WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法
【專利摘要】一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，包括如下步驟：確定參考點的位置和坐標(biāo)，在參考點上捕獲接入點的媒體訪問控制地址，對媒體訪問控制地址列表中各個接入點的信號強度進(jìn)行采集，將采樣文件發(fā)送到服務(wù)器；對采樣文件中的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，得到擬合的概率分布曲線，對擬合的概率分布曲線進(jìn)行相關(guān)性修正，對相關(guān)性修正后的概率分布曲線進(jìn)行截斷處理，計算每個分貝毫瓦值上的概率，并進(jìn)行歸一化處理，最后生成指紋數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的指紋庫構(gòu)建過程耗時較長，處理繁瑣，指紋信息不充分，且不利于更新和維護的問題，通過將指紋采集的并行化，加速指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，對采集到的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，使得指紋數(shù)據(jù)庫更加準(zhǔn)確、全面。
【專利說明】WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，更具體的說，涉及一種為基于WiFi的室內(nèi)位置指紋定位系統(tǒng)構(gòu)建指紋數(shù)據(jù)庫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對于定位技術(shù)的需求越來越大。而最普及的定位技術(shù)是全球定位系統(tǒng)(GPS)，這種技術(shù)在室外區(qū)域可以獲得較好的精度，但是由于這種技術(shù)本身實現(xiàn)方式的原因，在室內(nèi)環(huán)境下其定位能力大幅度下降。因此急需尋找一種可行的室內(nèi)定位方法來彌補全球定位系統(tǒng)的不足。
[0003]一種可行的室內(nèi)定位解決方案是通過基于IEEE802.11無線局域網(wǎng)來實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的WiFi定位方法通過三角定位法來實現(xiàn)，包括基于到達(dá)時間，基于到達(dá)時間差，基于到達(dá)角度等方法。這些方法由于需要特殊設(shè)備，以及設(shè)備在可視范圍內(nèi)等缺點，很難適用于室內(nèi)定位。另一種可行的室內(nèi)定位方法通過指紋來實現(xiàn)，在Bahl, P.和Padmanabhan, V.N.的RADAR:an in-building RF-based user location and tracking system (一種基于指紋的室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng)，in Proc.1EEE INF0C0M, 2000，pp.775 - 784.)中提出通過采集室內(nèi)環(huán)境的各個點收到的信號強度作為指紋，并在最后定位時通過與指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來實現(xiàn)定位。這種方法大大降低了對硬件的要求，實現(xiàn)了一定的定位精度。同時，這種方法的精確度很大程度上依賴于指紋數(shù)據(jù)庫的精確和指紋信息的充分程度。傳統(tǒng)的指紋庫構(gòu)建過程耗時較長，處理繁瑣，指紋信息不充分，且不利于更新和維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，實現(xiàn)了對指紋采集和處理過程的簡化，保障了指紋信息的最大化，僅通過修改程序，就可以對指紋數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新和參數(shù)調(diào)節(jié)，最終使得基于WiFi的室內(nèi)定位系統(tǒng)取得較好的定位精度。
[0005]本發(fā)明通過指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)準(zhǔn)確、高效地采集指紋，處理采樣數(shù)據(jù)和構(gòu)建指紋數(shù)據(jù)庫。通過相關(guān)性修正、截斷處理和歸一化處理，使得指紋數(shù)據(jù)庫能更加準(zhǔn)確和全面的反應(yīng)出參考點上的指紋信息，并方便指紋定位系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，以實現(xiàn)更加精確和快速的給予WiFi的室內(nèi)定位。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，包括如下步驟:
[0008]第一步:確定參考點的位置和坐標(biāo)；
[0009]在定位的覆蓋區(qū)域上按照一定的間隔設(shè)置一系列參考點；
[0010]第二步:在參考點上捕獲接入點AP的媒體訪問控制MAC地址；
[0011]通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率掃描該設(shè)備可以接收到的接入點AP，并將捕捉到的接入點AP的媒體訪問控制MAC地址記錄到媒體訪問控制MAC地址列表中；
[0012]第三步:在參考點上對媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度進(jìn)行米集；
[0013]通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率進(jìn)行掃描，獲取媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度，并將采集到的信號強度按照一定的格式記錄到采樣文件中；
[0014]第四步:將采樣文件發(fā)送到服務(wù)器；
[0015]通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件將記錄有接入點AP信號強度的采樣文件上傳到服務(wù)器端；
[0016]第五步:對采樣文件中的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，得到擬合的概率分布曲線；
[0017]通過安裝在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件對指紋采集設(shè)備上傳的采樣文件進(jìn)行分析，并對每一個接入點AP的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，用所得的均值和方差，生成擬合的概率分布曲線；
[0018]第六步:對擬合的概率分布曲線進(jìn)行相關(guān)性修正；
[0019]計算接入點AP信號強度采樣數(shù)據(jù)的自相關(guān)值，并根據(jù)自相關(guān)值對擬合的概率分布曲線的方差進(jìn)行修正；
[0020]第七步:對相關(guān)性修正后的概率分布曲線進(jìn)行截斷處理；
[0021]根據(jù)接入點AP信號強度采樣數(shù)據(jù)的均值和預(yù)先設(shè)定的窗長，對相關(guān)性修正后的概率分布曲線進(jìn)行截斷處理；
[0022]第八步:計算每個分貝毫瓦值上的概率，并進(jìn)行歸一化處理；
[0023]根據(jù)截斷處理后的概率分布曲線，計算每個分貝毫瓦值上的概率，并對所有分貝毫瓦值上的概率進(jìn)行歸一化處理；
[0024]第九步:生成指紋數(shù)據(jù)庫；
[0025]使用數(shù)據(jù)庫軟件建立指紋數(shù)據(jù)庫，將歸一化處理后對應(yīng)于每個分貝毫瓦值上的概率和相應(yīng)的分貝毫瓦值分別作為指紋數(shù)據(jù)庫的元素存入指紋數(shù)據(jù)庫條目中。
[0026]本發(fā)明通過指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件相互配合進(jìn)行指紋采集，并通過相關(guān)性修正、截斷處理和歸一化處理對指紋采集數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，具有以下優(yōu)點:
[0027]1.指紋采集的并行化，指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建更加迅速。
[0028]2.指紋數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、全面，在一定程度上減少采樣自相關(guān)性和小尺度衰落對室內(nèi)定位系統(tǒng)定位精度的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明所提供的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明所提供的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，包括步驟如下:
[0032]第一步:確定參考點的位置和坐標(biāo)。
[0033]所述參考點，是在平面上預(yù)先選定的一系列位置，通過在這些位置上進(jìn)行指紋信息的采集，來構(gòu)建指紋數(shù)據(jù)庫。建立三維坐標(biāo)系，任一參考點的位置均可由坐標(biāo)(x，y，z)表示出來。其中，z坐標(biāo)表示位置所處在的平面，(x，y)表示參考點相對于平面的位置。參考點的位置采用等距網(wǎng)格的方式來設(shè)置，參考點之間的間隔越小，定位的精度相對越高，但采樣所需的總時長也越長。本例中參考點之間的間隔設(shè)置為1.5米。
[0034]第二步:在參考點上捕獲接入點AP的媒體訪問控制MAC地址。
[0035]所述捕獲接入點AP的媒體訪問控制MAC地址，是通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率掃描該設(shè)備可以接收到的接入點AP，并將捕捉到的接入點AP的媒體訪問控制MAC地址記錄到媒體訪問控制MAC地址列表中。
[0036]所述一定頻率的掃描，是安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件以IHz的頻率發(fā)出探查要求巾貞Probe Request,并從所收到的探查應(yīng)答巾貞Probe Response中提取接入點AP的媒體訪問控制MAC地址。
[0037]所述指紋采集設(shè)備是基于安卓(android)的智能移動終端，能夠通過調(diào)用系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口(API)驅(qū)動無線網(wǎng)卡發(fā)出探查要求巾貞Probe Request,和處理接收到的探查應(yīng)答中貞 Probe Response。
[0038]第三步:在參考點上對媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度進(jìn)行米集。
[0039]所述對媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度進(jìn)行采集。是通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率進(jìn)行掃描，獲取媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度，并將采集到的信號強度按照一定的格式記錄到采樣文件中。每個采樣點上信號強度的采集時間為5分鐘。
[0040]所述采樣文件是用來記錄參考點上的媒體訪問控制MAC地址列表和對應(yīng)的采集到的各個接入點AP的信號強度，采集到的信號強度按照時間順序記錄在采樣文件中。采樣文件除了包含上述信息外，還應(yīng)包含有參考點的位置坐標(biāo)信息。
[0041]第四步:將采樣文件發(fā)送到服務(wù)器。
[0042]所述將采樣文件發(fā)送到服務(wù)器，是通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件將記錄有接入點AP信號強度的采樣文件通過ftp協(xié)議，上傳到服務(wù)器端的指定目錄下。
[0043]第五步:對采樣文件中的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，得到擬合的概率分布曲線。
[0044]所述對采樣文件中的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，是通過安裝在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件對指紋采集設(shè)備上傳的采樣文件進(jìn)行分析，并對每一個接入點AP的信號強度數(shù)據(jù)計算均值和方差，生成擬合的概率分布曲線。
[0045]所述生成擬合的概率分布曲線，是一個參數(shù)化的概率分布函數(shù)模型，通過給定均值和方差來實例化該模型。本例中所采用的是正態(tài)分布的模型，也即擬合的概率分布曲線為指定均值和方差的正態(tài)分布。
[0046]第六步:對擬合的概率分布曲線進(jìn)行相關(guān)性修正。
[0047]第六步:對擬合的概率分布曲線進(jìn)行相關(guān)性修正。
[0048]所述相關(guān)性修正，是指根據(jù)接入點(AP)信號強度的采樣數(shù)據(jù)計算采樣的自相關(guān)值α，再根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步:確定參考點的位置和坐標(biāo)； 在定位的覆蓋區(qū)域上按照一定的間隔設(shè)置一系列參考點； 第二步:在參考點上捕獲接入點AP的媒體訪問控制MAC地址； 通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率掃描該設(shè)備可以接收到的接入點AP，并將捕捉到的接入點AP的媒體訪問控制MAC地址記錄到媒體訪問控制MAC地址列表中；第三步:在參考點上對媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度進(jìn)行米集； 通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件，以一定的頻率進(jìn)行掃描，獲取媒體訪問控制MAC地址列表中各個接入點AP的信號強度，并將采集到的信號強度按照一定的格式記錄到采樣文件中； 第四步:將采樣文件發(fā)送到服務(wù)器； 通過安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件將記錄有接入點AP信號強度的采樣文件上傳到服務(wù)器端； 第五步:對采樣文件中的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，得到擬合的概率分布曲線； 通過安裝在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理軟件對指紋采集設(shè)備上傳的采樣文件進(jìn)行分析，并對每一個接入點AP的信號強度數(shù)據(jù)做統(tǒng)計處理，用所得的均值和方差，生成擬合的概率分布曲線； 第六步:對擬合的概率分布曲線進(jìn)行相關(guān)性修正； 計算接入點AP信號強度采樣數(shù)據(jù)的自相關(guān)值，并根據(jù)自相關(guān)值對擬合的概率分布曲線的方差進(jìn)行修正； 第七步:對相關(guān)性修正后的概率分布曲線進(jìn)行截斷處理； 根據(jù)接入點AP信號強度采樣數(shù)據(jù)的均值和預(yù)先設(shè)定的窗長，對相關(guān)性修正后的概率分布曲線進(jìn)行截斷處理； 第八步:計算每個分貝毫瓦值上的概率，并進(jìn)行歸一化處理； 根據(jù)截斷處理后的概率分布曲線，計算每個分貝毫瓦值上的概率，并對所有分貝毫瓦值上的概率進(jìn)行歸一化處理； 第九步:生成指紋數(shù)據(jù)庫； 使用數(shù)據(jù)庫軟件建立指紋數(shù)據(jù)庫，將歸一化處理后對應(yīng)于每個分貝毫瓦值上的概率和相應(yīng)的分貝毫瓦值分別作為指紋數(shù)據(jù)庫的元素存入指紋數(shù)據(jù)庫條目中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，所述第一步的參考點采用等距網(wǎng)格的方式來設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，所述第二步的以一定頻率的掃描，是安裝在指紋采集設(shè)備上的客戶端軟件以IHz的頻率發(fā)出探查要求幀Probe Request,并從所收到的探查應(yīng)答幀Probe Response中提取接入點AP的媒體訪問控制MAC地址。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，所述指紋采集設(shè)備是基于安卓的智能移動終端，能夠通過調(diào)用系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口驅(qū)動無線網(wǎng)卡發(fā)出探查要求幀Probe Request,并處理接收到的探查應(yīng)答幀Probe Response。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，所述第三步的采樣文件是用來記錄參考點上的媒體訪問控制MAC地址列表和對應(yīng)的采集到的各個接入點AP的信號強度，采集到的信號強度按照時間順序記錄在采樣文件中，采樣文件還包含有參考點的位置坐標(biāo)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的指紋數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，其特征在于，所述第九步的指紋數(shù)據(jù)庫的條目包含有鍵:位置坐標(biāo)，接入點AP的媒體訪問控制MAC地址，分貝暈瓦值和該分貝暈瓦值上的概率 。
【文檔編號】H04W64/00GK103582119SQ201310476443
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】劉乾辰, 祝正元, 徐昌慶 申請人:上海交通大學(xué)