Question

我在地球上有一系列点（纬度/经度坐标）以及从每个点到未知位置的一系列距离估计。我想使用multilateration估算这个未知位置的位置。从一个简单的例子开始，想象4点和相关距离估计到未知位置的未知点：

纬度，经度，距离估计低于3元组：

p1 = (31.2297, 121.4734, 3335.65)                           
p2 = (34.539, 69.171, 2477.17)                          
p3 = (47.907, 106.91, 1719.65)                      
p4 = (50.43, 80.25, 1242.27)

已经解释了找到未知点here和三边测量示例here。使用上面的例子，未知位于纬度/经度坐标：36.989,91.464

我的问题很独特，因为我正在寻找一种使用权重执行多重定位的方法。每个距离估计只是一个估计值;测量结果不精确，但距离越小，测量越准确。我想使用multilatertion但是我想在确定最终答案时给予与较小距离估计相关联的点更多“权重”，因为这些较短的估计更准确。我怎样才能做到这一点？我正在寻找Python的解决方案。

回到上一个例子，但是引入错误，我想再次找到该点的未知位置：

p1 = (31.2297, 121.4734, 4699.15)           
p2 = (34.539, 69.171, 2211.97)        
p3 = (47.907, 106.91, 1439.75)                              
p4 = (50.43, 80.25, 1222.07)

Answer 1

虽然这可能并不完全符合您的要求，但您可以将此作为起点：

import numpy as np
import scipy.optimize as opt

#Returns the distance from a point to the list of spheres
def calc_distance(point):
    return np.power(np.sum(np.power(centers-point,2),axis=1),.5)-rad

#Latitude/longitude to carteisan
def geo2cart(lat,lon):
    lat=np.deg2rad(lat)
    lon=np.deg2rad(lon)
    points=np.vstack((earth_radius*np.cos(lat)*np.cos(lon),
           earth_radius*np.cos(lat)*np.sin(lon),
           earth_radius*np.sin(lat))).T
    return points

#Cartesian to lat/lon
def cart2geo(xyz):
    if xyz.ndim==1: xyz=xyz[None,:]
    lat=np.arcsin(xyz[:,2]/earth_radius)
    lon=np.arctan2(xyz[:,1],xyz[:,0])
    return np.rad2deg(lat),np.rad2deg(lon)

#Minimization function. 
def minimize(point):
    dist= calc_distance(point)
    #Here you can change the minimization parameter, here the distances
    #from a sphere to a point is divided by its radius for linear weighting.
    err=np.linalg.norm(dist/rad)
    return err

earth_radius = 6378
p1 = (31.2297, 121.4734, 3335.65)
p2 = (34.539, 69.171, 2477.17)
p3 = (47.907, 106.91, 1719.65)
p4 = (50.43, 80.25, 1242.27)

points = np.vstack((p1,p2,p3,p4))
lat    = points[:,0]
lon    = points[:,1]
rad    = points[:,2]

centers = geo2cart(lat,lon)

out=[]
for x in range(30):
    latrand=np.average(lat/rad)*np.random.rand(1)*np.sum(rad)
    lonrand=np.average(lon/rad)*np.random.rand(1)*np.sum(rad)
    start=geo2cart(latrand,lonrand)
    end_pos=opt.fmin_powell(minimize,start)
    out.append([cart2geo(end_pos),np.linalg.norm(end_pos-geo2cart(36.989,91464))])


out = sorted(out, key=lambda x: x[1])
print 'Latitude:',out[0][0][0],'Longitude:',out[0][0][1],'Distance:',out[0][1]

我们获得：

First set of points:  lat 40.1105092 lon 88.07068701
Second set of points: lat 40.36636421 lon 88.84527729

我确定有更好的方法，但至少你可以使用权重和错误函数来查看会发生什么。当然有几个严重的问题，一个是你可以陷入局部极小。可能有一种最小方法可以做到这一点 - 我现在只是看不到它。

只是仔细检查一下：

p0=np.random.rand(2)*90+20
p1=np.random.rand(2)*-10+20+p0
p2=np.random.rand(2)*-10+20+p0
p3=np.random.rand(2)*-10+20+p0
p4=np.random.rand(2)*-10+20+p0

target=geo2cart(p0[0],p0[1])
points=np.vstack((p1,p2,p3,p4))
lat    = points[:,0]
lon    = points[:,1]

centers=geo2cart(lat,lon)
#You can change the random at the end to tune the amount of noise
rad =  np.power(np.sum(np.power(centers-target,2),axis=1),.5)#+np.random.rand(4)*10    

print '------------'
start=geo2cart(np.average(lat),np.average(lon))
end_pos=opt.fmin_powell(minimize,start)
print 'Exact',p0
print 'Start guess',cart2geo(start)
print 'Found',cart2geo(end_pos)
print 'Distance',np.linalg.norm(end_pos-target)

Exact [  45.21292244  101.85151772]
Start guess (array([ 60.63554123]), array([ 115.08426225]))
Found (array([ 45.21292244]), array([ 101.85151772]))
Distance 5.30420680512e-11

使用加权多点定位查找未知点

1 个答案: