（中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，重慶 401336）

車聯(lián)網(wǎng)基站定位糾偏算法研究

王明儒，阮詳兵

（中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，重慶 401336）

當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)終端普遍采用GPS/LBS雙模定位，定位精度依賴于終端上報(bào)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)終端在隧道、車庫或者周邊基站稀疏情況下，LBS定位會出現(xiàn)較大誤差。本文針對上述問題，提出了一種基站定位的糾偏算法。該算法依據(jù)終端上報(bào)的歷史數(shù)據(jù)對當(dāng)前上報(bào)位置做偏差認(rèn)定及趨勢分析，從一定程度上減小了定位偏差，提高了定位精度。

車聯(lián)網(wǎng)；基站定位；糾偏

1 引言

車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要領(lǐng)域之一，在改善人們的生活出行等方面具有切實(shí)的意義。位置數(shù)據(jù)是車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，給用戶提供實(shí)時(shí)位置和歷史軌跡的服務(wù)，位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將直接影響用戶的使用體驗(yàn)。

目前車聯(lián)網(wǎng)終端普遍采用GPS/LBS雙模定位，當(dāng)終端在室外等GPS信號強(qiáng)度高的情況下，采用精度較高的GPS定位；當(dāng)終端在地下車庫、隧道或天氣狀況不好等無法進(jìn)行GPS定位時(shí)，采用基站定位。終端按照一定的頻率采集位置數(shù)據(jù)，并上報(bào)至車聯(lián)網(wǎng)平臺。

在GPS/LBS雙模定位下，基站定位數(shù)據(jù)是位置數(shù)據(jù)的重要組成部分?；径ㄎ槐旧硎苡绊懙囊蛩睾芏?，通過基站定位獲取的位置信息經(jīng)常偏差很大，對基站定位數(shù)據(jù)的糾偏能夠進(jìn)一步提供數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，能夠?yàn)橛脩籼峁└鼫?zhǔn)確的位置服務(wù)。

基站定位數(shù)據(jù)的糾偏方式很多，本文主要描述在依賴的數(shù)據(jù)有限的情況下，使用歷史GPS定位數(shù)據(jù)、車輛速度、時(shí)間間隔和本次基站定位數(shù)據(jù)來對基站位置進(jìn)行偏差分析和位置糾偏。

2 基站定位糾偏的必要性

2.1 基站定位

基站定位又叫LBS（Location Based Service， 移動位置服務(wù)）， 它是通過電信移動運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)）獲取移動終端用戶的位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)）。簡而言之，基站定位就是利用與基站的距離的測算距離來確定位。

2.2 基站定位糾偏的必要性

車聯(lián)網(wǎng)基站定位的精度受諸多因素的影響，總結(jié)起來主要是有如下3種情況。

（1）基站密度?。喝缃K端在郊區(qū)或農(nóng)村使用，基站定位精度在50～500 m，偏遠(yuǎn)地址可能導(dǎo)致定位精度更差；

（2）基站信號較差：如終端在地下車庫或者隧道，基站定位的精度較差；

（3）偽基站：終端接收偽基站定位數(shù)據(jù)，可能直接導(dǎo)致定位位置完全錯(cuò)誤。

在上述情況下，車聯(lián)網(wǎng)終端采集到的基站位置信息偏差較大。當(dāng)車聯(lián)網(wǎng)平臺使用該位置作為用戶的實(shí)時(shí)位置時(shí)，會給用戶體驗(yàn)帶來較大影響。為改善用戶體驗(yàn)，車聯(lián)網(wǎng)云平臺有必要對于終端上報(bào)的基站位置進(jìn)行偏差評估，并對偏差較大位置信息進(jìn)行糾偏操作。

3 車聯(lián)網(wǎng)基站定位糾偏算法

車聯(lián)網(wǎng)基站定位糾偏算法是為了解決車聯(lián)網(wǎng)終端采集的基站定位位置偏差過大或基站位置信息錯(cuò)誤的問題，旨在無法保證基站密度或信號量強(qiáng)度的情況下，利用車聯(lián)網(wǎng)終端上報(bào)的歷史位置數(shù)據(jù)與當(dāng)前上報(bào)的基站位置信息，通過幾何模型對當(dāng)前位置進(jìn)行偏差認(rèn)定及位置分析，計(jì)算出當(dāng)前車輛的最優(yōu)位置，從而實(shí)現(xiàn)基站定位的糾偏。

3.1 糾偏模型

基站定位糾偏模型是結(jié)合上次上報(bào)的定位數(shù)據(jù)與當(dāng)前基站定位數(shù)據(jù)做幾何模型計(jì)算，確定當(dāng)前定位點(diǎn)是否在誤差校正范圍內(nèi)。如果在誤差校正范圍內(nèi)，則認(rèn)為當(dāng)前定位點(diǎn)精度較好，采用當(dāng)前定位點(diǎn)；如果在誤差校正范圍外，則當(dāng)前定位點(diǎn)誤差較大，校正當(dāng)前定位點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)。如圖1所示，其中：

P：車輛上一次有效定位點(diǎn)；

P0：糾偏基準(zhǔn)點(diǎn)；

P1：當(dāng)前上報(bào)基站定位點(diǎn)1；

圖1 糾偏模型圖示

P2：當(dāng)前上報(bào)基站定位點(diǎn)2；

以點(diǎn)P為圓心的圓：誤差校正范圍。

3.2 糾偏算法

基站定位糾偏模型的核心為基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)(P0)及基準(zhǔn)距離（P， P0）的確定，基準(zhǔn)距離及基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算是以終端上次定位點(diǎn)（P）、上次定位點(diǎn)速度（v）、行駛方向（d）及兩次定位時(shí)間差（Δt）為元數(shù)據(jù)做幾何計(jì)算。

3.2.1 偏差認(rèn)定

本糾偏算法的假設(shè)條件是終端在兩次采集位置數(shù)據(jù)時(shí)，車輛以勻速或基本勻速行駛。因此可使用車輛上次的運(yùn)行速度和兩次上報(bào)位置的時(shí)間差相乘作為偏差認(rèn)定的基準(zhǔn)距離。

基準(zhǔn)距離的計(jì)算公式為：

基準(zhǔn)距離為基站定位偏差認(rèn)定的依據(jù)。終端上報(bào)的基站位置在基準(zhǔn)距離范圍之內(nèi)時(shí)，可認(rèn)定定位偏差較??；基站位置在基準(zhǔn)距離范圍之外時(shí)，可認(rèn)定偏差較大，需要進(jìn)行糾偏操作。

3.2.2 糾偏算法

糾偏算法的目標(biāo)是糾正偏差較大的定位位置，糾偏后的位置需滿足基準(zhǔn)距離要求。

基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)(xP0，y P0)的計(jì)算公式為：

基準(zhǔn)點(diǎn)的確定為糾偏算法的目標(biāo)。當(dāng)終端上報(bào)的基站位置被認(rèn)定為偏差較大時(shí)，通過上述公式計(jì)算出基準(zhǔn)點(diǎn)位置，并將基準(zhǔn)點(diǎn)位置作為本次的實(shí)時(shí)位置。

以圖1所示定位點(diǎn)為例，如果兩次定位距離差（P，P2）大于基準(zhǔn)距離（P，P0），當(dāng)前定位點(diǎn)（P2）在偏差校正范圍外，則認(rèn)為基站定位誤差較大，校正當(dāng)前定位點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)（P0）；如果兩次定位距離差（P，P1）小于基準(zhǔn)距離（P，P0），當(dāng)前定位點(diǎn)（P1）在誤差校正范圍內(nèi)，則認(rèn)為基站定位精度較好，采用當(dāng)前基站定位點(diǎn)（P1）。

3.3 糾偏精度評估

在章節(jié)2.2所述條件下，基站定位的定位精度可能在千米以上，甚至無法預(yù)估。在本糾偏算法的模型中，基站定位的精度可縮減至圖1所示的圓中。以車輛速度為60 km/h，車聯(lián)網(wǎng)終端上次定位與本次定位時(shí)間差為5 s為例，定位精度為83 m（(60 km/h)/ 3 600×1 000×5 s）。以車輛的速度區(qū)間為[30， 120]為例，基站定位精度縮減至[42， 250]。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，可大幅提高車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的終端定位精度。

3.4 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

基站定位糾偏算法提供了一種僅依賴于歷史定位數(shù)據(jù)進(jìn)行位置糾偏的幾何模型，本糾偏算法主要有如下2個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：第一，本糾偏算法不依賴外部條件的改變，即不依賴于現(xiàn)有基站設(shè)施的增加、基站信號強(qiáng)度的增強(qiáng)、車輛周邊有偽基站存在等；第二：本糾偏算法對于車輛行駛在在特定環(huán)境（隧道、地下車庫、郊外等）下的定位精度有明顯的提高。

4 結(jié)束語

車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的迅猛發(fā)展，對車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和精確性有了進(jìn)一步的提高。位置數(shù)據(jù)作為車聯(lián)網(wǎng)的核心數(shù)據(jù)之一，其精度影響到業(yè)務(wù)流程的構(gòu)建和用戶的使用體驗(yàn)。本文闡述了一種基于歷史定位數(shù)據(jù)和幾何模型構(gòu)建的糾偏算法，在不改變外部條件的情況下，通過本糾偏算法和終端采集的位置數(shù)據(jù)能夠顯著提高基站定位的精度，通過簡單實(shí)惠的辦法為用戶提供更好的位置服務(wù)。

[1] 焦海松，李鋒，張松，等. 單基站差分GPS定位精度的分析與檢驗(yàn)[J]. 全球定位系統(tǒng), 2009,34(1):5-9.

[2] 趙鳴翔. 蜂窩移動通信系統(tǒng)單基站定位技術(shù)研究[D]. 成都：西南交通大學(xué), 2009.

Research on rectification algorithm of base location in Internet of Vehicle

WANG Ming-ru, RUAN Xiang-bing
(China Mobile IoT Company Limited, Chongqing 401336, China)

The current IoV terminal commonly used GPS/LBS dual-mode positioning. Positioning accuracy depends on the base data reported by the terminal. When the terminal in the tunnel, garage or peripheral base station sparse situation, LBS positioning will appear larger error. This paper propose a rectif i cation algorithm of location based service. The algorithm is based on the historical data reported by the terminal to identify the location of the current deviation and trend analysis. To some extent, the positioning error is reduced and accuracy is improved.

IoV; base location; rectif i cation

TP393

A

1008-5599（2017）05-0034-03

2017-04-10