2014 交通运输系统工程与信息

本文提出混合地图匹配算法，通过对车载手机行驶在不同的路网时所产生的基站切换数据信息，进行地图匹配

1 混合地图匹配算法

1.1 基站切换 & 数据库

1.1.1 基站切换

• 手机注册到通信网络后，随着 车辆的移动，车载手机逐渐远离当前服务基站
  • 这会导致手机接收到的基站信号强度逐渐下降
  • 当信号强度低于预先设定的阈值时，通信网络会将手机的连接信号从当前的服务基站转移到另一个信号强度较高的基站，从而保证通信服务的质量
  • 这个过程就是基站切换现象
• 切换一般发生在两个基站边缘交界的地方，车载手机在道路上运行的时候会获取到切换序列
  • 定义某次切换的两个基站序号组成一个切换对
  • 从A基站服务范围进入B基站服务范围时，会发生一次切换，记为A→B

1.1.2 数据库

• 如果有很多组轨迹数据，那么可能有不同的路段组合都产生A→B的切换信号
  • ——>因此给每个基站切换对设定频率字段，该 频率代表切换对在对应路段上的可能性
  • 比如A→B的切换信号的可能的m种 路段组合为 ，每条道路的发生频率为，计算方式为：
    • 
      • 是切换对A→B是第i种路段组合导致的概率
      •  是切换对A→B是第i种路段组合导致的次数
      • 是出现切换对A→B的总次数
• 最终形成的数据库的一部分如下：
  • 
    • 中括号内的第一项是路段组合，第二项是发生的频率

1.2 混合地图匹配算法

假设出行轨迹为L1->L2->L3->L4->L5，基站切换序列为A->B->C->D->E

1.2.1 通过基站原址确定候选路段集

• 经验缓冲区：
  • 基站信号可以被连接到（而不用换成别的基站）的最大距离，作为半径长度
  • 以基站点为圆心，画一个圆
    • 
• 对图2的每个基站点，根据他们的经验缓冲区，通过相交获得每个基站i的待选路段集合
  • 
• 确定两两基站之间的候选路段集，规则如下：
  • 对连续的两个基站i，j，取出各自的待选路段，
  • 引入拓扑连通性规则，可以得到这两个连续基站点之间的待选连接路段集G
    • G中的元素需要满足：
      • 起点路段在中
      • 终点路段在中
      • 符合拓扑连通性
    • 如果以上规则找不到连接路段，那么使用最短路径算法确定连续两个基站之间的连接路段，放入G中，以保证G非空
  • 对所有连续的两个基站都做上述操作，可以得到由整个切换基站序列得到的有向图
  • 

1.2.2 使用切换对确定候选路段集

• 基站切换序列为A->B->C->D->E
  • 将序列分隔，共获得4个切换对A—B、B—C、C—D 和D—E
  • 由基站切换对数据库可以获得每个切 换对对应的所有路段和频率信息
  • 
• 将表格中从基站切换数据库得到路段集信息 转化为连通图G'
  • 将所得结果可视化画出如图7所示
  • 其中D—E切换对在基站切换对数据库中没有 对应数据信息，因此G’中D和E之间没有连接路径．
  • 

1.2.3 获得缩小的候选路段集

（即将1.2.1和1.2.2得到的图G和图G'合并成G''）

• 同过以下原则获得连续两个基站i到基站i+1间的缩小连接路段集
  • G'非空，G和G'有相同路段——>将相同路段带权重地放入G''
  • G'非空，G和G'没有相同路段——>将G'中最大权重的路段带权重地放入G''
  • G'为空——>取G中到达i+1基站位置距离最短的路段放入G''（不带权重）
  • 

1.2.4  获得总体匹配路径

• 找出连接路段是唯一确定的连续两个基站（比如DE），从画虚线的D处进行分割
  • 
• ——>得到带权重子图和不带权重子图
  • 
  • 
• 对有向带权图，我们将问题转化为符合拓扑联通关系的情况下，最大权重出行路径的求解问题
  • ——>有向图对应的出行路径为L1->L2->L3->L4->L5
• 将不带权重子图拼接进来，总体出行路径为L1->L2->L3->L4->L5->L6->L7

2 实验结果

2.1 和其他匹配算法的对比

 2.2 匹配指标对比

• 点有效匹配率
  • 正确匹配到行驶道路的基站点/采集到的基站点总数
• 目标覆盖率
  • 匹配结果中正确匹配的路段数量/目标道路组成路段总数量