WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)，尤其涉及一種基于WiFi室內(nèi)定位中指 紋庫(kù)的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，人們對(duì)于位置定位的需求越來(lái)越大，尤其 是在大型且復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如圖書館、大型百貨商場(chǎng)、地下停車場(chǎng)等環(huán)境中，常常需要確 定室內(nèi)位置信息以及相關(guān)服務(wù)。
[0003] 在室外環(huán)境中，基于位置服務(wù)的定位技術(shù)有成熟而比較精確的GPS技術(shù)。但由于 衛(wèi)星信號(hào)容易受到各種障礙物遮擋，GPS等衛(wèi)星定位技術(shù)并不適合室內(nèi)場(chǎng)景。當(dāng)前室內(nèi)定位 技術(shù)主要有：射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)、藍(lán)牙技術(shù)、WiFi定位技術(shù)、超寬帶技術(shù)，以及圖像分析、 計(jì)算機(jī)視覺(jué)定位技術(shù)、航位推算技術(shù)等。其中，由于WiFi定位技術(shù)不僅不需要在室內(nèi)場(chǎng)地 布置額外的硬件裝置，而且WiFi傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋位置寬廣、無(wú)視距要求，相對(duì)于其他幾種 定位技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，成為當(dāng)前室內(nèi)定位研究熱點(diǎn)。
[0004] 通過(guò)分析基于WiFi位置指紋的室內(nèi)定位技術(shù)的基本原理可知，該技術(shù)分為離線 采樣階段和在線定位階段。離線采樣階段在事先劃分且具有位置信息的區(qū)域中收集多個(gè)無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)AP的接收信號(hào)強(qiáng)度指示值，對(duì)采集得到的接收信號(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并 將每個(gè)樣本參考點(diǎn)的位置序號(hào)、處理后的接收信號(hào)強(qiáng)度值、AP的MAC地址等信息存入位置 指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中。在線定位階段首先在待測(cè)點(diǎn)處檢測(cè)并采集來(lái)自每個(gè)AP的接收信號(hào)強(qiáng)度信 息，隨后利用定位算法比較待測(cè)點(diǎn)與位置指紋庫(kù)中每個(gè)參考點(diǎn)的臨近性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè) 點(diǎn)位置坐標(biāo)的估計(jì)。
[0005] 這種定位方法的精確度很大程度上依賴于指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的精度。同時(shí)，位置指紋數(shù) 據(jù)庫(kù)的建立一般需要專人進(jìn)行操作，需要消耗大量的人力成本，不利于該定位技術(shù)的進(jìn)一 步推廣。因此，如何確保指紋信息的準(zhǔn)確性、如何構(gòu)建一個(gè)低成本、高精度、自適應(yīng)的指紋數(shù) 據(jù)庫(kù)及如何提升指紋數(shù)據(jù)庫(kù)抵抗環(huán)境等因素干擾的能力是這種室內(nèi)定位系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展 推廣所面臨的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋 數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法，有效地構(gòu)建一個(gè)低成本、高精度、自適應(yīng)的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建方 法，根據(jù)室內(nèi)定位場(chǎng)景，選擇一種合理的AP布局方式，適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格大小，可以確保指紋數(shù)據(jù) 信息更加全面，降低人力代價(jià)及定位算法時(shí)間復(fù)雜度。同時(shí)簡(jiǎn)化了指紋數(shù)據(jù)采集和處理過(guò) 程，通過(guò)對(duì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)周期性的更新，自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化帶來(lái)的干擾，最終使得本定位系統(tǒng) 抵抗環(huán)境變化能力增強(qiáng)、定位準(zhǔn)確度提高。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則、3δ準(zhǔn)則、時(shí)間移動(dòng)窗等方法的處理，使得指紋數(shù) 據(jù)庫(kù)能更加準(zhǔn)確和全面的反映出樣本參考點(diǎn)位置的指紋信息，以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確和快速的定 位。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0010] -種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法，包括如下具體步驟：
[0011] (1)選擇合理的AP布局方式
[0012] 在保證每個(gè)樣本參考點(diǎn)位置的指紋是唯一和使用盡可能少的AP的情況下，進(jìn)行 AP布局；
[0013] ⑵選擇合理的網(wǎng)格大小，其網(wǎng)格中心作為樣本參考點(diǎn)位置
[0014] 在保證定位精度、穩(wěn)定性和降低定位算法時(shí)間復(fù)雜度及離線采集數(shù)據(jù)工作量的情 況下，根據(jù)定位場(chǎng)景，選擇網(wǎng)格大?。?br>[0015] (3)在樣本采集點(diǎn)處，用客戶端掃描周圍AP信號(hào)，采集數(shù)據(jù)，傳送到服務(wù)端后臺(tái)數(shù) 據(jù)庫(kù)中；
[0016] 利用服務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建立一個(gè)原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，原始指紋數(shù)據(jù)通過(guò)客戶端采 集，并通過(guò)局域網(wǎng)（WLAN)，實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，按指定的數(shù)據(jù)庫(kù)格式存入相應(yīng) 的數(shù)據(jù)庫(kù)表中；
[0017] ⑷對(duì)采集到的指紋數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得到統(tǒng)計(jì)特征量
[0018] 通過(guò)服務(wù)端對(duì)客戶端采集的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)樣本參考點(diǎn)處的每一個(gè)AP的 信號(hào)強(qiáng)度RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，接收信號(hào)強(qiáng)度指示）做統(tǒng)計(jì)處 理，得到樣本參考點(diǎn)處的每一個(gè)AP信號(hào)強(qiáng)度的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、信號(hào)最大浮動(dòng)量及有效信號(hào) 缺失率；
[0019] (5)利用"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則，剔除無(wú)用AP
[0020] 根據(jù)步驟（4)得到的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、信號(hào)最大浮動(dòng)量及有效信號(hào)缺失率，對(duì)每個(gè)樣 本參考點(diǎn)位置處的AP，使用"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，如果所述樣本參考點(diǎn)位置處的任 何一個(gè)AP不能完全滿足"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則中的所有條件，則認(rèn)為所述樣本參考點(diǎn)位置處 的這個(gè)AP無(wú)效，將該無(wú)效AP從原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中清除；
[0021] (6)采用3δ準(zhǔn)則進(jìn)行粗大誤差數(shù)據(jù)處理
[0022] 對(duì)經(jīng)過(guò)"無(wú)用ΑΡ剔除"準(zhǔn)則處理過(guò)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行3δ準(zhǔn)則判斷，看是否存在粗大 誤差數(shù)據(jù)，如果存在，將不滿足3δ準(zhǔn)則的指紋數(shù)據(jù)全部過(guò)濾；反之，指紋數(shù)據(jù)不會(huì)受到任 何影響；
[0023] (7)生成最終指紋數(shù)據(jù)庫(kù)
[0024] 將經(jīng)過(guò)"3δ準(zhǔn)則"處理過(guò)的指紋數(shù)據(jù)，按照指定的數(shù)據(jù)庫(kù)格式存入最終的指紋數(shù) 據(jù)庫(kù)中，處理前的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)仍為原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，作為數(shù)據(jù)預(yù)處理算法原始數(shù)據(jù)；
[0025] (8)采用時(shí)間移動(dòng)窗方法，定期更新指紋數(shù)據(jù)庫(kù)
[0026] 由于所述最終指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，容易受到環(huán)境干擾，因此，在這里采樣時(shí)間移動(dòng)窗方 法，定期更新指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋數(shù)據(jù)，自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化帶來(lái)的干擾，這樣可以提高定位 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0027] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，根據(jù)室內(nèi)定位場(chǎng)景，選擇合理的ΑΡ布局方式是很有必要 的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，ΑΡ布局采用三角鋸齒形布局在定位區(qū)域兩邊，如圖1所示。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟（2)中，樣本參考點(diǎn)位置根據(jù)定位場(chǎng)景選擇大小合理的等間距網(wǎng) 格來(lái)設(shè)置，在本發(fā)明的實(shí)施例中采用對(duì)應(yīng)實(shí)際空間大小為1. 5m*l. 5m的網(wǎng)格，如圖1所示。
[0029] 進(jìn)一步地，步驟（3)中，所述樣本參考點(diǎn)是有多個(gè)的，每個(gè)樣本參考點(diǎn)采集指紋數(shù) 據(jù)的過(guò)程方式保持一致。通過(guò)客戶端設(shè)置采集模式參數(shù)，如采集方式是掃描模式、樣本采集 點(diǎn)的位置序號(hào)、采樣頻率、采集數(shù)據(jù)組數(shù)等信息。參數(shù)設(shè)置完畢后，進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)采集，將 樣本參考點(diǎn)序號(hào)、樣本AP的SSID名、AP的MAC地址、信號(hào)強(qiáng)度大小RSSI、客戶端識(shí)別狀態(tài)、 采集時(shí)間等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送服務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0030] 進(jìn)一步地，步驟（5)中，"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則，主要包含以下幾個(gè)條件：
[0031] 1)指紋信號(hào)強(qiáng)度上下波動(dòng)超過(guò)lOdbm;
[0032] 2)在任一個(gè)樣本參考位置點(diǎn)處該AP的信號(hào)強(qiáng)度均值小于_80dbm;
[0033] 3)在任一個(gè)樣本參考位置點(diǎn)處該AP的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值超過(guò)5;
[0034] 4)在任一個(gè)樣本參考位置點(diǎn)處該AP的缺失情況超過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)采集組數(shù)的60%
[0035] 進(jìn)一步地，步驟（7)中，指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表包括的屬性項(xiàng)有：樣本參考點(diǎn)序 號(hào)、樣本AP的SSID名、AP的MAC地址、信號(hào)強(qiáng)度大小RSSI。
[0036] 本發(fā)明在特定室內(nèi)定位場(chǎng)景下選擇合理的AP布局及合適的網(wǎng)格大小，進(jìn)行指紋 數(shù)據(jù)采集，通過(guò)"無(wú)用AP剔除"準(zhǔn)則剔除無(wú)用ΑΡ、3δ準(zhǔn)則濾掉粗大誤差數(shù)據(jù)，利用時(shí)間移 動(dòng)窗方法定期更新指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，從而保證指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中指紋數(shù)據(jù)更加精確穩(wěn)定、抗環(huán)境干 擾能力強(qiáng)，為后續(xù)在線定位提供了保障。
[0037] 本發(fā)明中的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法相比已有指紋數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0038]1)通過(guò)選擇ΑΡ布局方式及合適的網(wǎng)格大小，可以適當(dāng)降低指紋數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建周期、 保證指紋信息的全面性；
[0039] 2)通過(guò)"無(wú)用ΑΡ剔除"準(zhǔn)則剔除無(wú)用ΑΡ，可以降低定位算法的時(shí)間復(fù)雜度；
[0040] 3)通過(guò)使用時(shí)間移動(dòng)窗方法，可以方便的更新指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化帶 來(lái)的干擾，提高定位系統(tǒng)抗環(huán)境干擾能力，方便維護(hù)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1是本發(fā)明的WiFi指紋定位方法中WiFi射頻信息地圖構(gòu)建示意圖；
[0042]圖2是本發(fā)明的一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法的一實(shí) 施例的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式 和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)不限于下述的實(shí)施例。
[0044] 如圖2所示，本發(fā)明所提供的一種WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)構(gòu) 建方法，其具體實(shí)施步驟如下：
[0045] (1)選擇合理的AP布局方式
[0046] 根據(jù)實(shí)施例中室內(nèi)定位場(chǎng)景，采用三角鋸齒形布局方式布局AP，如附圖1所示。所 述布局方式，可以在保證指紋信息全面的基礎(chǔ)上，減少AP的個(gè)數(shù)。
[0047] (2)選擇合理的網(wǎng)格大小，其網(wǎng)格中心作為樣本采集點(diǎn)位置
[0048] 在保證定位精度、穩(wěn)定性和降低定位算法時(shí)間復(fù)雜度及離線采集數(shù)據(jù)工作量的情 況下，根據(jù)實(shí)施例室內(nèi)定位場(chǎng)景，選擇合理的網(wǎng)格大小是非常有必要的。一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格越 小，定位精度越高，離線采集數(shù)據(jù)周期更長(zhǎng)，定位算法時(shí)間復(fù)雜度也會(huì)越高。在保證定位精 度、穩(wěn)定性前提下，需要適當(dāng)減少離線采集數(shù)據(jù)的工作量，本實(shí)施例中選擇1. 5m*l. 5m的網(wǎng) 格大小，并將其網(wǎng)格中心作為樣本采集點(diǎn)。
[0049] (3)在樣本參考點(diǎn)處，用客戶端掃描周圍AP信號(hào)，按一定形式采集數(shù)據(jù)，傳送到服 務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0050] 利用服務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建立一個(gè)原始指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，原始指紋數(shù)據(jù)通過(guò)客戶端采集 并通過(guò)局域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)端后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，按指定的數(shù)據(jù)庫(kù)格式存入相應(yīng)的 數(shù)據(jù)庫(kù)表中。
[0051] 所述的采集設(shè)定模式，是通過(guò)客戶端設(shè)置采集模式參數(shù)，如采集方式是掃描模式 還是接收模式、樣本采集點(diǎn)的位置序號(hào)、采樣頻率、采集數(shù)據(jù)組數(shù)等信息。本實(shí)施例中，參數(shù) 設(shè)置如下：采集方式采用掃描模式、采樣頻率為〇. 5HZ、采集數(shù)據(jù)組數(shù)為500組。
[0052] 所述的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)格式，是指指紋數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)表中的屬性字段，所述屬性 字段，主要包括樣本參考點(diǎn)序號(hào)、樣本AP的SSID名、