大连理工大学硕士学位论文
目录
摘要.............................................................................................................................I Abstract..............................................................................................................................II 1绪论 (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2课题研究现状 (2)
1.2.1基于GPS数据的定位研究 (2)
1.2.2基于非GPS数据的定位研究 (4)
1.3论文主要工作 (4)
1.4论文主要架构 (5)
2相关平台和技术介绍 (7)
2.1LTE（Long Term Evolution）信令数据 (7)
2.2OpenStreetMap (8)
2.3隐式马尔科夫模型 (8)
2.4滤波算法 (10)
3移动定位算法框架与数据准备 (12)
3.1用户数据获取 (13)
3.1.1利用RSRP去除静止数据 (14)
3.1.2利用滤波去除TA数据中的噪声数据 (16)
3.2地图数据获取 (18)
3.2.1OSM数据结构 (19)
3.2.2OSM数据提取与转化 (20)
3.3基站数据获取 (22)
3.3.1获取基站位置坐标 (22)
3.3.2获取基站覆盖角度范围 (24)
3.4小结 (25)
4移动定位算法设计与实现 (26)
4.1利用TA数据进行移动定位的挑战 (26)
4.2计算用户候选路段 (27)
4.3转移概率估计 (31)
4.4维特比解码算法 (36)
4.5LTETrack算法整体流程 (38)
-III-
基于LTE信令数据的移动定位算法研究
4.5.1数据输入 (38)
4.5.2计算道路匹配与用户当前位置 (39)
4.5.3输出数据后处理以及显示 (40)
5算法性能测试与评估 (41)
5.1静止点分类精度评测 (41)
5.1.1分类精度评测标准 (41)
5.1.2静止点分类整体精度 (41)
5.2轨迹匹配精度评测 (43)
5.2.1轨迹匹配精度评价标准 (43)
5.2.2LTETrack算法整体精度 (44)
5.2.3几项重要优化对算法精度的提升评估 (46)
5.3移动定位精度评测 (50)
结论 (52)
参考文献 (53)
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 (56)
致谢 (57)
大连理工大学学位论文版权使用授权书 (58)
-IV-
大连理工大学硕士学位论文
-1-1绪论1.1课题研究背景
近年来，随着我国国民经济的高速发展，手机用户数量也随之快速增长，其中装载着大量内置传感器的智能手机已成为主流，在这个背景下，利用移动终端进行地理定位是近年来移动通信应用发展的新方向[1]。移动定位服务利用了移动终端设备的便携性和流动性等特点，配合移动终端内置传感器数据，确定移动终端用户所在的地理位置(经纬度坐标等)，从而提供用户所需的位置信息，并根据用户的位置提供相关地理信息服务[2]。
目前的移动定位研究主要基于全球定位系统[3](Global Positioning System ，GPS)，GPS 的构想始于六十年代，到了七十年代初美国又建成第二代GPS ，该系统包括二十四颗卫星，(二十一颗主用，三颗备用)能够提供三维位置、速度、时间等信息以及连续二十四小时全球范围内服务的高精度定位系统。虽然GPS 定位具有很高的普适性和相对较高的精确度，但是也存在一些固有的误差，特别是在交通环境复杂的大都市下，GPS 定位数据的误差会达到30m 以上[4]。此外，使用GPS 进行定位需要一些额外的能量消耗，如果要在车流量大，交通环境复杂，拥堵情况严重的环境下大规模使用GPS 数据进行定位，不仅定位精度无法得到保证，还会造成巨大的能量消耗。最后，虽然目前大部分手机和汽车上都转载有GPS 芯片，但是其中仅有少数设备处于长期打开状态，很难适用于大规模应用场景。所以仅用GPS 数据进行定位具有一定的局限性，难以满足大规模的应用需求[5]。
除了GPS 数据，目前许多定位算法都将手机传感器数据（如惯性传感器，重力传感器等）与GPS 数据相结合，试图得到更精确的定位结果，但是这些方法虽然可以得到非常精确的定位结果，但是需求的资源太多，且很难收集大规模数据，依然无法适用于大规模的使用场景。
截止至2017年的数据统计，世界手机用户已突破40亿，其中有超过10亿的4G 用户，大规模的用户通话产生了巨大的数据量[6]。其中存在一种数据被称为LTE 信令数据，这种数据在移动设备和蜂窝塔(也被称为基站)之间交换，并且满足通信标准。
相对于GPS 数据和手机传感器数据，LTE 信令数据具有以下优势：
（1）成本低廉：各大运营商初期拥有的通信基站和网络设备均已保存了相关数据，不需要额外提供设备进行采集，只需要专用的采集设备即可采集到需要的数据。