna on se, että :/: mitään ylimääräistä mekanismia tai suuritöisiä vaiheita ei tarvita matriisien 35 muodostamisessa. Matriisit voidaan muodostaa lennossa vastaanotetun pa- rametrijoukon avulla, tai se voidaan muodostaa etukäteen ja tallettaa tieto- . 113730 4 kantaan. Jälkimmäisessä tapauksessa vastaanotettua parametrijoukkoa käytetään hakuavaimena haettaessa oikeaa matriisia tietokannasta.

Edelleen keksinnön lisäetuna on se, että keksintö ei ole riippuvainen verkon implementaatiosta, vaan sitä voidaan hyödyntää missä tahansa 5 verkossa, jossa ainakin yksi matkaviestimen sijaintiin liittyvä parametri on saatavilla mahdollistaen näin matriisin muodostamisen. Menetelmää voidaan näin käyttää eri verkkoimplementaatioden päällä, näiden implementaatioiden perustuessa erilaisiin sijaintiriippuvaisiin parametreihin.

10 Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisten kaaviollisten kuvioiden avulla, joista kuvio 1 esittää sijaintiriippuvaista informaatiota, jota on saatavissa tyypillisestä suuntaamattomia soluja hyödyntävästä solukkoverkosta, 15 kuvio 2 esittää sijaintiriippuvaista informaatiota, jota on saatavissa tyypillisestä sektorisoluja hyödyntävästä solukkoverkosta, kuvio 3 esittää keksinnöllistä menetelmää, kuvio 4 esittää esimerkkimatriisia, joka on muodostettu matkaviestin verkosta vastaanotettujen parametrijoukkojen avulla, 20 kuvio 5 esittää vuokaavion keksinnöllisestä menetelmästä, kuvio 6 on edeltävän matriisin prosessointia kuvaava vuokaavio, _ i ‘ kuvio 7 esittää, miten kuvion 4 matriisi muuttuu, kun sitä päivitetään kerran ' , olettaen, että matkaviestimen kaikki siirtymissuunnat ovat yhtä to- ’ dennäköisiä, [ ' 25 kuvio 8 esittää, miten kuvion 4 matriisi muuttuu, kun sitä päivitetään kerran olettaen, että matkaviestin siirtyy suoraan itään, kuvio 9 esittävää erästä tapaa muodostaa vastaanotettua parametri-• V joukkoa vastaava matriisi.

30 Keksinnön yksityiskohtainen selostus ... Kuten edellä on todettu, keksinnöllistä menetelmää voidaan sovel- ’*“* taa erityyppisen sijaintiriippuvan informaation yhteydessä. Solukkoverkosta :/*: riippuen verkon tarjoama sijaintiriippuva informaatio voi olla esimerkiksi sig- naalivoimakkuus tai signaaliviive. Sijainninpäättely solukkoverkossa perustuu 35 pitkälti ajoitusennakkotietoon, koska ajoitusennakkotieto on saatavissa suo-

5 11373C

raan verkosta. Näin ollen ajoitusennakkoa käytetään esimerkkinä sijainnin-päättelyssä käytettävästä sijaintiriippuvasta informaatiosta.

Kuten tunnettua, ajoitusennakko ilmaisee, kuinka kaukana tukiasemasta matkaviestin todennäköisesti sijaitsee. Kuvio 1 esittää sijaintiriip-5 puvaa informaatiota, jonka tarjoaa suuntaamattomia soluja hyödyntävä solukkoverkko, kun taas kuvio 2 esittää samaa tilannetta sektorisolujen yhteydessä. Verkko tarjoaa tyypillisesti ajoitusennakkotiedon minimi- ja maksimi-etäisyytenä antennista (Rmjn ja Rmax), jolloin matkaviestin sijaitsee tietyllä todennäköisyydellä näiden rajojen välissä eli viivoitettu alue A kyseisissä ku-10 vioissa muodostaa rajojen erottaman ajoitusennakkovyöhykkeen. Ajoitusennakkotiedon lisäksi verkko tarjoaa solutunnisteen (CID), joka identifioi matkaviestimen sijaintisolun. Tämä informaatio voidaan antaa solun koordinaatteina. Verkko tarjoaa lisäksi tunnisteen matkaviestimen tunnistamiseksi muiden matkaviestimien joukosta sekä mittausajankohtaa indikoivan aikaleiman. 15 Sektorisolujen tapauksessa verkko tarjoaa myös sektori-informaatiota. Täten verkko tarjoaa jokaista sijaintimääritystä kohti parametrijoukon, joka yleensä sisältää seuraavan informaation: solun tunnistetieto kuten tukiaseman koordinaatit, ajoitusennakkotiedon kuten Rmin ja Rmax sekä tunnisteen matkaviestimen tunnistamiseksi muiden matkaviestimien joukosta, mittausajankohdan 20 ilmaisevan aikaleiman sekä mahdollisesti sektori-informaation.

, . Kuvio 3 esittää keksinnönmukaisen järjestelmän avainelementtejä.

t Tässä oletetaan, että matkaviestinverkko on GSM-verkko. Verkon ja matka viestimen välinen kommunikaatio tapahtuu radioteitse tukiaseman (BTS) 31 kautta. Tukiasemat on yhdistetty tukiasemaohjaimiin (BCS) 32. Tavallisesti ] ' 25 yhden tukiasemaohjaimen kontrollissa on useita tukiasemia ja useita tuki- asemaohjaimia on yhdistetty yhteen matkaviestinkeskukseen (MSC) 33, joka huolehtii matkaviestinverkon kytkentätehtävistä. Lisäksi MSC yhdistää mat-: V kaviestinverkon ulkoisiin verkkoihin. Paikantamista varten MSC on yhdistetty GMLC-keskukseen (Gateway Mobile Location Center), joka kerää matkaviesti,; 30 timien sijainti-informaatiota sijaintitietokantaan 35. Kuten edellä mainittiin, GMLC tukee solutunniste- ja ajoitusennakkotietoa ja täten GMLC tarjoaa ku-T vioissa 1 ja 2 mainitun parametrijoukon jokaista sijainnin päättelykertaa koh- :.'-j den.

Matkaviestinverkosta saatavat parametrijoukot käsitellään tark-35 kuuspalvelimella 38, joka vastaanottaa sijaintipyyntöjä ulkopuolisilta kohteilta kuten palvelusovelluksilta, jotka on sijoitettu samaan verkkoon kuin tarkkuus-

6 11373C

palvelin. Kyetäkseen muodostamaan vastaanotetun parametrijoukon perusteella sijaintiestimaatin, tarkkuuspalvelin muodostaa matriisin parametrijoukon perusteella, tai tarkkuuspalvelin noutaa parametrijoukkoa vastaavan matriisin muiden aiemmin muodostettujen ja matriisitietokantaan 39a talletettujen 5 matriisien joukosta. Tarkkuuspalvelin käyttää lisäksi matkaviestinkohtaista historiadataa, joka on talletettu historiatietokantaan 39b. Tämä data käsittää kyseisen matkaviestimen aiempiin parametrijoukkoihin liittyviä matriiseja. Näiden matriisien sisällöstä keskustellaan tuonnempana. Matriisien element-tiarvoja määritettäessä tarkkuuspalvelin voi lisäksi hyödyntää karttatietokan-10 taan 39c talletettua karttainformaatiota, vaikka karttainformaatio ei olekaan välttämätöntä. Sama koskee etukäteen laskettuja matriiseja eli matriisitieto-kanta ei ole välttämätön, vaan nykyistä parametrijoukkoa vastaava matriisi voidaan laskea tosiaikaisesti.

Tarkkuuspalvelimen tarvitsema informaatio parametrijoukkojen 15 käsittelemiseksi voidaan tallettaa myös yhteen tietokantaan. Informaatio talletetaan mielellään tarkkuuspalvelimen yhteyteen, vaikkakin se voidaan hajauttaa verkkoon, johon tarkkuuspalvelin on yhdistetty.

Vastaanottaessaan parametrijoukon tarkkuuspalvelin laskee parametrijoukkoa vastaavan matriisin. Toisaalta, jos matriisit on laskettu etukä-. *.20 teen, tarkkuuspalvelin noutaa kyseiset matriisit tietokannasta 39a ja paramet-: rijoukkoa käytetään hakuavaimena etsittäessä oikeaa matriisia. Matriisi sisäl- tää ηχη elementtiä kunkin elementin kattaessa tietyn maantieteellisen alueen I · t ’ . ja kunkin elementin sisältäessä arvon, joka ilmentää todennäköisyyttä sille, . että matkaviestin sijaitsee kyseisen elementin kattamalla alueella. Kuvio 4 l25 esittää 10x10 elementtiä sisältävästä matriisista. Käytännössä elementtien * · ’···* lukumäärä on paljon suurempi, esimerkiksi 40x40 elementtiä. Jokainen ele mentti vastaa koordinaattiparia Xi/Yi (i=0...9), joka määrittää elementin kat-j V tämän maantieteellisen alueen. Käytännössä jokainen elementtialue voi olla esimerkiksi 25x25 metriä, jolloin 40x40 matriisi kattaisi yhden neliökilometrin 30 alueen. Kuvion esimerkissä elementtiarvot on esitetty prosentteina. Ajoitus-... ennakkovyöhykkeen kattamille elementeille on annettu arvo 100, kun muille *1' elementeille on annettu arvo 0.

• ·

Kuvio 5 esittää tarkkuuspalvelimen suorittamaa estimointia. Kuten i edellä on mainittu, vastaanottaessaan parametrijoukon tarkkuuspalvelin las- 35 kee kyseiseen parametrijoukkoon liittyvän matriisin tai noutaa matriisit tietokannasta 39a käyttäen parametrijoukkoa hakuavaimena (vaihe 51). Jälkim-

7 11373C

mäisessä tapauksessa matriisit on edullisesti muodostettu käyttäen sopivaa kalibrointimenetelmää ja matriisi muodostetaan kalibrointimenetelmän antamien tulosten perusteella. Myös yhdistetty mekanismi on käyttävissä esimerkiksi siten, että etukäteen laskettuja matriiseja voidaan edelleen prosessoida 5 tarkkuuspalvelimella, jotta saadaan aikaan todennäköisyysjakaumaa kuvaava lopullinen matriisi. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tämä prosessointi suoritetaan käyttäen karttainformaatiota matriisin elementtiärvojen muokkaamisessa.

Tässä suoritusmuodossa tarkkuuspalvelin noutaa karttainformaa-10 tion painottaakseen elementtiärvoja noudetun datan avulla. Painotettavat matriisit voivat olla peräisin tietokannasta tai ne voidaan muodostaa tosiaikaisesti tarkkuuspalvelimella. Karttainformaatio viittaa mihin tahansa informaatioon, joka korreloi matkaviestimen sijainnin todennäköisyyden tai matkaviestimen siirtymisen todennäköisyyden kanssa. Tarkkuuspalvelimen käyt-15 tämä karttainformaatio on edullisesti sellaisten karttamatriisien muodossa, jotka vastaavat parametrijoukkojen perusteella muodostettuja matriiseja, paitsi että karttamatriiseissa kukin yksittäinen elementti ilmaisee elementin kattaman maanpinnan tyypin. Maanpintatyyppien luokittelu voi olla yksinkertainen kuten tie, metsä, joki jne., missä kuhunkin tyyppiin on liitetty jokin pai-20 noarvo. Toiset tyypit ovat voimakkaampia kuin toiset. Jos esimerkiksi tie kulkee metsän läpi, tilaaja kulkee todennäköisemmin tietä pitkin kuin metsän , / kautta, joten elementin tyyppi asetetaan ’’tieksi”. Karttamatriisi voidaan muo- ‘ , dostaa tosiaikaisesti karttatietokannasta noudetusta informaatiosta tai tieto kannan informaatio voi olla matriisimuotoista.

»

• I I « I

[ * 25 Tämän jälkeen vastaanotetun parametrijoukon perusteella muo- dostetun matriisin elementtiarvot painotetaan kyseessä olevan maanpinnan-tyypin mukaisesti (vaihe 53), jolloin saadaan painotettu matriisi. Myös edelli- • V nen matriisi, joka on muodostettu saman matkaviestimen edeltävästä para- metrijoukosta, haetaan historiatietokannasta 39b ja matriisi syötetään päivi- _ 30 tysprosessille. Tässä yhteydessä edellistä matriisia nimitetään myös histo- » * riamatriisiksi. Päivitysprosessissa (vaihe 54) matkaviestimen arvioidun siirty-misen vaikutus sijaintijakaumaan otetaan huomioon levittämällä edellisen · matriisin todennäköisyysjakauma siirtymisdatan mukaisesti. Tämä operaatio perustuu tietoon matkaviestimen liikkeestä kuten esimerkiksi nopeus- ja/tai 35 suuntatietoon. Karttakorjausta yhdistettynä siirtymisdataan voidaan käyttää tarkempien tulosten saavuttamiseksi. Jos mitään tietoa siirtymisestä ei ole

8 11373C

saatavissa, todennäköisyysjakauma levitetään tasaisesti kaikkiin suuntiin. Päivitysprosessin tuloksena saadaan levitetty historiamatriisi.

Nykyinen matriisi ja levitetty historiamatriisi syötetään yhdistävälle prosessille, missä saman kokoinen yhdistetty matriisi määritellään tiettyjen 5 sääntöjen (vaihe 55) mukaisesti. Tällöin ainakin yksi sijaintiestimaatti lasketaan yhdistetyn matriisin perusteella (vaihe 56). Lisäksi yhdistetty matriisi syötetään historiatietokantaan, missä se korvaa edellisen matriisin eli seuraa-valla kerralla noudetaan edellinen matriisi ja edellisen parametrijoukon yhteydessä laskettu yhdistetty matriisi saadaan edellistä matriisia päivitettäes-10 sä.

Kuvio 6 esittää edellisen matriisin päivittämistä, missä edellisen matriisin arvoja päivitetään matkaviestimen oletetun siirtymisen mukaisesti. Päivitysprosessi sisältää yhden tai useamman laskentakierroksen. Jokaisen kierroksen aikana historiamatriisin sisältämä todennäköisyysjakauma levite-15 tään ainakin kerran. Prosessi käyttää kolmea parametria, jotka määrittävät, kuinka monta kierrosta tarvitaan. Parametrit ovat n, T ja T1, missä n ilmaisee edellisestä päivitysprosessista kuluneen ajan (eli matkaviestimen edellisestä sijaintiestimaatista kulunut aika) ja T1 on sovitettu aikaväli, joka on johdettu T:stä joka kerta kun matriisia levitetään.

:·. 20 Prosessi muodostaa aluksi n1xn1 peruskertoimet wy, joita käyte- j , , tään levitysprosessissa (vaihe 60). Tässä esimerkissä n1=3 ja kaikki kertoi- » » 'LV met saavat arvon 1 seuraavasti: ♦ » » wmj-i "Wil p 1 r I W = W,--1 J W,J W,+U =111·

Lw'-1,/+| WU*1 *WiJ h 1 !.

Parametrille annetaan sitten arvo nolla (vaihe 61), koska mitään 25 levitystä ei ole vielä suoritettu ja arvo T1 johdetaan arvosta T (vaihe 62).

Peruskertoimet sovitetaan sitten matkaviestimen siirtymis-informaation kuten suunta ja nopeus perusteella (vaihe 63). Karttainformaa-tiota voidaan myös hyödyntää määritettäessä sovitettuja estimaatteja. Tässä **·. esimerkissä oletetaan, että matkaviestin siirtyy suoraan itään, joten sovitetut * ’ ” 30 kertoimet w’ij ovat seuraavat: η',-ι.,-ι w/,./-1 w /+1,/-1 1 1 0 I » , , , W' = W/-1,/ Wij Wi+\J =110.

^/-1,/+1 Wij+1 TV /+1,7 + 1 110 9 113730

Hajautusprosessissa sovitettuja kertoimia käytetään sitten sovittamaan jokaisen historiamatriisin elementin ek.i arvo seuraavasti (vaihe 64): /+1 ,/+i Σ V _ k=i-\ l=j-l_

*' M

missä Ekj on hajautusmatriisin elementtiarvo ja M on nollasta 5 poikkeavien sovitettujen kertoimien summa. Hajautusmatriisi saadaan siten, että jokainen edellisen matriisin elementtiarvo korvataan elementin ja sen nollapainosta poikkeavien naapurielementtiarvojen painotetulla keskiarvolla. Käytännössä kunkin elementin sovitettuun arvoon vaikuttavien elementtien lukumäärä voi olla suurempi, esimerkiksi 16 (4x4 arvoa) tai 25 (5x5 arvoa).

10 Ensimmäisen levityskierroksen jälkeen tarkkuuspalveiin testaa, onko T yhä suurempi kuin nolla ja n pienempi kuin ennalta määritetty raja Hmax (vaihe 65). Jos näin on, edellä kuvatut vaiheet 63 ja 64 toistetaan. Jokaisen uuden kierroksen alussa parametrin n arvoa kasvatetaan yhdellä (vaihe 66) ja parametrin T1 arvo johdetaan parametrin T nykyisestä arvosta (vai- 15 he 62). Uusi matriisi lasketaan niin kauan kun T pysyy suurempana kuin nolla ja n pienempänä kuin ennalta määritelty raja nmax-

Lisäksi huomautetaan, että samoin kuin vaiheessa 63, perusker- :·. toimien sovittaminen siirtymisinformaation perusteella suoritetaan vain kerran : .·. jokaista päivitysprosessia kohti (eli kerran jokaista vaihetta 54 kohti). Kartta- • * # 20 informaation mukaisesti suoritettava sovittaminen tulee suorittaa erikseen jo- ‘ . kaiselle matriisielementille jokaisen levityskierroksen aikana, koska sovituk- * *»· # sessa käytettävä karttainformaation on elementtikohtaista eli riippuvainen elementin määrittämästä alueesta.

Kuvio 7 esittää, miten kuvion 4 matriisi on muuttunut yhden levi- 25 tyskierroksen jälkeen käytettäessä peruskertoimia. Tässä tapauksessa ei so-\ velleta mitään suuntapohjaista painotusta, vaan oletetaan, että kaikki suun- nat on yhtä todennäköisiä. Kuten kuviosta voidaan nähdä, todennäköisyysja->t’ . kauma on levitetty, sillä nollasta poikkeavan arvon sisältävien elementtien lukumäärä on kasvanut 17:sta 45:een.

30 Kuvio 8 esittää, miten kuvion 4 matriisi on muuttunut yhden levi- tyskierroksen jälkeen käytettäessä edellä kuvattuja sovitettuja kertoimia. Tässä tapauksessa oletetaan, että matkaviestin liikkuu itään. Tällöin nollasta poikkeavan arvon sisältävien elementtien lukumäärä on kasvanut 37:ään.

10 113730

Karttainformaation hyödyntäminen levitysprosessissa tarkoittaa esimerkiksi sitä, että todennäköisyydet leviävät nopeammin teitä pitkin kuin metsässä.

Levitetty historiamatriisi ja nykyinen matriisi voidaan yhdistää usealla eri tavalla. Tiettyä aluetta vastaa kuitenkin aina kaksi todennäköi-5 syysarvoa A ja B, joista toinen on peräisin nykyisen matriisin kyseistä aluetta vastaavasta elementistä ja toinen on peräisin levitetyn matriisin kyseistä aluetta vastaavasta elementistä. Yhdistämisprosessissa (vaihe 55) näiden kahden elementin perusteella päätellään yhdistetyn matriisin uusi elementti-arvo. On ainakin kolme mahdollista tapaa päätellä yhdistetyn matriisin kukin 10 elementtiarvo: 1. lasketaan kahden arvon summa eli A+B, 2. lasketaan kahden arvon painotettu summa eli rxA+(1-r)xB, 3. valitaan arvo, joka on suurin eli max{A, B}.

Edellä mainittu yhdistetty matriisi, joka on muodostettu yhdellä 15 edellä kuvatulla tavalla, on uusi historiamatriisi.

Yhdistetyn matriisin arvojen perusteella myös lopullinen estimaatti tai estimaatit voidaan päätellä erilaisilla tavoilla. Ainakin seuraavat tavat ovat mahdollisia: 1. Sijaintiestimaatiksi valitaan korkeimman arvon omaavan ele-... 20 mentin koordinaattiarvot.

.·. 2. Sijaintiestimaatiksi valitaan elementtiarvojen painovoiman kes- .··.’ kustan koordinaattiarvot. Painovoiman keskusta viittaa tässä (halutulla tavalla _ (. laskettuun) elementtiarvojen keskiarvoon.

. 3. Tutkitaan tiettyä aluetta, joka saadaan edellisen estimaatin ja 25 nopeuden ja/tai suunnan perusteella. Sitten sijaintiestimaatiksi valitaan alu-’···’ eella sijaitseva elementti, joka sisältää korkeimman arvon. Toinen vaihtoehto on valita sijaintiestimaatiksi kyseisen alueen elementtiarvojen painovoiman

I · I

:keskustan koordinaatit.

4. Paikalliset keskiarvot voidaan laskea halutun kokoisille element-30 tiryhmille. Esimerkiksi keskiarvot voidaan laskea 100x100 m2 kokoisille pai- .···. kallisalueille ja korkeimman keskiarvon omaavan paikallisalueen keskipiste

• I

voidaan valita sijaintiestimaatiksi. Paikallisalueen muoto voi myös olla jokin :· i muu kuin neliö kuten esimerkiksi ympyrä.

• · 5. Sijaintiestimaattien ympärille piirretään ennalta määrätyn muo-35 toiset alueet kuten esimerkiksi ympyrät, kunkin alueen peittäessä tietyn osuu- 11 113730 den kaikkien elementtien kokonaissummasta. Sitten kandinaatiksi valitaan pinta-alaltaan pienin alue.

Paras vaihtoehto voidaan valita testaamalla järjestelmää halutussa ympäristössä ja etsimällä vaihtoehto, jolla saavutetaan parhaat tulokset.

5 Seuraavaksi keskustellaan nykyiseen parametrijoukkoon liittyvän matriisin muodostamisesta (vaihe 51). Kuten edellä mainittiin, matriisi voidaan muodostaa suoraan parametrijoukon perusteella reaaliajassa, tai se voidaan hakea etukäteen muodostettujen matriisien joukosta käyttäen para-metrijoukkoa hakuavaimena. Kolmas vaihtoehto on käyttää näiden kahden 10 menetelmän kombinaatiota.

Kun matriisi muodostetaan tosiaikaisesti parametrijoukosta, parametrijoukon geometrinen vastine eli parametrijoukon määrittämä alue voidaan asettaa päällekkäin kyseisen alueen kattavan tyhjän matriisin kanssa. Kuvio 9 havainnollistaa tätä esittämällä Ajoitusennakkovyöhykkeen 90 15 asetettuna 7x7 matriisin päälle. Kuhunkin elementtiin asetetaan sitten arvo, joka on suoraan verrannollinen osuuteen, jonka kyseinen vastine peittää elementin alueesta. Kuvion 9 esimerkissä arvot vaihtelevat yhdestä (ei peittoa) kymmeneen (täysi peitto). Nämä arvot voidaan sitten sovittaa käyttäen karttainformaatiota. Vaihtoehtoisesti kaikkiin geometrisen vastineen . ·.. 20 kanssa päällekkäisiin elementteihin voidaan asettaa arvo yksi, kun taas loput ; elementeistä, joilla ei ole peittoa, saavat arvokseen nollan.

* * · «

Kun matriisi haetaan etukäteen muodostettuja matriiseja sisältä-västä tietokannasta, on suositeltavaa mitata sen hetkinen todennäköisyysja- • · , . kauma sopivan mekanismin kuten GPS:n avulla. Tässä tapauksessa matrii- 25 sin elementit indikoivat todellisen ympäristön etukäteen mitattua todennäköi-syysjakaumaa. Parametrijoukot, jotka ovat oleellisesti samat eli joilla on halutulla tarkkuudella samat arvot, assosioituvat samaan matriisiin.

: Kolmas vaihtoehto, joka yhdistää edellä mainittuja mekanismeja voisi olla sellainen, että etukäteen laskettua matriisia käytetään aina, kun se ....: 30 on mahdollista, kun taas matriisi lasketaan tosiaikaisesti vain mikäli yhtään etukäteen laskettua matriisia ei ole saatavissa. Tämä siitä syystä, että etukä-teen määritelty matriisi esittää todennäköisesti luotettavamman käsityksen :.’i todennäköisyysjakaumasta.

Vaikka edellä keksintö kuvattiinkin viittauksin oheisiin piirroksiin, on 35 ilmeistä, että keksintö ei ole rajoittunut niihin, vaan keksintö on alan ammattilaisten muokattavissa poikkeamatta keksinnön piiristä ja hengestä. Keksin-

12 1 1373C

nön yksinkertaistetussa muodossa ei käytetä mitään kartta- tai suuntainfor-maatiota eli todennäköisyysjakauma hajautetaan tasaisesti kaikkiin suuntiin. Prosessoitaessa nykyistä matriisia voidaan käyttää useampaa kuin yhtä his-toriamatriisia. Käytettäviä verkkoelementtejä voidaan myös vaihdella. Esi-5 merkiksi parametrijoukko voidaan noutaa mistä tahansa verkkoyksiköstä, josta on niihin pääsy ja menetelmän vaiheet voidaan hajauttaa eri verkkoelementtien kesken. Tulevaisuudessa matkaviestin saattaa suorittaa yhden tai useamman menetelmävaiheen. Riippuen parametrijoukon sisällöstä matkaviestin saattaa tarvita ulkopuolista informaatiota kyetäkseen muodostamaan 10 matriiseja ja kyetäkseen suorittamaan menetelmävaiheita.

* · • * * · * · ♦ ·

* I I

t » * » • · f · * ·

• I

I * · * I ·

I

Claims (15)

13 1 13730

1. Menetelmä matkaviestimien paikantamiseksi matkaviestinverkossa , menetelmän käsittäessä seuraavat vaiheet: vastaanotetaan sijaintiriippuvainen parametrijoukko kunkin para-5 metrijoukon käsittäessä ainakin yhden parametrin, joka ilmentää yksittäisen matkaviestimen sijaintia ja määritetään sijaintiestimaatti vastaanotetulle parametrijoukolle si-jaintiestimaatin ilmaistessa vastaavan matkaviestimen sijaintia; menetelmän ollessa tunnettu siitä, että 10 jokaiselle yksittäiselle parametrijoukolla määritetään kyseistä mat riisia vastaava joukko, matriisin käsittäessä lukuisia elementtejä, kunkin elementin liittyessä tiettyyn maantieteelliseen alueeseen ja sisältäessä arvon, joka ilmentää matkaviestimen sijainnin todennäköisyyttä kyseisellä alueella; talletetaan ainakin yksi matkaviestimelle muodostettu matriisi ja 15 vasteena toiselle, seuraavaksi vastaanotettavalle matkaviestimen parametrijoukolle, - päivitetään ainakin yhtä matkaviestintä varten talletettua matriisia - määritetään sijaintiestimaatti toista parametrijoukkoa vastaa- i\. 20 van matriisin elementtien perusteella ja ainakin yhden päivitettyjä arvoja mat- ! riisin elementtien perusteella.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä 1, tunnettu siitä, että * t ...: määrittelyvaihe sisältää - vastaanotettua toista parametrijoukkoa vastaavan matriisin ele- • · 25 menttiarvojen ja ainakin yhden päivitettyjä arvoja sisältävän matriisin ele-menttiarvojen yhdistämisen ennalta määrättyjen sääntöjen mukaisella tavalla, minkä tuloksena saadaan yhdistetty matriisi ja • ·' - määritetään sijaintiestimaatti yhdistetyn matriisin perusteella.

3. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tu n nettu siitä, että 30 talletusvaihe sisältää yhdistetyn matriisin arvojen päivittämisen .···. matkaviestimen seuraavan parametrijoukon vastaanottamisen yhteydessä.

4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päivitysvaihe sisältää arvojen päivittämisen toistuvasti toisiaan seuraavilla •V·: laskentakierroksilla, missä laskentakierroksella saadut päivitysarvot päivite- 35 tään seuraavalla laskentakierroksella. 14 11373C

5. Vaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskentakierrosten lukumäärä on suoraan verrannollinen kuluneeseen aikaan, jolloin suoritettiin edelliseen matkaviestimen parametrijoukkoon liittyvä päivitys.

6. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostamisvaihe sisältää kyseisten arvojen painottamisen kyseisten maantieteellisten alueiden maanpintatyyppien perusteella.

7. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päivitysvaihe sisältää kyseisten arvojen päivittämisen ainakin yhdessä matrii- 10 sissa matkaviestimen liikkumista ilmentävän informaation perusteella.

8. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päivitysvaihe sisältää kyseisten arvojen päivittämisen ainakin yhdessä matriisissa kyseisten maantieteellisten alueiden maanpintatyyppiä ilmentävän kart-tainformaation perusteella.

9. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostamisvaihe sisältää matriisin laskemisen vasteena parametrijoukon vastaanottamiselle.

10. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostamisvaihe sisältää: 20. lasketaan useita matriiseja etukäteen, ' - kytketään kunkin matriisi ainakin yhteen parametrijoukkoon ja * · :·; vasteena parametrijoukon vastaanottamiselle noudetaan kyseisen ,,,.: parametrijoukon matriisi. * · ,, _ . 11. Järjestelmä matkaviestimien paikantamiseksi matkaviestinver- 25 kossa järjestelmän käsittäessä: * · ·'*’ ensimmäiset välineet parametrijoukkojen vastaanottamiseksi, kun kin parametrijoukon sisältäessä ainakin yhden yksittäisen matkaviestimen sijaintia ilmentävän parametrin ja toiset välineet sijaintiestimaatin etsimiseksi vastaanotetulle para- 30 metrijoukolla, sijaintiestimaatin sisältäessä matkaviestimen sijainnin, ,···. tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää kolmannet välineet parametrijoukkoa vastaavan matriisin muodos-*· ': tamiseksi matriisin käsittäessä useita elementtejä, kunkin elementin ollessa :.’ i liitetty tiettyyn maantieteelliseen alueeseen ja sisältäessä arvon, joka ilmen- 35 tää matkaviestimen sijainnin todennäköisyyttä kyseisellä alueella ja is 11373C neljännet välineet ainakin yhden matkaviestimelle muodostetun matriisin tallettamiseksi, missä toiset, matkaviestimen vastaanotettua parametrijoukkoa varten tarkoitetut välineet on sovitettu (a) päivittämään ainakin yhden matka-5 viestintä varten talletetun matriisin arvoja sekä (b) päättelemään sijaintiesti-maatti vastaanotettua parametrijoukkoa vastaavan matriisin elementtiarvojen perusteella ja päivitettyjä arvoja sisältävien matriisin elementtiarvojen perusteella.

12. Matkaviestin matkaviestinverkkoa varten, matkaviestimen kä- 10 sittäessä: ensimmäiset välineet parametrijoukon vastaanottamiseksi, kunkin parametrijoukon sisältäessä ainakin yhden parametrin, jonka arvo on riippuvainen matkaviestimen sijainnista matkaviestinverkossa ja toiset välineet sijaintiestimaatin etsimiseksi vastaanotetulle para-15 metrijoukolle, sijaintiestimaatin ilmentäessä matkaviestimen sijaintia, tunnettu siitä, että matkaviestin käsittää kolmannet välineet ainakin yhden matriisin tallettamiseksi matkaviestimeen, matriisin käsittäessä useita elementtejä kunkin elementin liittyessä tiettyyn maantieteelliseen alueeseen ja sisältäessä arvon, joka ilmentää ; 20 matkaviestimen sijainnin todennäköisyyttä kyseisellä alueella, : ·. missä toiset, matkaviestimen vastaanotettua parametrijoukkoa , ·’ varten tarkoitetut välineet on sovitettu (a) päivittämään ainakin yhden matka- . >; viestintä varten talletetun matriisin arvoja sekä (b) päättelemään sijaintiesti- maatti vastaanotettua parametrijoukkoa vastaavan matriisin elementtiarvojen ‘ 25 perusteella ja päivitettyjä arvoja sisältävien matriisin elementtiarvojen perus- teella

13. Vaatimuksen 12 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että ; matkaviestin käsittää lisäksi välineet vastaanotettua parametrijoukkoa vas- :taavan matriisin muodostamiseksi.

14. Vaatimuksen 12 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että * · matkaviestin käsittää lisäksi välineet vastaanotettua parametrijoukkoa vas-• ^ taavan ennalta määritetyn matriisin vastaanottamiseksi matkaviestin- . ί verkosta.

15. Tietokoneohjelmatuote, joka on talletettu tietokoneen luettavis- 35 sa olevalle talletusvälineelle, tuotteen ollessa sovitettu suorittamaan vaatimuksen 1 vaiheet, kun tuote on suorituksessa tietokoneella. 113730