差分氣壓測高輔助 wlan 指紋定位中的樓層判別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法，在室內(nèi)定位樓層判定中，在區(qū)域內(nèi)建立氣壓觀測基站，實時獲取本區(qū)域氣壓觀測值，在用戶進行在線定位時可以同時獲取WLAN信號和氣壓觀測信號，WLAN信號進行平面位置獲取，而氣壓信號可以獲取樓層信息；利用基站的氣壓傳感器獲得氣壓信號值，并實時將氣壓及溫度數(shù)據(jù)上傳至WLAN定位服務器，在移動終端請求定位時，對實時同步氣壓信號進行濾波處理，并進行高差解算，獲得高差后進行樓層判定。測高分辨率約為0.2m，測高的精度優(yōu)于0.5m，準確度約為1m左右，高差解算精度和準確度都比較高，適于室內(nèi)定位實時樓層判別。
【專利說明】差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量【技術領域】，涉及一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層 判別方法。

【背景技術】
[0002] 在開放環(huán)境中，全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（GNSS，GlobalNavigationSatellite System)以其高精度、全天候、高效率等特征得到了廣泛的應用，但由于信號衰減及多路徑 等問題，無法在室內(nèi)定位中獲得良好效果，室內(nèi)定位技術發(fā)展至今，已采用了多種定位方 法，但是各種定位方法重點在解決平面位置問題，而弱化了樓層判別問題的研宄，或在樓層 判別上結(jié)果并不理想，一般在WLAN(無線局域網(wǎng)，WirelessLAN)指紋定位系統(tǒng)中，一般采 用將樓層信息寫入指紋庫，從而來判別樓層，但精度和可靠性較低。氣壓測高是一種傳統(tǒng)的 測高方法，在廣闊區(qū)域的氣壓測高已得到廣泛應用，在室內(nèi)定位應用中，大氣環(huán)境變化小， 采用氣壓測高來分辨樓層，具有一定的適用性。同時，在WLAN指紋定位普及的趨勢下，智能 手機是理想的應用平臺，而智能手機中集成的氣壓傳感器，是理想的樓層分辨輔助設備。
[0003] 文獻提出在WLAN定位采樣階段即指紋庫訓練階段獲得指紋庫數(shù)據(jù)后，再利用AP 在不同的樓層的信號特征利用K-means算法進行聚類，最后在實時定位階段獲得樓層平面 位置信息的同時獲得樓層信息，該方法能夠提高效率，但在準確度上有所欠缺。文獻提出地 面移動通信基站差分氣壓測高輔助GPS定位，對將差分氣壓測高輔助室內(nèi)定位有所提及。 文獻涉及差分氣壓測高及室內(nèi)定位，其重點是傳感器模塊設計與性能分析。
[0004] 差分壓力測高輔助室內(nèi)定位樓層判別雖在各類文獻中有所提及，但未就差分氣壓 真正在室內(nèi)定位樓層判定應用做出詳細分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法， 解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術方案是，一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判 別方法，按照以下步驟進行：
[0007] 步驟 1，
[0008] 在室內(nèi)定位樓層判定中，在區(qū)域內(nèi)建立氣壓觀測基站，實時獲取本區(qū)域氣壓觀測 值，在用戶進行在線定位時可以同時獲取WLAN信號和氣壓觀測信號，WLAN信號進行平面位 置獲取，而氣壓信號可以獲取樓層信息；
[0009] 步驟 2，
[0010] 利用基站的氣壓傳感器獲得氣壓信號值，并實時將氣壓及溫度數(shù)據(jù)上傳至WLAN定位服務器，在移動終端請求定位時，對實時同步氣壓信號進行濾波處理，并進行高差解 算，獲得高差后進行樓層判定。
[0011] 本發(fā)明的特征還在于，
[0012] 濾波處理為低通濾波的方式，模型為：
[0013] Yn=aXn+(l-a)Yn_i
[0014] 式中：Yn為本次濾波輸出值，Xn為當前讀出數(shù)據(jù)，Yn_i為上次濾波輸出值，a= 0.125。
[0015] 步驟2中采用拉普拉斯壓高公式進行高差解算。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是，根據(jù)WLAN指紋定位系統(tǒng)的特征，利用當前智能手機集成的 氣壓傳感器信號，提出基于差分氣壓測高的室內(nèi)定位樓層判別方法：基站的氣壓傳感器獲 得氣壓信號值并實時將氣壓及溫度數(shù)據(jù)上傳至WLAN定位服務器，在移動終端請求定位時， 對實時同步的基站和終端的氣壓信號進行濾波處理，并進行高差解算，獲得高差后進行樓 層判定，并返回結(jié)果。實驗表明：氣壓傳感器分辨率較高，濾波后數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測高分辨率約為 0. 2m，測高的精度優(yōu)于0. 5m，準確度約為lm左右，高差解算精度和準確度都比較高，適于室 內(nèi)定位實時樓層判別。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1差分氣壓輔助樓層判定過程圖。
[0018] 圖2差分氣壓測高輔助樓層判定流程圖。
[0019] 圖3為24小時氣壓數(shù)據(jù)圖。
[0020] 圖4氣壓數(shù)據(jù)濾波前后對比圖。
[0021] 圖5各層采樣點原始值及濾波后值圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023] 一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法，主要過程是基站和用 戶同步獲取氣壓數(shù)據(jù)，濾波去噪后進行差分從而獲得高差，利用高差和基站的樓層判斷用 戶所在樓層。具體按照以下步驟進行：
[0024]步驟1，
[0025] 在室內(nèi)定位樓層判定中，在區(qū)域內(nèi)建立氣壓觀測基站，實時獲取本區(qū)域氣壓觀測 值，在用戶進行在線定位時可以同時獲取WLAN信號和氣壓觀測信號，WLAN信號進行平面位 置獲取，而氣壓信號可以獲取樓層信息，具體過程如圖1所示。
[0026]步驟2，
[0027] 在室內(nèi)定位應用環(huán)境中，由于樓內(nèi)位置距離較近，溫度的影響可以認為是同步的， 其他因素諸如濕度、重力加速度等也由于位置距離近而影響較弱，同時，由于基站實時將氣 壓、溫度數(shù)據(jù)傳送給定位服務器，用戶測得實時氣壓數(shù)據(jù)后可以進行實時計算，由于各方面 有利因素，在同一樓內(nèi)的氣壓基站會收到良好的差分效果，若給定氣壓基站的高程數(shù)據(jù)，則 可以獲得較高精度的絕對高程值。其中差分氣壓測高輔助樓層判定主要處理過程如圖2所 示：利用基站的氣壓傳感器獲得氣壓信號值，并實時將氣壓及溫度數(shù)據(jù)上傳至WLAN定位服 務器，在移動終端請求定位時，對實時同步氣壓信號進行濾波處理，并進行高差解算，獲得 高差后進行樓層判定。
[0028] 本發(fā)明的發(fā)明點在于：利用差分方式獲得用戶與基站之間的高差，利用高差與基 站所在樓層判斷用戶所在樓層。
[0029] 實驗場所為中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院大樓1-5層，實驗硬件平臺為SAMSUNG I9300Android智能手機，其集成氣壓傳感器為意法半導體公司生產(chǎn)的型號為LPS331AP的 壓力傳感器。
[0030] 選用同型號三臺手機氣壓傳感器進行實驗，分別在同一水平面（同一樓層不同位 置，水平間隔約30m)以及同一垂直面（同一水平位置但不同樓層，高度間隔約8m)進行24 小時氣壓測量，獲得數(shù)據(jù)如圖3所示。其中，圖3(a)和圖3(b)為氣壓傳感器1和氣壓傳感 器2所得24小時數(shù)據(jù)，圖3 (c)為在同一水平面的氣壓傳感器1和氣壓傳感器2在同一坐 標系下的表示，圖3 (d)為在同一垂直面的氣壓傳感器1和氣壓傳感器3在同一坐標系下的 表示。可知，在大樓內(nèi)，無論是同一水平面還是同一垂直面，氣壓趨勢一致性較好，這也是氣 壓測高能應用的前提條件，據(jù)此也可以利用差分方法來進行室內(nèi)樓層匹配。
[0031] 傳感器分辨率及系統(tǒng)穩(wěn)定性：
[0032] 根據(jù)LPS331AP產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，可知該傳感器額定檢測范圍為260-1260hPa，高分辨 率模式下氣壓誤差均方根（RMS)為0.020hPa，則據(jù)公式分析可知，在溫度為-25°C-50°C范 圍內(nèi)，其高度分辨率約為〇.2m，室內(nèi)樓層高度約為3-4m，故該氣壓傳感器理論上可以用于 樓層判別。
[0033] 如圖3所示，在同一水平測點和垂直測點連續(xù)測量24h，可以發(fā)現(xiàn)氣壓傳感器變化 趨勢一致，但氣壓值會產(chǎn)生抖動，為了更清楚地顯示，截取氣壓傳感器1在12:50-03:50數(shù) 據(jù)在圖4(a)表示，由圖示可以看出，氣壓測量模塊測得值會產(chǎn)生抖動，為了減小輸出值的 抖動，提高氣壓測量值的準確度，本文采用低通濾波的方式避免噪聲干擾，結(jié)果如圖4(b)， 其中低通濾波模型為：

【權利要求】
1. 一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法，其特征在于，按照以下步 驟進行： 步驟1， 在室內(nèi)定位樓層判定中，在區(qū)域內(nèi)建立氣壓觀測基站，實時獲取本區(qū)域氣壓觀測值，在 用戶進行在線定位時可以同時獲取WLAN信號和氣壓觀測信號，WLAN信號進行平面位置獲 取，而氣壓信號可以獲取樓層信息； 步驟2， 利用基站的氣壓傳感器獲得氣壓信號值，并實時將氣壓及溫度數(shù)據(jù)上傳至WLAN定位 服務器，在移動終端請求定位時，對實時同步氣壓信號進行濾波處理，并進行高差解算，獲 得高差后進行樓層判定。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法，其 特征在于，所述濾波處理為低通濾波的方式，模型為： Yn= aXn+(l-a)Yn_! 式中：Yn為本次濾波輸出值，Xn為當前讀出數(shù)據(jù)，Yn_i為上次濾波輸出值，a = 0. 125。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種差分氣壓測高輔助WLAN指紋定位中的樓層判別方法，其 特征在于，所述步驟2中采用拉普拉斯壓高公式進行高差解算。
【文檔編號】G01S5/04GK104507053SQ201410826011
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權日:2014年12月25日
【發(fā)明者】汪云甲, 劉克強, 閆中亞, 王堅, 李昕 申請人:中國礦業(yè)大學