一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 對(duì)于許多行業(yè)，如交通運(yùn)輸，制造，物流和醫(yī)療保健標(biāo)準(zhǔn)和個(gè)性化的應(yīng)用，位置信 息是一項(xiàng)至關(guān)重要的服務(wù)信息。同時(shí)它也是提供個(gè)性化和基于位置的服務(wù)的基礎(chǔ)。定位 系統(tǒng)按照定位環(huán)境的不同可W分為室內(nèi)和室外定位。在美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC)提出 的E-911要求的推動(dòng)下，室外定位算法起步的較早，發(fā)展迅速，成果明顯。相對(duì)而言，室 內(nèi)定位算法的提出較晚，是非常重要的領(lǐng)域，發(fā)展前景大。近年來，射頻識(shí)別技術(shù)（Radio 化equen巧Identification,RFID)已經(jīng)在社會(huì)眾多領(lǐng)域開始應(yīng)用，對(duì)改善人們的生活質(zhì) 量、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、加強(qiáng)公共安全W及提高社會(huì)信息化水平產(chǎn)生了重要影響。目前RFID 技術(shù)已廣泛運(yùn)用在監(jiān)控、防偽、安全、n禁、物流、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]RFID定位方法可W分為；距離估計(jì)法、場(chǎng)景分析法、約束法。在基于RFID的室內(nèi) 定位中，場(chǎng)景分析法又更具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、能適應(yīng)較復(fù)雜的環(huán)境條件、定位精度較高等特 點(diǎn)。其工作原理為：在閱讀器覆蓋范圍內(nèi)，無源電子標(biāo)簽接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，然后 感應(yīng)獲得能量加載電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的信息到電磁波上，發(fā)回到閱讀器上，對(duì)于有源電子標(biāo) 簽，主動(dòng)地發(fā)射帶有信息的射頻信號(hào)給閱讀器，閱讀器解碼后讀取信息，傳送到微處理器進(jìn) 行信息數(shù)據(jù)處理，完成識(shí)別電子標(biāo)簽坐標(biāo)信息。RFID室內(nèi)定位主要包括SpotON定位系統(tǒng)、 LANDMARC算法、VIRE定位算法等。
[0004] 結(jié)合相關(guān)材料，經(jīng)過分析，現(xiàn)有的室內(nèi)定位算法主要存在W下問題：
[0005] 1.在原LANDMARC系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽每7. 5砂發(fā)射一次射頻信號(hào)，該種長時(shí)間的間 隔導(dǎo)致了定位的延遲。
[0006] 2.對(duì)于電子標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度，閱讀器僅提供了相對(duì)應(yīng)的8個(gè)能級(jí)，而不是具體的 強(qiáng)度值，因此在定位精度上存在一定的誤差。
[0007] 3.定位依賴于參考標(biāo)簽，如果要提高定位精度則需要增加參考標(biāo)簽的密度。該樣 做不僅增加了系統(tǒng)成本，而且電子標(biāo)簽之間信號(hào)干擾反而會(huì)使定位精度降低。
[0008] 4.待定位標(biāo)簽的實(shí)際位置也會(huì)影響到定位精度。當(dāng)待定位標(biāo)簽處于眾多參考標(biāo)簽 之中時(shí)，定位誤差較?。欢?dāng)待定位標(biāo)簽處于參考標(biāo)簽覆蓋范圍的邊緣時(shí)，誤差則相對(duì)大得 多。
[0009] 5.定位環(huán)境中的障礙物也是導(dǎo)致誤差較大的一個(gè)因素。當(dāng)閱讀器與電子標(biāo)簽之間 有障礙物時(shí)，閱讀器接收到的標(biāo)簽信號(hào)會(huì)因?yàn)殡姶挪ǖ姆瓷涠兊帽日Ｖ敌?；?dāng)有移動(dòng) 物體經(jīng)過閱讀器和電子標(biāo)簽之間時(shí)，RSSI值也會(huì)發(fā)生突變；甚至有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)RSSI值丟失 的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 基于上述問題，本發(fā)明引入一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的室內(nèi)定位算法，目的 在于通過一種更合理的方式來計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的RSSI值，通過降低環(huán)境對(duì)射頻信號(hào)的 影響進(jìn)而提高定位精度。最后再采用迭代校正的技術(shù)，改進(jìn)算法計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行修正處 理，使得結(jié)果更加精確。解決了長時(shí)間的間隔導(dǎo)致定位的延遲，降低了對(duì)參考標(biāo)簽密度的依 賴，減小了由于電子標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度，待定位標(biāo)簽實(shí)際位置W及定位環(huán)境中障礙物不同導(dǎo)致 的定位中存在的較大誤差。
[0011] 本發(fā)明提出了一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法，具體方法：
[0012] A.將定位區(qū)域劃分為一個(gè)平面網(wǎng)格，使實(shí)體參考標(biāo)簽均勻的散落在網(wǎng)格中的各個(gè) 部分，橫向與縱向的間隔相同；
[0013] B.Wm袖的虛擬網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格，取每個(gè)虛擬網(wǎng)格的中也作為一個(gè)參考標(biāo)簽的 坐標(biāo)位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標(biāo)簽覆蓋；
[0014] C.由對(duì)數(shù)距離損耗模型公式
[0019] D.選取相鄰四個(gè)標(biāo)簽的RSSI值和距離代入上述公式，求得3個(gè)結(jié)果；
[0020] E.取平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)；
[0021] F.將參數(shù)與一個(gè)標(biāo)簽的RSSI值代入公式計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的RSSI值；
[0022] G.定義虛擬參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽的RSSI向量 [002引 8,=巧 恥2,".,馬，種3
[0024]Sj=巧江…
[00巧]待定位標(biāo)簽P到各個(gè)虛擬參考標(biāo)簽的距離
[0026]
[0027] H.選擇距離待定位標(biāo)簽最近的K個(gè)虛擬參考標(biāo)簽；
[0028] I.加權(quán)求和計(jì)算待定位標(biāo)簽的位置，通過公式
[0032] Wi+"2+…+Wk=1
[0033] J.通過反向計(jì)算依次得出每個(gè)虛擬參考標(biāo)簽的坐標(biāo)；
[0034]K.更新待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值；
[00巧]L.比較K中的坐標(biāo)值與J坐標(biāo)之差與某個(gè)闊值；
[0036] M.如果大于等于該闊值，用K中的坐標(biāo)更新結(jié)果之后，返回J;
[0037] N.如果小于該闊值，K為最終的定位結(jié)果。
[0038] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0039] 在定位的過程中，本算法通過更精確的方式來計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的RSSI值，如果 需要獲得更精確的定位精度，只需要將最初的平面網(wǎng)格劃分更加細(xì)致，而并不需要增加參 考標(biāo)簽的密度，從而降低成本。運(yùn)用迭代校正技術(shù)，可W降低由于定位標(biāo)簽的實(shí)際位置W及 定位環(huán)境中的障礙物所導(dǎo)致的定位誤差。本發(fā)明所得出的定位結(jié)果更加精確。
【附圖說明】
[0040] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例獲現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。
[0041] 圖1為本發(fā)明基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法流程圖
[0042] 圖2為劃分為m*n的虛擬參考標(biāo)簽分布圖（本圖中取m=10,n=12)
[0043] 圖3為相鄰四個(gè)虛擬參考標(biāo)簽和一個(gè)待定位標(biāo)簽示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明提供一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù) 方案及效果更加清楚、明確，W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描 述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045] 本發(fā)明引入一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的室內(nèi)定位算法，通過一種更合理的方 式來計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的RSSI值，通過降低環(huán)境對(duì)射頻信號(hào)的影響進(jìn)而提高定位精度。
[0046] 請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)的定位算法流程圖，所述方法 包括：
[0047] S1.將定位區(qū)域劃分為一個(gè)平面網(wǎng)格，實(shí)體參考標(biāo)簽均勻的散落在網(wǎng)格中的各個(gè) 部分，橫向與縱向的間隔相同；
[0048] S2.Wm袖的虛擬網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格，取每個(gè)虛擬網(wǎng)格的中也作為一個(gè)參考標(biāo)簽 的坐標(biāo)位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標(biāo)簽覆蓋，每個(gè)虛擬網(wǎng)格的中也作為一個(gè)參考 標(biāo)簽的坐標(biāo)位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標(biāo)簽所覆蓋，請(qǐng)參閱圖2,圖2為劃分為m*n 的虛擬參考標(biāo)簽分布圖（本圖中取m=10，n=12);
[0049] S3.選取相鄰四個(gè)標(biāo)簽的RSSI值和距離，代入由對(duì)數(shù)距離損耗模型公式推得的n， S表達(dá)式，求出3個(gè)結(jié)果；
[0050] S4.取3個(gè)結(jié)果的平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)n，S值；
[0051] S5.將求得的n，S參數(shù)值與一個(gè)標(biāo)簽的RSSI值代入公式計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的 RSSI值；
[0052] S6.選擇距離待定位標(biāo)簽最近的K個(gè)虛擬參考標(biāo)簽，通過加權(quán)求和計(jì)算待定位標(biāo) 簽的位置，請(qǐng)參閱圖3,圖3為相鄰四個(gè)虛擬參考標(biāo)簽和一個(gè)待定位標(biāo)簽示意圖；
[0053] S7.通過反向計(jì)算依次得出每個(gè)虛擬參考標(biāo)簽的坐標(biāo)；
[0054] S8.更新待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值；
[00巧]S9.計(jì)算待定位標(biāo)簽坐標(biāo)值與參考標(biāo)簽坐標(biāo)值之差； [005引 S10.比較是否差值小于闊值；
[0057] S11.如果是，取待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為最終定位結(jié)果；
[005引 S12.如果不是，返回S7。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定位算法，其特征在于，包括步驟：51. 對(duì)定位區(qū)域進(jìn)行劃分；52. 根據(jù)距離其最近的實(shí)體參考標(biāo)簽計(jì)算得出每個(gè)虛擬參考標(biāo)簽到各個(gè)閱讀器的 RSSI 值；53. 使用K近鄰算法對(duì)待定位標(biāo)簽加權(quán)求和進(jìn)行定位計(jì)算；54. 通過循環(huán)校驗(yàn)的算法來修正定位的結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟Sl還包括：511. 將定位區(qū)域看作一個(gè)平面網(wǎng)格，實(shí)體參考標(biāo)簽均勻的分散在網(wǎng)格中，橫向與縱向 的間隔相同；512. 將該網(wǎng)絡(luò)劃分為m*n的虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)格的中心作為一個(gè)參考標(biāo)簽的坐標(biāo) 位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標(biāo)簽所覆蓋。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S2還包括：521. 采用對(duì)數(shù)距離損耗模型公式：來進(jìn)行計(jì)算；522. 通過友鄰標(biāo)簽協(xié)同計(jì)算公式中的兩個(gè)參數(shù)η，ξ ;523. 計(jì)算虛擬參考標(biāo)簽的RSSI值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S3還包括：531. 定義虛擬參考標(biāo)簽和待定位標(biāo)簽的RSSI向量；532. 選擇距離待定位標(biāo)簽最近的K個(gè)虛擬參考標(biāo)簽，通過加權(quán)求和進(jìn)行定位計(jì)算。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S4還包括：541. 計(jì)算參考坐標(biāo)的標(biāo)簽；542. 迭代更新目標(biāo)位置。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S22還包括： 5221. 使用公式丨進(jìn)行計(jì)算； 5222. 分別選取四個(gè)標(biāo)簽的RSSI值和距離代入上述公式，求得3個(gè)結(jié)果； 5223. 取平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S31還包括：S312.采用歐氏距離來表示每一個(gè)獨(dú)立的待定位標(biāo)簽ρ到各個(gè)虛擬參考標(biāo)簽的距離8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S32還包括： 5331. 待定位標(biāo)簽的位置5332. 權(quán)重因子9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S42還包括： 5421. 通過反向計(jì)算依次得出每個(gè)虛擬參考標(biāo)簽的坐標(biāo)； 5422. 更新待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值； S423.當(dāng)S422中的值與S421的相差小于某個(gè)閾值時(shí)，S422為最終的定位結(jié)果，否則用 S422的坐標(biāo)值更新結(jié)果之后返回S421。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬標(biāo)簽和循環(huán)校驗(yàn)室內(nèi)定位算法，包括對(duì)定位區(qū)域的劃分、無線電信號(hào)損耗模型、采用距離待定位標(biāo)簽的K個(gè)虛擬參考標(biāo)簽、循環(huán)校驗(yàn)修正定位結(jié)果。本發(fā)明是對(duì)VIRE算法的一種改進(jìn)，方法包括：引入無線電信號(hào)損耗模型，根據(jù)引用標(biāo)簽RSSI值、虛擬標(biāo)簽和引用標(biāo)簽的距離得到虛擬標(biāo)簽的RSSI值；使用K近鄰算法計(jì)算待定位標(biāo)簽的位置；利用循環(huán)迭代校驗(yàn)?zāi)嫦蛴?jì)算參考標(biāo)簽的虛擬位置；根據(jù)參考標(biāo)簽虛擬位置與實(shí)際位置的差距進(jìn)行位置矯正。本發(fā)明主要用于檢測(cè)，跟蹤和控制物體的位置及信息，解決了VIRE中待定位標(biāo)簽實(shí)際位置影響定位精度和定位環(huán)境中障礙物增加定位誤差的問題。
【IPC分類】G01S5/14
【公開號(hào)】CN104977561
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410134456
【發(fā)明人】王璐, 趙壯
【申請(qǐng)人】江蘇中科泛聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月4日