專利名稱：一種室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)，特別涉及室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著WLAN(Wireless Local Area Network，無線局域網(wǎng))和WSN(Wireless Sensor Network，無線傳感網(wǎng)絡(luò))的發(fā)展普及，室內(nèi)定位在商業(yè)、公共安全和軍事上的應(yīng)用成為研究熱點，如將WSN部署在工業(yè)現(xiàn)場，監(jiān)測設(shè)備運行情況，部署在倉庫跟蹤物流動態(tài)，甚至臨時快速部署在火災(zāi)救護(hù)現(xiàn)場為消防員提供最優(yōu)路線導(dǎo)航?；趶V泛普及的WLAN、Wi-Max(wo rldwide interoperability for microwave access，全球通用微波通信技術(shù))等的已有硬件設(shè)施，通過增添軟件模塊提供多樣的室內(nèi)定位服務(wù)也有眾多嘗試。由于RSSI (Received signal strength index，接收信號強(qiáng)度指示)無需額外的硬件裝置，成本低，能滿足大規(guī)模應(yīng)用要求，目前，室內(nèi)定位大多采用基于RSSI的定位方式。根據(jù)是否需要通過物理手段直接測量節(jié)點間距離，RSSI定位技術(shù)可用于基于測距和非測距兩類算法?；跍y距的算法需要獲取節(jié)點間的距離，即已知發(fā)射信號強(qiáng)度，接收節(jié)點根據(jù)收到的信號強(qiáng)度，計算信號在傳播過程中的損耗，使用理論或經(jīng)驗的信號傳播模型將傳播損耗轉(zhuǎn)化為距離。但是，室內(nèi)環(huán)境相對復(fù)雜，信號微弱，且多徑、反射現(xiàn)象嚴(yán)重，測距過程很容易受其影響產(chǎn)生測距誤差，且由此帶來的定位誤差容易造成累積，影響定位精度。非測距方式采用基于位置指紋匹配實現(xiàn)定位?；谖恢弥讣y匹配的室內(nèi)定位大致分為離線采樣階段和在線定位兩個階段。離線采樣階段的目標(biāo)是構(gòu)建一個關(guān)于信號強(qiáng)度與采樣點位置間關(guān)系的位置指紋數(shù)據(jù)庫。為了生成該數(shù)據(jù)庫，操作人員需要在被定位環(huán)境里確定若干采樣點，然后遍歷所有采樣點，記錄下在每個采樣點測量的無線信號特征，即來自所有接入點的信號強(qiáng)度，最后將它們以某種方式保存在數(shù)據(jù)庫中。在線定位階段時，當(dāng)用戶移動到某一位置時，根據(jù)實時收到的信號強(qiáng)度信息，利用定位算法將其與位置指紋數(shù)據(jù)庫中的信息匹配，計算出該用戶的位置。基于位置指紋的定位無需測量距離，也不需要考慮測距誤差問題，在成本和功耗方面與前者相比具有顯著優(yōu)勢。但是，上述基于采樣點的匹配定位算法存在弊端，定位數(shù)據(jù)的匹配通過遍歷所有的采樣點與某一個采樣點進(jìn)行距離的計算，一旦采樣點個數(shù)增多或待定位終端收到的信號強(qiáng)度波動較大，匹配準(zhǔn)確率就會大大下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述基于采樣點的匹配定位算法存在的弊端，本發(fā)明實施例提供了一種室內(nèi)定位方法，所述技術(shù)方案如下根據(jù)定位精度需求，對室內(nèi)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，為所述單元網(wǎng)格設(shè)置屬性，并將所述單元網(wǎng)格的屬性存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；布設(shè)多個信標(biāo)節(jié)點，確保各個網(wǎng)格內(nèi)接收信號強(qiáng)度有一定差異；在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存八位置指紋數(shù)據(jù)庫；將待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與所述位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格的位置指紋進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息。本發(fā)明實施例提供了一種室內(nèi)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括網(wǎng)格劃分裝置，用于根據(jù)定位精度需求，對室內(nèi)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，并將網(wǎng)格信息存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；信標(biāo)布設(shè)裝置，用于布設(shè)多個信標(biāo)節(jié)點，確保各個網(wǎng)格內(nèi)接收信號強(qiáng)度有一定差
已
升；參考點確定裝置，在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；信號強(qiáng)度采集裝置，在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；終端位置確定裝置，用于將待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與所述位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格的位置指紋進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息。位置指紋數(shù)據(jù)庫，用于存儲所述單元網(wǎng)格的屬性和位置指紋信息。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過網(wǎng)格劃分確定參考點；將采樣點擴(kuò)展到網(wǎng)格，通過與網(wǎng)格內(nèi)多個參考點進(jìn)行匹配最終確定待定位終端的位置，將距離的計算從一維擴(kuò)展到了 N維(N視網(wǎng)格內(nèi)參考點個數(shù)而定)，匹配過程更加嚴(yán)謹(jǐn)，匹配準(zhǔn)確率有較大提高；采集時在各方向旋轉(zhuǎn)移動，避免采集單向性造成特征值不完備；合理的布設(shè)信標(biāo)，節(jié)省冗余的設(shè)備并充分的利用信標(biāo)。


圖1是本發(fā)明實施例1中提供的一種室內(nèi)定位方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2中提供的一種室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1中提供的網(wǎng)格參考點布設(shè)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實施例1本發(fā)明實施例提供一種室內(nèi)定位方法，參見圖1該方法包括以下步驟步驟101 根據(jù)定位精度需求，對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分并對所述單元網(wǎng)格設(shè)置網(wǎng)格屬性，存放到位置指紋數(shù)據(jù)庫；步驟102 合理布設(shè)信標(biāo)節(jié)點，確保每個網(wǎng)格能接收到3個以上的信標(biāo)節(jié)點的信息；步驟103 根據(jù)網(wǎng)格形狀，以網(wǎng)格各頂點作為該網(wǎng)格的參考點，如圖3 ；步驟104 在所述單元網(wǎng)格的各參考點采集所接收的來自信標(biāo)節(jié)點的信號，作為該網(wǎng)格的位置指紋存儲到位置指紋數(shù)據(jù)庫；步驟105 定位時將待定位終端接收到的信標(biāo)節(jié)點信號強(qiáng)度與位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格相應(yīng)的參考點進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息。本發(fā)明實施例在步驟101中，首先將建筑物內(nèi)有定位需求的區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，并分別為這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)置網(wǎng)格屬性。需要定位區(qū)域，例如，可包括工作室、休息室、衛(wèi)生間、大廳、走廊以及樓層之間的樓梯區(qū)域，可以根據(jù)不同的定位精度需求，進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分；定位精度需求較低時，即區(qū)域性定位，例如，工作室、休息室、衛(wèi)生間等，可將整個房間劃分為一個單元網(wǎng)格；而對要求定位精度較高的區(qū)域(如3米以內(nèi))，可將定位區(qū)域構(gòu)造劃分多個米級(以米為單位的) 單元網(wǎng)格；而在特殊區(qū)域，如不規(guī)則平面和樓層間區(qū)域，可以適當(dāng)調(diào)整單元網(wǎng)格的長寬或增加冗余網(wǎng)格以達(dá)到完全覆蓋。單元網(wǎng)格的屬性，例如，可包括自身編號、樓層編號、網(wǎng)格重心坐標(biāo)、相鄰網(wǎng)格編號、邊界參考點編號等，可作為網(wǎng)格屬性存入所示位置指紋數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明實施例通過步驟102可設(shè)置多個信標(biāo)節(jié)點，信標(biāo)節(jié)點為已知位置坐標(biāo)的無線局域網(wǎng)的接入點AP(Access Point)或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，信標(biāo)節(jié)點具有唯一標(biāo)識ID， 并發(fā)送廣播信息，信號強(qiáng)度采集裝置能夠讀取信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度和信標(biāo)節(jié)點的唯一標(biāo)識 ID。信標(biāo)節(jié)點的布設(shè)，例如數(shù)量、位置等等可遵循以下原則同一個網(wǎng)格內(nèi)的待定位節(jié)點至少能收到3個穩(wěn)定在_75dBm以上信號強(qiáng)度的信標(biāo)節(jié)點的信息，保證各個網(wǎng)格內(nèi)接收信號強(qiáng)度有一定差異。之后，可通過步驟103確定網(wǎng)格內(nèi)的參考點，可以將已劃分的網(wǎng)格各頂角確定為參考點，如圖3，對于四邊形網(wǎng)格，則網(wǎng)格有四個參考點。對于每個網(wǎng)格的所有參考點，通過步驟104采集信標(biāo)節(jié)點的信息，并將該網(wǎng)格各參考點接收的信號強(qiáng)度統(tǒng)計量作為該位置指紋信息存入位置指紋數(shù)據(jù)庫。采集方式為在各參考點旋轉(zhuǎn)采集，即，采集時在各方向旋轉(zhuǎn)移動(旋轉(zhuǎn)采集以保證采集過程的全向性，持續(xù)采集一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的有效性)，持續(xù)一段時間，根據(jù)不同的匹配算法對接收信號強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計，將統(tǒng)計量存入位置指紋數(shù)據(jù)庫作為該參考點位置指紋。統(tǒng)計方法有基于均值和基于概率等(1)基于均值，計算每個網(wǎng)格的各個參考點在一個采集周期內(nèi)接收到的各個信標(biāo)節(jié)點信號強(qiáng)度的平均值，并進(jìn)行歸一化處理，作為本網(wǎng)格位置指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；(2)基于概率，計算每個網(wǎng)格的各個參考點在一個采集周期內(nèi)接收到的各個信標(biāo)節(jié)點信號強(qiáng)度的均值μ與方差ο，將(μ，ο)作為相應(yīng)信標(biāo)節(jié)點在該單元網(wǎng)格的位置指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫。之后，通過步驟105，定位時將待定位終端接收到來自信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格相應(yīng)的參考點的信號強(qiáng)度進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息，由于存入位置指紋數(shù)據(jù)庫的考點位置指紋是采用的統(tǒng)計方法不同，在進(jìn)行匹配時，也要根據(jù)考點位置指紋的統(tǒng)計方法，對待定位終端接收到來自信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計處理，然后進(jìn)行匹配。具體實現(xiàn)過程如下(1)將待定位終端在某點接收到的信號強(qiáng)度和信標(biāo)節(jié)點編號按照位置指紋的統(tǒng)計方法進(jìn)行統(tǒng)一，即若采用基于均值的匹配方法，則定位時在某點處測得的信號強(qiáng)度亦必須先求得平均值再進(jìn)行歸一化；(2)遍歷位置指紋數(shù)據(jù)庫中各單元網(wǎng)格多個參考點的位置指紋，定位終端在定位時得到的位置指紋(該位置指紋是對接收信號經(jīng)過處理后得到的)與每個參考點的位置指紋的歐氏距離計算定位終端在定位時得到的位置指紋(該位置指紋是對接收信號經(jīng)過處理后得到的)與每個參考點的位置指紋的歐氏距離，然后計算每個單元網(wǎng)格內(nèi)的所有參考點與待定位終端的位置指紋的歐氏距離相加，選出相加值最小的若干網(wǎng)格；所述基于單元網(wǎng)格的參考點到待定位終端的歐氏距離的計算公式為
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)定位方法，其特征在于，該方法包括根據(jù)定位精度需求，對室內(nèi)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，為所述單元網(wǎng)格設(shè)置屬性，并將所述單元網(wǎng)格的屬性存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；布設(shè)多個信標(biāo)節(jié)點，確保各個網(wǎng)格內(nèi)接收信號強(qiáng)度有一定差異；在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；將待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與所述位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格的位置指紋進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度之后，該方法還包括對所述信號強(qiáng)度進(jìn)行濾波統(tǒng)計后，存儲到位置指紋數(shù)據(jù)庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點是將網(wǎng)格頂點作為該網(wǎng)格參考點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度的采集方式為旋轉(zhuǎn)采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置指紋包括根據(jù)所采集的信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對于每個網(wǎng)格，每個參考點分別計算接收的各個信標(biāo)節(jié)點信號強(qiáng)度的均值、方差、最大值、最小值的統(tǒng)計量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與所述位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格的位置指紋進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息，具體包括根據(jù)匹配方法，將待定位終端定位時測得的信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理；根據(jù)單元網(wǎng)格的參考點的位置指紋以及待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度的位置指紋，計算基于單元網(wǎng)格的參考點到待定位終端的距離，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，選出單元網(wǎng)格的參考點到待定位終端的距離之和最小的單元網(wǎng)格，單元網(wǎng)格的數(shù)目為所述系統(tǒng)預(yù)設(shè)值；根據(jù)所述單元網(wǎng)格的屬性，得出待定位終端的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于單元網(wǎng)格的參考點到待定位終端的歐氏距離的計算公式為
8.—種室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括網(wǎng)格劃分裝置，用于根據(jù)定位精度需求，對室內(nèi)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，為所述單元網(wǎng)格設(shè)置屬性，并將所述單元網(wǎng)格的屬性存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；信標(biāo)布設(shè)裝置，用于布設(shè)多個信標(biāo)節(jié)點，確保各個網(wǎng)格內(nèi)接收信號強(qiáng)度有一定差異；參考點確定裝置，在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；信號強(qiáng)度采集裝置，在所述單元網(wǎng)格內(nèi)確定多個參考點，采集所述參考點處接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度作為指紋存入位置指紋數(shù)據(jù)庫；終端位置確定裝置，用于將待定位終端接收到的所述信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度與所述位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格的位置指紋進(jìn)行匹配，得到待定位終端的位置信息。 位置指紋數(shù)據(jù)庫，用于存儲所述單元網(wǎng)格的屬性和位置指紋信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括 濾波統(tǒng)計裝置，用于對所述信號強(qiáng)度進(jìn)行濾波統(tǒng)計。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述終端位置確定裝置具體包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)匹配方法，對待測終端定位處在線測得的信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理；終端位置確定模塊，用于根據(jù)各單元網(wǎng)格的位置指紋與實際測得的信號強(qiáng)度構(gòu)成的位置指紋，計算提出的基于網(wǎng)格參考點的歐氏距離，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值，選出值最小的多個單元網(wǎng)格，加權(quán)后得到待定位終端位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)，特別涉及室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。該方法包括對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分并對其設(shè)置網(wǎng)格屬性；根據(jù)單元網(wǎng)格內(nèi)接收信號情況布設(shè)信標(biāo)節(jié)點；根據(jù)單元網(wǎng)格形態(tài)設(shè)置多個參考點，在各參考點采集各信標(biāo)節(jié)點的信號強(qiáng)度并計算其統(tǒng)計量作為位置指紋存儲到位置指紋數(shù)據(jù)庫；定位時將待定位終端接收的信標(biāo)節(jié)點信號強(qiáng)度計算其統(tǒng)計量后與位置指紋數(shù)據(jù)庫中各網(wǎng)格相應(yīng)的位置指紋進(jìn)行匹配，得到最相似的網(wǎng)格，最終確定待定位終端的位置信息。本發(fā)明通過網(wǎng)格劃分，能夠提高匹配準(zhǔn)確率；采集時在各方向旋轉(zhuǎn)移動，避免采集單向性造成特征值不完備；合理的布設(shè)信標(biāo)，節(jié)省冗余的設(shè)備并充分的利用信標(biāo)。
文檔編號H04W64/00GK102573049SQ20101060290
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉文龍, 劉晨, 史丹丹, 孫子硯, 崔艷雯, 徐連明, 方靈, 朱宇佳, 李欣欣, 畢乾, 王珂, 盛慶, 裘昕, 鄧中亮 申請人:北京智慧圖科技發(fā)展有限責(zé)任公司