回給用戶。定位服務(wù)器由位置 標(biāo)記存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、定位算法模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。位置標(biāo)記存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)室內(nèi) 環(huán)境中所有采集點(diǎn)的定位標(biāo)記信息，定位算法模塊在定位階段使用移動(dòng)終端設(shè)備采集定位 標(biāo)記作為輸入對(duì)用戶當(dāng)前位置進(jìn)行定位，網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)接收移動(dòng)終端設(shè)備采集的定位 標(biāo)記并向移動(dòng)終端設(shè)備返回定位結(jié)果。
[0040] 圖2是本發(fā)明的位置標(biāo)記指紋構(gòu)建流程圖。本發(fā)明針對(duì)室內(nèi)環(huán)境采集點(diǎn)的標(biāo)記指 紋采用分層聚類的方式構(gòu)建索引，具體包括五個(gè)步驟：
[0041] (1)對(duì)于需要部署定位服務(wù)的室內(nèi)環(huán)境，根據(jù)定位精度需求將室內(nèi)環(huán)境劃分為等 間距（如lm*lm或者2m*2m)的采樣點(diǎn)，可表示為；L= {1。12,…，1?！?，1。}，其中n表示室 內(nèi)環(huán)境劃分的采樣點(diǎn)數(shù)目；對(duì)于每個(gè)采樣點(diǎn)，由系統(tǒng)部署人員使用移動(dòng)終端設(shè)備采集該位 置接收到的無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度與每個(gè)信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的無(wú)線接入點(diǎn)，位置li的采集結(jié)果可 表示為：f二化，，其中，為=扣sl,...，rsSj^，...，rssf}，rss/隸示位置i采集到的第j個(gè)無(wú) 線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度；={wapi，...，wap,，...，wapj，￥39康示信號(hào)強(qiáng)度rss/來自的無(wú)線 接入點(diǎn)編號(hào)。
[0042] (2)對(duì)于每個(gè)物理位置的定位標(biāo)記指紋采集結(jié)果，選擇前K大的信號(hào)強(qiáng)度及其對(duì) 應(yīng)的無(wú)線接入點(diǎn)作為物理位置的標(biāo)記指紋，可表示為：寫"" = {Tq)K(ig，Ar^6>}，其中， To地巧1)表示而中前K大的元素，W表示而中每個(gè)元素對(duì)于的無(wú)線接入點(diǎn)編號(hào).
[0043] (3)對(duì)所有物理位置的定位標(biāo)記指紋進(jìn)行K均值聚類，目的是使來自相同區(qū)域采 集點(diǎn)的標(biāo)記指紋聚為一類。其中，K均值聚類中兩個(gè)向量Arwwo與Arw巧Kj.)之間的距離使 用杰卡德相似系數(shù)衡量，其意義為(K1與Ar〇腳的交集元素在A扣體(g>與A郵A'巧I的并 集中所占的比例。（4)雖然室內(nèi)環(huán)境中無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度與環(huán)境因素、人員走動(dòng)或不同的采 集設(shè)備影響使得同一個(gè)位置兩次采集的標(biāo)記指紋可能不一樣，但是根據(jù)室內(nèi)環(huán)境中無(wú)線信 號(hào)的傳播模型可知，接收設(shè)備與發(fā)送設(shè)備之間距離是決定信號(hào)強(qiáng)度的主要因素。本發(fā)明 基于該一原理構(gòu)建更穩(wěn)定的室內(nèi)定位標(biāo)記指紋，通過位置i的采集結(jié)果中前K大的集合 與二扣去rss^...，rssf}，構(gòu)造而的距離關(guān)系矩陣Mg.。其中，若兮 <壞，則Mg的第P行q 列元素w^p，q)的取值為-1;若《=巧，則WgXp，q)取值為0;若聲 >巧，則化q)取值 為1。對(duì)于步驟（3)聚類得到的每一類中的所有元素，再次使用K均值進(jìn)行聚類，其中兩個(gè) 元素的距離使用關(guān)系矩陣的杰卡德相似系數(shù)衡量。
[0044] (5)對(duì)于步驟（4)中聚類得到所有類別構(gòu)建查找索引，索引為聚類中也元素的距 離關(guān)系矩陣。
[0045] 下面W-個(gè)例子具體說明上述構(gòu)建位置標(biāo)記指紋的分層聚類算法：
[0046] 假設(shè)室內(nèi)定位按照l(shuí)m*lm劃分為8個(gè)采樣點(diǎn)，系統(tǒng)部署人員在每個(gè)采樣點(diǎn)使用移 動(dòng)終端設(shè)備的采集結(jié)果選取前8大的元素作為位置標(biāo)記指紋，如表1所示。
[0047]表1
[0048]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在于它包括一個(gè)由移動(dòng)終 端設(shè)備、無(wú)線局域網(wǎng)及定位服務(wù)器組成架構(gòu)； 1) 移動(dòng)終端設(shè)備：由需要定位的目標(biāo)攜帶，采集無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)可與定位服務(wù)器 通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行通信； 2) 無(wú)線局域網(wǎng)：指目前在公共空間或者建筑部署的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，有一系列的無(wú)線接入點(diǎn) 及無(wú)線路由器組成，移動(dòng)終端設(shè)備在一個(gè)物理位置采集到無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)的無(wú)線接 入點(diǎn)作為該位置的定位標(biāo)記； 3) 定位服務(wù)器：用于存儲(chǔ)室內(nèi)環(huán)境中所有位置的定位標(biāo)記，在定位服務(wù)中接收用戶的 定位請(qǐng)求并將定位結(jié)果通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線局域網(wǎng)返回給用戶。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在 于：所述移動(dòng)終端設(shè)備由智能手機(jī)、平板電腦或者筆記本電腦等代替，由顯示模塊、處理模 塊、通信模塊及無(wú)線信號(hào)采集模塊組成，其中，顯示器模塊用于以可視化的方式呈現(xiàn)定位結(jié) 果，處理模塊用于控制設(shè)備其他模塊的協(xié)調(diào)工作，通信模塊用于與定位服務(wù)器進(jìn)行通信，無(wú) 線信號(hào)采集模塊用于采集周圍無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在 于：所述無(wú)線局域網(wǎng)它通過無(wú)線接入點(diǎn)將以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，并通過無(wú)線路由器 實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)線信號(hào)覆蓋。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在 于：所述定位服務(wù)器由位置標(biāo)記存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、定位算法模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成，位置標(biāo)記 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)室內(nèi)環(huán)境中所有采集點(diǎn)的定位標(biāo)記信息，定位算法模塊在定位階段使 用移動(dòng)終端設(shè)備采集定位標(biāo)記作為輸入對(duì)用戶當(dāng)前位置進(jìn)行定位，網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)接收 移動(dòng)終端設(shè)備采集的定位標(biāo)記并向移動(dòng)終端設(shè)備返回定位結(jié)果。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)與分層聚類室內(nèi)定位方法，其特征在 于：定位過程分為位置標(biāo)記指紋庫(kù)構(gòu)建和在線定位兩個(gè)階段，物理位置的定位標(biāo)記指紋是 指該位置接收到的周圍無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其對(duì)于的無(wú)線接入點(diǎn)編號(hào)，物理位置i的 無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度采集結(jié)果可用一個(gè)向量表示：A= {rss|.,rss^..,rss^，其中rssj表示位置i 接收到的第2個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，m表示位置i周圍能探測(cè)到的所有無(wú)線接入點(diǎn)的 數(shù)目。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在于 所述定位方法的位置標(biāo)記指紋庫(kù)采用分層聚類方法進(jìn)行構(gòu)建，具體步驟如下所示： (1) 對(duì)于需要部署定位服務(wù)的室內(nèi)環(huán)境，根據(jù)定位精度需求將室內(nèi)環(huán)境劃分為等間 距的采樣點(diǎn)，可表示為：L= (I1,I2，…，Ii，…，IJ，其中n表示室內(nèi)環(huán)境劃分的采樣點(diǎn)數(shù) 目；對(duì)于每個(gè)采樣點(diǎn)，由部署人員使用移動(dòng)終端設(shè)備采集該位置接收到的無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào) 強(qiáng)度與每個(gè)信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的無(wú)線接入點(diǎn)，位置Ii的采集結(jié)果可表示為：巧= ，其 中，乃=丨1^,...，188/,...，1'88^，版=表示位置1采集到的第」個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度 ； ★ = !Wapl^5Wapp...,wapJ，waPi表示信號(hào)強(qiáng)度rs<來自的無(wú)線接入點(diǎn)編號(hào)； (2) 對(duì)于每個(gè)物理位置的定位標(biāo)記指紋采集結(jié)果，選擇前K大的信號(hào)強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)的 無(wú)線接入點(diǎn)作為物理位置標(biāo)記指紋，可表示為：= (TcpKCRi)5Aswi^，其中，TopK(Ri) 表示Ri中前K大的元素，表示氏中每個(gè)元素對(duì)于的無(wú)線接入點(diǎn)編號(hào)； (3) 對(duì)所有物理位置的定位標(biāo)記指紋進(jìn)行K均值聚類，目的是使來自相同區(qū)域采集點(diǎn) 的標(biāo)記指紋聚為一類，其中，K均值聚類中兩個(gè)向量夂_^,與l之間的距離使用杰卡 德相似系數(shù)衡量，其意義為與的交集兀素在A7bpA：(i^與的并集中 所占的比例； (4) 構(gòu)建更穩(wěn)定的室內(nèi)定位標(biāo)記指紋，通過位置i的采集結(jié)果中前K大的集合 只={rss)，rss)，...,rssf}，構(gòu)造氏的距離關(guān)系矩陣，其中，若足〈疋，則的第p行q 列元素M?,(P，q)的取值為-1;若< = <，則仏(p,q)取值為0;若岑 > 尺，則Mg.feq)取值 為1，對(duì)于步驟（3)聚類得到的每一類中的所有元素，再次使用K均值進(jìn)行聚類，其中兩個(gè)元 素的距離使用關(guān)系矩陣的杰卡德相似系數(shù)衡量； (5) 對(duì)于步驟（4)中聚類得到所有類別構(gòu)建查找索引，索引為聚類中心元素的距離關(guān) 系矩陣。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在于 所述定位方法的包括以下步驟： (1) 需要定位的移動(dòng)終端設(shè)備采集其周圍無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及對(duì)應(yīng)的無(wú)線接入 點(diǎn)編號(hào)作為該位置的定位標(biāo)記指紋，并通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線局域網(wǎng)將其發(fā)送給定位服務(wù) 器； (2) 定位服務(wù)器將接收到的來自移動(dòng)終端設(shè)備的物理位置標(biāo)記指紋作為定位算法的 輸入，可表示為：f= ，其中，TopK(R?)表示R?中前K大的元素， 表示&中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的無(wú)線接入點(diǎn)； (3) 對(duì)于TopKO^ )，計(jì)算器其距離關(guān)系矩陣Ms,，并計(jì)算&與位置標(biāo)記指紋庫(kù)中所 有類別索引之間的杰卡德相似系數(shù)，選擇杰卡德相似系數(shù)最大的類別Cmi，為移動(dòng)終端設(shè) 備所在位置的候選區(qū)域； (4) 計(jì)算Cmin中所有元素與R7的歐幾里得距離，并選擇Cmin中與R7歐幾里得距離最小 的元素作為定位結(jié)果。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，其特征在于 它包括以下步驟： (A) 在需要定位的室內(nèi)空間根據(jù)定位精度需求劃分采集點(diǎn)，由定位部署人員采集物理 位置周圍的無(wú)線接收點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度與無(wú)線接收點(diǎn)的編號(hào)，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)送 給定位服務(wù)器； (B) 定位服務(wù)器端采用分層聚類算法構(gòu)建物理位置的標(biāo)記指紋庫(kù)； (C) 定位服務(wù)器端開啟定位服務(wù)監(jiān)聽用戶的定位請(qǐng)求； (D) 用戶發(fā)出定位請(qǐng)求后，所攜帶的移動(dòng)終端設(shè)備采集用戶當(dāng)前位置的定位標(biāo)記指紋 發(fā)送給服務(wù)器端； (E)服務(wù)器段處理到用戶的定位請(qǐng)求，通過定位算法將定位結(jié)果返回給客戶端，在用戶 的移動(dòng)終端設(shè)備上進(jìn)行可視化顯示。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于無(wú)線局域網(wǎng)與分層聚類的室內(nèi)定位方法，它包括一個(gè)由移動(dòng)終端設(shè)備、無(wú)線局域網(wǎng)及定位服務(wù)器組成架構(gòu)；1）移動(dòng)終端設(shè)備；2）無(wú)線局域網(wǎng)；3）定位服務(wù)器。針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的無(wú)線信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中得傳播特征與大規(guī)模范圍的定位需求，將分層聚類的與無(wú)線局域網(wǎng)相結(jié)合，提出一種能適用于大規(guī)模復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境的高精度定位方法，能夠消除使用無(wú)線信號(hào)的室內(nèi)定位系統(tǒng)由于復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境及不同的智能終端帶來的影響，提高定位穩(wěn)定性和定位精度，以便于定位服務(wù)的大規(guī)模推廣使用。
【IPC分類】H04W64-00, H04W84-12
【公開號(hào)】CN104717744
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410797834
【發(fā)明人】鄭增威, 陳垣毅, 何韜, 陳丹, 李飛
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日