一種基于雙套指紋疊加的wlan室內(nèi)定位方法
【專利摘要】一種基于雙套指紋疊加的WLAN室內(nèi)定位方法，屬于無線通信的【技術(shù)領(lǐng)域】，是對(duì)對(duì)無線局域網(wǎng)環(huán)境下的室內(nèi)人員/資產(chǎn)進(jìn)行定位的方法。該方法在離線階段首先采集參考點(diǎn)的信號(hào)特征，建立第一套R(shí)SS指紋數(shù)據(jù)庫；然后平移第一套指紋數(shù)據(jù)庫中全部參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)，使兩套指紋交錯(cuò)疊加在一起，再采集平移后的參考點(diǎn)的信號(hào)特征，建立第二套R(shí)SS指紋數(shù)據(jù)庫。在線定位階段，先分別判定待定位點(diǎn)在兩套指紋地圖中的網(wǎng)格位置，利用網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)取均值進(jìn)行定位；若局部定位環(huán)境不理想，還可采用交叉篩選指紋的方式選出最優(yōu)的一套指紋進(jìn)行定位，有效減弱個(gè)別異常指紋對(duì)定位計(jì)算造成的影響。本發(fā)明簡單易行，定位精度高。
【專利說明】-種基于雙套指紋疊加的WLAN室內(nèi)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信的【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明是一種基于雙套指紋疊加的WLAN室內(nèi) 定位方法，適用于無線局域網(wǎng)環(huán)境下的室內(nèi)人員/資產(chǎn)定位。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和快速發(fā)展，基于位置的服務(wù)應(yīng)用越來越廣泛，基于位置的服 務(wù)要求定位系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可靠的位置信息。因此，充分利用現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)絡(luò) (Wireless Local Area Networks, WLAN)，以較低的成本提供室內(nèi)環(huán)境下的精確的位置信 息，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 目前室內(nèi)定位方法中應(yīng)用最普遍的是位置指紋法，該方法將參考點(diǎn)RP(ReferenCePoint)從無線接入點(diǎn)AP (Access Point)中測得的信號(hào)強(qiáng)度RSS (Received Signal Strength)作為指紋特性與地理空間相匹配，無需增加額外硬件，簡單易行，定位精度較高。 位置指紋法共分為離線階段和在線階段兩個(gè)步驟，主要包括最近鄰法、K近鄰法和概率法。 其中K近鄰法（KNN，K Nearest Neighbors)在算法復(fù)雜度和定位精度上具有一定優(yōu)勢，然 而RSS易受多徑、繞射、衍射、人員走動(dòng)等干擾因素影響，使經(jīng)過KNN算法計(jì)算出的個(gè)別候選 參考點(diǎn)遠(yuǎn)離真實(shí)待定位點(diǎn)，會(huì)對(duì)定位精度造成一定影響。
[0004] 傳統(tǒng)的基于RSS位置指紋定位法在離線階段均采用建立單套指紋的方法，在室內(nèi) 定位區(qū)域中間隔一定距離均勻設(shè)置參考點(diǎn)并采集RSS，在線階段需要以遍歷的方式去匹配 位置指紋地圖中的指紋信息。理論上定位精度隨著參考點(diǎn)密度增大而獲得提升，由于離線 階段需要人工參與建立指紋庫，為了獲得較高的定位精度，離線工作量也會(huì)隨之增大，這會(huì) 使時(shí)間成本迅速提1?。
[0005] 專利名稱：基于近鄰點(diǎn)數(shù)優(yōu)化的WLAN室內(nèi)KNN定位方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺?201010154412. 2,年份2010年，公開了一種基于近鄰點(diǎn)數(shù)優(yōu)化的WLAN室內(nèi)KNN定位方法， 該方法解決了現(xiàn)有的WLAN室內(nèi)KNN定位方法中，因近鄰點(diǎn)數(shù)選取不當(dāng)所導(dǎo)致的定位精度惡 化的問題，然而該方法在離線階段將目標(biāo)區(qū)域劃分成均勻的網(wǎng)格，需要人工采集每一個(gè)參 考點(diǎn)的RSS，離線工作量很大。
[0006] 專利名稱：基于分區(qū)信息熵增益的WLAN室內(nèi)定位方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺?201210329662. 4,年份：2012年，公開了一種基于分區(qū)信息熵增益的WLAN室內(nèi)定位方法，該 方法通過利用K均值聚類算法將定位空間分區(qū)來減少定位所需的運(yùn)算量并通過篩選AP來 提高定位精度，為了減小系統(tǒng)誤差，提高參考點(diǎn)密度，然而該方法在離線階段將目標(biāo)區(qū)域劃 分成間隔1米的均勻網(wǎng)格，需要人工采集每一個(gè)參考點(diǎn)的RSS，離線工作量很大。
[0007] 專利名稱：基于分類閾值及信號(hào)強(qiáng)度權(quán)重的室內(nèi)定位方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺?201310155441. 4,年份2013年，公開了一種基于分類閾值及信號(hào)強(qiáng)度權(quán)重的室內(nèi)定位方 法，該方法通過根據(jù)路徑損耗特征對(duì)參考點(diǎn)分類來確定匹配閾值并以參考點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度作為 權(quán)重參與K近鄰加權(quán)，可減小室內(nèi)環(huán)境干擾造成RSS隨機(jī)抖動(dòng)的影響，削弱乃至消除被嚴(yán)重 干擾的參考點(diǎn)的影響，較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，然而該方法在離線階段將目標(biāo)區(qū)域劃分 成間隔1. 5米的均勻網(wǎng)格，需要人工采集每一個(gè)參考點(diǎn)的RSS，離線工作量很大。
[0008] 針對(duì)上述背景內(nèi)容，研究一種簡單易行、離線工作量大大降低且定位精度仍能保 證較高水平的位置指紋定位算法，對(duì)WLAN室內(nèi)定位具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有位置指紋定位算法，提供一種基于雙套指紋疊加的 WLAN室內(nèi)定位方法，既能提升定位精度，減弱RSS受多徑、繞射、衍射、人員走動(dòng)等干擾因素 對(duì)定位造成的影響，又能大大降低離線階段指紋建庫的工作量，簡單易行，從而為實(shí)現(xiàn)室內(nèi) 精確定位具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0010] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0011] A、將待定位區(qū)域劃分成均勻網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格的邊長為1，單套指紋共m個(gè)參考節(jié) 點(diǎn)，將網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為參考點(diǎn)的位置并接收來自η個(gè)AP的RSS值，構(gòu)建第一套R(shí)SS指紋地 圖；
[0012] Β、平移第一套指紋地圖中的全部m個(gè)參考點(diǎn)，構(gòu)建第二套R(shí)SS指紋地圖，并結(jié)合兩 套指紋地圖構(gòu)建直角坐標(biāo)系；
[0013] C、在線定位階段，根據(jù)待定位點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS值，分別判定其所在第一套指紋及第 二套指紋中的位置，并將其所屬網(wǎng)格作為該套指紋的候選網(wǎng)格；
[0014] D、分別選出兩套指紋地圖中的候選網(wǎng)格，根據(jù)特定算法確定待定位點(diǎn)的位置。
[0015] 所述步驟A為：
[0016] A1、將每個(gè)參考點(diǎn)接收到的k次來自每一個(gè)AP的信號(hào)強(qiáng)度RSS值構(gòu)成一個(gè)nXk 矩陣，該矩陣的第i行和第j列分別表示來自第i個(gè)AP第j次測量的RSS值，其中， i ^ n, j ^ k〇
[0017] A2、分別對(duì)所有參考點(diǎn)的nXk矩陣的各列求和再取平均值，將其值保存在

【權(quán)利要求】
1. 一種基于雙套指紋疊加的WLAN室內(nèi)定位方法，其特征在于以下步驟： A、將待定位區(qū)域劃分成均勻網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格的邊長為1，單套指紋共m個(gè)參考節(jié)點(diǎn)， 將網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為參考點(diǎn)的位置并接收來自η個(gè)參考點(diǎn)AP的信號(hào)強(qiáng)度RSS值，構(gòu)建第一套 RSS指紋地圖； Β、平移第一套指紋地圖中的全部m個(gè)參考點(diǎn)，構(gòu)建第二套R(shí)SS指紋地圖，并結(jié)合兩套指 紋地圖構(gòu)建直角坐標(biāo)系；具體如下： (1) 先將第一套指紋水平向右平移1/2距離，再水平向下平移1/2距離，同樣將網(wǎng)格的 頂點(diǎn)作為參考點(diǎn)的位置并接收來自η個(gè)AP的RSS值，將其值存在信號(hào)強(qiáng)度RSS矩陣中； (2) 構(gòu)建第二套指紋地圖的
矩陣，令
，其中m表示參考點(diǎn)的總數(shù)，η表示ΑΡ 的總數(shù)； (3) 將第二套指紋的最下邊作為X軸，取向右為正方向，將第一套指紋的最左邊作為y 軸，取向上為正方向，分別將兩套指紋中每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)坐標(biāo)與其在指紋地圖中的位置 編號(hào)一一對(duì)應(yīng)存入兩個(gè)不同的GC矩陣中，令
'其中 i表示指紋地圖中參考網(wǎng)格的行總數(shù)，j表示指紋地圖中參考網(wǎng)格的列總數(shù)，（x，y)表示網(wǎng) 格的中心點(diǎn)坐標(biāo)； 分別將兩套指紋中每個(gè)參考點(diǎn)的坐標(biāo)存入兩個(gè)不同的RP矩陣中，令
'其中，i表示指紋地圖中參考點(diǎn)的行總數(shù)，j表示指 紋地圖中參考點(diǎn)的列總數(shù)，（x，y)表示參考點(diǎn)的坐標(biāo)； C、在線定位階段，根據(jù)待定位點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS值，分別判定其所在第一套指紋及第二套 指紋中的網(wǎng)格位置，并將其所屬網(wǎng)格作為該套指紋的候選網(wǎng)格； 具體如下： (1)待定位點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS采樣次數(shù)為N，將其平均信號(hào)強(qiáng)度值作為該點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS值， 分別計(jì)算實(shí)時(shí)RSS與兩套指紋地圖中各個(gè)參考點(diǎn)的RSS值之間的歐氏距離，利用如下公 式：
其中，〇1表示實(shí)時(shí)RSS到第Dif參考點(diǎn)之間的歐式距離值，i = 1，2，……，m，m為參 考點(diǎn)總數(shù)，j = 1，2, ......, η, η為AP總數(shù)； (2) 在其中的一套指紋中，找到最小的前四個(gè)歐氏距離D值，并找到其對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)坐 標(biāo)，先取出前三個(gè)最小的歐氏距離所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)坐標(biāo)，判斷其中任意兩個(gè)參考點(diǎn)的橫、縱 坐標(biāo)的差值Δ X和Δ y是否滿足區(qū)域判定條件（〇< Δχ<21 Π 0< Ay<21，1表不網(wǎng) 格的邊長）； 若滿足上述條件，則通過如下公式計(jì)算權(quán)重指標(biāo)：
其中，i = 1，2,3 ;k = 1，2,3 ; 通過如下公式計(jì)算待定位點(diǎn)在該套指紋中的平均坐標(biāo)：
其中，i = 1，2,3 ; 在指紋地圖中判斷待定位點(diǎn)屬于哪一個(gè)網(wǎng)格，用如下公式：
其中，&表示待定位點(diǎn)與指紋地圖中任意網(wǎng)格中點(diǎn)坐標(biāo)的距離，（X, J.·)表示待定位點(diǎn)在 該套指紋地圖中的坐標(biāo)，（Xij, yd表示指紋地圖中網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)，i = 1，2, ......，j = 1， 2，……； 選取最小的&值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為待定位點(diǎn)所在指紋地圖中的網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)，將 該網(wǎng)格作為待定位點(diǎn)在該套指紋中的候選網(wǎng)格； (3) 若不滿足上述條件，則選取最小的前四個(gè)歐氏距離D值所對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算 這四個(gè)參考點(diǎn)的平均坐標(biāo)，用下述公式表示：
分別計(jì)算這四個(gè)參考點(diǎn)與其平均坐標(biāo)值之間的距離diSi，用下述公式表示：
將diSi中的最大值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)剔除掉，利用其余的三個(gè)坐標(biāo)值先判斷條件，若滿足 條件，則計(jì)算權(quán)重指標(biāo)，計(jì)算待定位點(diǎn)坐標(biāo)并找到其在指紋地圖中的網(wǎng)格，具體步驟見 C2 ； 若仍然不滿足條件，則認(rèn)為待定位點(diǎn)在該套指紋地圖中無法通過參考點(diǎn)聚類的方法精 確定位，定位誤差較大，即真實(shí)的網(wǎng)格位置無法判定，此時(shí)選取待定位點(diǎn)在該套指紋地圖中 最小的前兩個(gè)歐氏距離值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)； D、分別選出兩套指紋地圖中的候選網(wǎng)格，根據(jù)特定算法確定待定位點(diǎn)的位置；具體如 下： (1)若兩套指紋地圖中均存在候選網(wǎng)格，則用兩個(gè)候選網(wǎng)格的中心點(diǎn)坐標(biāo)取平均值作 為待定位點(diǎn)坐標(biāo)； (2) 若兩套指紋地圖中僅存在一個(gè)候選網(wǎng)格，則用判斷該網(wǎng)格成立的前三個(gè)最小歐氏 距離點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)取平均值作為待定位點(diǎn)坐標(biāo)； (3) 若兩套指紋地圖中均不存在候選網(wǎng)格，則取各自指紋地圖中與待定位點(diǎn)最近的前 兩個(gè)參考點(diǎn)，計(jì)算這四個(gè)點(diǎn)的平均值作為待定位點(diǎn)坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104066058SQ201410332222
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王洪玉, 宋強(qiáng), 王潔, 張茂龍, 邵凌, 方勇, 于天成, 黨大鵬, 徐珩 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)