基于智能手機(jī)和Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于智能手機(jī)和Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位方法和系統(tǒng)，通過(guò)大量普通用戶(hù)采集指紋來(lái)完成采樣步驟，用信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度取代絕對(duì)強(qiáng)度值，通過(guò)基于最長(zhǎng)子序列的定位算法，解決信號(hào)波動(dòng)的問(wèn)題。研究表明，通過(guò)這種定位方法，可以大量節(jié)省人力成本，提高定位的精確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于智能手機(jī)和W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種在樓宇內(nèi)部定位的方法和系統(tǒng)，具體涉及ー種利用W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的指紋定位方法，屬于普適計(jì)算領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一部分。智能手機(jī)不僅擁有功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，而且支持用戶(hù)安裝應(yīng)用程序來(lái)擴(kuò)展其功能。由于智能手機(jī)具有私人化和便攜的特性，同時(shí)內(nèi)置了許多傳感器(如磁感應(yīng)傳感器、重力傳感器、加速傳感器等)，使其成為獲取個(gè)人信息的關(guān)鍵途徑。應(yīng)用程序根據(jù)這些信息便可對(duì)用戶(hù)提供更加個(gè)性化的服務(wù)，其中位置(location)就是ー類(lèi)被廣泛使用的個(gè)人信息。目前的智能手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)中，LBS (Location Based Service,基于位置的服務(wù))應(yīng)用占據(jù)了非常大的一部分，它們根據(jù)人們的地理位置信息為用戶(hù)提供相應(yīng)的服務(wù)。定位越精確，就越有可能提供更好的服務(wù)。因此，準(zhǔn)確獲取用戶(hù)的位置信息成為了各類(lèi)LBS應(yīng)用的基礎(chǔ)。
[0003]目前最為成熟的GPS (Global Position System)定位系統(tǒng)存在信號(hào)遮蓋的問(wèn)題，在受到房屋遮掩的室內(nèi)和地下都無(wú)法使用，但是用戶(hù)仍然存在強(qiáng)烈的室內(nèi)定位的需求，因此尋找室內(nèi)的定位方法成為了ー個(gè)不可忽視的問(wèn)題。目前樓宇內(nèi)部定位的技術(shù)包括INS慣性導(dǎo)航、紅外線(xiàn)、藍(lán)牙、超聲波、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)、W1-Fi等。INS慣性導(dǎo)航技術(shù)通過(guò)對(duì)人們步行時(shí)各傳感器收集到的數(shù)據(jù)變化，推測(cè)步行的方向和速度，以此來(lái)定位，需要對(duì)每個(gè)人単獨(dú)建摸，而且誤差會(huì)累計(jì)增加，精度不高；紅外線(xiàn)、藍(lán)牙、超聲波、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)需要在樓內(nèi)部署新的設(shè)備，難以普及，而且紅外線(xiàn)、藍(lán)牙信號(hào)傳播距離短容易受到室內(nèi)燈光、噪聲信號(hào)的干擾，超聲波受到反射、遮擋的影響很大。
[0004]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的地方已經(jīng)被W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，特別是寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、辦公樓等。這使得基于W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位技術(shù)無(wú)需額外部署設(shè)備，就可以直接使用，從而節(jié)省了成本，具有明顯的可行性和應(yīng)用價(jià)值。
[0005]目前基于W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的指紋定位方法，需要首先采集樓宇內(nèi)部各個(gè)地點(diǎn)上接收到的AP (訪(fǎng)問(wèn)接入點(diǎn))及其信號(hào)強(qiáng)度作為樣本(每ー個(gè)樣本稱(chēng)作一個(gè)指紋)，然后在每一次定位的時(shí)候，將當(dāng)時(shí)的指紋與樣本庫(kù)里的指紋進(jìn)行比對(duì)，最接近的那個(gè)樣本所在地被認(rèn)作當(dāng)前所在的地理位置。
[0006]然而，這種方法主要面臨以下兩個(gè)重要問(wèn)題:
[0007]1)AP指紋采樣需要耗費(fèi)大量的人力成本:需要專(zhuān)業(yè)的人員在樓內(nèi)每ー個(gè)地點(diǎn)(如每4平方米)進(jìn)行足夠時(shí)間的采樣才能獲得ー個(gè)可用的定位樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0008]2)AP信號(hào)劇烈波動(dòng)問(wèn)題:AP信號(hào)強(qiáng)度易受到環(huán)境因素的干擾而隨著時(shí)間不斷發(fā)生變化，同時(shí)，不同的AP信號(hào)接收設(shè)備(如智能手機(jī))接收到的信號(hào)強(qiáng)度具有明顯的差異性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]為了便于說(shuō)明，本文約定:“AP”代表W1-Fi無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)接入點(diǎn)；“指紋”表示在某個(gè)地理位置點(diǎn)接收到的所有AP的信息和信號(hào)。
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于智能手機(jī)和W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)定位的方法和系統(tǒng)，用以解決室內(nèi)定位的問(wèn)題，以克服AP指紋采樣人力成本高及AP信號(hào)劇烈波動(dòng)問(wèn)題。
[0011]本方法的原理:通過(guò)大量普通用戶(hù)采集指紋來(lái)完成采樣步驟，用信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度取代絕對(duì)強(qiáng)度值，通過(guò)基于最長(zhǎng)子序列的定位算法，解決信號(hào)波動(dòng)的問(wèn)題。研究表明，通過(guò)這種定位方法,可以大量節(jié)省人力成本,提高定位的精確度。
[0012]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0013]一種基于智能手機(jī)和W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位方法，包括如下步驟:
[0014]步驟1:由用戶(hù)采集指紋，包括:用戶(hù)通過(guò)手機(jī)網(wǎng)卡掃描W1-Fi信號(hào)，記錄每個(gè)檢測(cè)到的 AP 的 BSSID (Basic Service Set Identification)和信號(hào)強(qiáng)度 RSSI (ReceivedSignal Strength Indicator),由用戶(hù)標(biāo)記該指紋所屬位置Label,存入數(shù)據(jù)庫(kù),形成樣本庫(kù)；
[0015]本系統(tǒng)提供指紋采集服務(wù)，任何應(yīng)用可調(diào)用該服務(wù)，可自行設(shè)計(jì)采樣的情景以提聞?dòng)脩?hù)體驗(yàn)；
[0016]步驟2:由于樣本由非專(zhuān)業(yè)的用戶(hù)采集，可能出現(xiàn)樣本標(biāo)記錯(cuò)誤等現(xiàn)象，在使用前定時(shí)對(duì)樣本庫(kù)進(jìn)行整理，刪除錯(cuò)誤的樣本；
[0017]步驟3:采集用戶(hù)當(dāng) 前指紋 ，并和樣本庫(kù)內(nèi)的指紋進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而確定用戶(hù)當(dāng)前的
地理位置。
[0018]其中，步驟I中，樣本庫(kù)內(nèi)每個(gè)樣本為[Label, KBSSID1, RSSI1), <BSSID2, RSSI2>,…，<BSSIDn，RSSIn>}]，其中Label是指紋所屬位置，〈BSSID” RSSIi)代表一次掃描檢測(cè)到的APi的BSSIDi和其對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度RSSIi,集合KBSSID1, RSSI1), <BSSID2, RSSI2),…，<BSSIDn, RSSIn>}為一次掃描檢測(cè)到的n個(gè)AP的情況。
[0019]步驟I中，每次采樣以一定頻率F采樣N次，以確保該樣本包含了一小段時(shí)間內(nèi)的所有波動(dòng)信息。
[0020]步驟2中，使用聚類(lèi)的方法定期整理數(shù)據(jù)庫(kù):如果同一標(biāo)記(地點(diǎn))下存在明顯離群點(diǎn)(即與聚類(lèi)樣本的平均相似度小于ー個(gè)閾值Outlier_Threshold的樣本，其中兩個(gè)樣
本SI和S2的相似度可以用公式
【權(quán)利要求】
1.一種基于智能手機(jī)和W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟1:由用戶(hù)采集指紋，包括:用戶(hù)通過(guò)手機(jī)網(wǎng)卡掃描W1-Fi信號(hào)，記錄每個(gè)檢測(cè)到的AP的BSSID和信號(hào)強(qiáng)度RSSI，由用戶(hù)標(biāo)記該指紋所屬位置Label，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成樣本庫(kù)； 步驟2:在使用前定時(shí)對(duì)樣本庫(kù)進(jìn)行整理，刪除錯(cuò)誤的樣本； 步驟3:采集用戶(hù)當(dāng)前指紋，并和樣本庫(kù)內(nèi)的指紋進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而確定用戶(hù)當(dāng)前的地理位置。
2.如權(quán)利要求1所述的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，步驟I中，樣本庫(kù)內(nèi)每個(gè)樣本為[Label, KBSSID1, RSSI1), <BSSID2, RSSI2),...，<BSSIDn, RSSIn>}]，其中 Label 是指紋所屬位置，〈BSSID” RSSIi)代表一次掃描檢測(cè)到的APi的BSSIDi和其對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度RSSIi，集合KBSSID1, RSSI1), <BSSID2, RSSI2),…，<BSSIDn，RSSIn>}為一次掃描檢測(cè)到的 n 個(gè) AP 的情況。
3.如權(quán)利要求1所述的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，步驟I中，毎次采樣以一定頻率F米樣N次，以確保該樣本包含了一小段時(shí)間內(nèi)的所有波動(dòng)信息。
4.如權(quán)利要求1所述的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，步驟2中，使用聚類(lèi)的方法定期整理數(shù)據(jù)庫(kù):如果同一標(biāo)記下 存在明顯離群點(diǎn)，則視作錯(cuò)誤標(biāo)記的數(shù)據(jù)，將它刪除。
5.如權(quán)利要求1所述的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，步驟3的實(shí)現(xiàn)方法為: 3.1)采集當(dāng)前指紋:用戶(hù)手機(jī)網(wǎng)卡掃描W1-Fi信號(hào)，得到KBSSID1, RSSI1), <BSSID2, RSSI2),…，<BSSIDn，RSSIn>}，作為當(dāng)前位置的指紋信息； 3.2)進(jìn)行定位計(jì)算:將采集到的指紋與樣本庫(kù)內(nèi)的指紋進(jìn)行對(duì)比，使用信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度取代絕對(duì)值計(jì)算用戶(hù)的當(dāng)前地理位置。
6.如權(quán)利要求5所述的樓宇內(nèi)部定位方法，其特征是，步驟3.2)中，計(jì)算用戶(hù)當(dāng)前地理位置的方法如下: 3.2.1)對(duì)所有指紋按照信號(hào)強(qiáng)度RSSI進(jìn)行排序，每個(gè)指紋得到對(duì)應(yīng)AP的ー個(gè)序列[BSSIDil, BSSIDi2，…，BSSIDin]； 3.2.2)用當(dāng)前指紋的序列與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)每個(gè)指紋序列進(jìn)行對(duì)比，找出它們的最長(zhǎng)公共子序列的長(zhǎng)度； 3.2.3)得到與當(dāng)前序列的公共子序列最長(zhǎng)的前K個(gè)樣本，在這K個(gè)樣本中出現(xiàn)次數(shù)最多的Label即被認(rèn)定為該用戶(hù)當(dāng)前的地理位置。
7.一種基于智能手機(jī)和W1-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的樓宇內(nèi)部定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)部署于手機(jī)端和服務(wù)器端，其特征是， (一)手機(jī)端包括兩個(gè)模塊:米樣模塊MOl和定位模塊M02 ； 所述采樣模塊MOl將手機(jī)端收集到的指紋信息發(fā)送到服務(wù)器端用于存儲(chǔ)； 所述定位模塊M02將手機(jī)端收集到的指紋信息發(fā)送到服務(wù)器端用于定位，然后接收服務(wù)器端返回的定位結(jié)果，將它提供給調(diào)用該服務(wù)的用戶(hù)或應(yīng)用； (二)服務(wù)器端包括三個(gè)模塊:樣本存儲(chǔ)模塊S01、樣本整理模塊S03和定位模塊S02 ； 所述樣本存儲(chǔ)模塊SOl將從手機(jī)端發(fā)來(lái)的樣本存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)S04里，形成樣本庫(kù)； 所述樣本整理模塊S03對(duì)樣本庫(kù)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述定位模塊S02接收從手機(jī)端發(fā)來(lái)的指紋，進(jìn)行定位計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給手機(jī)端。
8.如權(quán)利要求7所述的樓宇內(nèi)部定位系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)的工作流程如下: 步驟1:采樣模塊MOl通過(guò)手機(jī)網(wǎng)卡掃描W1-Fi信號(hào)，記錄每個(gè)檢測(cè)到的AP的BSSID和信號(hào)強(qiáng)度RSSI，由用戶(hù)標(biāo)記該指紋所屬位置Label，然后發(fā)送給樣本存儲(chǔ)模塊S01，存入數(shù)據(jù)庫(kù)S04，形成樣本庫(kù)； 步驟2:樣本整理模塊S03定時(shí)對(duì)樣本庫(kù)進(jìn)行整理，刪除錯(cuò)誤的樣本； 步驟3:手機(jī)端定位模塊M02采集用戶(hù)當(dāng)前指紋，發(fā)送到服務(wù)器端定位模塊S02，并和樣本庫(kù)內(nèi)的指紋進(jìn)行對(duì)比， 進(jìn)而確定用戶(hù)當(dāng)前的地理位置，并發(fā)送到手機(jī)端定位模塊M02，展示給手機(jī)用戶(hù)。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK103501537SQ201310454281
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】郭耀, 陳昕, 孔俊俊, 陳向群 申請(qǐng)人:北京大學(xué)