基于Cell的室內移動終端定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Cell的室內移動終端定位方法，Cell是對地理空間的劃分，通過在地圖上按照實際的地形繪制出封閉的多邊形而形成，對應著實際環(huán)境中的房間或類似的區(qū)域。依據(jù)Cell提供的地理信息算法可以判斷定位結果是否出現(xiàn)大跨度的跳動，然后再利用嚴格的可信條件過濾不可信的跳動從而實現(xiàn)定位結果的平滑；同時利用Cell的出入點信息計算終端移動時的路線，避免直線移動導致的穿墻。這是一種對終端室內定位行之有效的優(yōu)化方法。
【專利說明】基于Cel I的室內移動終端定位方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于室內定位【技術領域】，具體涉及一種利用Cell的室內終端定位優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]室內定位是指在室內環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套室內位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內空間中的位置監(jiān)控。室內定位技術主要分基站定位和慣導定位兩種服務商。基站定位服務商主要有:谷歌、諾基亞、T1、蘋果、高德、百度等采用WIFI定位；慣導定位服務商主要有:美國的NAVISEER,龍旗瑞譜科技，上海消防研究所。
[0003]使用WIFI信號強度進行終端定位是目前室內定位的主流技術，但是WIFI信號由于其不穩(wěn)定性導致了定位效果往往會出現(xiàn)不可預測的跳動，造成錯誤的定位。在現(xiàn)有的終端采樣定位算法中，存在兩個問題需要改進:首先，由于沒有路徑去約束終端移動時的路線，會導致穿墻的現(xiàn)象；其次，現(xiàn)有算法中雖然有根據(jù)信號強度的平滑操作，但是由于無法知道采樣點之間的相對位置，缺乏地理信息的輔助，導致可能出現(xiàn)大跨度的跳躍。這兩個問題都會造成非常糟糕的視覺體驗。本發(fā)明因此而來。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于Cell的室內移動終端定位方法，解決了現(xiàn)有技術中室內定位時移動終端定位結果缺乏地理信息的輔助，導致可能出現(xiàn)大跨度的跳躍甚至導致穿墻的現(xiàn)象等錯誤定位問題。
[0005]為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案如下:
[0006]一種基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法中Cell為預先設置的區(qū)域，包括以下步驟:
[0007](I)無線接入點AP收集移動終端的信號強度；
[0008](2)根據(jù)移動終端的信號強度進行無線接入點AP的快速勝出判斷；當無線接入點AP接收到的移動終端的信號強度大于設定閾值時，則判斷該無線接入點AP快速勝出，以該AP的位置作為定位結果；否則進行步驟(3)；
[0009]( 3 )執(zhí)行采樣點對比過程:
[0010]將移動終端實時的信號強度與采樣點的采樣結果進行對比，計算移動終端到每個采樣點采樣結果的歐氏距離；選取歐氏距離最小的采樣點位置作為備選定位結果；檢查備選定位結果與移動終端上一次定位位置是否處于相同Cell ;如果備選定位結果與移動終端上次定位位置處于相同Cell，則認為移動終端尚未離開該Cell，備選定位結果作為確定的定位結果；否則認為定位結果出現(xiàn)跨躍Cell的跳動，進行步驟(4)；
[0011](4)檢查采樣對比結果是否可信；當采樣對比結果足夠可信時，將該采樣對比結果作為確定的定位結果，否則認為備選定位結果無效，定位結果為移動終端上次位置不變。[0012]優(yōu)選的技術方案是:所述方法步驟(4)中采樣對比結果是否可信按照以下三種情況進行判斷:
[0013]I)當信號無丟失，且實時信號到上次定位結果處采樣點的歐氏距離縱向相比有所增大，則判斷滿足該條件的對比結果比較可信；
[0014]2)信號有丟失，但近鄰AP信號沒有丟失，且連續(xù)3輪計算的歐氏距離都是最??；則判斷滿足該條件的對比結果非?？尚?；
[0015]3)信號有丟失，但近鄰AP信號沒有丟失，且每個實時的信號強度與采樣結果的信號強度差小于強度閾值；則判斷滿足該條件的對比結果非常可信；
[0016]除了上述情況以外，均認為對比結果不可信。
[0017]優(yōu)選的技術方案是:所述方法還包括利用Cell的出入口點對移動終端的尋路路徑中的定位位置結果進行過濾處理的步驟；其中每個Cell預先配置時添加出入口點信息。
[0018]優(yōu)選的技術方案是:所述方法中每個Cell預先配置時還通過連線連接相鄰Cell的出入點形成以Cell為節(jié)點的樹，通過以Cell為節(jié)點的樹判斷移動終端的定位位置是否合理；當移動終端的定位位置不合理時進行舍棄；否則保存移動終端的定位位置，并確定過濾處理后的移動終端的尋路路徑。
[0019]優(yōu)選的技術方案是:所述方法中以Cell為節(jié)點的樹是按照實際環(huán)境的連通性將不同Cell的出入口點連接起來形成的以Cell為節(jié)點的樹。
[0020]優(yōu)選的技術方案是:所述方法中確定移動終端的尋路路徑具體包括以下步驟:
[0021]A)檢查移動終端起始位置和目標位置是否處于相同Cell ;如果是，則移動終端的尋路路徑為從起始位置到目標位置的直線連線；如果否，轉步驟B)；
[0022]B)如果移動終端起始位置和目標位置處于不同的Cell，則以起始位置所在Cell的出入口點作為根節(jié)點進行廣度優(yōu)先遍歷，查找目標位置所在Cell的出入點；查找結果即為長度最短的從起始Cell到目標Cell的路徑，如果存在可達路徑，轉步驟C);如果不存在，轉步驟D)；
[0023]C)將移動終端從起始位置沿直線連線移動到起始Cell的出入點，再沿起始Cell到目標Cell的路徑，到達目標Cell的出入點，最后將終端從目標Cell的出入點沿直線連線移動到目標位置，即完成了終端移動的尋路，即獲得移動終端的尋路路徑；
[0024]D)起始位置和目標位置間無路徑可達，則停止計算路線，即移動終端的尋路路徑不可達，放棄目標位置。
[0025]本發(fā)明提供一種利用Cell的室內終端定位優(yōu)化方法，通過Cell提供的地理位置信息，對定位結果進行平滑，以及在終端移動時進行路線計算。其中Cell是對地理空間的劃分，通過在地圖上按照實際的地形繪制出封閉的多邊形而形成，對應著實際環(huán)境中的房間或類似的區(qū)域。在配置完Cell后，地圖上的每個可被定位到的位置都有了一個所屬Cell的屬性，在實時定位計算中，算法通過比較相鄰兩次定位結果是否屬于同一個Cell來判斷定位結果是否出現(xiàn)大跨度的跳動，然后再利用嚴格的可信條件過濾不可信的跳動從而實現(xiàn)定位結果的平滑；同時利用Cell的出入點信息計算終端移動時的路線，避免直線移動導致的穿墻。因此，這是一種對終端室內定位行之有效的優(yōu)化方法，基于Cell的終端采樣定位方法利用Cell減少大跨度的不合理的跳躍，并通過Cell約束終端移動時的路線避免穿墻。
[0026]Cell本質上是對地理空間的劃分，類似于區(qū)域。通過Cell的劃分，可以使算法得知某兩個點處于同一個Cell它們之間可以任意移動，或者某兩個點處于不同的Cell他們之間的移動需要嚴格的限制條件以避免出現(xiàn)錯誤。其為定位方法提供了簡化的地理信息，使方法能夠得知采樣點之間的位置關系(處于同一個Cell或者處于不同的Cell)，然后方法便可以利用該信息實現(xiàn)位置平滑和終端移動時的尋路。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0028]1.利用Cell可以使算法能夠識別定位結果產生了跨區(qū)域的跳動，然后觸發(fā)嚴格的限制條件判斷，只有定位結果足夠可信時才允許跨區(qū)域移動。這樣的方式更加動態(tài)靈活，減少了使用全局平滑策略所帶來的延遲
[0029]2.利用Cell配置時的出入口點信息，可以引導終端跨區(qū)域時的路線計算，使得最終的路徑更加合理而不會出現(xiàn)穿墻等不好的視覺效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]下面結合附圖及部署方案對本發(fā)明作進一步描述:
[0031]圖1為定位算法執(zhí)行的流程圖
[0032]圖2為Cell繪制、出入口點及連線的示意圖
[0033]圖3為基于Cell的尋路不意圖
【具體實施方式】
[0034]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0035]實施例
[0036]如圖1所示，基于Cell的室內終端定位方法主要包括以下步驟:
[0037]步驟一:收集并過濾終端的信號強度，作為算法的原始輸入；
[0038]步驟二:首先進行AP快速勝出的判斷，AP快速勝出是本定位算法中的一個機制，使終端在非常靠近AP時可以快速地定位到AP，而不需要再去執(zhí)行采樣點對比；如果有某個AP接收到終端的信號強度大于設定的閾值，則認為其快速勝出，輸出該AP的位置作為定位結果；否則，轉步驟三；
[0039]步驟三:執(zhí)行采樣點對比過程，將終端實時的信號強度，與采樣點的采樣結果進行對比，計算其到每個采樣點采樣結果的歐氏距離，選取歐氏距離最小的若干的采樣點作為備選定位結果；轉步驟四；
[0040]步驟四:檢查備選定位結果是否與終端上次定位位置處于相同Cell，如果是，認為終端尚未離開該Cell,貝U輸出備選定位結果作為算法定位結果,如果否，意味著定位結果出現(xiàn)跨躍Cell的跳動，轉步驟五；
[0041]步驟五:通過一系列條件檢查采樣對比結果是否可信，只有在足夠可信的情況下，才允許該采樣對比結果作為定位結果輸出，否則認為其無效，定位結果為終端上次位置不變；
[0042]方法循環(huán)執(zhí)行，可以有效地過濾掉終端定位結果中不可信的跨Cell跳動，從而實現(xiàn)平滑的效果。[0043]本實施例利用Cell的室內終端定位方法的實施場景如圖2所示，圖2中虛線構成的非實體矩形即為Cell，其中兩個房間每個房間分別作為一個Cell，L型的走廊被劃分成三個Cell，總共5個Cell ;每個Cell內設采樣點(圖2中未示出，參考圖3，亦即實際可被定位到的點)，三角形圖標為Cell的出入點，連線代表出入點之間的連通性，用于路線引導。該配置實例反映了 Cell劃分，出入點及連線配置的基本策略，即符合實際地形。在配置完成后的實際定位中，觀察到終端定位結果的大跨度跳動明顯減少，且終端在定位位置發(fā)生變化時的移動路線也更加合理，不會出現(xiàn)穿墻等現(xiàn)象。
[0044]在基于Cell進行平滑時，由于跨區(qū)域的可信條件比較嚴格，所以有可能出現(xiàn)終端實際跨區(qū)域了，但是信號強度并沒有及時滿足條件，導致定位結果還停留在上一個位置不動。對于這種情況，一方面有可能是因為可信條件過于嚴格需要調整；另一方面也是不可避免的，平滑必然會造成實時性的犧牲，通過本算法只能盡可能減少犧牲。
[0045]Cell劃分的原則:首先要符合實際地形，因為Cell的意義就是讓算法獲得地理信息，如房間天然地就應該成為一個Cell，而不應該被拆分；其次要控制Cell的大小，Cell面積過小必然個數(shù)就會增多延遲也就隨之變大，而Cell面積過大平滑效果就會減弱，建議先按照最少個數(shù)的Cell去配置，然后如果定位效果跳躍嚴重，則在跳躍的部分拆分Cell ；最后，在形狀不規(guī)則(凹多邊形，環(huán)形等)，且不容忍穿墻的區(qū)域(環(huán)形)則需要拆分成多個Cell。
[0046]在基于Cell的平滑過程中，最重要的可信條件。如果可信條件過于嚴格會導致無法得出定位結果，而可信條件如果過于寬松有會導致沒有平滑效果。因此需要合理的選擇可信的條件。
[0047]其中Cell是前期配置的區(qū)域信息，在實時定位計算時，可以輔助用于對終端的定位結果進行過濾，避 免不可信的跳動，起到平滑的效果；同時可以用于終端移動時的尋路，避免移動路線穿墻，造成不良的視覺效果。其特征在于通過簡單的配置，使得每個地圖上的位置都擁有了一個所屬區(qū)域的屬性，在實時計算時，如果定位結果發(fā)生了跳動，通過判斷置和目標位置是否屬于同一個區(qū)域以及跳動的依據(jù)是否足夠可信，可以決定是否對跳動進行過濾。另外，在配置每個Cell時會給Cell增加出入點，并用連線連接相鄰Cell的出入口點，形成以Cell為節(jié)點的樹，其意義在于引導路線，即所有的跨Cell的移動路線，都要經過Cell的出入點，通過這個技術，就可以實現(xiàn)合理的尋路，而不會出現(xiàn)穿墻。
[0048]采用的可信條件有如下3個:
[0049]信號無丟失(指與采樣點對比時，采樣結果中的每個AP都有實時信號與其對應)，且實時信號到上次定位結果處采樣點的歐氏距離縱向相比有所增大(意味著終端遠離了上次定位的位置)。滿足該條件的對比結果比較可信；
[0050]信號有丟失，但關鍵信號(近鄰AP信號)沒有丟失(即采樣結果中信號強度較大的幾個AP都有實時信號與其對應)，且連續(xù)3輪計算的歐氏距離都是最小。滿足該條件的對比結果非常可信；
[0051]信號有丟失，但關鍵信號(近鄰AP信號)沒有丟失(同上)，且每個實時的信號強度與采樣結果的信號強度相差較小(差的絕對值小于10)。滿足該條件的對比結果也非?？?目。
[0052]另外，可信條件還包括對Cell的尋路過程的判斷，判斷Cell的尋路過程是否進行了穿墻操作?；贑ell的尋路過程主要包括以下步驟:
[0053]步驟一:檢查終端起始位置和目標位置是否處于相同Cell，如果是，則終端移動的路線為從起始位置到目標位置的直線連線，如果否，轉步驟二；
[0054]步驟二:終端起始位置和目標位置處于不同的Cell，以起始位置所在Cell的出入口點作為根節(jié)點進行廣度優(yōu)先遍歷，查找終點所在Cell的出入點；查找結果即為長度最短的從起始Cell到目標Cell的路徑，如果存在可達路徑，轉步驟三；如果不存在，轉步驟四；
[0055]步驟三:將終端從起始位置沿直線連線移動到起始Cell的出入點，在沿其實Cell到目標Cell的路徑，到達目標Cell的出入點，最后將終端從目標Cell的出入點沿直線連線移動到目標位置，即完成了終端移動的尋路；
[0056]步驟四:起始位置和目標位置間無路徑可達，則不再計算路線。
[0057]當起始位置和目標位置間無路徑可達時，則可判斷對比結果中移動終端的尋路過程進行了穿墻操作，可以進行過濾處理。
[0058]利用Cell進行尋路，要求在實時定位之前進行詳細正確的配置，主要的配置內容有:繪制Cell，為每個Cell添加出入口點，按照實際環(huán)境的連通性將不同Cell的出入口點連接起來。Cell、出入口點及連線繪制的示例見附圖2和圖3所示。圖2中三角形圖標為Cell的出入口點，黑色實線線條為出入口點的連線，代表出入點之間的連通性，用于路線引導。圖3中三角形圖標為Cell的出入口點，黑色實線線條為連線，帶箭頭線條為移動終端的尋路路徑；帶起字的星號為起始位置(終端移動的起點)，帶終起字的星號為目標位置(終端移動的終點)。該尋路路徑即為通過Cell和出入點信息計算得到的，相比于從起始點到結束點的直線連接，這樣的路徑更加符合實際的地形，有著更為合理和友好的展示效果。
[0059]上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法中Cell為預先設置的區(qū)域，包括以下步驟: (1)無線接入點AP收集移動終端的信號強度； (2)根據(jù)移動終端的信號強度進行無線接入點AP的快速勝出判斷；當無線接入點AP接收到的移動終端的信號強度大于設定閾值時，則判斷該無線接入點AP快速勝出，以該AP的位置作為定位結果；否則進行步驟(3)； (3)執(zhí)行采樣點對比過程: 將移動終端實時的信號強度與采樣點的采樣結果進行對比，計算移動終端到每個采樣點采樣結果的歐氏距離；選取歐氏距離最小的采樣點位置作為備選定位結果；檢查備選定位結果與移動終端上一次定位位置是否處于相同Cell ;如果備選定位結果與移動終端上次定位位置處于相同Cell,則認為移動終端尚未離開該Cell,備選定位結果作為確定的定位結果；否則認為定位結果出現(xiàn)跨躍Cell的跳動，進行步驟(4)； (4)檢查采樣對比結果是否可信；當采樣對比結果足夠可信時，將該采樣對比結果作為確定的定位結果，否則認為備選定位結果無效，定位結果為移動終端上次位置不變。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法步驟(4)中采樣對比結果是否可信按照以下三種情況進行判斷: O當信號無丟失，且實時信號到上次定位結果處采樣點的歐氏距離縱向相比有所增大，則判斷滿足該條件的對比結果比較可信； 2)信號有丟失，但近鄰AP信號沒有丟失，且連續(xù)3輪計算的歐氏距離都是最小；則判斷滿足該條件的對比結果非常可信； 3)信號有丟失，但近鄰AP信號沒有丟失，且每個實時的信號強度與采樣結果的信號強度差小于強度閾值；則判斷滿足該條件的對比結果非常可信； 除了上述情況以外，均認為對比結果不可信。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法還包括利用Cell的出入口點對移動終端的尋路路徑中的定位位置結果進行過濾處理的步驟；其中每個Cell預先配置時添加出入口點信息。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法中每個Cell預先配置時還通過連線連接相鄰Cell的出入點形成以Cell為節(jié)點的樹，通過以Cell為節(jié)點的樹判斷移動終端的定位位置是否合理；當移動終端的定位位置不合理時進行舍棄；否則保存移動終端的定位位置，并確定過濾處理后的移動終端的尋路路徑。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法中以Cell為節(jié)點的樹是按照實際環(huán)境的連通性將不同Cell的出入口點連接起來形成的以Cell為節(jié)點的樹。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于Cell的室內移動終端定位方法，其特征在于所述方法中確定移動終端的尋路路徑具體包括以下步驟: A)檢查移動終端起始位置和目標位置是否處于相同Cell;如果是，則移動終端的尋路路徑為從起始位置到目標位置的直線連線；如果否，轉步驟B)； B)如果移動終端起始位置和目標位置處于不同的Cell，則以起始位置所在Cell的出入口點作為根節(jié)點進行廣度優(yōu)先遍歷，查找目標位置所在Cell的出入點；查找結果即為長度最短的從起始Cell到目標Cell的路徑，如果存在可達路徑，轉步驟C);如果不存在，轉步驟D)； C)將移動終端從起始位置沿直線連線移動到起始Cell的出入點，再沿起始Cell到目標Cell的路徑，到達目標Cell的出入點，最后將終端從目標Cell的出入點沿直線連線移動到目標位置，即完成了終端移動的尋路，即獲得移動終端的尋路路徑； D)起始位置和目標位置間無路徑可達，則停止計算路線，即移動終端的尋路路徑不可達，放棄目標 位置。
【文檔編號】H04W64/00GK103763771SQ201410036202
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】徐宏力, 黃劉生, 孫澤浩 申請人:中國科學技術大學蘇州研究院