一種wlan/藍牙定位中的指紋庫采集和優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及室內(nèi)外定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種WLAN/藍牙定位中的指紋庫采集 和優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對定位、導(dǎo)航和位置服務(wù)需求的日益增長，運種需求已經(jīng)從室外擴展的 到室內(nèi)、地下等各種人們的活動區(qū)域。衛(wèi)星導(dǎo)航(Global化vigation Satellite System, GNSS)作為重要的定位導(dǎo)航手段，由于受到信號傳播限制，在室內(nèi)、地下等嚴重遮擋區(qū)域，無 法提供定位導(dǎo)航服務(wù)?；赪i-Fi、藍牙等無線信標(biāo)的指紋定位方式，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境布設(shè)容 易、不受信號多徑影響、定位精度較高W及無累積誤差等特點，已經(jīng)成為室內(nèi)定位的一種主 要手段。它所能提供的米級定位，能夠滿足大多數(shù)室內(nèi)位置服務(wù)需求，對于GNSS遮擋嚴重的 室外區(qū)域，也能作為一種補充定位手段。
[0003] 指紋定位的基本方法是，離線訓(xùn)練階段，通過在一系列已知位置上收集多個無線 接入點（Access 化int，AP)的接收信號強度指示（Received Si即al Strength Indicator, RSSI)，建立標(biāo)定位置點與信號強度指示的映射數(shù)據(jù)庫，即指紋庫（Fingerprint 化tabase)，也被稱作無線信號地圖（Radio Map)。在線定位階段，將當(dāng)前移動接收設(shè)備所接 收到的接入點信號強度信息與指紋庫中的各個參考點(Reference化int)信號強度進行匹 配，利用匹配度高的參考點位置估計最終的定位結(jié)果。因此，Wi-Fi/藍牙指紋定位中，信號 指紋庫的準(zhǔn)確度在一定程度上決定了后續(xù)匹配定位的精度。
[0004] 由于無法對Wi-Fi、藍牙等無線信號的傳播過程進行準(zhǔn)確建模，并且因為設(shè)備噪 聲、外界干擾等原因，信號強度呈現(xiàn)隨機跳動狀態(tài)。因此，傳統(tǒng)的指紋庫采集方法通常需要 預(yù)先標(biāo)定參考點坐標(biāo)，然后在各個參考點上進行多次信號強度采集，并進行數(shù)學(xué)平均，來確 定各個參考點的接收信號強度，從而建立指紋數(shù)據(jù)庫。運種方式簡單有效，然而，在實際推 廣應(yīng)用中存在兩大問題:第一，對于大范圍的應(yīng)用場景，參考點的標(biāo)定W及大量參考點指紋 的長時間采集都耗時耗力；第二，伴隨環(huán)境特征變化，例如室內(nèi)布局的改變、室外季節(jié)變化 等等，各參考點的接收信號強度會發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致指紋庫失效，定位精度嚴重降低，運 時就需要重新采集信號并更新指紋庫，從而重新面臨上述第一條的問題。所W，如何進行指 紋庫的快速采集和優(yōu)化處理，是指紋定位技術(shù)在應(yīng)用推廣中必須解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種WLAN/藍牙定位中的指紋庫采集方法，可靈活完成大范圍指紋庫 采集，同時，通過優(yōu)化處理方法，去除隨機信號跳變，提升指紋庫穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種WLAN/藍牙定位中的指紋庫采集方法，其包括W下步驟：
[000引步驟1，在地圖上規(guī)劃指紋信息的采集路徑，行人手持終端按照規(guī)劃的采集路徑W 行人步長L進行行走，同時終端采集指紋信息，并利用行人航位推算PDR方法推算出第i個步 伐時刻tpDR, i終端對應(yīng)的空間坐標(biāo)(Utpw,，Vtpw,),然后W指紋輸出時刻為基準(zhǔn)，將步伐時刻和 指紋輸出時刻對齊，獲得參考點，各參考點組成指紋庫；
[0009] 其中，參考點包括參考點空間坐標(biāo)，Vtj.)和采集的指紋信息，指紋信息為終端 采集的無線接入點的信號強度;步伐時刻為行人航位推算方法PDR檢測到步伐開始的時刻， 指紋輸出時刻為終端輸出接收信號強度RSSI的時刻； 廣 Uf''二'林t' -Lj - GQSCT
[0010] 對齊方法為：七,:;a為行進方向角，其W正北為0度，順時針增 V,. = V, +L： -Sinor 、 呼口反，[ J 加; k為補償步長的長度，且
t j為第j個指紋輸出時刻，且j = 1，2，…， J J為參考點總個數(shù)；
[0011] 步驟2,針對指紋庫中能夠掃描到無線接入點的每一個參考點，修正其對應(yīng)的指紋 信息，具體為：
[0012] 步驟21，設(shè)參考點能夠掃描到的無線接入點的總數(shù)為N，則針對第n個無線接入點， 建立接收信號強度與時間的多項式回歸方程
[OOU] fn(tj)=Pn,ltjm+pn,2t/-l+. . .+Pn,mtj+Pn,(m+1)，利用最小二乘準(zhǔn)則，通過最小化指紋 信息觀測值片，W巧與回歸模型輸出值fn佔)的方差
且獲得回歸模型系數(shù)
[001引Pn,l,pn,2, . . . ,Pn,m,Pn,(m+l),從而得到束n個無線接入點在指紋輸出時刻tj的擬合強 度值 fn(tj);
[0016] 其中，Pn,l，Pn,2, . . .，Pn,m，Pn,(m+l)為第n個AP的多項式回歸系數(shù);m為多項式階數(shù)，為 設(shè)定值；為指紋輸出時刻*^下第〇個無線接入點接收的指紋信息即接收信號強度；
[0017] 步驟22,針對其余的(N-I)個無線接入點分別利用步驟21計算擬合強度值，并將計 算的J個擬合強度值替換參考點的指紋信息。
[0018] 進一步的，還包括步驟3,確定每個參考點中接收信號強度最強的無線接入點AP， 將最強無線接入點AP相同的參考點劃分為一組，通過空間密度聚類的方式判斷每個組內(nèi)的 所有參考點是否具有空間上聚集的特征，若某參考點具有空間上聚集的特征，則在指紋庫 中保留該參考點，否則從指紋庫中剔除該參考點。
[0019] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 本發(fā)明基于行人航位推算(PDR)技術(shù)，進行指紋位置推算，從而快速生成指紋庫參 考點。同時，對每個無線接入點利用時間-信號強度曲線求得擬合強度值，用擬合曲線的值 作為最終的指紋強度值。運樣可剔除跳變值和強度的小幅波動，達到傳統(tǒng)指紋庫采集時信 號強度值累積平均的效果。本方法還通過空間密度聚類的方式，來判斷每個分組內(nèi)的參考 點是否具有空間上聚集的特征，對于無法聚集的離群點，認為該點的指紋產(chǎn)生了不期望的 跳變，將其從指紋庫中剔除，從而剔除了噪聲點實現(xiàn)了指紋庫的進一步優(yōu)化。
【附圖說明】
[0021 ]圖1本發(fā)明的參考點生成示意圖；
[0022] 圖2(a)為行人行走時智能終端的加速度計=軸合加速度值的第一變化情況圖；
[0023] 圖2(b)為行人行走時智能終端的加速度計=軸合加速度值的第二變化情況圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明的空間密度聚類實施例示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明的二維點集空間聚類示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0027] -種WLAN/藍牙定位中的指紋庫采集和優(yōu)化方法，其包括W下步驟：
[0028] 步驟1，在地圖上規(guī)劃指紋信息的采集路徑，按照規(guī)劃的采集路徑W行人步長L進 行行走，同時采集指紋信息，并利用行人航位推算方法PDR推算出第i個步伐時刻tPDR,擁應(yīng) 的空間坐標(biāo)(Ut陽R, i，Vt陽R, i )，然后W指紋輸出時刻為基準(zhǔn)，將步伐時刻和指紋輸出時刻對 齊，獲得參考點，各參考點組成指紋庫;其中，參考點包括參考點空間坐標(biāo)(Utj，Vt,)和初始指 紋信息。具體的：
[0029] 行人航位推算(PDR)是利用加速度特征檢測行人步伐，同時通過方向進行行人航 位推算的一種遞推定位方法。地圖是對空間坐標(biāo)的一組映射，通過像素坐標(biāo)或直角坐標(biāo)進 行空間的描述。指紋定位中指紋庫的建立，即產(chǎn)生一系列基準(zhǔn)參考點（Reference Point), 包括空間坐標(biāo)和該點的指紋信息，通常用矢量(x，y，RSSIi，RSSl2,……，RSSIn)表示，其中 (x，y)表示參考點空間坐標(biāo)，（RSSIi，RSSl2,……，RSSIn)表示該參考點空間坐標(biāo)下所接收到 的信號強度，其中N為無線接入點總個數(shù)。指紋信息是指在相應(yīng)的空間坐標(biāo)下，定位終端(如 手機)對接收范圍內(nèi)無線接入點的接收信號強度。
[0030] 為了快速自主的獲得參考點的空間坐標(biāo)和該點的指紋信息，本方法利用地圖作為 輔助工具，通過人為設(shè)定起始點，根據(jù)實際定位需求，進行采集指紋信息的路徑規(guī)劃;采集 人員手持智能終端(如手機），按規(guī)劃路徑步行進行指紋信息采集，同時，利用PDR技術(shù)推算 出各個指紋信息輸出時刻采集人員所處的空間位置，從而實現(xiàn)空間坐標(biāo)與指紋信息的對 接，獲得指紋庫中的參考點RPj。
[0031] 基于PDR技術(shù)的采集實施例
[0032] 如圖1所示，W像素地圖為例，用(u，v)表示圖像中的位置坐標(biāo)，如圖1所示，起始點 坐標(biāo)為(Us, Vs),終點坐標(biāo)為(Ue，Ve)，行進方向角為曰。
[0033] (1)行人步伐檢測
[0034] 如圖2(a)所示，行人在行走時，=軸合加速度波動強烈，靜止時，=軸合加速度波 動很??；圖2(b)是第（1)幅圖的局部放大，可W看出，行人邁步時，合加速度產(chǎn)生一個上升沿 尖峰。因此，通過=軸合加速度的判斷，可W對行人進行步伐檢測。
[0035]假設(shè)t時刻，加速度計的S軸輸出為(ax, t，ay, t，az, t)，則該時刻的合加速度At表示 為
(1)
[0037] t-1時刻，合加速度表示為
(2)
[0039] 對于t時刻的合加速度設(shè)定如下判別條件
[0040] 拽 Ad<r義
[0041 ]其中，Ta為合加速度的強度闊值，當(dāng)At同時滿足公式(3)中的立個條件時，則判斷行 人此時行走一個步伐。
[0042] (2)位置推算
[0043] 通過檢測到的步伐，可W進行行人當(dāng)前位置的推算。設(shè)檢測到步伐的時刻分別為 tPDR, 1，tPDR, 2，......，tPDR, i，i為從起始時刻開始檢測到步伐的序列數(shù)，則運些時刻上，行人的 像素坐標(biāo)通過下式計算得到 U. 二 Us -i 'COS 貸
[0044] 聊 ,. /4) h 聊=Vs+王.:s:ma U =11. - L - COS a
[004日]^ P勘 灣-1 r . 巧
[0046] 其中，（113，￥3)為起始點坐標(biāo)，(1、如％化,:)'為1。〇[?,擁刻行人所處的位置坐標(biāo)，行進 方向角為0,行人步長為L。通過起始點坐標(biāo)和位置推算，即可得到行人各個步伐時刻所處的 坐標(biāo)位置。
[0047] (3)參考點生成
[004引由于智能終端(如手機)進行無線掃描并輸出指紋信息的時間間隔為At,那