一种基于移动通信的高铁定位方法及装置与流程
本申请涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于移动通信的高铁定位方法及装置。
背景技术：
近年来，随着中国高铁技术的全面发展，我过高铁建设出现了井喷式的高速增长。国家统计局公布的数据显示，到2016年底，全国高铁里程达到2.3万公里，并计划到2020年，全国高铁路营业里程将达到3万公里。其中，乘坐高铁的旅客大都是移动互联网的客户，为了提高移动通信质量，需要对高铁应用的移动通信网络进行优化。为了提高移动通信质量，需要对高铁在高铁线路上运行时产生的网络问题进行分析。另外，高铁在运行过程中，高铁上移动终端接收到的电平信号随运行过程发生变化。而为了实现对网络问题的分析，通常需要确定高铁上移动终端接收到的各个电平信号时所在的位置。其中，确定高铁上移动终端接收到各个电平信号时所在的位置，即为对高铁进行定位。
现有技术中，对高铁进行定位时，通常采用以下两种方案。第一种方案为卫星定位方案，该方案中，在高铁车厢内设置卫星定位接收天线，该卫星定位接收天线用于接收外部的卫星定位装置发射的卫星定位信号，根据该卫星定位信号实现定位。第二种方案基于服务小区的电平特征对高铁所在位置进行估算，该方案认为小区具有慢衰落特性，移动终端接收到的电平强度会随着与小区的距离的变化而变化，该方案具体操作过程中，首先确定高铁上的移动终端对应的小区以及该小区的地理位置，然后根据高铁上的移动终端接收到的电平强度以及该小区的地理位置确定所述高铁所在的位置，实现对高铁的定位。
但是，发明人在本申请的研究过程中发现，采用第一种方案进行高铁定位时，卫星定位信号穿透高铁车厢，抵达卫星定位接收天线的过程中往往会产生损耗，并且，高铁运行至某些特殊区域(如城市高架桥底、山区密林、山地峡谷和隧道等区域)时，卫星定位接收天线无法接收到卫星定位信号。另外，为了提高移动终端的信号质量，目前逐步对各个小区进行改造，改造之前，每个小区中仅设置一个rru(radioremoteunit，射频拉远单元)，而经过改造，目前的一个小区配置有三个以上的rru，各rru形成合并级联结构进行无线信号的覆盖，高铁运行在同一小区的无线信号覆盖范围内运行时，相同或相近的电平强度在该小区的覆盖范围内往往会重复出现多次，这种情况下，若采用第二种方案进行高铁定位，往往会产生较大的定位误差。
也就是说，现有技术在对高铁进行定位时，均存在定位精度不足，定位的准确性较差的问题。
技术实现要素：
为了解决利用现有技术对高铁进行定位时，存在的定位精度不足，定位准确性差的问题，本申请通过以下各个实施例公开一种基于移动通信的高铁定位方法及装置。
在本发明的第一方面，公开一种基于移动通信的高铁定位方法，包括：
获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点；
根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度；
根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度；
确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度；
根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
可选的，所述确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷之后，还包括：
根据以下公式计算波峰的功率里程面积：
其中，ap(i)表示波峰p(i)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
根据以下公式计算波谷的功率里程面积：
其中，at(j)表示波谷t(j)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
对计算得到的波峰及波谷的功率里程面积进行排序，其中，功率里程面积排在前k的波峰为topk波峰，功率里程面积排在前k的波谷为topk波谷，k为预设的正整数；
所述获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度，包括：
获取所述topk波峰及所述topk波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
可选的，所述获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点之后，还包括：
分别获取各个服务小区为所述高铁线路提供数据服务的各个里程分段；
将所述各个里程分段中，由同一个服务小区的单次连续服务里程最长的里程分段确定为主服务带；
其中，所述计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度，包括：
计算所述移动终端在所述主服务带时，接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算所述移动终端在所述主服务带时，采样点序列对应的移动平均电平强度。
可选的，所述获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点之后，还包括：
根据所述已知的高铁运动参数，以及所述移动终端分别接收服务小区信号和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补。
可选的，所述计算采样点序列对应的移动平均电平强度，包括：
根据所述高铁分别运行至所述高铁线路上各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，获取与采样点序列相对应的电平强度位置序列，其中，所述电平强度位置序列为：
其中，
根据预设的移动时期数m和所述电平强度位置序列，通过以下公式计算各个采样点对应的移动平均电平强度
若n≤m，
若n＞m，
其中，m和n均为正整数。
可选的，还包括：
若所述高铁再次在所述高铁线路上运行，再次为所述高铁绘制功率里程示意图；
根据再次绘制的功率里程示意图，获取新的波峰和新的波谷；
根据位于所述新的波峰和新的波谷时，所述移动终端接收到服务小区信号和邻近小区信号的电平特征，匹配所述topk波峰和topk波谷；
根据与所述新的波峰相匹配的topk波峰确定目标交点，以及根据与所述新的波谷相匹配的topk波谷确定目标交点；
根据所述目标交点之间的位置进行定位填补的结果，对所述高铁进行定位。
在本发明的第二方面，公开一种基于移动通信的高铁定位装置，包括：
采样点获取模块，用于获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点；
电平计算模块，用于根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度；
绘制模块，用于根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度；
交点获取模块，用于确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度；
定位填补模块，用于根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
可选的，还包括：
第一面积计算模块，用于确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷之后，根据以下公式计算波峰的功率里程面积：
其中，ap(i)表示波峰p(i)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
第二面积计算模块，用于根据以下公式计算波谷的功率里程面积：
其中，at(j)表示波谷t(j)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
排序模块，用于对计算得到的波峰及波谷的功率里程面积进行排序，其中，功率里程面积排在前k的波峰为topk波峰，功率里程面积排在前k的波谷为topk波谷，k为预设的正整数；
所述交点获取模块用于获取所述topk波峰及所述topk波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
可选的，还包括：
里程分段获取模块，用于获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点之后，分别获取各个服务小区为所述高铁线路提供数据服务的各个里程分段；
主服务带模块，用于将所述各个里程分段中，由同一个服务小区的单次连续服务里程最长的里程分段确定为主服务带；
其中，所述电平计算模块用于计算所述移动终端在所述主服务带时，接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算所述移动终端在所述主服务带时，采样点序列对应的移动平均电平强度。
可选的，还包括：
非主服务带定位模块，用于获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点之后，根据所述已知的高铁运动参数，以及所述移动终端分别接收服务小区信号和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补。
通过本申请实施例公开的方案，能够获取包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图；然后确定该功率里程示意图中，移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点的经纬度；再通过已知的高铁运动参数，对交点之间的位置进行定位填补。
发明人通过大量对高铁线路测试数据统计分析发现，通过接收服务小区信号的电平强度所获取的移动平均线相对于高铁线路里程的波形形态通常保持较好的平稳性和相似性。相应的，功率里程示意图中根据移动平均线和电平均值线获取的波谷和波峰也具备较为稳定的位置特征。因此，波谷和波峰与电平均值线的交点可作为较为理想的定位锚点。然后，再根据已知的高铁运动参数，对交点之间的位置进行定位填补，能够确定交点之间的各个位置。这种情况下，根据本申请实施例的方案，能够确定高铁上移动终端接收到各个小区信号的电平强度时，高铁所处的位置，实现定位。相对于现有技术，本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法提高了对高铁定位的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种基于移动通信的高铁定位方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例公开的一种基于移动通信的高铁定位方法中，高铁的线路里程建模示意图；
图3(a)为本申请实施例公开的一种基于移动通信的高铁定位方法中，接收电平散点示意图；
图3(b)为本申请实施例公开的一种基于移动通信的高铁定位方法中，功率里程示意图；
图4为本申请实施例公开的又一种基于移动通信的高铁定位方法的工作流程示意图；
图5为本申请实施例公开的又一种基于移动通信的高铁定位方法的工作流程示意图；
图6为本申请实施例公开的一种基于移动通信的高铁定位装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决利用现有技术对高铁进行定位时，存在的定位精度不足，定位准确性差的问题，本申请通过以下各个实施例公开一种基于移动通信的高铁定位方法及装置。
本申请第一实施例公开一种基于移动通信的高铁定位方法，参见图1所示的工作流程示意图，本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法包括以下步骤：
步骤s11、获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点。
高铁上的移动终端在进行通信业务时，能够通过专用的测量设备，测量到移动终端接收各个小区信号的电平强度，其中，与所述移动终端进行数据业务的小区为服务小区，邻近小区为虽然未与移动终端进行数据业务，但移动终端接收该小区信号的强度较强(例如，大于预设的电平强度阈值)的小区。
在本申请实施例中，为了实现对高铁的定位，需要获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点。其中，各个采样点的经纬度可以通过卫星定位系统获取到，另外，若根据卫星定位系统得到的采样点的个数较少，还可以根据卫星定位系统获取到的采样点，以及通过现有的位置插值算法，获取较多的采样点。
当然，还可以通过其他方式获取已知经纬度的采样点，本申请实施例对此不做限定。
步骤s12、根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度。
其中，服务小区指的是与移动终端进行数据业务的小区。另外，按照采样点的经纬度对各个采样点进行排序，得到的即为采样点序列。
步骤s13、根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度。
为了实现电平均值线和移动平均线的绘制，需要对高铁线路进行投影处理。
在本申请实施例中，绘制电平均值线和移动平均线时可参考高铁的线路里程建模。其中，高铁的线路里程建模如图2所示。在图2中，高铁站a和高铁站b为高铁线路中两个相邻的高铁站，这两个高铁站之间的运行线路被分为多条折线里程，高铁在每条折线里程上运行时，高铁保持直线运行，这种情况下，可得到如下公式：
其中，
据此，可确定任意一条高铁线路的线路里程建模遵循以下公式：
其中，lk表示所述高铁运行的高铁线路的线路里程；
据此，可以认为，高铁线路由一系列相邻端点连接的折线段组合而成。这种情况下，在获取已知经纬度的采样点后，将采样点投影到相应的折线段上，得到各个采样点投影至高铁折线段上的投影点，该投影点即为采样点在高铁中的行进位置点，根据投影点确定各个采样点的横坐标。然后，根据采样点对应的电平均值和移动平均电平强度绘制相应的电平均值线和移动平均线。
步骤s14、确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
其中，通过多次对高铁进行线路测试，发现波谷和波峰分别与电平均值线的交点具有稳定的位置特征，在本申请实施例中可作为定位锚点。通过功率里程示意图中交点的横坐标，即可得到各个交点的经纬度。
为了明确定位锚点如何获取，以下分别通过图3(a)和图3(b)说明。图3(a)和图3(b)以小区152715393作为服务小区。
参见图3(a)所示的接收电平散点示意图，该图中的纵坐标为电平强度，横坐标为高铁线路上的位置，根据各个采样点的经纬度，以及各个采样点接收服务小区信号的电平强度，得到图3(a)中的各个散点，其中，每一个散点的纵坐标为其对应的采样点接收服务小区信号的电平强度，横坐标为其对应的采样点在高铁线路上的位置。
这种情况下，计算移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，以及采样点序列对应的移动平均电平强度，再根据电平均值和移动平均电平强度，可得到图3(b)。图3(b)为高铁运行过程中的功率里程的示意图，其中包含电平均值线，并且该图中波动的曲线即为移动平均线。图3(b)的横坐标为高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度。
在图3(b)中，第一大波峰与电平均值线的交点为a和b，第二大波峰与电平均值线的交点为a和o，第三大波峰与电平均值线的交点为d和f，第一大波谷与电平均值线的交点为c和d，第二大波谷与电平均值线的交点为f和e。
也就是说，波谷和波峰与电平均值线的交点分别为o、a、b、c、d、e和f，可将这几个交点作为定位锚点。
步骤s15、根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
在进行定位填补之后，能够确定功率里程示意图中各点横坐标对应的高铁线路上的具体位置，从而确定高铁上的移动终端接收到各个电平信号时所在的位置，实现对高铁的定位。具体的，可通过以下方式对交点之间的位置进行定位填补。
其中，所述已知的高铁运动参数包括：所述高铁的匀速运行速度。
高铁在运行过程中，往往会经历加速运行、匀速运行和减速停靠几个阶段，其中加速运行和减速停靠阶段经历的时间通常较短，可忽略，从而设定高铁在两个位置之间的运行过程为匀速运动，其中，高铁的匀速运行速度已知。
这种情况下，根据相邻两个交点的横坐标，可以确定相邻两个交点之间的里程，然后再结合高铁的匀速运行速度，可以确定高铁在这相邻两个交点之间运行时的各个时刻所处的位置，从而实现对交点之间的位置的定位填补。
或者，所述已知的高铁运动参数包括：所述高铁的匀速运行速度和加速度。
这种情况下，考虑了高铁运行过程中的各个阶段。其中，高铁在运行过程中，可能会经历加速运行和减速停靠的阶段，并且为了提高乘客的舒适性，高铁加速运行阶段和减速停靠阶段的加速度的绝对值相同。这种情况下，根据高铁的匀速运行速度和加速度，可以确定高铁在加速运行阶段所耗费的时间(即加速时间)和减速停靠阶段所耗费的时间(即减速时间)，并且，根据两个高铁站之间的里程，确定高铁在匀速运动阶段所耗费的时间。
然后，根据高铁的启动时刻，可以确定高铁在各个时刻所处的阶段，例如，某一个时刻与启动时间之间的差值小于加速时间，则表明高铁处于加速阶段，根据高铁的加速度，可以确定高铁在该时刻所处的位置。据此，能够确定高铁在这相邻两个交点之间运行时的各个时刻所处的位置，从而实现对交点之间的位置的定位填补。
通过本申请实施例步骤s11至步骤s15的操作，能够获取包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图；然后确定该功率里程示意图中，移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点的经纬度；再通过已知的高铁运动参数，对交点之间的位置进行定位填补。
通过大量对高铁线路测试数据统计分析发现，通过接收服务小区信号的电平强度所获取的移动平均线相对于高铁线路里程的波形形态通常保持较好的平稳性和相似性。相应的，功率里程示意图中根据移动平均线和电平均值线获取的波谷和波峰也具备较为稳定的位置特征。因此，波谷和波峰与电平均值线的交点可作为较为理想的定位锚点。然后，再根据已知的高铁运动参数，对交点之间的位置进行定位填补，能够确定交点之间的各个位置。这种情况下，根据本申请实施例的方案，能够确定高铁上移动终端接收到各个小区信号的电平强度时，高铁所处的位置，实现定位。相对于现有技术，本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法提高了对高铁定位的准确性。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法中，所述确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷之后，还包括以下步骤：
根据以下公式计算波峰的功率里程面积：
其中，ap(i)表示波峰p(i)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
根据以下公式计算波谷的功率里程面积：
其中，at(j)表示波谷t(j)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
对计算得到的波峰及波谷的功率里程面积进行排序，其中，功率里程面积排在前k的波峰为topk波峰，功率里程面积排在前k的波谷为topk波谷，k为预设的正整数。
其中，k的具体数值可根据实际情况进行设置，例如，可设置k为二。
这种情况下，所述获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度，指的是获取所述topk波峰及所述topk波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
通过大量对高铁线路测试数据统计分析发现，通过接收服务小区信号的电平强度所获取的移动平均线相对于高铁线路里程的波形形态通常保持较好的平稳性和相似性，也就是说，波峰和波谷在功率里程示意图中出现的位置通常较为稳定。进一步的，其中的topk波峰及topk波谷出现的位置更加稳定。
通过上述步骤，能够确定topk波峰及topk波谷，获取topk波峰及topk波谷与电平均值线的交点，这种情况下，获取到的交点具备更为稳定的特征，因此，将topk波峰及topk波谷与电平均值线的交点作为定位锚点，能够进一步提高定位的准确性。
参见图3(b)，该图中包含三个波峰及两个波谷，在通过上述步骤进行计算后，可确定按照波峰的功率里程面积进行排序，三个波峰依次为第二大波峰、第一大波峰和第三大波峰，按照波谷的功率里程面积进行排序，两个波谷依次为第一大波谷和第一大波谷。
这种情况下，若k为二，则topk波峰分别为第一大波峰与第二大波峰，topk波谷分别为第一大波谷与第二大波谷，这种情况下，只需获取第一大波峰、第二大波峰、第一大波谷与第二大波谷与电平均值线的交点的经纬度即可。
为了明确上述各个步骤的实现过程，公开图4，参见图4所示的工作流程示意图，本申请实施例包括以下步骤：
步骤s21、获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点；
步骤s22、根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度；
步骤s23、根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度；
其中，步骤s21至步骤s23的操作过程与步骤s11至步骤s13的操作过程相同，可相互参照，此处不再赘述。
步骤s24、确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷。
步骤s25、根据以下公式计算波峰的功率里程面积：
其中，ap(i)表示波峰p(i)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
步骤s26、根据以下公式计算波谷的功率里程面积：
其中，at(j)表示波谷t(j)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
步骤s27、对计算得到的波峰及波谷的功率里程面积进行排序，其中，功率里程面积排在前k的波峰为topk波峰，功率里程面积排在前k的波谷为topk波谷，k为预设的正整数；
步骤s28、获取所述topk波峰及所述topk波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
步骤s29、根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
其中，步骤s29的操作过程与步骤s15的操作过程相同，可相互参照，此处不再赘述。
通过上述步骤s21至步骤s29的操作，在获取功率里程示意图后，能够获取由电平均值线和移动平均线形成的topk波峰和topk波谷，再将topk波峰和topk波谷分别与电平均值线的交点作为定位锚点。由于功率里程示意图中，topk波峰和topk波谷更为稳定，这种情况下，获取到的交点具备更为稳定的特征，因此，能够进一步提高定位的准确性。
另外，通过上述步骤计算波峰的功率里程面积时，应用了公式(1)。在本申请实施例中，设定第i个波峰为波峰p(i)，将波峰p(i)与其里程的积分作为波峰p(i)的功率里程面积ap(i)，则可得到如下公式：
进一步的，将ds表示为波峰p(i)对应的速度函数vp(i)(t)与行进时间t的微分，即可得到以下公式：
其中，vp(i)(t)可通过之前的多次高铁测试获取，从而通过公式(1)即可计算得到各个波峰的功率里程面积。
相应的，设定第j个波峰为波谷t(j)，将波谷t(j)与其里程的积分作为波谷t(j)的功率里程面积at(j)，则可得到如下公式：
进一步的，将ds表示为波谷t(j)对应的速度函数vt(j)(t)与行进时间t的微分，即可得到以下公式：
其中，vt(j)(t)可通过之前的多次高铁测试获取，从而通过公式(2)即可计算得到各个波峰的功率里程面积。
在高铁运行过程中，通常需要由多个服务小区分别为高铁上的移动终端提供数据服务，其中，每一个服务小区的单次连续服务里程为一个服务带，并且，该服务带中里程最长的为主服务带。例如，某一高铁在运行过程中，首先由a小区提供数据服务(也就是说，a小区为服务小区)，且a小区提供数据服务的里程分段为l1里程，即a小区的单次连续服务里程为l1里程；然后，由a小区切换至b小区，通过b小区提供数据服务(也就是说，b小区为服务小区)，且b小区提供数据服务的里程分段为l2里程，即b小区的单次连续服务里程为l2里程；之后，由b小区切换至c小区，通过c小区提供数据服务(也就是说，c小区为服务小区)，且c小区提供数据服务的里程分段为l3里程，即c小区的单次连续服务里程为l3里程；再由c小区切换至a小区，通过a小区提供数据服务(也就是说，a小区为服务小区)，且a小区提供数据服务的里程分段为l4里程，即a小区的单次连续服务里程还包括l4里程。这种情况下，l1、l2、l3和l4分别为一个服务带，若这四个服务带中l4的里程最长，则l4为主服务带，其他服务带为非主服务带。
其中，在确定各个服务带的起始位置和终止位置时，可以根据所述移动终端接收到的服务小区及邻近小区信号的电平强度，确定所述移动终端在各个服务带的切入点位置和切出点位置，服务带的切入点位置即为该服务带的起始位置，服务带的切出点位置即为该服务带的终止位置。
通过专用的测量设备，不仅可以测量到移动终端接收服务小区信号的电平强度，还可以获取移动终端接收邻近小区信号的电平强度。这种情况下，根据移动终端接收到的服务小区及邻近小区信号的电平强度，可以确定移动终端在各个服务带的切入点位置和切出点位置。例如，当检测到移动终端接收服务小区信号的电平强度小于第一阈值，而接收邻近小区信号的电平强度大于第二阈值，则可以确定移动终端将要进行服务小区的切换，并在切换后会将所述邻近小区作为服务小区。
这种情况下，本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法中，所述获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点之后，还包括：
分别获取各个服务小区为所述高铁线路提供数据服务的各个里程分段；
将所述各个里程分段中，由同一个服务小区的单次连续服务里程最长的里程分段确定为主服务带。
通过上述步骤，能够获取主服务带，相应的，其他服务带即为非主服务带。
通过步骤s11至步骤s15的操作，能够绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，通过该电平均值线和移动平均线实现定位。其中，步骤s11至步骤s15的操作中，可获取各个服务带上的采样点，并根据各个服务带上的采样点，分别绘制该服务带相对应的功率里程示意图，并根据该功率里程示意图中包含的电平均值线和移动平均线实现定位。
另外，由于主服务带的里程最长，还可以获取位于主服务带上的采样点，根据主服务带的采样点获取主服务带对应的功率里程示意图，相应的，作为定位锚点的交点也位于主服务带上。这种情况下，步骤s12中所述计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度，包括：
计算所述移动终端在所述主服务带时，接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算所述移动终端在所述主服务带时，采样点序列对应的移动平均电平强度。
这种情况下，通过步骤s12，获取到的是高铁在主服务带运行时的电平均值和移动终端强度，通过步骤s14获取到的交点也是位于主服务带上。
进一步的，为了实现对非主服务带的定位，本申请实施例中，所述获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点之后，还包括：
根据所述已知的高铁运动参数，以及所述移动终端分别接收服务小区信号和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补。
为了明确上述各个步骤的实现过程，公开图5，参见图5所示的工作流程示意图，本申请实施例包括以下步骤：
步骤s31、获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点。
步骤s32、分别获取各个服务小区为所述高铁线路提供数据服务的各个里程分段，将所述各个里程分段中，由同一个服务小区的单次连续服务里程最长的里程分段确定为主服务带。
步骤s33、根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端在所述主服务带时，接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算所述移动终端在所述主服务带时，采样点序列对应的移动平均电平强度。
步骤s34、根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度。
基于步骤s33的操作，该步骤中，所述电平均值线和移动平均线分别为主服务带上的电平均值线和移动平均线。
步骤s35、确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
基于步骤s33的操作，该步骤中，所述交点位于主服务带上。
步骤s36、根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
其中，由于交点位于主服务带上，通过该步骤，能够对主服务带上的各个位置实现定位。
步骤s37、根据所述已知的高铁运动参数，以及所述移动终端分别接收服务小区信号和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补。
根据所述移动终端分别接收服务小区和邻近小区信号的电平强度，可以确定高铁所在非主服务带的大致范围。
例如，某一高铁在运行过程中，首先由a小区提供数据服务(也就是说，a小区为服务小区)，且a小区提供数据服务的里程分段为l1里程，即a小区的单次连续服务里程为l1里程；然后，由a小区切换至b小区，通过b小区提供数据服务(也就是说，b小区为服务小区)，且b小区提供数据服务的里程分段为l2里程，即b小区的单次连续服务里程为l2里程；之后，由b小区切换至c小区，通过c小区提供数据服务(也就是说，c小区为服务小区)，且c小区提供数据服务的里程分段为l3里程，即c小区的单次连续服务里程为l3里程；再由c小区切换至a小区，通过a小区提供数据服务(也就是说，a小区为服务小区)，且a小区提供数据服务的里程分段为l4里程，即a小区的单次连续服务里程还包括l4里程。这种情况下，l1、l2、l3和l4分别为一个服务带，若四个服务带中l4的里程最长，则l4为主服务带，其他服务带为非主服务带。
该示例中，若移动终端由a小区作为服务小区，接收到b小区信号的电平强度较强，则可以确定高铁在非主服务带l1上运行。相应的，若移动终端由b小区作为服务小区，接收到c小区信号的电平强度较强，则可以确定高铁在非主服务带l2上运行。也就是说，通过移动终端分别接收服务小区和邻近小区信号的电平强度，可以确定高铁所在非主服务带的大致范围。
然后，再根据已知的高铁运动参数对非主服务带的位置进行定位填补，实现对非主服务带的定位。
通过步骤s31至步骤s37的操作，能够实现对高铁的定位。而且，通过该方法，只需要绘制主服务带对应的功率里程示意图，获取主服务带上作为定位锚点的交点。而对于非主服务带，依据已知的高铁运动参数，以及移动终端分别接收服务小区和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补，实现对非主服务带的定位。
也就是说，通过该方法，无需为非主服务带绘制功率里程示意图，从而提高对高铁进行定位的效率。
另外，在本申请实施例中，需要计算采样点序列对应的移动平均电平强度，其中，所述计算采样点序列对应的移动平均电平强度，通常包括以下步骤：
根据所述高铁分别运行至所述高铁线路上各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，获取与采样点序列相对应的电平强度位置序列，其中，所述电平强度位置序列为：
其中，
根据预设的移动时期数m和所述电平强度位置序列，通过以下公式计算各个采样点对应的移动平均电平强度
若n≤m，
若n＞m，
其中，m和n均为正整数。
在本申请实施例中，获取高铁分别运行至所述高铁线路上各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度之后，按照采样点的位置对电平强度进行排列，即可获取电平强度位置序列：
为了避免电平强度的随机波动性给定位的准确性带来影响，本申请实施例中，在获取电平强度位置序列后，会根据预设的移动时期数m和所述电平强度位置序列，计算各个采样点对应的移动平均电平强度
在计算移动平均电平强度
若n≤m，
若n＞m，
这种情况下，若m＝5，则可确定：
通过上述计算方式，即可获取各个采样点分别对应的移动平均电平强度，进而根据各个采样点的经纬度，为各个采样点分别对应的移动平均电平强度进行排序，即可得到采样点序列对应的移动平均电平强度。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法中，还包括以下步骤：
若所述高铁再次在所述高铁线路上运行，再次为所述高铁绘制功率里程示意图；
根据再次绘制的功率里程示意图，获取新的波峰和新的波谷；
根据位于所述新的波峰和新的波谷时，所述移动终端接收到服务小区信号和邻近小区信号的电平特征，匹配所述topk波峰和topk波谷；
根据与所述新的波峰相匹配的topk波峰确定目标交点，以及根据与所述新的波谷相匹配的topk波谷确定目标交点；
根据所述目标交点之间的位置进行定位填补的结果，对所述高铁进行定位。
通过步骤s11至步骤s15的操作，能够获取功率里程示意图。另外，后续过程中，高铁还可以多次在同一高铁线路上运行。这种情况下，高铁每次在该高铁线路上运行时，还可以通过上述方法获取到的功率里程示意图，实现对高铁的定位。
但是，高铁每次运行的过程可能并不完全相同，例如，遇到突发情况，高铁在某一位置停靠一段时间，这可能会造成本次运行过程中的topk波峰和topk波谷发生变化，例如，原来的第一大波峰可能会变为第二大波峰。另外，根据多次测试表明，即使topk波峰和topk波谷发生变化，其与电平均值线的交点不会改变。
这种情况下，为了对再次运行的高铁进行定位，可通过步骤s11至步骤s13中公开的方式绘制本次高铁运行过程对应的功率里程示意图。然后，根据再次绘制的功率里程示意图，获取新的波峰和新的波谷，再根据位于所述新的波峰和新的波谷时，所述高铁接收到服务小区信号和邻近小区信号的电平特征，匹配所述topk波峰和topk波谷。其中，信号的电平特征包括信号的电平强度与产生该信号的小区的小区标识，小区标识能够唯一表征该小区的身份，例如，可以为小区编号。
例如，在之前绘制的功率里程示意图中，高铁位于第一大波峰时，接收到a、b和c三个小区的信号，且第一大波峰与电平均值线的交点为a和b；高铁位于第二大波峰时，接收到c、d和e三个小区的信号，且第一大波峰与电平均值线的交点为c和d。而再次运行的过程中，高铁位于新的第一大波峰时，接收到c、d和e三个小区的信号，而位于新的第二大波峰时，接收到a、b和c三个小区的信号，则表示新的第一大波峰与之前的第二大波峰相匹配，新的第一大波峰的目标交点为c和d，新的第二大波峰与之前的第一大波峰相匹配，新的第二大波峰的目标交点为a和b。
这种情况下，根据之前对目标交点a、b、c和d进行定位填补的结果，即可实现对高铁的定位。
相应的，本申请另一实施例公开一种基于移动通信的高铁定位装置，参见图6所示的结构示意图，所述基于移动通信的高铁定位装置包括：采样点获取模块100、电平计算模块200、绘制模块300、交点获取模块400和定位填补模块500。
其中，所述采样点获取模块100，用于获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点。
在本申请实施例中，为了实现对高铁的定位，需要获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点。其中，各个采样点的经纬度可以通过卫星定位系统获取到，另外，若根据卫星定位系统得到的采样点的个数较少，还可以根据卫星定位系统获取到的采样点，以及通过现有的位置插值算法，获取较多的采样点。
当然，还可以通过其他方式获取已知经纬度的采样点，本申请实施例对此不做限定。
所述电平计算模块200，用于根据高铁分别运行至所述各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，计算所述移动终端接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算采样点序列对应的移动平均电平强度。
其中，服务小区指的是与移动终端进行数据业务的小区。另外，按照采样点的经纬度对各个采样点进行排序，得到的即为采样点序列。
所述绘制模块300，用于根据所述各个采样点的经纬度、所述电平均值和所述移动平均电平强度，绘制包括电平均值线和移动平均线的功率里程示意图，其中，所述电平均值线和移动平均线的横坐标为所述高铁线路上的位置，纵坐标为电平强度。
其中，该功率里程示意图如图3(b)所示。
所述交点获取模块400，用于确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷，并获取所述波峰及所述波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
其中，通过多次对高铁进行线路测试，发现波谷和波峰分别与电平均值线的交点具有稳定的位置特征，在本申请实施例中可作为定位锚点。通过功率里程示意图中交点的横坐标，即可得到各个交点的经纬度。
所述定位填补模块500，用于根据已知的高铁运动参数，对所述交点之间的位置进行定位填补。
其中，所述已知的高铁运动参数包括：所述高铁的匀速运行速度。
高铁在运行过程中，往往会经历加速运行、匀速运行和减速停靠几个阶段，其中加速运行和减速停靠阶段经历的时间通常较短，可忽略，从而设定高铁在两个位置之间的运行过程为匀速运动，其中，高铁的匀速运行速度已知。
这种情况下，根据相邻两个交点的横坐标，可以确定相邻两个交点之间的里程，然后再结合高铁的匀速运行速度，可以确定高铁在这相邻两个交点之间运行时的各个时刻所处的位置，从而实现对交点之间的位置的定位填补。
或者，所述已知的高铁运动参数包括：所述高铁的匀速运行速度和加速度。
这种情况下，考虑了高铁运行过程中的各个阶段。其中，高铁在运行过程中，可能会经历加速运行和减速停靠的阶段，并且为了提高乘客的舒适性，高铁加速运行阶段和减速停靠阶段的加速度的绝对值相同。这种情况下，根据高铁的匀速运行速度和加速度，可以确定高铁在加速运行阶段所耗费的时间(即加速时间)和减速停靠阶段所耗费的时间(即减速时间)，并且，根据两个高铁站之间的里程，确定高铁在匀速运动阶段所耗费的时间。
然后，根据高铁的启动时刻，可以确定高铁在各个时刻所处的阶段，例如，某一个时刻与启动时间之间的差值小于加速时间，则表明高铁处于加速阶段，根据高铁的加速度，可以确定高铁在该时刻所处的位置。据此，能够确定高铁在这相邻两个交点之间运行时的各个时刻所处的位置，从而实现对交点之间的位置的定位填补。
通过大量对高铁线路测试数据统计分析发现，通过接收服务小区信号的电平强度所获取的移动平均线相对于高铁线路里程的波形形态通常保持较好的平稳性和相似性。相应的，功率里程示意图中根据移动平均线和电平均值线获取的波谷和波峰也具备较为稳定的位置特征。因此，波谷和波峰与电平均值线的交点可作为较为理想的定位锚点。然后，再根据已知的高铁运动参数，对交点之间的位置进行定位填补，能够确定交点之间的各个位置。这种情况下，根据本申请实施例的方案，能够确定高铁上移动终端接收到各个小区信号的电平强度时，高铁所处的位置，实现定位。相对于现有技术，本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位方法提高了对高铁定位的准确性。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位装置中，还包括：
第一面积计算模块，用于确定在所述功率里程示意图中，所述移动平均线位于所述电平均值线以上部分中的波峰，以及所述移动平均线位于所述电平均值线以下部分中的波谷之后，根据以下公式计算波峰的功率里程面积：
其中，ap(i)表示波峰p(i)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
第二面积计算模块，用于根据以下公式计算波谷的功率里程面积：
其中，at(j)表示波谷t(j)的功率里程面积，r(s)表示所述高铁运行到某一位置时，所述移动终端接收的移动平均电平强度，
排序模块，用于对计算得到的波峰及波谷的功率里程面积进行排序，其中，功率里程面积排在前k的波峰为topk波峰，功率里程面积排在前k的波谷为topk波谷，k为预设的正整数；
所述交点获取模块用于获取所述topk波峰及所述topk波谷分别与所述电平均值线的交点的经纬度。
通过大量对高铁线路测试数据统计分析发现，通过接收服务小区信号的电平强度所获取的移动平均线相对于高铁线路里程的波形形态通常保持较好的平稳性和相似性，也就是说，波峰和波谷在功率里程示意图中出现的位置通常较为稳定。进一步的，其中的topk波峰及topk波谷出现的位置更加稳定。
通过上述模块，能够确定topk波峰及topk波谷，获取topk波峰及topk波谷与电平均值线的交点，这种情况下，获取到的交点具备更为稳定的特征，因此，将topk波峰及topk波谷与电平均值线的交点作为定位锚点，能够进一步提高定位的准确性。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位装置中，还包括：
里程分段获取模块，用于获取待定位的高铁线路上已知经纬度的各个采样点之后，分别获取各个服务小区为所述高铁线路提供数据服务的各个里程分段；
主服务带模块，用于将所述各个里程分段中，由同一个服务小区的单次连续服务里程最长的里程分段确定为主服务带；
其中，所述电平计算模块用于计算所述移动终端在所述主服务带时，接收服务小区信号的电平强度的电平均值，并计算所述移动终端在所述主服务带时，采样点序列对应的移动平均电平强度。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位装置中，还包括：
非主服务带定位模块，用于获取所述波谷及所述波峰分别与所述电平均值线的交点之后，根据所述已知的高铁运动参数，以及所述移动终端分别接收服务小区信号和邻近小区信号的电平强度，对非主服务带的位置进行定位填补。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位装置中，所述电平计算模块包括：
序列获取单元，用于根据所述高铁分别运行至所述高铁线路上各个采样点时，所述高铁上的移动终端接收服务小区信号的电平强度，获取与采样点序列相对应的电平强度位置序列，其中，所述电平强度位置序列为：
其中，
移动平均电平强度获取单元，用于根据预设的移动时期数m和所述电平强度位置序列，通过以下公式计算各个采样点对应的移动平均电平强度
若n≤m，
若n＞m，
其中，m和n均为正整数。
进一步的，在本申请实施例公开的基于移动通信的高铁定位装置中，还包括：
匹配模块、目标交点确定模块和定位模块；
其中，若所述高铁再次在所述高铁线路上运行，所述绘制模块还用于再次为所述高铁绘制功率里程示意图；
根据再次绘制的功率里程示意图，所述交点获取模块还用于获取新的波峰和新的波谷；
所述匹配模块用于根据位于所述新的波峰和新的波谷时，所述移动终端接收到服务小区信号和邻近小区信号的电平特征，匹配所述topk波峰和topk波谷；
所述目标交点确定模块用于根据与所述新的波峰相匹配的topk波峰确定目标交点，以及根据与所述新的波谷相匹配的topk波谷确定目标交点；
所述定位模块，用于根据所述目标交点之间的位置进行定位填补的结果，对所述高铁进行定位。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于……实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
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