使用狀態(tài)空間估計器進行位置確定的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開整體涉及位置確定。
【背景技術(shù)】
[0002] 一些移動設(shè)備具有用于確定地理位置的特征部。例如，移動設(shè)備可包括用于從全 球衛(wèi)星系統(tǒng)（例如，全球定位系統(tǒng)或GPS)接收信號的接收器。移動設(shè)備可使用所接收的 GPS信號來確定包括煒度和經(jīng)度的地理位置。在許多地方，GPS信號可能不存在、微弱或受 到干擾，使得無法使用移動設(shè)備的GPS功能來準(zhǔn)確地確定位置。例如，常規(guī)的移動設(shè)備在位 于建筑物或隧道內(nèi)部時經(jīng)常不能基于GPS信號來確定位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明描述了用于使用位置指紋數(shù)據(jù)庫來確定移動設(shè)備的位置的方法、程序產(chǎn)品 和系統(tǒng)。在GPS信號不可用的情況下，移動設(shè)備可使用通過外推和內(nèi)插生成的位置指紋數(shù) 據(jù)庫來應(yīng)用統(tǒng)計分類以確定位置。
[0004] 在一個方面，服務(wù)器可生成用于數(shù)據(jù)庫的位置指紋數(shù)據(jù)。服務(wù)器可使用眾包、使用 信號源的已知位置或這兩者來生成位置指紋數(shù)據(jù)。服務(wù)器可從采樣設(shè)備接收環(huán)境變量的測 量，例如來自一個或多個采樣點處的信號源的信號。服務(wù)器可從所接收的測量外推和內(nèi)插 地點中的一個或多個位置處的估計測量。服務(wù)器可存儲作為位置指紋數(shù)據(jù)的外推或內(nèi)插的 測量。當(dāng)移動設(shè)備在該地點處時，服務(wù)器可將位置指紋數(shù)據(jù)發(fā)送到移動設(shè)備以用于確定移 動設(shè)備的位置。
[0005] 在一個方面，移動設(shè)備可使用從服務(wù)器接收的位置指紋數(shù)據(jù)來確定移動設(shè)備在該 地點處的位置。移動設(shè)備可從移動設(shè)備的傳感器獲取傳感器讀數(shù)的向量，每個傳感器讀數(shù) 可測量環(huán)境變量，例如由傳感器從信號源所接收的信號。移動設(shè)備可執(zhí)行向量和位置指紋 數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計匹配。然后，移動設(shè)備可基于該統(tǒng)計匹配來估計移動設(shè)備的當(dāng)前位置。
[0006] 在一個方面，移動設(shè)備可使用位置指紋數(shù)據(jù)和傳感器的讀數(shù)來獲取位置觀測值。 移動設(shè)備可在粒子濾波器中使用位置觀測值以用于確定移動設(shè)備在地點中的位置。移動設(shè) 備可進行初始觀測。該初始觀測可包括測量環(huán)境變量，例如由傳感器檢測的信號，并且將 測量與位置指紋數(shù)據(jù)進行比較。然后，移動設(shè)備可使用運動傳感器來確定設(shè)備的移動狀態(tài) (例如，方向和速度）。使用移動狀態(tài)和地點的地圖或通道信息，移動設(shè)備可確定設(shè)備的一 個或多個候選位置。然后，移動設(shè)備可使用下一個觀測值來更新候選位置，并且基于該候選 位置來確定概率密度函數(shù)。然后，移動設(shè)備可向用戶呈現(xiàn)作為設(shè)備在地點中的當(dāng)前位置的 最可能的位置。
[0007] 可實施位置指紋技術(shù)以實現(xiàn)以下優(yōu)點。即使當(dāng)GPS信號不可用時以及當(dāng)常規(guī)位置 確定功能失效時，移動設(shè)備也能夠確定位置。例如，當(dāng)移動設(shè)備位于其無法檢測GPS信號的 建筑物或隧道內(nèi)部時，移動設(shè)備可確定移動設(shè)備位于何處。
[0008] 與使用常規(guī)位置估計技術(shù)的移動設(shè)備相比，使用位置指紋數(shù)據(jù)的移動設(shè)備可確定 具有較高分辨率的位置。例如，當(dāng)移動設(shè)備在室內(nèi)時，常規(guī)設(shè)備可使用蜂窩信號以用于三角 測量。三角測量可具有幾個街區(qū)的分辨率。相比而言，使用位置指紋數(shù)據(jù)的移動設(shè)備可確 定攜帶設(shè)備的用戶是正在沿著走廊步行、進入自助餐廳或正進入建筑物中的辦公室。移動 設(shè)備可確定用戶位于哪個樓層，用戶已通過哪道門。
[0009] 移動設(shè)備可根據(jù)需要來獲取位置指紋數(shù)據(jù)。例如，移動設(shè)備可僅在移動設(shè)備快要 進入建筑物時獲取該建筑物的位置指紋數(shù)據(jù)。因此，可將用于位置確定的內(nèi)存占用、網(wǎng)絡(luò)帶 寬使用和處理器負(fù)荷最小化。
[0010] 在附圖和以下描述中示出了使用位置指紋數(shù)據(jù)庫的位置確定的一個或多個具體 實施的細(xì)節(jié)。根據(jù)【具體實施方式】、附圖和權(quán)利要求書，使用位置指紋數(shù)據(jù)庫的位置確定的其 他特征、方面和優(yōu)點將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0011] 圖1是提供使用位置指紋數(shù)據(jù)的位置確定的概述的框圖。
[0012] 圖2示出了用于生成位置指紋數(shù)據(jù)的示例性調(diào)查技術(shù)。
[0013] 圖3是用于生成位置指紋數(shù)據(jù)的示例性指紋引擎的框圖。
[0014] 圖4A示出了用于調(diào)查地點的示例性內(nèi)插和外推技術(shù)。
[0015] 圖4B示出了用于基于預(yù)測來生成位置指紋數(shù)據(jù)的示例性技術(shù)。
[0016] 圖5示出了位置指紋數(shù)據(jù)中的示例性特征向量。
[0017] 圖6示出了位置指紋數(shù)據(jù)庫的示例性邏輯結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖7示出了使用統(tǒng)計分類來估計當(dāng)前位置的示例性技術(shù)。
[0019] 圖8是使用核估計來生成位置觀測值的示例性過程的流程圖。
[0020] 圖9是示出使用粒子濾波器來估計當(dāng)前位置的示例性移動設(shè)備的框圖。
[0021] 圖10示出了對粒子濾波器的約束的示例性應(yīng)用。
[0022] 圖11A-圖11C示出了使用來自移動設(shè)備的傳感器的讀數(shù)來配置粒子濾波器的示 例性技術(shù)。
[0023] 圖12是生成位置指紋數(shù)據(jù)的示例性過程的流程圖。
[0024] 圖13是使用位置指紋數(shù)據(jù)來估計位置的示例性過程的流程圖。
[0025] 圖14是使用粒子濾波器來估計位置的示例性過程的流程圖。
[0026] 圖15是用于顯示移動設(shè)備在地點處的位置的示例性用戶界面。
[0027] 圖16是用于實現(xiàn)圖1-圖15所示的特征和操作的示例性系統(tǒng)架構(gòu)的框圖。
[0028] 圖17是示出實現(xiàn)參考圖1-圖15所述的特征和操作的移動設(shè)備的示例性設(shè)備架 構(gòu)的框圖。
[0029] 圖18是圖1-圖15的移動設(shè)備的示例性網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境的框圖。
[0030] 在各個附圖中，類似的參考標(biāo)號指示類似的元件。
【具體實施方式】
[0031] 歷
[0032] 圖1是提供使用位置指紋數(shù)據(jù)的位置確定的概述的框圖。位置服務(wù)器102可包括 一個或多個計算機，其被編程以生成位置指紋數(shù)據(jù)并且將這些位置指紋數(shù)據(jù)存儲在位置指 紋數(shù)據(jù)庫104中。位置服務(wù)器102可將位置指紋數(shù)據(jù)提供給移動設(shè)備106。移動設(shè)備106 可使用從位置服務(wù)器102所接收的位置指紋數(shù)據(jù)來確定移動設(shè)備106的位置。
[0033]由位置服務(wù)器102所生成的位置指紋數(shù)據(jù)可包括與地點相關(guān)聯(lián)的一組特征。地點 可為行人可進入的空間。地點可包括限制行人在空間中移動的一個或多個約束。這些約束 可包括例如地圖約束（例如，壁、欄桿或隔間隔板）、通道約束（例如，在由道路標(biāo)志限定的 通道上步行的行人傾向于沿循該通道）或行人運動約束（例如，行人無法以快于X英里每 小時的速度移動或當(dāng)不在樓梯或升降機中時無法豎直移動）。地點可為物理結(jié)構(gòu)。物理結(jié) 構(gòu)可為封閉的（例如，建筑物）或開放的（例如，露天體育場）?？臻g可為在物理結(jié)構(gòu)內(nèi)部 的室內(nèi)空間，或者在物理結(jié)構(gòu)為開放的情況下可為在物理結(jié)構(gòu)的限定空間內(nèi)部的空間。地 點可為移動的（例如，飛機、游輪或移動采油平臺）。
[0034]例如，地點可為具有大廳、辦公室、壁、門、升降機和走廊的多層辦公大樓。行人可 為人類或以與人類步行或跑步速度類似的速度移動的設(shè)備。
[0035]位置服務(wù)器102可通過將環(huán)境變量的測量指定為與地點相關(guān)聯(lián)的一組特征來生 成位置指紋數(shù)據(jù)。環(huán)境變量可為來自一個或多個信號源的信號。環(huán)境變量的測量可包括通 過一個或多個Wi-Fi?接入點射頻（RF)掃描所獲取的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可包括服務(wù)集標(biāo)識符 (SSID)或接收信號強度指示（RSSI)。環(huán)境變量的測量可包括磁場屬性，該磁場屬性包括靜 態(tài)屬性和動態(tài)屬性。例如，該測量可包括磁場的量值和方向以及它們相應(yīng)的變化速率。環(huán) 境變量的測量可包括Bluetooth?掃描數(shù)據(jù)，例如標(biāo)識符或RSSI。環(huán)境變量的測量可包括 蜂窩數(shù)據(jù)，例如小區(qū)標(biāo)識符或RSSI。環(huán)境變量的測量可包括基于視覺的特征，例如光強度、 顏色或由特征識別設(shè)備確定的視覺特征。信號的測量可包括近場通信（NFC)信號或射頻識 別（RFID)信號的測量。
[0036]位置服務(wù)器102可使用指紋引擎108來生成位置指紋數(shù)據(jù)。指紋引擎108可使用 調(diào)查或預(yù)測來生成位置指紋數(shù)據(jù)。為了使用調(diào)查來生成位置指紋數(shù)據(jù)，指紋引擎108可從 一個或多個采樣設(shè)備接收眾包數(shù)據(jù)或調(diào)查數(shù)據(jù)。指紋引擎108可使用內(nèi)插法基于所接收的 眾包數(shù)據(jù)來生成位置指紋數(shù)據(jù)。眾包數(shù)據(jù)可包括由一個或多個采樣設(shè)備提交的環(huán)境變量的 測量。每個采樣設(shè)備可為具有傳感器（例如，RF接收器）的移動設(shè)備，該傳感器用于測量 環(huán)境變量（例如，RF信號）并且被配置為將測量提供給指紋引擎108。為了測量信號，采樣 設(shè)備可被編程為在放置于各種采樣點處時記錄可檢測的信號。例如，用戶或交通工具可攜 帶采樣設(shè)備并且在地點（例如，建筑物）內(nèi)部步行或以其他方式行進（例如，利用升降機向 上或向下移動）。同時，采樣設(shè)備可記錄所測量的信號，并且實時地或分批地將所記錄的信 號提交給位置服務(wù)器102。所記錄的信號可來自各種各樣的信號源。例如，所記錄的信號可 包括磁場測量、RF測量和光測量中的一些或全部。所記錄的測量和內(nèi)插可與地點相關(guān)聯(lián)。
[0037]為了使用預(yù)測來生成位置指紋數(shù)據(jù)，指紋引擎108可使用由信號估計器110生成 的預(yù)測信號測量。預(yù)測可包括使用接入點上的真實數(shù)據(jù)進行外推。真實數(shù)據(jù)可包括接入點 的已知位置。信號估計器110可為位置服務(wù)器102的部件，該位置服務(wù)器102的部件被配 置為基于地點的地圖（或指定信號屏障的其他結(jié)構(gòu)信息）和信號源在地點中的已知位置來 生成估計信號測量。信號估計器110可接收地圖、位置和信號源特性。信號估計器110可 基于信號源特性、信號源位置和地圖中的特征來確定給定位置處的估計信號測量。例如，信 號估計器110可確定地點中的一個或多個采樣點，并且確定采樣點和無線接入點之間的距 離?；跓o線接入點的類型、構(gòu)造或型號，信號估計器110可確定接入點的信號強度?；?采樣點和接入點之間的壁的數(shù)量，信號估計器110可確定來自接入點的信號的衰減。使用 信號強度和衰減，信號估計器110可確定采樣點處的估計測量（例如，RSSI)并且將采樣點 的估計測量和坐標(biāo)提供給指紋引擎108。
[0038] 位置服務(wù)器102可在接收到來自移動設(shè)備106的請求時將位置指紋數(shù)據(jù)發(fā)送到移 動設(shè)備106。移動設(shè)備106可根據(jù)需要例如在移動設(shè)備106進入地點時將請求發(fā)送到位置 服務(wù)器102。當(dāng)接收到位置指紋數(shù)據(jù)時，移動設(shè)備106可將位置指紋數(shù)據(jù)存儲在位置指紋數(shù) 據(jù)庫112中。移動設(shè)備106可使用傳感器114來獲取環(huán)境變量的一組測量（例如，來自一 個或多個Wi-Fi?掃描的結(jié)果）。傳感器114可將這些測量發(fā)送到作為測量向量的掃描分 析器116。掃描分析器116可為移動設(shè)備106的部件，該移動設(shè)備106的部件被配置為基于 測量向量和位置指紋數(shù)據(jù)來得出移動設(shè)備106的最可能的位置。移動設(shè)備106可使用掃描 分析器116將來自傳感器114的測量向量中的讀數(shù)與存儲在位置指紋數(shù)據(jù)庫112中的位置 指紋數(shù)據(jù)進行匹配。該匹配可為多維的。例如，可對信號源維度（信號源1的測量、信號源 2的測量……）和位置維度（例如，煒度、經(jīng)度和高度）執(zhí)行匹配。匹配可包括測量向量的 統(tǒng)計分類，其中位置指紋數(shù)據(jù)是用于統(tǒng)計分類的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。掃描分析器116可得出作為多 維匹配的函數(shù)的最可能的位置。
[0039] 在一些具體實施中，掃描分析器116可將最可能的位置指定為位置觀測值，并且 將位置觀測值提供給粒子濾波器引擎118。粒子濾波器引擎118是移動設(shè)備106的部件，該 移動設(shè)備106的部件被配置為使用可用數(shù)據(jù)來估計移動設(shè)備106的當(dāng)前位置。粒子濾波器 引擎118可確定移動設(shè)備106的初始位置，例如通過使用地點中的隨機位置或使用第一觀 測值。此外，粒子濾波器引擎118可從傳感器114接收移動設(shè)備106的運動信息。使用運 動信息和地點的地圖，粒子濾波器引擎118可配置粒子濾波器的參數(shù)以模擬移動設(shè)備106 的候選位置。然后，粒子濾波器引擎118可使用來自掃描分析器116的位置觀測值來更新 粒子濾波器。更新粒子濾波器可包括基于過去的位置估計和觀測值來確定當(dāng)前位置估計。 可對候選位置使用概率密度函數(shù)來確定當(dāng)前位置估計。粒子濾波器引擎118可提供作為輸 出的當(dāng)前位置估計的表示，以向移動設(shè)備106的用戶進行顯示。
[0040] 牛成位詈指紋數(shù)據(jù)
[0041] 圖2示出了用于生成位置指紋數(shù)據(jù)的示例性調(diào)查技術(shù)。采樣設(shè)備202可調(diào)查地點 204的可用特征。調(diào)查地點204可包括使用采樣設(shè)備202的傳感器來測量一個或多個環(huán)境 變量。每個環(huán)境變量可為無線電信號特性、磁場強度或方向、溫度、聲音級別、光強度或顏 色。環(huán)境變量可包括來自信號源206, 208和210的信號。信號源206, 208和210可發(fā)射能 夠被地點204內(nèi)部的采樣設(shè)備202檢測到的信號。信號源206, 208和210不需要物理定位 在地點204中。
[0042] 采樣設(shè)備202可被攜帶到地點204中的各個采樣點。采樣設(shè)備202可基于在采樣 設(shè)備202上顯示的地點204的地圖上的用戶輸入來確定采樣點。在每個采樣點處，采樣設(shè) 備202可記錄測量來自一個或多個信號源的信號的傳感器讀數(shù)。例如，如果信號源206, 208 和210是無線接入點，則采樣設(shè)備202可記錄從接入點接收的SSID，并且在采樣設(shè)備202可 檢測來自每個無線接入點的無線信號（如圖2中以虛線所指示的）時記錄來自每個無線接 入點的RSSI。采樣設(shè)備202可將每個采樣點處的測量指定為采樣點的測量向量。在每個采 樣點處，采樣設(shè)備202不需要檢測來自所有信號源的信號來生成采樣點的測量向量。采樣 設(shè)備202可將測量向量作為調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)送到位置服務(wù)器102以用于進行另外的處理。
[0043]地點204可包括不存在采樣數(shù)據(jù)的空間214?？臻g214可為采樣設(shè)備202未達到 的空間，或采樣設(shè)備202移動通過而未停留足夠長時間以獲取信號的讀數(shù)的空間。位置服 務(wù)器102的