一種基于ap的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：由多個具有信號收集能力的AP組成的信號采集模塊，數(shù)據(jù)信號接收接口，定位模塊，定位數(shù)據(jù)儲存模塊，行為軌跡分析模塊，服務(wù)提供模塊。其實(shí)現(xiàn)方法包括：1)AP采集與不同終端間的無線信號強(qiáng)度與終端的MAC地址；2)移動終端的定位；3)移動終端的位置軌跡分析；4)根據(jù)移動終端和其它設(shè)備的提出的服務(wù)請求提供相應(yīng)服務(wù)。本發(fā)明可對室內(nèi)外的移動終端進(jìn)行較為及時精準(zhǔn)的定位，并可根據(jù)不同移動終端屬性進(jìn)行修正，增加定位精度。本發(fā)明不存在平臺限制，手機(jī)、筆記本、平板電腦等移動終端都可進(jìn)行定位與位置數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)而為終端用戶及其它用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。
【專利說明】—種基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位、位置分析系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，特別是涉及一種基于W1-Fi技術(shù)的AP的定位、位置和行為分析系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速增加，人們對定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。近年來，隨著移動設(shè)備技術(shù)快速發(fā)展和日益普及，如何充分利用設(shè)備的移動性為用戶提供更加豐富和完善的服務(wù)引起了眾多研究者的關(guān)注，而基于位置的服務(wù)(Location Based Service, LBS)已經(jīng)成為近年來移動計(jì)算研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。提供基于位置服務(wù)的前提是移動設(shè)備需要知道自身所處的物理位置。當(dāng)移動設(shè)備位于戶外時，GPS(Global Position System)可以為這類應(yīng)用提供一種簡單有效的解決方案。然而，GPS無法在樓宇內(nèi)工作，因此如何在樓宇內(nèi)對移動設(shè)備進(jìn)行定位依然是一個需要解決的科學(xué)問題。隨著W1-Fi技術(shù)應(yīng)用的普及，WLAN (Wireless Local Area Network)接入點(diǎn)(Access Point, AP)在城市樓宇內(nèi)已經(jīng)廣泛部署，這使得很多室內(nèi)環(huán)境(例如辦公樓、咖啡廳等)中幾乎每個角落都能夠被W1-Fi信號覆蓋，因而基于W1-Fi信號的室內(nèi)定位技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。我們就可以利用移動設(shè)備與接入點(diǎn)(Access Point, AP)或基站定期發(fā)送的信標(biāo)信號中所含的接收信息強(qiáng)度(RSSI)信息進(jìn)行定位計(jì)算，并且可以根據(jù)位置信息分析移動終端的行為軌跡，進(jìn)而根據(jù)為不同設(shè)備發(fā)來的請求提供不同提供服務(wù)。
[0003]目前使用較廣的基于W1-Fi信號的定位方法主要有到達(dá)角度定位法(AngleOfArrival,Α0Α)、到達(dá)時間定位法(Time Of Arrival,Τ0Α)、信號強(qiáng)度分析法和位置指紋分類法等。由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，無線信號入射角度的測量也很難十分準(zhǔn)確。因此，基于AOA或TOA的方法并不太適用于室內(nèi)環(huán)境。而且室內(nèi)空間中存在著大量的障礙物，如墻壁、房門、桌椅、箱柜等等，當(dāng)它們處于無線信號的傳播路徑上時會對信號的衰減程度產(chǎn)生難以計(jì)算的影響，因此信號強(qiáng)度分析法在室內(nèi)環(huán)境下利用RSSI值的測距精度不高。位置指紋分類法是一類基于機(jī)器學(xué)習(xí)的定位方法，其基本思想是記錄特定位置的信號指紋(AP的RSSI值)，通過比較測試樣本與位置指紋的相似程度，進(jìn)而估計(jì)樣本的實(shí)際位置。與Α0Α、TOA和信號強(qiáng)度分析法相比，基于RSSI的位置指紋分類法不依賴于角度或距離這樣的幾何量，而是將RSSI的觀測值本身作為標(biāo)定位置的依據(jù)，這樣就規(guī)避了接收信號強(qiáng)度測距等問題，擁有更好的定位精度。有了準(zhǔn)確的定位，就可以提供基于位置服務(wù)。并且根據(jù)已有的行為軌跡進(jìn)行修正，進(jìn)一步提高了定位的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。通過定位模塊的分析處理，可將各個無線接入點(diǎn)(AP)采集到的與各個移動終端的間的無線信號與指紋庫進(jìn)行匹配進(jìn)而確定移動終端所在的具體位置。進(jìn)而不間斷的將移動終端在不同時間的位置信息記錄于定位數(shù)據(jù)儲存模塊。行為軌跡分析模塊可以根據(jù)記錄于定位數(shù)據(jù)儲存模塊的移動終端的位置數(shù)據(jù)來分析移動終端的軌跡和行為。服務(wù)提供模塊可根據(jù)不同用戶發(fā)來的請求，提供相應(yīng)的服務(wù)。
[0005]為解決以上所提出的技術(shù)問題本發(fā)明基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，包括:
[0006]信號采集模塊，由多個在不同位置的具有信號收集能力的AP組成的，用于獲得不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度(RSSI)和不同移動終端的MAC(Media AccessControl，介質(zhì)訪問控制)地址信息。其中，移動終端包括:手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、掌上上網(wǎng)設(shè)備、POS (Point of sales)機(jī)、車載電腦、可穿戴設(shè)備；
[0007]數(shù)據(jù)信號接收接口，用于接收來自信號采集模塊采集的不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度(RSSI)和不同移動終端的MAC(Media Access Control，介質(zhì)訪問控制)地址
信息；
[0008]定位模塊，利用數(shù)據(jù)信號接收接口獲得的數(shù)據(jù)，利用位置帶有權(quán)值分配的指紋分類法以及相關(guān)的行為軌跡信息，確定不同移動終端在空間中的具體位置，并將設(shè)備和位置信息儲存于定位數(shù)據(jù)儲存模塊。其中位置指紋分類法，包括:訓(xùn)練階段、定位階段和數(shù)據(jù)修正階段。其中在訓(xùn)練階段建立位置一無線信號指紋識別數(shù)據(jù)庫，并計(jì)算出不同AP的權(quán)值，用于定位階段；
[0009]定位數(shù)據(jù)儲存模塊，用于記錄所有定位模塊產(chǎn)生的不同時間，不同移動終端的位
置信息；
[0010]行為軌跡分析模塊，用于分析不同移動終端(用戶)的軌跡和行為，并將信息儲存；
[0011]服務(wù)提供模塊，根據(jù)不同的服務(wù)請求，基于定位數(shù)據(jù)儲存模塊以及行為軌跡分析模塊的數(shù)據(jù)，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。
[0012]另外，本發(fā)明還提供了一種數(shù)據(jù)訓(xùn)練方法，包括:
[0013](I)數(shù)據(jù)收集階段:收集不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度，作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)；
[0014](2)數(shù)據(jù)處理階段:計(jì)算出不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的特征值，并計(jì)算出各個AP的權(quán)值分配；
[0015](3)數(shù)據(jù)修正階段:在實(shí)際定位中如發(fā)現(xiàn)定位精度不足，或已有的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，可以添加或修正已有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并根據(jù)新的訓(xùn)練數(shù)據(jù)重新計(jì)算各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的特征值和各個AP的權(quán)值分配。
[0016]本發(fā)明還提供了一種基于AP的室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，包括:
[0017](I)信號采集模塊AP的采集與不同終端間的無線信號強(qiáng)度與終端的MAC地址；
[0018](2)數(shù)據(jù)信號接收接口接收來自信號采集模塊采集的不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度(RSSI)和不同移動終端的MAC(Media Access Control，介質(zhì)訪問控制)地址信息；
[0019](3)定位模塊根據(jù)數(shù)據(jù)信號接收接口獲得的數(shù)據(jù)，利用位置帶有權(quán)值分配的指紋分類法以及相關(guān)的行為軌跡信息，確定不同移動終端在空間中的具體位置。并將設(shè)備和位置信息儲存于定位數(shù)據(jù)儲存模塊，以供其他模塊使用。
[0020]本發(fā)明利用W1-Fi技術(shù)，并利用遠(yuǎn)程具有較高運(yùn)算能力的定位模塊和行為軌跡分析模塊，可以及時有效地進(jìn)行定位，并計(jì)算出設(shè)備的運(yùn)行軌跡。通過服務(wù)提供模塊，可以及時有效地為各種用戶提供不同的服務(wù)，如及時定位服務(wù)，導(dǎo)航服務(wù)，空間客流分析及調(diào)查服務(wù)，地理圍欄服務(wù)，基于位置廣告推送功能，基于位置的支付服務(wù)及支付驗(yàn)證服務(wù)等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)框架圖；
[0022]圖2是布局參考點(diǎn)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，包括:
[0024]信號采集模塊，由多個具有信號收集能力的AP組成的，用于獲得不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度(RSSI)和不同移動終端的MAC(Media Access Control,介質(zhì)訪問控制)地址信息。
[0025]數(shù)據(jù)信號接收接口，用于接收來自信號采集模塊采集的不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度(RSSI)和不同移動終端的MAC (Media Access Control，介質(zhì)訪問控制)地址
信息；
[0026]定位模塊，利用數(shù)據(jù)信號接收接口獲得的數(shù)據(jù)，利用位置帶有權(quán)值分配的指紋分類法以及相關(guān)的行為軌跡信息，確定不同移動終端在空間中的具體位置，并將設(shè)備和位置信息儲存于定位數(shù)據(jù)儲存模塊；
[0027]定位數(shù)據(jù)儲存模塊，用于記錄所有定位模塊產(chǎn)生的不同時間，不同移動終端的位
置信息；
[0028]行為軌跡分析模塊，用于分析不同移動終端(用戶)的軌跡和行為，并將信息儲存；
[0029]服務(wù)提供模塊，根據(jù)不同的服務(wù)請求，基于定位數(shù)據(jù)儲存模塊以及行為軌跡分析模塊的數(shù)據(jù)，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。
[0030]對于上述基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，其具體的實(shí)現(xiàn)的方法見圖1，包括:
[0031]預(yù)處理階段，執(zhí)行位置指紋法的訓(xùn)練階段，其具體執(zhí)行過程如下:
[0032](I)數(shù)據(jù)收集階段:收集不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度，作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)；
[0033](2)數(shù)據(jù)處理階段:以一段時間不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的平均值或眾數(shù)作為該終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)位置(基準(zhǔn)點(diǎn)的布置可如圖2所示，在空間內(nèi)等距確定)對該AP特征值，確定特征值的范圍，并基于已經(jīng)計(jì)算出的特征值，計(jì)算出各個AP的權(quán)值分配，方法如下:
[0034]設(shè)測試區(qū)域內(nèi)能夠檢測到設(shè)備的全部AP的集合為V，樣本a將使用樣本屬性向量sa = (sal, sa2,..., San)來描述,其中每一個分量Sai表不該樣本中第i個屬性的值(即第i個AP的RSSI的特征值)，n是全部AP的數(shù)量。如果在一個樣本中沒有檢測到特定的AP的值，則將其RSSI值設(shè)為-129，即比RSSI的下限值低I。
[0035]在給每個AP分配權(quán)值之前，首先需要計(jì)算在測試區(qū)域內(nèi)能夠檢測到的所有AP之間的相關(guān)系數(shù)。記兩個AP之間相關(guān)系數(shù)為rij，其計(jì)算公式如式(1)，其中i，j e V, Rssii和RssL分別表示第1、j個AP的RSSI的觀測值，E (a)和D (a)分別表示隨機(jī)變量a的數(shù)學(xué)期望和方差，Cov(a，b)表示隨機(jī)變量a和b的協(xié)方差。全部相關(guān)系數(shù)可以組成相關(guān)系數(shù)矩陣R。相關(guān)系數(shù)矩陣的計(jì)算過程使用全部的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并不區(qū)分訓(xùn)練樣本所屬的類，所以最后得出的相關(guān)系數(shù)是每對AP在全部測試區(qū)域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)。另外，計(jì)算一對AP的相關(guān)系數(shù)時，只考慮這兩個AP能夠被同時檢測到的數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，所述AP指無線接入點(diǎn)，其特征在于，包括: 信號采集模塊，包括多個在不同位置的具有信號收集能力的WLAN接入點(diǎn)AccessPoint，即AP，用于獲得不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度RSSI和不同移動終端的MAC地址信息； 數(shù)據(jù)信號接收接口，用于接收來自信號采集模塊采集的不同移動終端用戶傳送的無線信號強(qiáng)度和不同移動終端的MAC地址信息； 定位模塊，利用數(shù)據(jù)信號接收接口獲得的數(shù)據(jù)，利用位置帶有權(quán)值分配的以及相關(guān)的行為軌跡信息，確定不同移動終端在空間中的具體位置，并將設(shè)備和位置信息儲存于定位數(shù)據(jù)儲存模塊； 定位數(shù)據(jù)儲存模塊，用于記錄所有定位模塊產(chǎn)生的不同時間，不同移動終端的位置信息； 行為軌跡分析模塊，用于分析不同移動終端的軌跡和行為，并將信息儲存，并可響應(yīng)定位模塊的請求并向其提供數(shù)據(jù)； 服務(wù)提供模塊，根據(jù)不同的服務(wù)請求，基于定位數(shù)據(jù)儲存模塊以及行為軌跡分析模塊的數(shù)據(jù)，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，其特征在于，所述移動終端包括:手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、掌上上網(wǎng)設(shè)備、POS機(jī)、車載電腦、可穿戴設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供系統(tǒng)，其特征在于，所述可提供的服務(wù)包括基于位置的服務(wù)，包括及時定位服務(wù)，導(dǎo)航服務(wù)，空間客流分析及調(diào)查服務(wù)，地理圍欄服務(wù)，基于位置廣告推送功能，基于位置的支付服務(wù)及支付驗(yàn)證服務(wù)。
4.一種基于AP的行為軌跡檢測分析與服務(wù)提供的方法，包括如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該方法利用了位置指紋分類法，并包括如下步驟: 1)定位模塊利用數(shù)據(jù)信號接收接口獲得的數(shù)據(jù)； 2)將數(shù)據(jù)根據(jù)終端的MAC地址分類； 3)若某一終端MAC在同時獲得的AP返回值的數(shù)量少于3個，忽略該終端； 4)若某一終端MAC在同時獲得的AP返回值的超過基準(zhǔn)點(diǎn)特征值的范圍，忽略該終端； 5)根據(jù)每個AP的權(quán)值,若該樣本點(diǎn)a不同AP所獲得的信號強(qiáng)度分別為Sa,n]，空間中已知具體位置坐標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)b的各個特征值為[Su，sb,2，…，sb, J，所述特征值是已知的固定AP掃描測量的終端在已知位置點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度(RSSI)的平均值或眾數(shù)；使用式(4)代替歐氏距離計(jì)算該樣本點(diǎn)與各個基準(zhǔn)點(diǎn)的加權(quán)距離；其中測試區(qū)域內(nèi)能夠檢測到設(shè)備的全部AP的集合為V，i為AP的編號，Wi是分配給第i個AP的權(quán)值； 咖’叫 ξ η’,U(4) 其中，d(a，b)表示a、b兩個點(diǎn)之間的加權(quán)的距離； 6)將樣本點(diǎn)與各個基準(zhǔn)點(diǎn)的加權(quán)距離從小到大排序； 7)選擇與當(dāng)前樣本點(diǎn)加權(quán)距離最小的一個或最小的幾個基準(zhǔn)點(diǎn)作為計(jì)算終端位置的基礎(chǔ)；8)結(jié)合行為軌跡信息確定終端位置； 9)將計(jì)算后的位置數(shù)據(jù)和終端MAC數(shù)據(jù)，時間數(shù)據(jù)記錄到定位數(shù)據(jù)儲存模塊； 10)行為軌跡分析模塊從定位數(shù)據(jù)儲存模塊獲得數(shù)據(jù)，分析不同移動終端的軌跡和行為，并將信息儲存； 11)服務(wù)提供模塊接收服務(wù)請求，根據(jù)不同的服務(wù)請求，基于定位數(shù)據(jù)儲存模塊以及行為軌跡分析模塊的數(shù)據(jù)，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述定位模塊中，位置指紋分類法，包括如下步驟: 訓(xùn)練階段、定位階段和數(shù)據(jù)修正階段；其中，訓(xùn)練階段，目標(biāo)是在于建立一個位置指紋分類識別數(shù)據(jù)庫，包括設(shè)備在各個定位基準(zhǔn)點(diǎn)和各個AP間信號的特征值以及各個AP在計(jì)算中的權(quán)值； 定位階段，通過使用獲得的終端與AP間的無線信號強(qiáng)度去與之前構(gòu)建的位置指紋分類識別數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，通過運(yùn)算，從而獲得移動終端用戶的位置； 數(shù)據(jù)修正階段，提高定位精度，修正位置指紋分類識別數(shù)據(jù)庫。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述訓(xùn)練階段包括: 數(shù)據(jù)收集階段:收集不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度，作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理階段:計(jì)算出不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的特征值，并計(jì)算出各個AP的權(quán)值分配； 數(shù)據(jù)修正階段:在實(shí)際定位中如發(fā)現(xiàn)定位精度不足，或已有的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，添加或修正已有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并根據(jù)新的訓(xùn)練數(shù)據(jù)重新進(jìn)入數(shù)據(jù)處理階段，計(jì)算各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的特征值和各個AP的權(quán)值分配。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理階段的具體方法，包括: 以一段時間不同AP所測量的終端在各個基準(zhǔn)點(diǎn)上的無線信號強(qiáng)度的平均值或眾數(shù)作為該終端在此位置對該AP特征值，確定特征值的范圍，并基于已經(jīng)計(jì)算出的特征值，計(jì)算出各個AP的權(quán)值分配，方法如下: 設(shè)測試區(qū)域內(nèi)能夠檢測到設(shè)備的全部AP的集合為V，樣本a將使用樣本屬性向量Sa =(sal,sa2,…，san)來描述，其中每一個分量Sai表示該樣本中第i個屬性的值，即第i個AP的RSSI的特征值，η是全部AP的數(shù)量；如果在一個樣本中沒有檢測到特定的ΑΡ，則將其RSSI值設(shè)為-129，即比RSSI的下限值低I ; 在給每個AP分配權(quán)值之前，首先需要計(jì)算在測試區(qū)域內(nèi)能夠檢測到的所有AP之間的相關(guān)系數(shù)；記兩個AP之間相關(guān)系數(shù)為rij，其計(jì)算公式如式(I)，其中i，j e V，RssiJP Rssij分別表示第1、j個AP的RSSI的觀測值，E (a)和D (a)分別表示隨機(jī)變量a的數(shù)學(xué)期望和方差，Cov(a，b)表示隨機(jī)變量a和b的協(xié)方差；全部相關(guān)系數(shù)可以組成相關(guān)系數(shù)矩陣R ;相關(guān)系數(shù)矩陣的計(jì)算過程使用全部的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并不區(qū)分訓(xùn)練樣本所屬的類，所以最后得出的相關(guān)系數(shù)是每對AP在全部測試區(qū)域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)；另外，計(jì)算一對AP的相關(guān)系數(shù)時，只考慮這兩個AP能夠被同時檢測到的數(shù)據(jù)；使用式(I)計(jì)算一對AP的相關(guān)系數(shù)；
【文檔編號】H04W64/00GK103957505SQ201410162989
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】陳光旭, 王強(qiáng), 諸彤宇, 李明揚(yáng), 李文博 申請人:北京航空航天大學(xué)