一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及無線定位領(lǐng)域,特別地涉及一種基于Wi-Fi的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù):隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加,人們對(duì)定位與導(dǎo)航的需求日益增大,尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境,如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉(cāng)庫(kù)、超市、圖書館、地下停車場(chǎng)、礦井等環(huán)境中,常常需要確定移動(dòng)終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制,比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。全球定位系統(tǒng)(GPS)是獲取室外環(huán)境位置信息的最常用方式,但由于衛(wèi)星信號(hào)容易受到各種障礙物遮擋,GPS等衛(wèi)星定位技術(shù)并不適用于室內(nèi),目前無線室內(nèi)定位技術(shù)迅速發(fā)展,已成為GPS的有力補(bǔ)充?,F(xiàn)有室內(nèi)無線定位系統(tǒng)主要采用紅外、超聲波、藍(lán)牙、Wi-Fi、RFID等短距離無線技術(shù),其中Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)部署廣泛且成本較低。Wi-Fi提供了一個(gè)高性價(jià)比的定位解決方案。實(shí)際應(yīng)用中也已經(jīng)提出了許多方案,包括基于到達(dá)時(shí)間(TOA)、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)、到達(dá)角度(AOA)、測(cè)量接收信噪比(SNR),以及使用更廣泛的接收信號(hào)強(qiáng)度法(RSSI)、接收信號(hào)強(qiáng)度法(RSSI)主要分為兩類:三角定位法和位置指紋識(shí)別法。三角定位法基于無線傳播衰減模型,無線信號(hào)在空間的衰減與傳播距離存在一定的函數(shù)關(guān)系,常用的無線傳播衰減模型有對(duì)數(shù)正態(tài)傳播衰減模型,該模型采用接收到的信號(hào)強(qiáng)度來估計(jì)接收端距發(fā)射端的距離,利用待測(cè)目標(biāo)到至少三個(gè)已知參考點(diǎn)之間的距離信息估計(jì)待測(cè)目標(biāo)的位置。位置指紋識(shí)別法需要在定位服務(wù)器中建立存儲(chǔ)Wi-Fi信號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度等數(shù)據(jù),待測(cè)目標(biāo)將采集到的Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度信息傳遞給定位服務(wù)器,并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,從而確定待測(cè)目標(biāo)位置。指紋匹配定位不需要Wi-Fi節(jié)點(diǎn)的安裝位置信息。現(xiàn)有技術(shù)中,利用指紋匹配方式實(shí)現(xiàn)精確定位的常用方法有最鄰近法,K鄰近法(KNN),K加權(quán)鄰近法,貝葉斯估計(jì),BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。其中,廣泛應(yīng)用的K鄰近法(KNN),其選取信號(hào)空間距離最近的K個(gè)參考節(jié)點(diǎn),將未知節(jié)點(diǎn)定位在K個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)平均處。但是由于存在隨機(jī)干擾,在選取的K個(gè)參考點(diǎn)中某些參考點(diǎn)偏差較大時(shí),使得整體的平均值產(chǎn)生較大偏差,導(dǎo)致因定位精度較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處,提供一種基于Wi-Fi的室內(nèi)精確定位系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括定位服務(wù)器,局域網(wǎng),多個(gè)第一無線AP以及待定位的移動(dòng)終端,其中,定位服務(wù)器與局域網(wǎng)相連,其特征在于:所述定位系統(tǒng)還包括多個(gè)第二無線AP,所述第二無線AP的位置信息存儲(chǔ)在所述定位服務(wù)器中,所述定位系統(tǒng)采用所述多個(gè)第一無線AP對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位,并且采用所述第二無線AP對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行修正。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,所述修正是在所述多個(gè)第一無線AP對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位的結(jié)果中進(jìn)行選擇。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,所述移動(dòng)終端是帶有Wi-Fi芯片的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,所述第一無線AP和所述第二無線AP是無線交換機(jī)或無線路由器。本發(fā)明還提供了一種基于Wi-Fi的室內(nèi)精確定位方法,包括步驟一:選擇多個(gè)參考節(jié)點(diǎn);步驟二:對(duì)于上述多個(gè)參考節(jié)點(diǎn),在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處采集多個(gè)第一無線AP的Wi-Fi信號(hào)信息,將上述信息存入定位服務(wù)器的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中;步驟三:待定位的移動(dòng)終端獲取上述多個(gè)第一無線AP的信號(hào)強(qiáng)度值;步驟四:將該信號(hào)強(qiáng)度值與上述指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息進(jìn)行匹配,獲取與該信號(hào)強(qiáng)度值距離最近的K個(gè)位置的指紋數(shù)據(jù),并得到這K個(gè)指紋數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)的坐標(biāo);其中K是大于2的整數(shù);步驟五:該待定位的移動(dòng)終端選擇接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP,并得到待定位的移動(dòng)終端和該接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP的實(shí)際距離;并將該接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP的名稱和上述實(shí)際距離發(fā)送至定位服務(wù)器;步驟六:分別計(jì)算步驟四中得到的K個(gè)指紋數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)與步驟五中接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP的距離;確定上述K個(gè)指紋數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)與上述接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP的距離與待定位的移動(dòng)終端和該接收到的信號(hào)強(qiáng)度最大的第二無線AP的實(shí)際距離的偏差;步驟七:選擇步驟六中的所述偏差最小的指紋數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)參考點(diǎn),將其坐標(biāo)作為移動(dòng)終端的定位結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,步驟二中所述的Wi-Fi信號(hào)信息包括參考節(jié)點(diǎn)處各第一無線AP的MAC地址、參考節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度、以及該參考節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,步驟四中獲取與該信號(hào)強(qiáng)度值距離最近的K個(gè)位置的指紋數(shù)據(jù),是通過計(jì)算待定位移動(dòng)終端測(cè)得的各參考節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度值與指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的步驟二中獲得的參考點(diǎn)出的信號(hào)強(qiáng)度值的歐氏距離。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,步驟五中所述第二無線AP的位置信息存儲(chǔ)在所述定位服務(wù)器中。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,步驟五中所述的實(shí)際距離是基于對(duì)數(shù)正態(tài)傳播衰減模型獲得的。由于本發(fā)明以位置指紋識(shí)別法為基礎(chǔ),采用待測(cè)目標(biāo)與固定參考點(diǎn)的距離來改進(jìn)現(xiàn)有的KNN法,彌補(bǔ)以往Wi-Fi定位技術(shù)的不足,提高了Wi-Fi定位的精度。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于Wi-Fi的室內(nèi)定位的過程圖。圖2是本發(fā)明的信號(hào)強(qiáng)度定位匹配算法圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例:基于Wi-Fi的室內(nèi)定位系統(tǒng)(如圖1所示),包括局域網(wǎng)、定位服務(wù)器、以及待定位的移動(dòng)終端,其中定位服務(wù)器與局域網(wǎng)相連,在室內(nèi)建筑物結(jié)構(gòu)中設(shè)置若干個(gè)第一無線AP,該第一無線AP提供無線信號(hào)發(fā)射接收的功能,定位服務(wù)器不需要知曉該第一無線AP的位置;所述定位系統(tǒng)還包括多個(gè)已知位置的第二無線AP,所述多個(gè)第二無線AP的位置信息存儲(chǔ)在所述定位服務(wù)器中,所述定位系統(tǒng)采用所述第二無線AP對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位,并且采用所述第二無線AP對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行修正。所述定位服務(wù)器中含有室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)圖和各第二無線AP固定點(diǎn)分布圖?,F(xiàn)有的KNN法是將待定位移動(dòng)終端定位在K個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)平均處,但是,由于KNN法的K個(gè)最鄰近點(diǎn)也是基于歐氏距離。歐氏距離計(jì)算的不準(zhǔn)確性可能會(huì)使得某個(gè)最鄰近點(diǎn)偏移較大,對(duì)此取均值造成了定位結(jié)果的不準(zhǔn)確。本發(fā)明提出的方法對(duì)KNN法得到的K個(gè)最鄰近點(diǎn)進(jìn)行選擇,選擇的手段是通過額外的固定位置的AP,采用RSSI測(cè)距方式得到待定位移動(dòng)終端和該固定位置AP的距離,用該距離選擇K個(gè)最鄰近點(diǎn)。由于本發(fā)明中采用的固定位置的AP是接收信號(hào)強(qiáng)度最大的,其受到環(huán)境因素,例如墻體的影響較小,使得測(cè)量誤差減小,定位更加精準(zhǔn)。本發(fā)明提出的Wi-Fi室內(nèi)定位方法主要包括離線訓(xùn)練階段和在線定位階段,其中:離線訓(xùn)練階段通過離線測(cè)量預(yù)定參考節(jié)點(diǎn)的Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度,建立起Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度向量和預(yù)定參考節(jié)點(diǎn)位置間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,以形成一個(gè)指紋庫(kù)。離線訓(xùn)練階段包括了:步驟一:合理選擇參考節(jié)點(diǎn)的分布,確保能為定位階段的準(zhǔn)確位置估計(jì)提供足夠的信息??梢圆捎玫姆绞绞菍?duì)室內(nèi)空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格的長(zhǎng)度可以選擇1-3米,并將劃分結(jié)果存儲(chǔ)到定位服務(wù)器中。步驟二:對(duì)于各個(gè)參考節(jié)點(diǎn),在每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)處采集來自不同第一無線AP的Wi-Fi信號(hào)信息,將這些信息存入定位服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中;所述信號(hào)信息包括參考節(jié)點(diǎn)處各第一無線AP的名稱、MAC地址、參考節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度、參考節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)等;在線定位階段包括:步驟一:待定位移動(dòng)終端獲取各個(gè)第一無線AP的信號(hào)強(qiáng)度值,記為S=(s1,s2,...,sn),其中n為第一無線AP的個(gè)數(shù)。將測(cè)得的各個(gè)第一無線AP的信號(hào)強(qiáng)度值S與指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中離線訓(xùn)練階段得到的指紋數(shù)據(jù)中的涉及信號(hào)強(qiáng)度的項(xiàng)Fi=(Fi1,F(xiàn)i2,...,F(xiàn)in)進(jìn)行匹配,其中,i=1,2,...,L,L是大于2的整數(shù),代表離線訓(xùn)練階段步驟一種的參考節(jié)點(diǎn)數(shù);所述匹配通過計(jì)算S與Fi之間的距離,獲取與S距離最近的K個(gè)位置的指紋數(shù)據(jù)矢量,并得到這K個(gè)指紋參考點(diǎn)的坐標(biāo)(xk,yk),其中k=1,2,...,K,K是大于2并且小于L的整數(shù);其中,S與Fi之間的距離采用歐幾里德距離來計(jì)算,即,其中i=1,2,...,L,步驟二:待定位移動(dòng)終端通過判斷AP的名稱,選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最好的第二無線AP,該第二無線AP的坐標(biāo)已知,記為(xg,yg)并得到待定位移動(dòng)終端和該第二無線AP的距離d,將該第二無線AP的名稱與距離d發(fā)送至定位服務(wù)器,其中定位服務(wù)器中存儲(chǔ)各第二無線AP的位置分布圖及坐標(biāo)。得到距離d的方式基了對(duì)數(shù)正態(tài)傳播衰減模型,對(duì)數(shù)正態(tài)傳播衰減模型如下式:PL(d)=PL(d0)+10nlg(d/d0)+Xσ,其中,PL(d)表示與發(fā)射端距離為d處的信號(hào)強(qiáng)度,d0是一個(gè)固定基準(zhǔn)距離,n是與傳輸介質(zhì)相關(guān)的變量,Xσ表示一個(gè)高斯分布隨機(jī)變量。固定AP接收的信號(hào)強(qiáng)度記為RSSI,RSSI=P-PL(d),其中,P為信號(hào)發(fā)射功率,距離固定基準(zhǔn)距離處的參考點(diǎn)接收的信號(hào)強(qiáng)度A為:A=P-PL(d0),取d0=1米,則RSSI=A-10nlg(d)-Xσ,由于Xσ的均值為0,因此,通過多次測(cè)量得到其中,是多次測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度RSSI的平均值,即:可見,要得到距離與RSSI的關(guān)系模型,必須知道參數(shù)A和n的值,一般的做法是多次測(cè)量,構(gòu)造多個(gè)二元一次方程來求解A和n的值,結(jié)合待定位移動(dòng)終端所測(cè)得的當(dāng)前位置處第二無線AP的信號(hào)強(qiáng)度均值,即可得到待定位移動(dòng)終端和該固定AP的距離d。步驟三:計(jì)算上述步驟中K個(gè)指紋參考點(diǎn)與上述選擇的第二無線AP之間的距離Dk,其中k=1,2,...,K,步驟四:選擇Dk與距離d之間距離最小的參考節(jié)點(diǎn),將其坐標(biāo)作為移動(dòng)終端的定位結(jié)果。該距離可以通過定位服務(wù)器計(jì)算采用K個(gè)參考點(diǎn)坐標(biāo)與d的方差,方差最小的參考點(diǎn)確定為待定位移動(dòng)終端的位置。實(shí)施例中,所述的移動(dòng)終端是帶有Wi-Fi芯片裝置,可以是手機(jī),平板電腦等。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,AP固定點(diǎn)可以是無線交換機(jī),也可以用無線路由器來代替。以上對(duì)本發(fā)明的具體方式進(jìn)行了描述。本文中對(duì)于發(fā)明的描述是說明性的,因而,本發(fā)明的范圍不應(yīng)限制于上述具體實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚,在不脫離本發(fā)明的主旨或本質(zhì)特征的情況下,對(duì)上述具體實(shí)施方式進(jìn)行其他變形或改變,也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。