本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光強(qiáng)度變化的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是智能化概念的提出，定位技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，與定位技術(shù)相關(guān)的新業(yè)務(wù)也不斷出現(xiàn)。定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包含軍事、制造業(yè)、商業(yè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等多個(gè)方面?；谖恢玫姆?wù)(lbs)已成為研究的熱點(diǎn)之一，且具有廣泛的市場(chǎng)空間。世界上著名的定位系統(tǒng)包括美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(gps)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(glonass)以及中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。但是，這些定位系統(tǒng)只在室外的環(huán)境下?lián)碛辛己玫亩ㄎ痪取Ｔ谑覂?nèi)，由于環(huán)境復(fù)雜、建筑物的遮擋、障礙物多以及人員的走動(dòng)等原因，上述定位系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，滿足不了人們?cè)谑覂?nèi)環(huán)境下的定位需求。

目前室內(nèi)定位技術(shù)可以分為主動(dòng)式定位和被動(dòng)式定位兩個(gè)方面。主動(dòng)式定位要求被定位的目標(biāo)具備接收電磁波信號(hào)，發(fā)射電磁波信號(hào)，或者發(fā)射、接收其他信息的能力，例如wifi信號(hào)強(qiáng)度信息定位、地磁強(qiáng)度信息定位、慣性導(dǎo)航室內(nèi)定位、rfid室內(nèi)定位、可見(jiàn)光室內(nèi)定位等。被動(dòng)式定位不要求被定位的目標(biāo)具有上述能力，而是根據(jù)被定位目標(biāo)對(duì)環(huán)境參數(shù)產(chǎn)生的影響獲取目標(biāo)的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于光強(qiáng)度變化的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法，該方法根據(jù)被定位目標(biāo)對(duì)其臨近區(qū)域內(nèi)光強(qiáng)度的影響程度獲取目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，方便大規(guī)模覆蓋，具有廣泛的應(yīng)用范圍和良好的應(yīng)用前景。并提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的定位系統(tǒng)。技術(shù)方案如下：

一種基于光強(qiáng)度變化量的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法，包括下列步驟：

1)將室內(nèi)環(huán)境劃分成子區(qū)域，在各個(gè)子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)，以利用光敏傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度信息，每個(gè)光敏傳感器位于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

2)由光敏傳感器實(shí)時(shí)感知光線強(qiáng)度信息，并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將所有節(jié)點(diǎn)采集的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)。

3)上位機(jī)將當(dāng)前各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息與其上一個(gè)時(shí)刻的信息作對(duì)比，并提取光線強(qiáng)度信息變化超過(guò)閾值的節(jié)點(diǎn)。

4)若只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息變化量超過(guò)閾值，則認(rèn)為目標(biāo)處于該節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)格內(nèi)；若多個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度變化量超過(guò)閾值，則根據(jù)這些節(jié)點(diǎn)的位置和光線強(qiáng)度變化量，得到目標(biāo)位置。

優(yōu)選地，步驟4)采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)與之對(duì)應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述定位方法的被動(dòng)式室內(nèi)定位系統(tǒng)，在根據(jù)室內(nèi)環(huán)境劃分的各個(gè)子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建，以利用光敏傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度信息，每個(gè)光敏傳感器位于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上包括：光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)在室內(nèi)，由各個(gè)光敏傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，所述光敏傳感器節(jié)點(diǎn)用于感知光線強(qiáng)度；信息匯聚節(jié)點(diǎn)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)用于收集所有光敏傳感器采集到的光線強(qiáng)度信息，并將其發(fā)送給上位機(jī)；上位機(jī)，所述上位機(jī)用于運(yùn)行定位算法，并根據(jù)光敏傳感器采集到的光線強(qiáng)度變化信息和傳感器的布設(shè)情況確定目標(biāo)的位置。

優(yōu)選地，所述的定位算法采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)與之對(duì)應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施的場(chǎng)景示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基于光強(qiáng)度變化量的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法流程框圖。

圖3為發(fā)明一個(gè)實(shí)施的傳感器硬件模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

由于被定位目標(biāo)在室內(nèi)時(shí)必然會(huì)對(duì)一部分光線產(chǎn)生遮擋，導(dǎo)致在其臨近的一定區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度受到影響，產(chǎn)生陰影。因此可以基于室內(nèi)環(huán)境不同區(qū)域內(nèi)中光強(qiáng)度的變化情況對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。若被定為目標(biāo)在室內(nèi)移動(dòng)，則根據(jù)實(shí)時(shí)感知的光強(qiáng)度信息變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位和跟蹤?；谂R近關(guān)系的定位技術(shù)有很好的覆蓋性和可靠性，且定位算法簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間短，這些優(yōu)點(diǎn)是主動(dòng)式定位技術(shù)不具備的。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合圖1和圖2給出一個(gè)具體實(shí)例。本實(shí)例僅限于說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方法，不代表對(duì)本發(fā)明覆蓋范圍的限制。

發(fā)明一個(gè)實(shí)施的場(chǎng)景示意圖如圖1所示，房間中的燈位于房頂?shù)恼醒?，采用矩形網(wǎng)格的劃分方式將房間被劃分為35個(gè)小格，每個(gè)格子中布設(shè)一個(gè)位置已知的光敏傳感器。光敏傳感器完成光線強(qiáng)度信息采集并發(fā)送到信息匯聚節(jié)點(diǎn)。信息匯聚節(jié)點(diǎn)將所有光敏傳感器的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)，由上位機(jī)分析數(shù)據(jù)，并完成目標(biāo)定位。

發(fā)明實(shí)施例的基于光強(qiáng)度變化量的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法流程圖如圖2所示，方法可以分為離線劃分網(wǎng)格，部署光敏傳感器和在線定位兩個(gè)階段。

具體的基于光強(qiáng)度的被動(dòng)式室內(nèi)定位過(guò)程描述如下：根據(jù)前面改的完善下面步驟。

步驟一：定位前，將室內(nèi)環(huán)境劃分成35個(gè)矩形網(wǎng)格，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成所有網(wǎng)格光線強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)任務(wù)。如圖3所示，感應(yīng)光線強(qiáng)度的無(wú)線傳感器硬件由三部分組成：光線強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊、處理器模塊和無(wú)線通信模塊。

步驟二：完成傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署后，可進(jìn)入在線定位階段。無(wú)線傳感器首先采集環(huán)境的光強(qiáng)度信息，然后根據(jù)路由協(xié)議直接或者采用多跳的方式將光線強(qiáng)度信息發(fā)送到信息匯聚節(jié)點(diǎn)，信息匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)與上位機(jī)之間的協(xié)議對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息進(jìn)行處理，然后上傳到上位機(jī)。

步驟三：上位機(jī)收到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息后運(yùn)行定位算法，算法將當(dāng)前各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息與其上一個(gè)時(shí)刻作對(duì)比，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的光線強(qiáng)度變化值超過(guò)閾值，則認(rèn)為該傳感器所屬網(wǎng)格的光線強(qiáng)度受到影響。

步驟四：統(tǒng)計(jì)光線強(qiáng)度受到影響的傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于一，則認(rèn)為目標(biāo)在該網(wǎng)格內(nèi)；如果個(gè)數(shù)大于一，則采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)與之對(duì)應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于光強(qiáng)度變化量的被動(dòng)式室內(nèi)定位方法，包括：將室內(nèi)環(huán)境劃分成子區(qū)域，在各個(gè)子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)。由光敏傳感器實(shí)時(shí)感知光線強(qiáng)度信息，并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將所有節(jié)點(diǎn)采集的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)。上位機(jī)將當(dāng)前各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息與其上一個(gè)時(shí)刻的信息作對(duì)比，并提取光線強(qiáng)度信息變化超過(guò)閾值的節(jié)點(diǎn)。若只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度信息變化量超過(guò)閾值，則認(rèn)為目標(biāo)處于該節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)格內(nèi)；若多個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線強(qiáng)度變化量超過(guò)閾值，則根據(jù)這些節(jié)點(diǎn)的位置和光線強(qiáng)度變化量，得到目標(biāo)位置。本發(fā)明同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)上述定位方法的定位系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉開(kāi)華;張?jiān)评?馬永濤;張帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.14
技術(shù)公布日：2017.08.18