專利名稱：根據(jù)周圍信號確定裝置的近似位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及位置確定，尤其涉及利用周圍的信號強(qiáng)度提供裝置的近似位置的方法。
背景技術(shù)：
研發(fā)計(jì)算機(jī)的目的是幫助人們對付被認(rèn)為是非常耗時(shí)的重復(fù)性任務(wù)。早期的計(jì)算機(jī)大部分用于解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。與今天使用的計(jì)算機(jī)相比較而言，第一個(gè)計(jì)算機(jī)器非常大。盡管它們具有龐大的規(guī)模，但是早期機(jī)器的計(jì)算能力遠(yuǎn)比今天的機(jī)器小。一般而言，該計(jì)算裝置的規(guī)模由該時(shí)代的現(xiàn)有電子器件的規(guī)模驅(qū)動(dòng)。這就意味著只有大科研所或大企業(yè)可以使用計(jì)算機(jī)器。由于允許研發(fā)較小電子器件的新技術(shù)的出現(xiàn)，計(jì)算裝置的規(guī)模也在變小。盡管按照今天的標(biāo)準(zhǔn)仍然缺乏功效，但是計(jì)算裝置的規(guī)模減小到了可以將其放置在標(biāo)準(zhǔn)書桌上。從而，誕生了″臺(tái)式計(jì)算機(jī)″。這使得用戶在除了關(guān)鍵的計(jì)算建立之外還能夠具有定位中的可用計(jì)算技術(shù)。人們發(fā)現(xiàn)具有在他們的辦公桌上利用計(jì)算技術(shù)而不是向中央位置提交計(jì)算問題的能力，這使得他們的作業(yè)更加有成果。最終，將臺(tái)式計(jì)算機(jī)搬移到家庭環(huán)境中以更加方便地工作的想法成為現(xiàn)實(shí)。
當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入家庭時(shí)，變得明顯的是除了工作之外，其還具有其它用途。這使得人們不只將計(jì)算機(jī)視為是一種工作工具，而且還是一種有用的設(shè)備，例如其可以用于玩游戲，輔助學(xué)習(xí)、處理家庭的遠(yuǎn)程通信，甚至控制家用器具和燈光。然而，一般而言，用戶只限于該計(jì)算機(jī)上的可用計(jì)算信息?？梢栽谂_(tái)式計(jì)算機(jī)上安裝并玩游戲，但是任何人不能玩其它位置上的計(jì)算機(jī)的游戲。技術(shù)解救了通過使用電話調(diào)制解調(diào)器技術(shù)來連接這些計(jì)算機(jī)的第一次嘗試。這允許單獨(dú)的用戶通過撥號電話聯(lián)接來進(jìn)行連接。這對于市內(nèi)電話來說是昂貴的，但是對于長途電話更是龐大的花費(fèi)。然而，隨著因特網(wǎng)的出現(xiàn)，改變了一切。它提供了一個(gè)連接全世界計(jì)算機(jī)的廉價(jià)方式。其允許用戶快速并輕易地發(fā)送和接收全球范圍內(nèi)的信息。商家充分地利用了這個(gè)新技術(shù)，建立“電子商務(wù)”?，F(xiàn)在用戶可以在線發(fā)送并接收信息，甚至在線購買產(chǎn)品和服務(wù)。這種在線訪問大量信息并輕易地進(jìn)行交易的方式成為我們社會(huì)的主要組成部分。
理所當(dāng)然的是，人們喜歡類似因特網(wǎng)這樣的無論他們到哪兒，想用就能利用的工具的好處。膝上型計(jì)算機(jī)的發(fā)展已有助于提供一個(gè)更機(jī)動(dòng)的訪問因特網(wǎng)的接入點(diǎn)。然而，膝上計(jì)算機(jī)仍然需要某些類型的連接物，通過有線或無線的方式連接到因特網(wǎng)。這對于總是處于″運(yùn)動(dòng)中″的典型用戶來說極大地制約了他們的機(jī)動(dòng)性。技術(shù)已延續(xù)到通過發(fā)展計(jì)算機(jī)來適應(yīng)，該計(jì)算機(jī)需要將一種設(shè)備連同大電池和提供顯示熒光屏的玻璃置于主體上。盡管更加輕便，但是這些設(shè)備的龐大限制了它們的實(shí)用性，而且設(shè)備規(guī)模(典型的臺(tái)式計(jì)算機(jī)之上的)的減小一般也限制了它的計(jì)算能力。另外，因?yàn)樗膹?fù)雜性，所以其是一種這樣的設(shè)備，即用戶必須選擇磨損、了解它的局限性和限制，并且要小心不損害精密設(shè)備。
由于社會(huì)信奉新技術(shù)，開始對其提出了更高的要求。計(jì)算裝置的最初的用戶感激能夠減輕他們的工作的重復(fù)性任務(wù)的能力。他們更高興邁入安裝有計(jì)算裝置的辦公樓，如此他們將不會(huì)必須作重復(fù)性任務(wù)。由于社會(huì)已習(xí)慣于在工作中和家中具有易用的計(jì)算機(jī)，因此現(xiàn)在要求到處可用的計(jì)算信息。在一些地方，信息站已出現(xiàn)在機(jī)場和大型購物中心，以致人們可以輕易地訪問信息。但是這對于某些試圖獲得能夠在可以攜帶計(jì)算裝置去的任何地方都能允許他們訪問的最小最輕的計(jì)算裝置的用戶來說還不夠。像個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和超小型膝上計(jì)算機(jī)這樣的產(chǎn)品常試圖當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)向其提供信息。
盡管現(xiàn)在可用的計(jì)算裝置的規(guī)模小，但是它們的運(yùn)作原理通常與發(fā)明的第一個(gè)計(jì)算裝置類似。用戶″接近″設(shè)備并問它問題。然后該設(shè)備企圖向用戶提供信息。進(jìn)程已經(jīng)發(fā)展到″推動(dòng)技術(shù)″(push technology)，其中用戶預(yù)編程設(shè)備以檢索所需的信息。然而，這既耗時(shí)，又一般假定用戶是固定的進(jìn)行編程。雖然當(dāng)用戶在家時(shí)，用戶需要知道其所在城市的時(shí)間和溫度，但是當(dāng)他們在另一個(gè)城市旅行時(shí)，在那時(shí)那些信息變得與用戶不相干。為了克服這個(gè)問題，技術(shù)已開始集中于解決得到用戶位置這樣的問題。最明顯的選擇是利用全球定位系統(tǒng)或GPS。這是一種軍用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其用來協(xié)助處于移動(dòng)中的軍隊(duì)和裝備的位置。政府從他們的衛(wèi)星向公眾提供跟蹤的較少的正宗版本。盡管不如軍用型的準(zhǔn)確，但與傳統(tǒng)方法相比還是非常準(zhǔn)確的。第一個(gè)利用衛(wèi)星跟蹤的民用設(shè)備龐大且難于使用。最后，GPS單元在規(guī)模上縮小了很多，從而易于運(yùn)輸。甚至單元發(fā)展到能夠直接塞入像膝上計(jì)算機(jī)這樣的便攜式電腦中。這個(gè)結(jié)合允許用戶跟蹤他們的前進(jìn)，諸如當(dāng)他們駕駛時(shí)在他們的膝上計(jì)算機(jī)上顯示街道圖像。令人遺憾的是，拖著膝上計(jì)算機(jī)、連接對GPS天線的所有連接、以及找到所有設(shè)備的電力使得這個(gè)技術(shù)過于繁重。另外，由于該技術(shù)的性質(zhì)，當(dāng)GPS可以直接訪問最少數(shù)量的衛(wèi)星時(shí)其才工作，這限制了它在人口稠密區(qū)的使用，諸如在具有摩天大樓的較大城市中以及當(dāng)人在室內(nèi)時(shí)。
用戶逐漸要求在不需要繁重的設(shè)備的情況下能夠擁有他們可用的相關(guān)信息。例如，經(jīng)常旅行的旅客想要無論他們位于何處都能夠擁有他們可用的氣象信息、機(jī)場信息或出租汽車公司信息。加油站、飯店及其他企業(yè)想要接觸旅客并讓他們在合適的瞬間了解他們所處的位置。這樣的信息流通允許用戶更加有效地使用他們的時(shí)間和資源，盡管其對一個(gè)地方缺乏預(yù)先了解。商人還可以得益于能夠快速確定新客戶的地方資源。在所需的基礎(chǔ)上提供信息是增加交易的最節(jié)省成本的方式。
發(fā)明綜述為了提供本發(fā)明某些方面的基本知識，以下提供簡化的發(fā)明綜述。這個(gè)摘要并不是本發(fā)明的詳盡概述。其不用于確定本發(fā)明的關(guān)鍵元件或描寫本發(fā)明的范圍。其的基本目的是以簡化形式提供本發(fā)明的一些基本原理，作為稍候提供的更詳細(xì)的說明的前序。
本發(fā)明一般涉及位置確定，尤其涉及利用發(fā)射器的多個(gè)周圍信號來提供設(shè)備的近似位置的方法，發(fā)射器例如為基站、塔架、活動(dòng)平臺(tái)、建筑物天線等等。由諸如微軟智能個(gè)人對象技術(shù)(SPOT)此類技術(shù)提供的實(shí)際信號強(qiáng)度和信號強(qiáng)度指示器之間的單調(diào)增長屬性被平衡以確定設(shè)備位置。這提供了不需要校準(zhǔn)單獨(dú)的設(shè)備和/或要求用于定義確定位置的計(jì)量單位的定位方式。通過利用施加于周圍信號頻率的觀測上的推理，獲得對設(shè)備定位的方式。在本發(fā)明的一個(gè)方面，使用等級矢量從測量信號強(qiáng)度矢量的單調(diào)遞增函數(shù)中隔離出結(jié)果。這使本發(fā)明減低對為了確定位置而需要獲得絕對信號強(qiáng)度的敏感性。本發(fā)明通過提供一種方法還使得便于設(shè)備定位的近似定位，該方法不需要獲得基本數(shù)量的可用信號但仍然提供確定位置方面的基本準(zhǔn)確度，減少了計(jì)算及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容和有關(guān)目的，在此將結(jié)合以下描述和附圖來描述本發(fā)明的某些例證性的方面。但是，除了其中可應(yīng)用本發(fā)明原理的各種方式的少數(shù)幾個(gè)，這些方面是象征性的，并且本發(fā)明試圖包括所有這類方面及它們的等價(jià)物。當(dāng)結(jié)合附圖來考慮時(shí)，根據(jù)發(fā)明的詳細(xì)說明可以清楚本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的使用定位系統(tǒng)的設(shè)備。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信號強(qiáng)度的準(zhǔn)確度的圖表。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信號強(qiáng)度的單調(diào)性的圖表。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的散列碼排列的三維空間圖。
圖7說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面所使用的地圖。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的無線電信號強(qiáng)度指示值的圖表。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的分級準(zhǔn)確度的實(shí)例。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在測量信號強(qiáng)度和模擬信號強(qiáng)度之間的斯皮爾曼(Spearman)相關(guān)性直方圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的西雅圖區(qū)中的無線電臺(tái)的模擬信號強(qiáng)度表。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在七個(gè)選擇站的測量信號強(qiáng)度和模擬信號強(qiáng)度之間的斯皮爾曼相關(guān)性直方圖。
圖13是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的試驗(yàn)區(qū)的地圖。
圖14是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的單元寬度和中間誤差之間的關(guān)系的圖表。
圖15是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一個(gè)給定單元寬度的概率密度函數(shù)和累積密度函數(shù)錯(cuò)誤的圖標(biāo)。
圖16是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的相關(guān)閾值和中間誤差之間的關(guān)系的圖表。
圖17是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的窗口大小和中間誤差之間的關(guān)系的圖表。
圖18是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種對設(shè)備定位的方法的流程圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的對設(shè)備定位的方法的另一流程圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種訓(xùn)練定位設(shè)備的方法的流程圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種為定位設(shè)備所使用的平滑直方圖方法的流程圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種平滑位置推理的方法的流程圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的一種最優(yōu)化為定位設(shè)備所使用的周圍信號組的方法的流程圖。
圖24說明本發(fā)明可于其中運(yùn)行的實(shí)例運(yùn)行環(huán)境。
圖25說明本發(fā)明可于其中運(yùn)行的另一實(shí)例運(yùn)行環(huán)境。
發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字自始至終指示相同的成分。在以下描述中，以說明的目的，為了徹底了解本發(fā)明而闡明了很多細(xì)節(jié)。然而，很明顯的是沒有這些細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情況中，為了便于描述本發(fā)明，公知的結(jié)構(gòu)和裝置以結(jié)構(gòu)圖的形式示出。
正如本申請所用的，術(shù)語″部件″意圖涉及與計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)體，或者硬件、硬件和軟件的結(jié)合、軟件或執(zhí)行中的軟件。例如，部件可以是(但不局限于)運(yùn)行在處理器上的進(jìn)程、處理器、對象、可執(zhí)行部件、執(zhí)行的線程、程序和/或計(jì)算機(jī)。舉例來說，運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用程序和該服務(wù)器都可以是一種計(jì)算機(jī)部件。在進(jìn)程和/或執(zhí)行的線程之內(nèi)可以存在一個(gè)或多個(gè)部件，并且一種部件可以位于一個(gè)計(jì)算機(jī)和/或分布在兩個(gè)或更多計(jì)算機(jī)之間?！寰€程″是操作系統(tǒng)核心預(yù)定執(zhí)行的進(jìn)程之內(nèi)的單位。眾所周知，在本領(lǐng)域中每個(gè)線程都具有一個(gè)關(guān)聯(lián)的″環(huán)境″，該環(huán)境是一種與執(zhí)行的線程有關(guān)的易變數(shù)據(jù)。線程的環(huán)境包括系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容和屬于該線程的處理的虛擬地址。因此，有效數(shù)據(jù)包括隨著線程而變化的線程的環(huán)境。
如在此所使用的，術(shù)語″推理″一般涉及通過事件和/或數(shù)據(jù)從一組觀測結(jié)果中推出或推斷系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境和/或用戶的過程。例如，可以利用推理確定特定的環(huán)境或行為，或者可以得出狀態(tài)的概率分布。該推理可以隨機(jī)的，也就是說根據(jù)對數(shù)據(jù)和事件的考慮來計(jì)算所關(guān)心的狀態(tài)的概率分布。推理還可能涉及從一組事件和/或數(shù)據(jù)中組成高級事件所應(yīng)用的技術(shù)。根據(jù)一組觀測的事件和/或存儲(chǔ)的事件數(shù)據(jù)，這種推理構(gòu)成新的事件或行為。
本發(fā)明公開了一種通過分析多重信號發(fā)射器發(fā)送的周圍信號、在室內(nèi)和/或戶外來確定近似位置信息的方法，發(fā)射器諸如商業(yè)無線電臺(tái)等等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，由于它的運(yùn)行使用極少的電力，使得其成為小型的低功率設(shè)備的位置信息的可行信號源，該小型設(shè)備提供一種形式的信號強(qiáng)度指示，例如像微軟的SPOT此類。SPOT集中于開發(fā)手表大小的設(shè)備，該設(shè)備具有通過編碼在有規(guī)則的FM無線電廣播中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來接收通知的能力。在一個(gè)實(shí)例中，利用本發(fā)明的設(shè)備和/或方法能夠利用SPOT設(shè)備的先有能力接收FM并測量信號強(qiáng)度來建立具體位置通知服務(wù)。在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明利用名為″RightSPOT″算法的算法。本發(fā)明還不易受利用本發(fā)明的設(shè)備的結(jié)構(gòu)制造差異所引起的變化影響。
便攜式設(shè)備中的位置認(rèn)識為用于銷售和營銷的新機(jī)制而充分準(zhǔn)備。例如，用戶可以希望預(yù)訂相應(yīng)于他們所處位置或附近的提供折扣和促銷的服務(wù)。零售商，諸如餐館老板可能希望利用這種關(guān)于時(shí)間限制報(bào)價(jià)的位置敏感警報(bào)來平衡客流，以便在特定的漫漫傍晚填補(bǔ)空空的飯店。當(dāng)在短時(shí)期期間通過只替換那些可能相關(guān)的人來限制通知的數(shù)量的時(shí)候，敏感位置的過濾可以限制只對離營業(yè)所足夠近的促銷，以提供這種響應(yīng)的客流平衡的客戶的促銷。
在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信息系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)圖。信息系統(tǒng)100包括具有信息部件104的信息系統(tǒng)部件102，定位方式106和信號部件108。信號110由信號部件108接收并被處理到信號強(qiáng)度指示器中。這個(gè)處理一般需要模擬到數(shù)字的處理。信號部件108可以處理各種信號，諸如周圍無線電波等等，其包括(但不限于)調(diào)頻(FM)信號。一旦將信號變?yōu)樾盘栔甘酒?，就將其傳遞到定位系統(tǒng)106。定位系統(tǒng)106處理信號指示器并向信息部件104提供位置。信息部件104利用該位置導(dǎo)出一組相關(guān)數(shù)據(jù)?？梢試?yán)格地根據(jù)位置和/或位置和用戶偏愛性的組合(通過用戶輸入端，未顯示)來關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)還可以與那些從便于處理的可下載查找表格的信息有關(guān)。一旦選擇了該數(shù)據(jù)，那么就通過用戶接口將其作為“所需信息”112提供給用戶，該接口諸如為圖形用戶界面(GUI)和/或基于文本的用戶接口等等。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，定位系統(tǒng)106存儲(chǔ)該位置。這允許在較遲的時(shí)間點(diǎn)利用定位數(shù)據(jù)，例如由于設(shè)備方向而導(dǎo)致的降低了定位的敏感性(例如，平均最近的″X″次位置推理)。跟蹤系統(tǒng)(例如，車輛、包裹、人員、設(shè)備跟蹤等等)還可以利用這類歷史定位數(shù)據(jù)。因此，例如可以利用本發(fā)明幫助警察確定被偷竊對象(諸如汽車)位于何處，或者可以幫助包裹貨運(yùn)局在發(fā)現(xiàn)交貨延遲之后確定如何傳送特定的包裹。父母還可以利用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例獲悉他們的孩子在前一段時(shí)間內(nèi)位于何處。同樣，老板可以跟蹤雇員和設(shè)備以提高工作實(shí)績。還可以利用本發(fā)明跟蹤動(dòng)物，諸如寵物等等。利用本發(fā)明，計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)地報(bào)告它們的位置。這允許計(jì)算機(jī)基于它的位置自動(dòng)地配置其自身，像時(shí)區(qū)、國家和語言等等這類東西。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，提供一種基于位置管理有限資源的裝置。該有限資源可以包括(但不限于)存儲(chǔ)器、電力和處理能力等等。例如，如果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力受到限制，定位可用于丟棄已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，諸如不臨近設(shè)備的當(dāng)前位置的區(qū)域的地圖。這提供了存儲(chǔ)有關(guān)不能另外存儲(chǔ)的當(dāng)前位置的附加信息的存儲(chǔ)空間。在本發(fā)明的又一實(shí)例中，可以利用位置信息幫助其他實(shí)體，諸如硬件設(shè)備和軟件程序等等。這些可以包括(但不限于)導(dǎo)航系統(tǒng)、繪圖軟件、跟蹤軟件和定位軟件等等。同樣，可以在基于突然事件的設(shè)備中利用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例來在危險(xiǎn)環(huán)境中提供援助，諸如在醫(yī)療事故、火災(zāi)、洪水和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)修理中?？梢蕴峁┲T如用于火災(zāi)控制的水源、房屋建筑布局、醫(yī)療服務(wù)位置、地下管線和氣象報(bào)告等等這類信息。還可以利用本發(fā)明來根據(jù)位置發(fā)布對時(shí)間敏感的信息、廣告、天氣預(yù)報(bào)、實(shí)體的鄰近信息等等。實(shí)體的鄰近信息可以包括(但不局限于)當(dāng)朋友或同伴靠近設(shè)備的位置時(shí)進(jìn)行通知的同伴名單型服務(wù)。同樣，當(dāng)其他車輛到達(dá)該地區(qū)時(shí)還可以通知設(shè)備?？梢援?dāng)作積極效果利用這些信息來聚集對象，也可以當(dāng)作副作用來利用這些信息通知對象以允許該等對象遠(yuǎn)離或?qū)Τ霈F(xiàn)的分離。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種根據(jù)事件位置而非事件的時(shí)間來組項(xiàng)的裝置。例如，如果一個(gè)人在他們?nèi)ゴ髰{谷然后到拉斯帕爾馬斯，然后再回到大峽谷的休假時(shí)進(jìn)行攝影，那么他們可以具有他們的相片，該等相片被自動(dòng)地根據(jù)位置(例如，所有大峽谷拍攝在一起)而非根據(jù)他們所拍攝的實(shí)際順序存儲(chǔ)。由于還可以在室內(nèi)利用本發(fā)明，所以其還可以根據(jù)室內(nèi)事件以及戶外事件組項(xiàng)。對于這種應(yīng)用，經(jīng)常不需要具有詳細(xì)的緯度和縱坐標(biāo)，而只須知道在那個(gè)城市或城市的一部份拍攝了相片。這種應(yīng)用甚至可以保持不明顯的近似位置，并使用這些性質(zhì)將項(xiàng)目聚集和/或組合到視圖和/或分類的不同組中。
請參考圖2，說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的定位系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)圖。定位系統(tǒng)200包括定位部件202。定位部件202接收被利用來訓(xùn)練定位部件202的訓(xùn)練數(shù)據(jù)204。訓(xùn)練數(shù)據(jù)204可以包括用于各種位置指定信號等等的散列碼排列等等?？梢愿鶕?jù)通過到一個(gè)位置的實(shí)際旅行來獲得信號特性和/或通過提供所需信號特性的模擬軟件所獲得的信息來計(jì)算這些數(shù)據(jù)204，以便獲得信號特性。在本發(fā)明的其他實(shí)例中，不使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)。信號強(qiáng)度指示器輸入端206允許定位部件根據(jù)信號強(qiáng)度指示器確定它的位置。該指示器不要求絕對地按照實(shí)際信號強(qiáng)度。定位部件202以關(guān)于絕對值的脫敏方式處理信號強(qiáng)度輸入206，以提供定位208。該定位部件202一般包括計(jì)算等級矢量的分析部件(未顯示)，該等級矢量提供一種與絕對值無關(guān)地把信號強(qiáng)度指示器分等的方式。
轉(zhuǎn)到圖3，示出了SPOT設(shè)備300的示例。SPOT設(shè)備300包括可佩帶設(shè)備302、天氣預(yù)報(bào)顯示器304、交通顯示器306、飯店顯示器308和文娛顯示器310。無所不在的計(jì)算的一個(gè)保證是將用戶同他們在世界上來回運(yùn)動(dòng)的重要信息相連。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例平衡SPOT設(shè)備的小型低功率設(shè)備平臺(tái)。如圖3所示，SPOT向用戶提供了一種在手表大小的設(shè)備上接收關(guān)鍵通知的方式。SPOT設(shè)備被設(shè)計(jì)成能在頻寬(特別是從主無線電臺(tái)租借的)上傾聽標(biāo)準(zhǔn)FM無線電臺(tái)載波頻率上的數(shù)字編碼數(shù)據(jù)，諸如新聞故事、氣象預(yù)測、個(gè)人信息、交通更新和零售目錄等等。該設(shè)備具有將數(shù)百萬的人同重要的通知和警報(bào)相連的潛力。
除小尺寸構(gòu)成因素以外，SPOT設(shè)備的一個(gè)特征是和最大化充電時(shí)間間隔的數(shù)字式電子表相聯(lián)的此類的長電池壽命。從而，使尺寸和功耗最小地設(shè)計(jì)SPOT設(shè)備。在一個(gè)實(shí)例中，利用本發(fā)明來提供一種非常低功率地識別設(shè)備的位置的方法，例如像SPOT設(shè)備這樣的設(shè)備。由于利用本發(fā)明，SPOT設(shè)備可以確定位置信息，因此其支持新型的實(shí)踐，諸如允許設(shè)備只傾聽與特定位置有關(guān)的警報(bào)。以前用于將定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟ㄔO(shè)備的基本方法依賴于FM無線電信號的有限范圍。因此，只有在特定廣播塔的范圍內(nèi)的設(shè)備才能接收與該廣播塔覆蓋區(qū)域有關(guān)的數(shù)據(jù)。但是，對于某些信息，這個(gè)定位分辯率太不精確。交通更新，限時(shí)折扣報(bào)價(jià)和附近吸引人的事物的名單需要比FM廣播電臺(tái)覆蓋區(qū)所提供的更精確的定位過濾。盡管GPS是用于提供更精確的位置信息的候選對象，但是GPS接收器將耗費(fèi)寶貴的電池電力，并且增大了已經(jīng)密集壓縮的設(shè)備的體積和費(fèi)用。另外，GPS只限于其中可以建立與衛(wèi)星的直接連接的外部使用。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)例中，提供一種根據(jù)對存在的信號頻率發(fā)射器的周圍信號強(qiáng)度所做的分析來定位設(shè)備的裝置，該信號頻率發(fā)射器例如為FM廣播電臺(tái)。利用諸如″RightSPOT″此類算法的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以依賴已研發(fā)的用于接收通知的SPOT技術(shù)，該技術(shù)包括用于測量FM頻帶中的適當(dāng)頻率上的信號強(qiáng)度的硬件和軟件。
在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明利用取自不同頻率的無線電信號強(qiáng)度矢量來確定位置。每當(dāng)要推斷位置時(shí)，該設(shè)備就掃描一組FM頻率并記錄每個(gè)的信號強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)SPOT設(shè)備掃描多個(gè)FM廣播電臺(tái)并測量信號強(qiáng)度，以便發(fā)現(xiàn)發(fā)送SPOT數(shù)據(jù)十分有力的一個(gè)。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)例中，通過本發(fā)明的設(shè)備中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，提供一個(gè)接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)。對每個(gè)頻率的未處理數(shù)字測量值進(jìn)行換算并平均，例如在13毫秒讀取20次上。一般不為測量任何某單元中的RSSI或使設(shè)備到設(shè)備一致而校準(zhǔn)ADC和有關(guān)電路。本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以理解到盡管上述實(shí)例利用了SPOT技術(shù)，諸如RSSI，但是其它用于獲得信號強(qiáng)度指示器的裝置也適合于本發(fā)明。本發(fā)明可以利用任何信號強(qiáng)度指示器，無論是否具有提供相對信號強(qiáng)度的單元。
在圖4中，示出了一個(gè)說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信號強(qiáng)度的圖標(biāo)。垂直軸表示輸入信號強(qiáng)度，而橫軸是來自一個(gè)設(shè)備的測量信號強(qiáng)度(RSSI)，例如像提供RSSI的SPOT設(shè)備。曲線402表示由小三角形404表示的測量數(shù)據(jù)點(diǎn)的適當(dāng)數(shù)學(xué)函數(shù)。用于測量RSSI的設(shè)備之間的意料之內(nèi)的不一致形成了一個(gè)障礙，這樣的變化使得難于概括出重復(fù)使用信號強(qiáng)度和位置之間的單一映射。解決這個(gè)問題的一個(gè)可能方法是預(yù)先使用一個(gè)已知FM傳輸強(qiáng)度來具體地校準(zhǔn)每個(gè)設(shè)備。這些測試的一個(gè)結(jié)果如圖4所示，其示出了特定設(shè)備的RSSI讀取如何隨已知傳輸信號強(qiáng)度的變化而變化。這個(gè)測試的數(shù)據(jù)將被拿到法拉第籠(Faraday cage)中，但是該程序?qū)τ诖笈康厣a(chǎn)來說被認(rèn)為是太昂貴的。另一個(gè)解決方法是訓(xùn)練處于不同位置的每個(gè)設(shè)備，隨后聚集要使用在相同的設(shè)備中的已知地方的信號強(qiáng)度矢量。普通的消費(fèi)者可能不會(huì)認(rèn)同這種訓(xùn)練方式。
除了制造變化之外，信號強(qiáng)度還受設(shè)備方向、它的環(huán)境和附加裝置的調(diào)整的影響，諸如還可以作為信號接收天線的腕帶等等。幾乎不可能預(yù)測所有的這些影響絕對信號強(qiáng)度的可變因素。
如果可以預(yù)測絕對信號強(qiáng)度，那么隨機(jī)結(jié)構(gòu)，像位置判斷的統(tǒng)計(jì)模型化方法中(IEEE Transactions on Mobile Computing，2002；1(1)p.59-69)的T.，P.Myllymaki和H.Tirri是適當(dāng)?shù)?。但是，對于給出的發(fā)現(xiàn)每個(gè)設(shè)備的反應(yīng)特性的不切實(shí)際性來說，需要一個(gè)比較信號強(qiáng)度的替換方法。
不依賴于作為位置指示器的絕對信號強(qiáng)度，本發(fā)明利用提供更實(shí)用的推理的信號強(qiáng)度變換。在通常測試中，利用本發(fā)明的設(shè)備，諸如RightSPOT算法，通過如下文所述的它們的所測量的RSSI來給出一組廣播電臺(tái)的排序結(jié)果，如以下所述。最后，設(shè)備可以不依賴于給出一致的絕對信號強(qiáng)度。由于這些事實(shí)，根據(jù)相對信號強(qiáng)度相對一致的事實(shí)來利用代替的假定(即，對于一個(gè)給定位置，按信號強(qiáng)度排序的廣播電臺(tái)的順序表變化不是很大)。更確切地說，假定輸入信號強(qiáng)度和測量RSSI之間的關(guān)系不是單調(diào)升高的。在圖5中，示出了一個(gè)說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的信號強(qiáng)度的單調(diào)性的圖表。圖表500表明如果移動(dòng)裝置的測量RSSI是一個(gè)輸入信號強(qiáng)度的單調(diào)遞增函數(shù)，則也保存輸入的信號強(qiáng)度順序。例如，如果A＜B＜C，那么通過相異RSSI測量函數(shù)來變換的這些值被以實(shí)質(zhì)類似的信號強(qiáng)度順序保持。這允許本發(fā)明可以與多種設(shè)備來一起運(yùn)行，不管在它們?nèi)绾螠y量信號強(qiáng)度中的設(shè)備到設(shè)備的變化。
在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明利用通過掃描一列n個(gè)無線電頻率(諸如FM無線電頻率等等)來推斷設(shè)備位置的算法，f＝(f1，f2，...，fn)產(chǎn)生相應(yīng)的測量信號強(qiáng)度的矢量s＝(s1，s2，...，sn)。然后利用一個(gè)排序程序來計(jì)算信號強(qiáng)度的等級，上升排序的v＝(r1，r2，...，rn)，其中每個(gè)ri給出s中的相應(yīng)si的等級。例如，如果信號強(qiáng)度矢量為s＝(12，40，38，10)，那么相應(yīng)等級矢量為v＝(2，4，3，1)。應(yīng)注意，等級矢量對s成分的任何單調(diào)遞增函數(shù)不敏感，這使得算法對于不同的設(shè)備如何測量信號強(qiáng)度的變化而言是穩(wěn)定的。從而，本發(fā)明不需要絕對信號強(qiáng)度來確定設(shè)備位置。
作為進(jìn)一步的例子，無線電頻率可以表示能通過索引[1...n]識別的不同廣播電臺(tái)。對每個(gè)站點(diǎn)的RSSI的測量產(chǎn)生一組有序?qū)?，其給出了每個(gè)廣播電臺(tái)的站點(diǎn)索引和信號強(qiáng)度{(1，s1)，(2，s2)，(n，sn)}。然后通過信號強(qiáng)度對這組廣播電臺(tái)強(qiáng)度多元組進(jìn)行排序，以得到等級矢量。例如，假定n＝3，從而掃描結(jié)果是{(1，40)，(2，30)，(3，35)}。對這組有關(guān)信號強(qiáng)度的有序?qū)M(jìn)行分類，得出{(2，30)，(3，3)，(1，40)}。等級矢量是以信號強(qiáng)度排序的廣播電臺(tái)索引，v＝(2，3，1)即表示s2＜s3＜s1?？梢苑纸庀嗟鹊男盘枏?qiáng)度，例如通過任意排序，第一檢測排序，多數(shù)常用的檢測排序等。
對于n個(gè)廣播電臺(tái)來說，有n！個(gè)可能的等級矢量，其是整數(shù)1，2，...，n的排列。可以使用整數(shù)的混合基數(shù)表示，將每個(gè)等級向量可以映射到整數(shù)r∈{0，1，...，n！-1}，這由Knuth，D.描述；Seminumerical Algorithms；in The Art of Computer Programming；1981；Addison-WesleyReading，Massachusetts；p.64(Algorithm P)。從而，為每個(gè)信號強(qiáng)度的排列產(chǎn)生唯一的散列碼。
本發(fā)明的分類計(jì)劃通過假定不同的位置將顯示出不同的相對信號強(qiáng)度來激發(fā)。理論上，每個(gè)位置將映射到r的單個(gè)的唯一值。實(shí)際上，由于來源于諸如SPOT天線之類的接收單元的局部傾斜和位置之類的因素的噪音根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和與建筑物和地形有關(guān)的幾何結(jié)構(gòu)在周圍信號發(fā)射器的相對路徑上變化，因此每個(gè)位置產(chǎn)生不同的r分布。
應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的分類可以利用基于隨機(jī)的和/或基于統(tǒng)計(jì)的分析(例如，分解為分析效用和成本)，以便預(yù)測或推斷用戶想自動(dòng)完成的行為。分類器可以是將輸入屬性矢量的一個(gè)函數(shù)，即x＝(x1，x2，x3，...，xn)映射到輸入屬于一類的可靠度，也就是說，f(x)＝可靠度(類)。例如，可以利用支持向量機(jī)(SVM)分類器，SVM一般通過發(fā)現(xiàn)可能輸入的空間中的動(dòng)態(tài)變化超曲面來操作。其它直接的和間接的模型分類方法例如包括naive Bayes、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(Bayesian networks)、決策樹，并且可以利用提供不同的獨(dú)立模式的隨機(jī)分類模式。在此說用的分類還是統(tǒng)計(jì)回歸的表現(xiàn)，應(yīng)用該統(tǒng)計(jì)回歸來研發(fā)優(yōu)先的模型。
轉(zhuǎn)到圖6，描述了說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的散列碼排列的三維空間圖600。圖600包括規(guī)格化的直方圖軸602，位置軸604和導(dǎo)出的排列散列碼軸606。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，為了訓(xùn)練一個(gè)系統(tǒng)，接收設(shè)備(諸如SPOT設(shè)備)被帶入每個(gè)L位置處，聚集散列碼r(l)i，其中l(wèi)＝1，2...，L在位置上索引，而i＝1，2，...，N1在位置1處所觀測到的散列碼上索引。對于每個(gè)位置，構(gòu)成散列碼的規(guī)格化直方圖以估計(jì)從該點(diǎn)所看到的散列碼的離散概率分布，p(r|l)。圖6示出了六個(gè)位置三個(gè)頻率的規(guī)格化直方圖的實(shí)例。
給定觀測類似性p(r|l)和觀測R*，使貝葉斯法則計(jì)算任一L位置中的概率p(l|r*)=p(r*|l)p(l)Σr=lLp(r*|l′)p(l′)---(1)]]>
這里，p(1)是當(dāng)前所在位置的先驗(yàn)概率。由于不存在設(shè)備位置的特定先驗(yàn)認(rèn)識，因此假定了一個(gè)均勻分布，設(shè)定p(1)＝1/L。與其計(jì)算似然性，還不如直接比較非規(guī)格化的后驗(yàn)。分類器，例如像貝葉斯分類器這樣的分類器識別具有最大后驗(yàn)概率的類，即l*=argmaxl=1...Lp(l|r*)=argmaxl=1...Lp(r*|l)---(2)]]>算法上，這意味著為了觀測*，參照規(guī)格化的直方圖(圖6)，在位置1∈{1，2，...，L}的整個(gè)范圍內(nèi)查找p(r*|l)的值，并采用具有最大p(r*|l)值的位置1。
作為利用本發(fā)明一個(gè)實(shí)例，描述了以下測試。從實(shí)驗(yàn)室所存儲(chǔ)的測試設(shè)備中選擇了三個(gè)SPOT手表。沒有嘗試選擇那些能夠發(fā)出一致的信號強(qiáng)度的手表，并且也沒有相對于絕對信號源或相對于彼此來嘗試校準(zhǔn)這些手表?？紤]到執(zhí)行校準(zhǔn)設(shè)備的測試的經(jīng)濟(jì)可行性，這模擬了這種設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)運(yùn)行。
請參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面所使用的地圖700。地圖700包括6個(gè)表示西雅圖郊區(qū)的六個(gè)位置702-712。對每個(gè)設(shè)備進(jìn)行編程，以測量32個(gè)不同地方的FM廣播電臺(tái)的信號強(qiáng)度。然后將設(shè)備運(yùn)到西雅圖地區(qū)的6個(gè)不同的郊區(qū)內(nèi)，記錄所有的32個(gè)信號強(qiáng)度，每秒對每個(gè)廣播站進(jìn)行一次測量。在每個(gè)郊區(qū)，當(dāng)繞郊區(qū)的零售中心運(yùn)動(dòng)時(shí)，720次讀取平均花費(fèi)大約10分鐘。選擇零售中心作為本發(fā)明的實(shí)例的一個(gè)令人信服的應(yīng)用，其包括諸如發(fā)出時(shí)間敏感報(bào)價(jià)的零售商以及列舉當(dāng)?shù)匚说氖挛锏牧斜怼?br> 在圖8中，描述了說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的無線電信號強(qiáng)度指示值的圖表800。圖表800由原始數(shù)據(jù)802和中值過濾數(shù)據(jù)804組成。如圖8所示，發(fā)現(xiàn)來自設(shè)備的原始RSSI數(shù)據(jù)有噪音，所以將窗口中值濾波器應(yīng)用于該數(shù)據(jù)，使用它本身和在前的29個(gè)未過濾值的中值替換每個(gè)RSSI。本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以理解到其他過濾裝置也可以代替該有窗的中值濾波器來完成。
通過交替地從三個(gè)作為規(guī)格化直方圖基礎(chǔ)的設(shè)備的一個(gè)中拾取數(shù)據(jù)來進(jìn)行測試，并且使用來自其他兩個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。與只對每個(gè)設(shè)備本身測試相比而言，這是一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的測試，因?yàn)樵诒景l(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，該設(shè)備最終依賴于確定它們位置的一個(gè)既定程序組的直方圖。
轉(zhuǎn)到圖9，說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的分類準(zhǔn)確度的實(shí)例900。實(shí)例900由周圍信號發(fā)射器數(shù)量902、周圍信號發(fā)射器904的子集和分類準(zhǔn)確度結(jié)果906所組成。這顯示多長時(shí)間一次將該設(shè)備正確地分類到用于進(jìn)行測試的六個(gè)郊區(qū)的一個(gè)中。努力使位置確定的存儲(chǔ)和計(jì)算負(fù)擔(dān)最小，諸如利用32個(gè)已記錄的廣播電臺(tái)的縮小很多的子集。對于n個(gè)廣播電臺(tái)的每個(gè)測試，檢查要用于分類位置的站點(diǎn)一組 不同組合。依據(jù)分類準(zhǔn)確度，結(jié)果如圖9所示。因此，可以同更少的周圍信號發(fā)射器來利用本發(fā)明，而且仍然被用于定位設(shè)備。
報(bào)告的準(zhǔn)確度是在全部測試上進(jìn)行正確推理的一小部分，在全部測試中，拿出一個(gè)設(shè)備來制出直方圖而其他兩個(gè)設(shè)備用于測試。對于n≤5，可以測試全部可能的組合。對于n＞5來說，測試10000個(gè)組合的隨機(jī)子集。這用于解釋為什么當(dāng)從n＝5移動(dòng)到n＝6站點(diǎn)時(shí)分類準(zhǔn)確度下降；很可能沒有發(fā)現(xiàn)通過基于模擬所選擇的n＝6的隨機(jī)子集的最好組合。使用n＝8個(gè)廣播電臺(tái)時(shí)，最佳分類準(zhǔn)確度為81.7％。應(yīng)注意，定位準(zhǔn)確度采掘程度是以利用周圍信號發(fā)射器(例如，無線電發(fā)射機(jī)等等)和利用不是為提供位置信息的接收器的有機(jī)方式處理的。
這個(gè)實(shí)例證明利用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例使用現(xiàn)有周圍信號發(fā)射器來定位郊區(qū)的設(shè)備的可能性，周圍信號例如像FM無線電信號此類。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，通過使用同本發(fā)明一起使用的現(xiàn)有技術(shù)，例如像SPOT設(shè)備，只需要向現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中添加少量軟件就可以將現(xiàn)有硬件調(diào)節(jié)為能夠測量信號強(qiáng)度，從而能夠定位。不同的設(shè)備測量的信號強(qiáng)度不同，并且信號強(qiáng)度也受其他許多變量影響。例如，使用貝葉斯分類算法的本發(fā)明不利用絕對信號強(qiáng)度，而是利用信號強(qiáng)度的等級，以便保證通過設(shè)備和其他變量的穩(wěn)定性。
顯然，為了從排列散列碼中推斷出位置，需要位置和散列碼之間的關(guān)系。如上文所描述的那樣，確定這個(gè)關(guān)系的一種方式是在地上實(shí)際參觀位置并記錄信號強(qiáng)度。然而，對于一般的應(yīng)用來說，如果廣播電臺(tái)改變了它的發(fā)送器的功率與/和位置，那么其將是乏味的并且還需要維護(hù)。因此，還可以使用該本發(fā)明在實(shí)際上沒有參觀不同位置的情況下來預(yù)料不同位置的信號強(qiáng)度特征，以便獲得信號特征或″訓(xùn)練數(shù)據(jù)″。與其進(jìn)行大量的物理測量，還不如利用RadioSoft的ComStudy軟件(通常訪問，因特網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)http//www.radiosoft.com)及其類似軟件來產(chǎn)生模擬的FM無線電信號強(qiáng)度地圖。這種模擬還可以便于為最佳的位置確定要聆聽的廣播電臺(tái)的有效子集。使用無線電強(qiáng)度地圖的最理想方法包括利用概率方法來研究模擬的可靠性和可能性偏差如何隨著基于拓?fù)?、拓?fù)渑c/和發(fā)送器之間的幾何關(guān)系、建筑物存在以及其它人工結(jié)構(gòu)而變化。例如，我們可以根據(jù)搜集的有關(guān)模擬無線電強(qiáng)度和實(shí)際檢測的無線電強(qiáng)度的差異為可靠性和/或偏差訓(xùn)練統(tǒng)計(jì)分類器，并利用這種分類器研發(fā)置信度和/或校正無線電映射表和無線電強(qiáng)度排序函數(shù)。
同樣，可以使用位置持續(xù)概念來填充置信度中的缺口。例如，如果不確信設(shè)備在一個(gè)具體位置，那么如果時(shí)間沒有長到能夠遠(yuǎn)程傳播時(shí)，假定設(shè)備最接近于最后有把握檢測到的位置上。
該ComStudy軟件支持許多可以用來預(yù)知FM無線電地圖的無線電傳播模型。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中選擇Longley-Rice模型(參看，P.L.Pice，A.G.longleyK.A.Norton和Barsis A.P.；Transmission Loss Predictions for TroposphericCommunication Circuits；National Bureau of Standards Technical Note 101，1月，1967)，這是由于其公知的準(zhǔn)確度。由于其結(jié)合了反射、折射(當(dāng)無線電波上升穿過大氣時(shí)，射線被彎曲)和幾種類型的衍射(信號在斜坡上的溢漫)，所以其通常很準(zhǔn)確。該模型利用地形圖來模擬斜坡和山谷的影響。
ComStudy通過每個(gè)廣播電臺(tái)發(fā)送器的頻率、發(fā)射功率和位置(緯度，經(jīng)度)使每個(gè)廣播電臺(tái)發(fā)送器參數(shù)化。對于每個(gè)發(fā)送器，產(chǎn)生一個(gè)場強(qiáng)度矩陣。該矩陣是在所選擇的地上區(qū)域上延伸的矩形單元的格網(wǎng)，每個(gè)單元包括議論中的發(fā)送器發(fā)送的信號功率信息。該單元的寬度選擇為6弧秒(大約南北方向185米及東西方向124米)。這相當(dāng)于每平方公里具有40點(diǎn)(單元)。然后ComStudy應(yīng)用選擇的傳播模型來計(jì)算每個(gè)單元中心的場強(qiáng)度。在此實(shí)例中，為華盛頓區(qū)西雅圖的28個(gè)當(dāng)?shù)谾M無線電臺(tái)生成地圖。
在為位置推理而利用模擬信號強(qiáng)度地圖之前，要確定精確地映射預(yù)知排列矢量的置信級。為了完成這項(xiàng)工作，對SPOT手表進(jìn)行編程來測量相同28個(gè)FM無線電臺(tái)的信號強(qiáng)度，以生成地圖。然后，將SPOT手表帶到該區(qū)域，記錄所有28個(gè)站點(diǎn)的信號強(qiáng)度，每秒對28個(gè)站點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行掃描，結(jié)果對每個(gè)站點(diǎn)要進(jìn)行大約3920次的讀取。同樣從GPS接收器中記錄緯度和經(jīng)度。為了確定模擬的準(zhǔn)確度，在分等級的廣播電臺(tái)之間從測量的信號強(qiáng)度和從模擬的信號強(qiáng)度推算出斯皮爾曼等級相關(guān)性(參看，William H.Press，Saul A.Teukolsky，WiliamT.Vetterling，和Brian P.Flannery；C語言中的數(shù)字技巧；1992，劍橋大學(xué)出版)，利用GPS讀取以從映射中確定要使用哪個(gè)模擬強(qiáng)度。不使用Kendall的方法而使用斯皮爾曼等級相關(guān)性的原因是因?yàn)橥ㄟ^斯皮爾曼、被進(jìn)一步分別分級的數(shù)據(jù)值之間的差異被給予更多的加權(quán)。相關(guān)性范圍為[-1...1]，″1″表示相等的等級，而″-1″表明相對等級。
在圖10中，描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在測量信號強(qiáng)度和模擬信號強(qiáng)度之間的斯皮爾曼相關(guān)性直方圖1000。直方圖1000示出通過[-1...1]上的至少0.6的因數(shù)而使超過95％的測量的等級和模擬等級相互關(guān)聯(lián)。這指出該模擬結(jié)果足夠準(zhǔn)確地確定SPOT手表的位置。如以下詳述的那樣減少站點(diǎn)的數(shù)量，那么將獲得更好的相關(guān)性。
對于28個(gè)可用的廣播電臺(tái)來說，提供了28！≈3.05×1029個(gè)不同等級矢量，其需要龐大的計(jì)算和存儲(chǔ)的開銷。然而，這些站點(diǎn)中的多數(shù)將使用一些同樣的發(fā)射功率從相同的塔廣播。來自同一定位的測量信號強(qiáng)度，相同的發(fā)電廠是多余的。為了消除這些冗余，將28個(gè)站點(diǎn)分成近似相同站點(diǎn)的組。以下標(biāo)準(zhǔn)用于確定類似性1.根據(jù)在模擬信號強(qiáng)度映射上的空間對應(yīng)的點(diǎn)來計(jì)算所有電臺(tái)對之間的Pearson相關(guān)系數(shù)(參看，id)。(請注意皮爾森相關(guān)系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的線性相關(guān)系數(shù)，并不是等級相關(guān)。)2、找到彼此相關(guān)地大于某一閾值的電臺(tái)組。對于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例來說，所使用的＝0.95。
3、從每個(gè)相關(guān)分組中選擇具有較高平均信號強(qiáng)度的電臺(tái)以表示分組。
將上述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于西雅圖地區(qū)的模擬的信號強(qiáng)度(同樣將該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于SPOT手表的實(shí)際測量，并導(dǎo)致近似相同的結(jié)果τ＝0.9。)，發(fā)現(xiàn)有七個(gè)相關(guān)電臺(tái)的分組具有至少0.95的相關(guān)Pearson系數(shù)。在圖11中，描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的西雅圖區(qū)中的無線電臺(tái)的模擬信號強(qiáng)度表1100。表1100示出七個(gè)電臺(tái)分組以及每個(gè)分組內(nèi)部的頻率、平均值和相關(guān)電臺(tái)的偏離值。從每個(gè)分組中選出的電臺(tái)用黑體字示出。
應(yīng)用上述標(biāo)準(zhǔn)，電臺(tái)的數(shù)量從28個(gè)減少到7個(gè)。這意味代替具有28！個(gè)不同等級矢量，也就是僅僅7?。?040個(gè)等級矢量，減少了25個(gè)數(shù)量級。這對于用于位置確定的技術(shù)來說，在計(jì)算和存儲(chǔ)性能上具有相當(dāng)?shù)姆e極效果。這對于資源受限的設(shè)備來說尤其重要。在圖12中，描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在七個(gè)選擇站的測量信號強(qiáng)度和模擬信號強(qiáng)度之間的斯皮爾曼相關(guān)性直方圖1200。直方圖1000示出了在28個(gè)電臺(tái)(圖10)的類似直方圖之上的顯著改善，其在測量和模擬信號強(qiáng)度之間具有更高的相關(guān)性。超過95％的測量信號強(qiáng)度等級矢量與具有0.8以上的系數(shù)的模擬信號強(qiáng)度有關(guān)。這進(jìn)一步地強(qiáng)調(diào)要使用的模擬結(jié)果對于確定SPOT手表和類似裝置等的位置是有效的。
模擬信號強(qiáng)度映射的每個(gè)單元將被轉(zhuǎn)換為等級散列碼，最后利用該等級散列碼從測量的等級散列碼推斷出位置。模擬信號強(qiáng)度映射在大約124米寬(東西方向)和185米高(南北方向)的網(wǎng)格上產(chǎn)生。這接近于ComStudy的最大模擬分辯率的限制，并且比本發(fā)明的這個(gè)實(shí)例所需要的更優(yōu)良。而且，該高分辨率提供表示環(huán)繞西雅圖的測試區(qū)域的442806個(gè)單元(從東往西811個(gè)，從北向南546個(gè))。等級散列碼分布在
上，這意味著每個(gè)細(xì)密單元需要13位整數(shù)以表示它的散列碼。無線電映射于是將需要811×546×13/8≈0.7MB以表示該測試區(qū)域的散列碼的密網(wǎng)格。一般而言，這對于小型的、資源受限的設(shè)備來說是太大了。
為了減輕這個(gè)存儲(chǔ)問題并且以合理的分辯率表示散列碼，在密網(wǎng)格上建立粗網(wǎng)格，并且根據(jù)它下層的細(xì)密單元將每個(gè)粗單元表示為等級散列碼的直方圖。粗單元的大小是變化的，但是標(biāo)準(zhǔn)大小是3千米×3千米，其覆蓋了16×24＝384個(gè)細(xì)密單元。對于單元，將每個(gè)粗表格的直方圖規(guī)格化為給定的等級散列碼概率分布的估算。數(shù)學(xué)上，這個(gè)似然估算為P′(r|ci)，其中r∈
表示n個(gè)無線電臺(tái)的等級散列碼和ci，i∈
表示m個(gè)粗單元的一個(gè)。
實(shí)際上，因?yàn)榇罅靠赡艿牡燃壣⒘写a，所以直方圖被稀疏地填充。由于噪音，設(shè)備的方向以及未模擬的無線電傳播的影響，為單元中的等級散列碼所測量的模擬類似性P′(r|ci)為零。從而，平滑似然估算以填充間隙。令人遺憾的是，簡單平滑的等級散列碼比率不是合理的，這是由于鄰近的散列碼未必表示類似的等級矢量。作為替代，通過以所有倉上的最大值來替換每個(gè)直方圖倉中的值來完成平滑，其中所述倉的正被討論的具有一個(gè)倉的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)是Pu(r|c)=maxr′S(r,r′)rρsP′(r′|c)---(3)]]>以上所選的閾值ρs。在構(gòu)成的等式中，(未規(guī)格化)平滑的類似性被計(jì)算為這里，S(r，r′)，是由散列碼r和r′表示的等級矢量之間的Spearman相關(guān)系數(shù)。然后在r上將Pu(r|ci)規(guī)格化為P(r|ci)，以給出給定粗單元的等級散列碼的平滑似然函數(shù)。直觀地，ρs作為平滑參數(shù)，具有給出更平滑的較高值。
給定一個(gè)測量的等級散列碼r，單元中ck的概率由貝葉斯法則給出P(ck|r)=P(r|ck)P(ck)Σi=1mP(r|ci)P(ci)---(4)]]>c=argmaxckk∈[1...m]P(r|ck)---(5)]]>給定r，這個(gè)分母是常數(shù)，并且沒有預(yù)先假定裝置在m單元中的哪一個(gè)單元中，意味P(ck)＝1/m。因此，最大似然估算被選為該設(shè)備的位置在實(shí)際操作中，通過在最后k個(gè)信號強(qiáng)度掃描(臨時(shí)窗口大小)上采取非常頻繁的推理來使這些結(jié)果平滑。這幫助防止位置推理不合理地從一處跳到另一處，盡管K的極端值可以使推理太″稠″。
以上實(shí)例是使用被編程以測量7個(gè)本地FM無線電臺(tái)的減縮組的信號強(qiáng)度的SPOT手表來完成的。沿著該區(qū)域傳送SPOT手表，記錄所有7個(gè)電臺(tái)的信號強(qiáng)度，每秒掃描一次7個(gè)電臺(tái)，對于每個(gè)站大約產(chǎn)生3920次讀取以及GPS位置讀取。其間，產(chǎn)生7個(gè)電臺(tái)的模擬無線電地圖。在圖13中，描述了說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的測試區(qū)的地圖1300。地圖1300示出駕駛路徑1302以及具有用于推斷位置的單元寬度為7千米的粗網(wǎng)格1304。駕駛路徑1302包括高速公路和本地公路。
利用建立在模擬無線電地圖的頂部的簡單直方圖，該實(shí)例說明可以使用本發(fā)明在小于10英里(～16千米)的準(zhǔn)確度下確定設(shè)備的位置。隨后討論相關(guān)閾值ρs、臨時(shí)窗口大小K和網(wǎng)格單元寬度w對估算位置的準(zhǔn)確度的影響。
該實(shí)例示出根據(jù)對位置推理的準(zhǔn)確度的影響，粗網(wǎng)格單元寬度w是一個(gè)重要的參數(shù)。增加粗單元寬度具有在P′(r|c)的直方圖中有更多密網(wǎng)格單元的優(yōu)點(diǎn)，從而具有更多的有關(guān)等級概率分布的信息。同樣，增加單元寬度減少了網(wǎng)格中的總體單元的數(shù)量，從而減少了計(jì)算開銷。但是，由于單元寬度增大，位置分辨率也自然地減少了。在圖14中，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的說明單元寬度和中間誤差之間的關(guān)系，其中ρs＝0.9并且K＝5。從圖表1400可以看到在方圓10英里(～16千米)范圍內(nèi)存在導(dǎo)致低中間誤差的三個(gè)值(1，7，11千米)。在圖15中，圖表1500、1502說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的給定單元寬度的概率密度函數(shù)和累積密度函數(shù)誤差。誤差概率密度函數(shù)(PDF)圖表1500和累積密度函數(shù)(CDF)圖表1502相應(yīng)于單元寬度w＝1千米、ρs＝0.9和K＝5。
影響推理算法的準(zhǔn)確度的第二個(gè)因素是相關(guān)平滑閾值ρs。如以上所述，在平滑似然估算中引入相關(guān)閾值。因此，增加ρs，將導(dǎo)致填充基于直方圖的P′(r|ci)估算中的更多間隙。但是，使ρs增加到某一值之上，將導(dǎo)致太平滑，從而減少了不同位置的分辨率。在圖16中，描述了說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的相關(guān)閾值和中間誤差之間的關(guān)系的圖表1600。圖表1600示出當(dāng)ρs＝0.9時(shí)存在中間誤差的全局極小值，其中w＝1千米和K＝5(圖表不規(guī)則內(nèi)插導(dǎo)致ρs＝0.95左右的假傾角。)。
影響準(zhǔn)確度的另一個(gè)因素是臨時(shí)窗口大小K。因?yàn)閺V播電臺(tái)是以1赫茲掃描的，因此K相應(yīng)于被利用來推斷位置的數(shù)據(jù)的大量計(jì)秒。明顯地，增加K將提高準(zhǔn)確度；但是，它也同樣增加了所需要的存儲(chǔ)和計(jì)算能力。在圖17中，說明了說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的窗口大小和中間誤差之間的關(guān)系的圖表1700。從圖表1700中可以清楚當(dāng)窗口大小k≥10時(shí)獲得小于10英里(～16千米)的中間誤差，其中w＝1千米和ρs＝0.9。
本發(fā)明提供一種根據(jù)周圍信號強(qiáng)度來推斷設(shè)備位置的裝置，周圍信號強(qiáng)度諸如為無線電信號強(qiáng)度等。它的優(yōu)點(diǎn)包括FM無線電的寬覆蓋率，覆蓋室內(nèi)和室外位置，并且諸如SPOT設(shè)備等用于測量無線電信號強(qiáng)度的目標(biāo)設(shè)備的備用，提供幾個(gè)英里的準(zhǔn)確度。本發(fā)明實(shí)用于測量設(shè)備之間的誤差，依靠根據(jù)周圍信號而非它們的絕對信號強(qiáng)度的推理。當(dāng)使用模擬信號強(qiáng)度時(shí)，不需要將信號強(qiáng)度的人工勘測作為位置的函數(shù)。通過利用等級散列碼的平滑直方圖，可以將設(shè)備的位置推理到小于10英里(～16千米)的準(zhǔn)確度。本發(fā)明所使用的極其有限的可用資源允許其向資源受限的設(shè)備，諸如小型的、可佩戴的設(shè)備提供功能。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，應(yīng)用識別哪一個(gè)廣播電臺(tái)直方圖將傳輸給設(shè)備的方法，某些設(shè)備被給予了有限存儲(chǔ)容量。在本發(fā)明的另一情況下，可以通過隨時(shí)間平滑位置推理、利用有關(guān)位置鄰接的知識，并遵循關(guān)于期望設(shè)備以多快的速度在位置之間移動(dòng)的這種約束來提高分類精確性。本發(fā)明的另一情況使用決策理論方法以使位置上的給定概率分布的誤診最小化。同樣，本發(fā)明另一情況使用其他捕獲等級排序之上的相對信號強(qiáng)度的屬性的基本表示，包括捕獲強(qiáng)度比和通過強(qiáng)度分組的信號發(fā)射器的分組之間的關(guān)系。
鑒于如上所述和示出的典型系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)的方法將通過參考圖18-23的流程圖來得到更好的理解。雖然，為了簡化說明的目的，是以塊的形式描述和示出了該方法，但是應(yīng)理解本發(fā)明并非受塊的順序限制，根據(jù)本發(fā)明某些塊可以不同的順序發(fā)生和/或與在此示出和描述的其他塊一起發(fā)生。此外，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，并不需要所有所描述的塊。
本發(fā)明可以計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般環(huán)境的形式描述，諸如通過一個(gè)或多個(gè)部件執(zhí)行的程序模塊形式。一般而言，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例行程序、程序、對象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等。一般地，程序模塊的功能可以組合或分布在本發(fā)明所需要的各種情況中。
轉(zhuǎn)到圖18，描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的定位設(shè)備的方法1800的流程圖。方法1800開始于1802，提供信號強(qiáng)度指示器1804。指示器一般由諸如來自于廣播塔、建筑物天線和移動(dòng)單元(包括地面和航空單元等等)等等信號源的周圍信號的信號表示。信號可以包括(但不限于)調(diào)頻信號，調(diào)幅信號，極高的頻率信號，很高的頻率信號等等，甚至更多的方向信號，諸如向上的等等。本發(fā)明還可適于通過與能夠指示紅外線、X射線和宇宙線等等信號強(qiáng)度的高頻率接收設(shè)備來操作。類似地，同樣就本發(fā)明而言，提供對超聲波、聲波、次聲波等接收的較低頻率接收設(shè)備也是可操作的。本發(fā)明還可以解決隨時(shí)間變化的信號和從移動(dòng)平臺(tái)發(fā)出的信號。還可以利用地面靈敏傳播模型來說明由于地形障礙引起的信號變化。同樣，可以利用其他的傳播模型來對從大型結(jié)構(gòu)，諸如建筑物、紀(jì)念碑和人造物體等反射的情況做出說明。通過利用速度推算模型，還可以利用本發(fā)明來確定設(shè)備的速度和它的位置。
信號強(qiáng)度指示器并不限于那些以絕對比例提供準(zhǔn)確強(qiáng)度的指示器。本發(fā)明可以在沒有任何與該指示器有關(guān)的任何單元的情況下接受信號強(qiáng)度指示器。一旦提供了信號強(qiáng)度指示器，根據(jù)所提供的信號強(qiáng)度指示器確定為值1806，然后結(jié)束流程1808。該確定一般是基于允許調(diào)整分布以通過推理來提供位置的算法。在本發(fā)明一個(gè)方面中，利用了不依賴于絕對信號強(qiáng)度的貝葉斯分類算法。作為代替，應(yīng)用信號強(qiáng)度的等級以便于保證諸如信號檢測誤差、校準(zhǔn)誤差和未知信號強(qiáng)度指示器源等的變化不會(huì)影響位置確定。
在圖19中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的定位設(shè)備的方法1900的流程圖。方法1900開始于1902，獲得周圍信號，例如來自像商業(yè)FM無線電天線塔和或電臺(tái)這樣的信號源的射頻信號1904。掃描一列無線電頻率1906，并確定測量信號強(qiáng)度矢量1908。然后對相對強(qiáng)度排序，并且計(jì)算頻率的等級向量1910。然后根據(jù)信號強(qiáng)度1912的排列生成散列碼1912。然后從每個(gè)所需位置獲得散列碼以訓(xùn)練定位系統(tǒng)1914。然后根據(jù)散列碼構(gòu)造規(guī)格化的直方圖1916。通過諸如貝葉斯法則1918來計(jì)算概率。然后利用例如為貝斯分類器的分類器來識別最大后驗(yàn)概率，其指出具體位置上最有可能的設(shè)備1920，然后結(jié)束流程1922。
參考圖20，說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的訓(xùn)練定位設(shè)備的方法2000的流程圖。方法2000開始于2002，定位在具體位置接收周圍信號的設(shè)備2004。多次掃描周圍信號，諸如射頻信號等等，以便獲得它們的信號強(qiáng)度2006。然后對每個(gè)掃描計(jì)算等級信息，諸如等級散列碼等等2008。對于具體位置，產(chǎn)生并存儲(chǔ)等級信息諸如等級散列碼的規(guī)格化直方圖2010。然后確定是否想從另一個(gè)位置獲得數(shù)據(jù)2012。如果是，那么將該設(shè)備遷移到另一個(gè)位置2004，并且方法2000重新開始。如果不再需要更多的位置，那么流程結(jié)束2014。
在圖21中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面使利用來定位設(shè)備的直方圖平滑的方法2100的流程圖。方法2100開始于2102，根據(jù)下層的密網(wǎng)格單元計(jì)算粗網(wǎng)格單元直方圖2104。通過利用粗網(wǎng)格而不是模擬軟件，諸如ComStudy等提供的密網(wǎng)格，可以在下層設(shè)備上不導(dǎo)致沉重存儲(chǔ)和處理負(fù)擔(dān)的情況下獲得合理的分辨率。然后規(guī)格化粗網(wǎng)格單元直方圖2106。這為單元提供了一種等級散列碼的概率分布的估算。然后選擇相關(guān)閾值2108。這允許控制稀疏地填充的具有更光滑的較高值的直方圖的平滑。然后確定在相關(guān)閾值上具有斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)的直方圖倉2110。計(jì)算所有在相關(guān)閾值之上的直方圖倉的極大值2112。在相關(guān)閾值之上的每個(gè)直方圖倉都具有被最大值代替的它的值2114，結(jié)束流程2116。在等式形式中，平滑的類似性被計(jì)算為Pu(r|c)=maxr′S(r,r′)rρsP′(r′|c)---(3)]]>其中，S(r，r′)是由散列碼r和r′表示的等級矢量之間的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)。然后在r上將Pu(r|ci)規(guī)格化為P(r|ci)以給出給定粗單元的等級散列碼的似然函數(shù)。
參考圖22，描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的平滑位置推理的方法2200的流程圖。方法2200開始于2202，獲得信號強(qiáng)度掃描的歷史記錄2204。然后選擇位置推理平滑值″K″(臨時(shí)窗口大小)2206。然后確定在最近的″K″信號強(qiáng)度掃描之上的最時(shí)常推理的位置2208，結(jié)束流程2210。最時(shí)常推理的位置成為被下層設(shè)備利用的位置。為了防止設(shè)備由于設(shè)備的定向運(yùn)動(dòng)和其他環(huán)境的影響而從一個(gè)位置″跳″到另一位置，這要經(jīng)常地進(jìn)行。通過平滑推理的位置，通過設(shè)備示出一個(gè)基本上穩(wěn)定的值。
轉(zhuǎn)到圖23中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面使利用對設(shè)備定位中的最佳化周圍信號組的方法2300的流程圖。方法2300開始于2302，獲得一組周圍信號以及它們各自的信號強(qiáng)度2304。然后在該組中所有成對信號源之間計(jì)算皮爾森相關(guān)系數(shù)2306。在本發(fā)明的一個(gè)情況中，信號源的成對是基于在模擬信號強(qiáng)度地圖等等之上空間對應(yīng)的點(diǎn)。皮爾森相關(guān)系數(shù)表示一種標(biāo)準(zhǔn)線性相關(guān)系數(shù)，并非是一種等級相關(guān)。然后選擇相關(guān)閾值2308。在本發(fā)明的一個(gè)情況下，這個(gè)相關(guān)閾值的典型值大約為0.95。將相關(guān)度大于選擇的相關(guān)閾值的信號源集合在一起2310。然后選擇具有每個(gè)組的最高平均信號強(qiáng)度的信號以表示分組2312，結(jié)束流程2314。這個(gè)方法2300使被利用在定位設(shè)備中的等級矢量的數(shù)量減少了幾個(gè)數(shù)量級。當(dāng)周圍信號來自單一源時(shí)，2300還特別有助于消除源冗余。
在本發(fā)明的實(shí)例可以包括在編程設(shè)備上和/或終端設(shè)備本身上從用戶接收輸入和/或反饋的方式。這種輸入可以包括用戶希望從推理中排除的范圍，例如，″僅僅考慮在較大城市范圍中的區(qū)域的這個(gè)特定子集；我不將在其他區(qū)域中移動(dòng)″。這種約束可以通過縮小位置的范圍而提高系統(tǒng)的推理的準(zhǔn)確度。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例中，用戶可以通過諸如簡單的按壓按鈕來輸入有關(guān)系統(tǒng)準(zhǔn)確度的反饋，例如，″這個(gè)不正確；這個(gè)正確″。這種反饋可用于提高將來推理的準(zhǔn)確度。
為了提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面的附加的環(huán)境，圖24及隨后的討論試圖提供簡短的、一般說明其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個(gè)方面的一種適當(dāng)?shù)挠?jì)算環(huán)境2400。雖然以上以運(yùn)行在本地計(jì)算機(jī)和/或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般環(huán)境的形式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明還可以與其他程序模塊結(jié)合地實(shí)現(xiàn)。通常，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)和/或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例行程序、程序、對象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，等等。此外，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員將理解本發(fā)明方法可以與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一起實(shí)施，包括單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，小型計(jì)算機(jī)、主計(jì)算機(jī)，以及個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持式計(jì)算機(jī)、基于微處理器的和/或可編程消費(fèi)電子設(shè)備等等，它們中的每一個(gè)都可以和一個(gè)或多個(gè)有關(guān)的設(shè)備有效地通信。本發(fā)明的已說明方面還可以在其中通過連接通信網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程處理設(shè)備來執(zhí)行任務(wù)的分布計(jì)算環(huán)境中實(shí)施。但是，本發(fā)明的一些但不是全部可以在單計(jì)算機(jī)上實(shí)施。在分布計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于本地和/或遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備中。
正如在本申請中所用的那樣，術(shù)語″部件″試圖指代與計(jì)算機(jī)有關(guān)的實(shí)體，硬件、硬件和軟件的結(jié)合或執(zhí)行的軟件。例如，部件可以是但不限于運(yùn)行在處理器上的進(jìn)程、處理器、對象、可執(zhí)行部件、執(zhí)行的線程、程序和計(jì)算機(jī)。當(dāng)作示例，運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用程序和/或服務(wù)器可以是一個(gè)部件。另外，部件可以包括一個(gè)或多個(gè)子部件。
參考圖24，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)明各個(gè)方面的典型系統(tǒng)環(huán)境2400包括通用計(jì)算機(jī)2402，其包括處理單元2404、系統(tǒng)存儲(chǔ)器2406和耦合各個(gè)系統(tǒng)部件(包括從系統(tǒng)存儲(chǔ)器到處理單元2404)的系統(tǒng)總線2408。處理單元2404可以是任何市場上可買到的所有處理器。另外，處理單元可作為由一個(gè)以上的處理器構(gòu)成的多處理器，諸如可以并行連接。
系統(tǒng)總線2408可以是幾種總線結(jié)構(gòu)類型中的任何類型，舉例而言，其包括存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)控制器、外圍總線和使用各種諸如PCI、VESA、微通道、ISA和EISA此類通用總線體系結(jié)構(gòu)的本地總線。系統(tǒng)存儲(chǔ)器2406包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)2410和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)2412。包含諸如在啟動(dòng)期間有助于在計(jì)算機(jī)2402內(nèi)的元件之間傳輸信息的基本例行程序的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)2414存儲(chǔ)在ROM2410中。
計(jì)算機(jī)2402還可以包括例如硬盤驅(qū)動(dòng)器2416、例如在活動(dòng)磁盤2420上進(jìn)行讀或?qū)懙拇疟P驅(qū)動(dòng)器2418和例如在CD-ROM盤2424或其他介質(zhì)上進(jìn)行讀或?qū)懙墓獗P驅(qū)動(dòng)器2422。硬盤驅(qū)動(dòng)器2416、磁盤驅(qū)動(dòng)器2418和光盤驅(qū)動(dòng)器2422分別通過硬盤驅(qū)動(dòng)器接口2426、磁盤驅(qū)動(dòng)器接口2428和光驅(qū)動(dòng)器接口2430連接到系統(tǒng)總線2408上。驅(qū)動(dòng)2416-2422以及它們的相關(guān)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)提供用于計(jì)算機(jī)2402的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令等的非易失性存儲(chǔ)。雖然以上描述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)指的是硬盤、可移動(dòng)磁盤和CD，但是本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)理解，其他的計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)的類型，諸如磁帶盒、閃存儲(chǔ)卡、數(shù)字視頻光盤、Bernoulli盒式磁帶機(jī)等也可用在典型運(yùn)行環(huán)境2400中，并且這樣的介質(zhì)可以包含執(zhí)行本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
大量程序模塊可以存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)器2416-2422和RAM 2412中，其包括操作系統(tǒng)2432、一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序2434、其他程序模塊2436和程序數(shù)據(jù)2438。操作系統(tǒng)2432可以是任何適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)或操作系統(tǒng)的組合。舉例來說，應(yīng)用程序2434和程序模塊2436可以包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的推斷設(shè)備的位置。
用戶可以通過一個(gè)或多個(gè)用戶輸入裝置，諸如鍵盤2440和指示設(shè)備(例如，鼠標(biāo)2442)將命令和信息輸入到計(jì)算機(jī)2402中。其他輸入裝置(未顯示)可以包括麥克風(fēng)、控制桿、游戲板、衛(wèi)星碟、無線遠(yuǎn)程輸入裝置、掃描器等等。這些及其他輸入裝置通常通過串行接口2444連接到處理單元2404，該串行接口2444耦合于系統(tǒng)總線2408，但是也可以通過其他接口，并行端口，游戲端口或通用串行總線(USB)連接。監(jiān)視器2446或其他類型的顯示設(shè)備同樣通過諸如視頻適配器2448連接到系統(tǒng)總線2408。除了監(jiān)視器2446之外，計(jì)算機(jī)2402還包括其他外圍輸出設(shè)備(未顯示)，諸如揚(yáng)聲器、打印機(jī)等。
應(yīng)當(dāng)理解，計(jì)算機(jī)2402可以在使用邏輯連接到一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)2460的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)2460可以是工作站、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、路由器、對等設(shè)備或其他公用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，雖然為了簡短起見，只在圖24中示出了存儲(chǔ)器設(shè)備2462，但是其一般包括相對于計(jì)算機(jī)2402所述一些或所有元件。圖24所描述的邏輯連接可以包括局域網(wǎng)(LAN)2464和廣域網(wǎng)(WAN)2466。這種連網(wǎng)環(huán)境在辦公室、企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部網(wǎng)和因特網(wǎng)中是常見的。
當(dāng)用于局域網(wǎng)連網(wǎng)環(huán)境中時(shí)，例如計(jì)算機(jī)2402通過網(wǎng)絡(luò)接口或適配器2468連接于局域網(wǎng)2464。當(dāng)用于WAN連網(wǎng)環(huán)境中時(shí)，計(jì)算機(jī)2402一般包括調(diào)制解調(diào)器(例如，電話、DSL、電纜等)2470或者連接于局域網(wǎng)上的通信服務(wù)器，或者具有其他在諸如因特網(wǎng)此類的WAN 2466上建立通信的方式。調(diào)制解調(diào)器2470相對于計(jì)算機(jī)2402來說可以是內(nèi)部調(diào)制解調(diào)器也可以是外部調(diào)制解調(diào)器，其通過串口接口2444連接于系統(tǒng)總線2408。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，程序模塊(包括應(yīng)用程序2434)和/或程序數(shù)據(jù)2438可以存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置2462中。應(yīng)當(dāng)理解，所示出的網(wǎng)絡(luò)連接是典型的，在計(jì)算機(jī)2402和2460之間建立通信鏈路的其他方式(例如，有線或無線)可以在執(zhí)行本發(fā)明一個(gè)方面時(shí)使用。
根據(jù)熟悉計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的人員的實(shí)踐，已經(jīng)參考操作的行為和符號表示描述了本發(fā)明，該操作通過諸如計(jì)算機(jī)2402或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)2460執(zhí)行，除非另有陳述。這種行為和操作有時(shí)成為被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的行為或操作。應(yīng)當(dāng)理解，行為和符號表示的操作包括通過表示數(shù)據(jù)位的電信號的處理單元2404來進(jìn)行的操作，其中該數(shù)據(jù)位導(dǎo)致作為結(jié)果的電信號表示的變換或減少，以及存儲(chǔ)系統(tǒng)(包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器2406、硬盤2416、軟盤2420、CD-ROM2424和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器2462)的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)位的維護(hù)，以藉此重新配置或相反改變計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作，以及其他信號的處理。其中保持?jǐn)?shù)據(jù)位的存儲(chǔ)器位置是具有相應(yīng)于數(shù)據(jù)位的特定的電、磁或光性質(zhì)的實(shí)際位置。
圖25是另一個(gè)可以與本發(fā)明進(jìn)行交互的采樣計(jì)算環(huán)境2500的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)2500進(jìn)一步說明了包括一個(gè)或多個(gè)客戶端2502的系統(tǒng)。該客戶端2502可以是硬件和/或軟件(例如，線程，進(jìn)程，計(jì)算設(shè)備)。系統(tǒng)2500還包括一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器2504。該服務(wù)器端2504還可以是硬件和/或軟件(例如，線程，進(jìn)程，計(jì)算設(shè)備)。例如，服務(wù)器2504可以駐留通過應(yīng)用本發(fā)明執(zhí)行變換的線程?？蛻舳?502和服務(wù)器2504之間的一個(gè)可能的通信可以是適于在兩個(gè)或更多的計(jì)算機(jī)進(jìn)程之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包形式。系統(tǒng)2500包括通信結(jié)構(gòu)2508，可以利用其以便于客戶端2502和服務(wù)器2504之間的通信?？蛻舳?502可操作地連接于一個(gè)或多個(gè)客戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2510中，使用其可將本地信息存儲(chǔ)到客戶端2502中。類似地，服務(wù)器2504可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2506中，利用其可以將本地信息存儲(chǔ)到服務(wù)器2504中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，在兩個(gè)或更多的計(jì)算機(jī)元件之間傳輸便于定位設(shè)備的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包包括至少部分地包括有關(guān)根據(jù)至少一個(gè)周圍頻率信號指示器來確定設(shè)備位置的近似值的定位系統(tǒng)的信息。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例中，一種存儲(chǔ)了便于定位設(shè)備的系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行部件的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括至少部分地包括有關(guān)根據(jù)至少另一個(gè)周圍頻率信號指示器來確定設(shè)備位置的近似值的定位系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一情況下，基于以移動(dòng)和/或穩(wěn)定信號發(fā)射器為基礎(chǔ)的信號強(qiáng)度指示器來確定位置。利用移動(dòng)單元發(fā)送的數(shù)據(jù)來提供確定位置的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的另一情況下，利用信號發(fā)射器的輻射模式確定位置。
應(yīng)當(dāng)理解，可以在簡化計(jì)算機(jī)元件和非計(jì)算機(jī)相關(guān)元件的定位系統(tǒng)中利用本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法。此外，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法可應(yīng)用在涉及這樣的技術(shù)的廣闊的電子系列中，即(但不限于)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和/或手持電子設(shè)備、可附加電子設(shè)備(例如，磁性附加、掛鉤和圈套附加、掛鉤附加、粘合附加等)，可佩帶的電子設(shè)備(例如，手表、眼鏡、衣服、助聽器、項(xiàng)鏈、手鐲、皮帶、腳鐲、領(lǐng)帶裝飾針、戒指等)，等等。
以上已經(jīng)描述的內(nèi)容包括本發(fā)明實(shí)例。當(dāng)然，為了描述本發(fā)明，不可能描述所有想到的部件或方法的組合，但是本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可以認(rèn)識到進(jìn)一步組合和排列本發(fā)明是可能的。因此，本發(fā)明意圖包括所有落于附加權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的變化、修改和改變。此外，對于被用在詳細(xì)說明或權(quán)利要求中的術(shù)語″包括″而言，該術(shù)語被規(guī)定為在某種程度上與術(shù)語“由……組成”相類似，當(dāng)其被作為權(quán)利要求中的過渡詞使用時(shí)被解釋為“由……組成”。
權(quán)利要求
1.一種用于確定設(shè)備位置的方法，包括接收多個(gè)周圍信號強(qiáng)度；以及部分地基于周圍信號強(qiáng)度的至少一個(gè)子集的相對信號強(qiáng)度來確定設(shè)備的近似位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，確定設(shè)備的近似位置進(jìn)一步包括計(jì)算周圍信號強(qiáng)度的至少一個(gè)子集的至少一個(gè)等級矢量，以建立相對等級；從等級矢量中為相應(yīng)的周圍信號強(qiáng)度的每個(gè)排列產(chǎn)生唯一的等級散列碼；以及編譯至少一個(gè)等級散列碼的至少一個(gè)直方圖，以便于對設(shè)備的近似位置進(jìn)行分類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，根據(jù)排序例程計(jì)算等級矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括在至少一個(gè)直方圖上利用平滑法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該平滑法包括獲得有關(guān)感興趣的區(qū)域的周圍信號強(qiáng)度的密網(wǎng)格單元信息；根據(jù)下層的密網(wǎng)格單元計(jì)算至少一個(gè)粗網(wǎng)格單元直方圖；規(guī)格化粗網(wǎng)格單元直方圖；選擇相關(guān)性閾值ρs，以便于進(jìn)行平滑；確定粗網(wǎng)格單元直方圖的哪個(gè)倉具有該相關(guān)性閾值之上的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)；定位在所有直方圖倉上的最大值，該直方圖倉具有該相關(guān)性閾值之上的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)；以及使用該最大值替換在相關(guān)性閾值之上的每個(gè)直方圖倉中的直方圖倉的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，該相關(guān)性閾值近似地等于0.9。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，從周圍信號強(qiáng)度模擬部件中獲得密網(wǎng)格單元信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，周圍信號強(qiáng)度模擬部件包括RadioSoft的ComStudy程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所獲得的密網(wǎng)格單元信息將從該設(shè)備向每個(gè)感興趣的密網(wǎng)格單元發(fā)送。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，確定設(shè)備的近似位置進(jìn)一步包括使周圍信號強(qiáng)度的至少一個(gè)子集最佳化，以基本上減少它們的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，使周圍信號強(qiáng)度的子集最佳化包括根據(jù)空間對應(yīng)的信號源計(jì)算周圍信號對之間的至少一個(gè)皮爾森相關(guān)系數(shù)；選擇相關(guān)性閾值ρ，以便于使周圍信號強(qiáng)度的子集最佳化；確定其相關(guān)性大于相關(guān)性閾值的信號分組；以及從具有最高平均信號強(qiáng)度的每個(gè)分組中選擇周圍信號，以表示確定設(shè)備的近似位置的分組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，該相關(guān)性閾值近似地等于0.95。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在可恢復(fù)的空間中存儲(chǔ)設(shè)備的近似位置；為表示一組先驗(yàn)信號強(qiáng)度掃描的設(shè)備位置而選擇可變的平滑值；以及利用在一組先驗(yàn)信號強(qiáng)度掃描上的一個(gè)最頻繁的推斷位置作為設(shè)備的當(dāng)前近似位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，可變的平滑值包括臨時(shí)窗口K，表示超過一段時(shí)間的信號掃描。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，確定位置進(jìn)一步包括估計(jì)從具體位置獲得的信號強(qiáng)度信息的離散概率分布。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，確定位置進(jìn)一步包括部分地基于所估計(jì)的離散概率分布來推斷設(shè)備的近似位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，估計(jì)離散概率分布進(jìn)一步包括定位特定位置中的設(shè)備；從至少一個(gè)信號發(fā)射器獲得周圍信號強(qiáng)度；計(jì)算周圍信號強(qiáng)度的至少一個(gè)子集的等級信息；以及確定具體位置處的等級信息的規(guī)格化直方圖。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，等級信息包括等級散列碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，周圍信號強(qiáng)度包括無線電頻率(RF)信號強(qiáng)度。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步至少部分地根據(jù)利用至少一個(gè)用戶輸入的至少一個(gè)輸入來確定設(shè)備的近似位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，輸入包括從由至少一個(gè)用戶約束和至少一個(gè)用戶反饋組成的分組中所選擇的至少一個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，用戶約束包括至少一個(gè)地理區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，用戶反饋包括至少一個(gè)用戶所做的關(guān)于設(shè)備的近似位置的正確性的至少一個(gè)指示。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用信號強(qiáng)度模擬，以便于確定設(shè)備的近似位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括利用統(tǒng)計(jì)分類器以便于補(bǔ)償信號強(qiáng)度模擬的相關(guān)特征。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，相關(guān)的特征包括從由可靠性、實(shí)際檢測信號和模擬值之間的偏離以及與拓?fù)涮卣骱徒Y(jié)構(gòu)相關(guān)的行為所組成的分組中所選擇出的至少一個(gè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用持續(xù)信息以便于確定設(shè)備的近似位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，持續(xù)信息包括設(shè)備的近似位置的最后知道的可靠推理和自確定最后知道的可靠推理以來的時(shí)間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)自最后知道的可靠推理以來的時(shí)間低于時(shí)間閾值時(shí)，將最后知道的可靠推理用作設(shè)備的近似位置。
30.一種使用權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，包括從由計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、可佩帶的電子設(shè)備、可附加電子設(shè)備和手持電子設(shè)備組成的分組中所選擇的至少一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明平衡不同的位置處的無線電信號的檢測強(qiáng)度的變化，以確定設(shè)備的位置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，推理程序用于處理周圍商業(yè)無線電信號，以估算設(shè)備的位置或設(shè)備位置上的概率分布。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例中，將學(xué)習(xí)和推理方法應(yīng)用于信號強(qiáng)度矢量的等級矢量上。移到這種等級順序降導(dǎo)致回避對位置計(jì)算中的絕對信號強(qiáng)度的考慮。本發(fā)明通過提供一種方法來促進(jìn)設(shè)備定位的近似性，該方法不需要獲得基本數(shù)量的可用周圍信號強(qiáng)度但仍然提供確定位置方面的有用的位置推理。
文檔編號H04Q7/34GK1607401SQ200410085509
公開日2005年4月20日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者J·C·克魯姆, G·F·西爾馬克, E·J·豪維茨, E·C·米勒, A·A·A·優(yōu)塞夫 申請人:微軟公司