基于手机切换定位的道路行程车速采样提取技术研究

广域范围内实时、动态交通状态信息数据是有效发挥智能交通平台监控作用的重要基础，而仅依靠传统技术尚难完全实现，运用手机切换定位技术提取交通参数具有初期成本低、覆盖范围广等优势可弥补既有技术的不足，成为国内外交通研究前沿之一。本课题选择已有研究相对较少、同时具备较好应用潜力的手机切换定位技术，依托真实环境移动通信网络数据，解析切换变化特性规律及其影响因素、建立基站切换选择概率模型，经过基于切换变化模式反推映射的道路匹配、样本数据除噪分类和概率统计分析等主要环节，融合实验、实证、定性、定量、系统建模等研究方法，综合运用无线通信信号传播理论、切换控制理论、图论、概率统计理论、聚类分析、仿真模拟等方法与技术手段提取行程车速，并与车载GPS、历史交通及线圈交通数据进行比对评估，构建一套完整的流程化技术实现框架体系和理论方法，为城市交通管理部门提供一种新的交通数据提取优势技术，增强城市交通监测能力。

课题首先梳理了通信网络7号信令链路数据的提取方法，深入分析移动通信中信号传输的影响因素，通过解析手机切换的通信协议和流程，阐明手机切换扰动的规律和原因，在此基础上提出切换路网标定、手机样本切换，模式识别与道路匹配等关键算法。切换判断标准是手机接收到的基站信号强度，由于多径效应引起的无线信号波动是造成切换扰动的根本原因。根据在不同环境下道路的实地切换测试数据进行定量分析，发现开阔环境中切换扰动相对于高楼密集环境中较小。基于切换扰动规律的分析，将切换路网标定转化为图论问题，通过寻找最大权重路径来进行切换路网标定，确定可以代表道路整体切换变化特征的“识别标签”，包括切换序列和相应的切换位置，用于手机样本的道路匹配和车速计算。突破了移动通信网络和交通路网“双网合一”的难点和关键问题，利用手机通信仿真和交通流仿真融合集成开发的思路，构建了手机切换数据仿真平台，这是本次课题的重要创新之一，摆脱由于缺乏真实手机通信数据给技术研发带来的瓶颈，弥补实地测试评估的不足，为全面开展手机切换技术仿真评估提供了关键基础。依托构建的一体化通信和交通仿真平台，针对切换位置扰动引起的车速采样误差、平行道路的数据除噪等关键问题，以及在不同条件下对手机定位技术应用效果的组合评估。按照由点到线、由简单到复杂的研究逻辑递进式地推进仿真评估研究。首先，针对切换位置扰动对行程车速造成的采样误差的可能影响程度进行了“点”上的仿真试验研究，这涉及到技术应用可行性的关键问题之一，试验结果显示，切换扰动服从正态分布，微基站布局下切换扰动对采样车速误差的影响比宏基站小，表明在微基站布局较多的城市郊区移动通信环境中，切换扰动对利用手机切换定位技术得到的采样车速误差影响较小；对于相同基站类型，采用具有滞后余量的相对信号切换控制准则对采样车速误差的影响较小，最佳情况是采样样本误差控制在20%以内的概率达到0.95；其次，开展平台试验预评估，选择一条畅通的快速路进行了仿真，从手机切换模式识别与样本匹配、切换路段车速平滑与精度提高、手机采样车速误差分布与概率统计检验等方面进行分析；第三，还设计了多样化的仿真试验场景，评估不同道路类型、通信网络布局、交通状态、样本采样率等技术影响因素组合条件下的技术效果，通过对仿真试验结果的分析，有助于深入全面综合把握技术特征，为该项技术投入实用提供参考。