一種基于室內無線信號的定位系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于室內無線信號的定位系統和方法，通過采用不同的兩套或以上的預設指紋位置庫，實現針對不同接收能力的待定位設備，構建與之相匹配的指紋位置庫或位置系數，增強了對于不同待定位設備的適應能力，有效提高了定位的準確性。
【專利說明】一種基于室內無線信號的定位系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及室內定位技術，尤其涉及一種基于室內無線信號的定位系統和方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息化技術的不斷進步與開拓，定位技術的發展極大地改變了現代社會的生活和工作方式，如出行或旅行中所普遍采用的電子導航，即是有賴于GPS定位技術的普及。從而在日常生活中對基于定位的需求不斷增加，而如何準確地確定用戶位置則是實現基于位置服務的基礎和關鍵。雖然GPS定位技術的應用已較為普及，并且其定位準確性也較高，但是隨著城市的發展與建設，人們的活動大多會集中于一些室內區域，比如地鐵、商務樓、商場、餐廳等等，而這些場所或是規模巨大或是相對封閉，往往無法接收到GPS信號，僅依靠GPS無法完全實現針對室內定位需要，而高精度的室內定位能夠有效地提高工作效率和生活質量，這使得室內定位服務的需求量日益增長。近些年來，無線局域網絡越發普及，越來越多的室內環境已經布置了無線接入點，無線網絡的覆蓋區域不斷擴大，特別是W1-Fi網絡，這些接入點在為室內定位技術提供了充足的基礎設施的同時，也降低了實現定位所需要的成本。在眾多室內定位技術中，基于位置指紋的室內定位技術可以在低成本的前提下取得較為理想的定位精度。當前已出現許多基于位置指紋的室內定位技術，而其中的技術改進和創新往往集中在采樣階段時對于采樣數據的選擇，或是在定位階段關于確定位置的算法的改進，而很少有針對用戶端在實際定位查詢時所遇到的問題來做進一步改進的技術方案。
[0003]基于W1-Fi位置指紋的室內定位技術，在采樣階段構建位置指紋庫時大多只采用一種無線網卡對接收信號強度數據進行采集，如果在定位階段的待定位設備的無線網卡與采樣階段不同，就會使得定位精度出現明顯下降，使整個室內定位系統工作的準確性和穩定性變差。而這個問題是較為普遍的，比如在大型商場中，顧客用于定位查詢的手機(作為待定位設備)，其無線信號的接收能力不徑相同，這就造成了已建立的位置指紋庫針對不同手機的定位準確性也會隨之不同。
【發明內容】
[0004]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是針對待定位設備所存在的無線接收能力的差異，對已建立的位置指紋庫進行相應的動態調整再進行位置判斷，以提高針對不同待定位設備的定位準確性。
[0005]為實現上述目的，本發明提供了一種基于室內無線信號的定位方法包括采樣階段和定位階段。
[0006]所述采樣階段包括以下步驟:
[0007]步驟11、建立室內地圖圖片、確定坐標系、劃分網格、確定基準點位置；
[0008]優選地，設置各網格大小相同，在本發明的一個較佳實施例中采用對應實際空間大小為3mX3m的網格；
[0009]步驟12、使用至少兩臺不同接收能力的采集設備對每個所述網格所對應的室內位置進行無線信號采集，并設置所述基準點的標識；
[0010]步驟13、根據采集結果，針對不同接收能力的采集設備建立與之相應的預設位置指紋庫(以下將在采樣階段形成的位置指紋庫均稱為預設位置指紋庫)；
[0011]所述定位階段包括以下步驟:
[0012]步驟21、待定位設備在所述基準點的標識處進行基準定位；
[0013]步驟22、通過所述基準定位的結果和所述預設位置指紋庫，確定與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數；
[0014]步驟23、通過所述待定位設備在待確定位置接收到的無線信號，結合所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數來定位所述待確定位置。
[0015]進一步地，所述步驟11中，所述基準點有多個。
[0016]進一步地，所述步驟13中，所述采集結果包括所有AP的名稱或MAC地址、接收信號強度的平均值。
[0017]進一步地，所述步驟22中，將所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數存儲于所述待定位設備中。
[0018]進一步地，根據所述待定位設備的型號，確定所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
[0019]本發明還提供了一種基于室內無線信號的定位系統，包括:
[0020]存儲模塊，用于儲存室內地圖信息，以及由至少兩臺不同接收能力的采集設備所采集獲得的位置指紋庫；所述室內地圖信息包括室內地圖圖片，所述室內地圖圖片已設置坐標系和網格劃分；
[0021]通信模塊，用于與待定位設備進行通信；
[0022]運算模塊，與所述存儲模塊和所述通信模塊連接，用于確定所述待定位設備的位置；
[0023]基準點標識，設置在室內固定位置，用于所述待定位設備的基準定位，所述待定位設備將所述基準定位的結果傳送至所述通信模塊。
[0024]進一步地，所述基準點標識有多個。
[0025]進一步地，所述運算模塊通過所述基準定位的結果和所述預設位置指紋庫，確定與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
[0026]進一步地，所述運算模塊通過所述待定位設備在待確定位置接收到的無線信號，結合所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數來定位所述待確定位置。
[0027]進一步地，所述存儲模塊還包括與已知型號的待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
[0028]本發明的基于室內無線信號的定位系統和方法具有以下優點:
[0029]1、結構簡單，易于實施。
[0030]2、彌補了不同的待測定裝置會產生定位差異的不足。
[0031]3、適應性強，針對不同類型的待定位設備均可生成與之相對應的位置指紋庫或位置系數。
[0032]4、可根據用戶的待定位設備的產品類型，直接選擇與其相對應的位置指紋庫或位置系數。
[0033]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1是本發明的一個較佳實施例的系統架構示意圖；
[0035]圖2是圖1所示系統的定位流程圖；
[0036]圖3是根據圖2所示定位流程確定的待定位設備針對某個AP，在各網格位置的信號強度曲線圖。
【具體實施方式】
[0037]如圖1所示，是本發明的一個較佳實施例的系統架構示意圖。定位系統包括存儲模塊、通信模塊、與上述兩者相連接的運算模塊，以及設置與室內固定位置的基準點標識。其中存儲模塊已預存了室內地圖信息，包括室內地圖圖片，并針對該地圖圖片已設置坐標系以及網格劃分，設置各網格大小相同，在本實施例中采用對應實際空間大小為3mX3m的網格。
[0038]存儲模塊中還包括預設位置指紋庫I和預設位置指紋庫2，它們分別是由兩臺不同接收能力的采集設備，對于每個網格所對應的室內位置進行無線信號采集，根據采集結果所建立的位置指紋庫。在每個網格中均選取相同的方位的位置(如網格的中心點，或是網格的某個端角等)進行無線信號采集，采集結果包括該位置能接收到的所有AP的名稱或MAC地址，以及各AP的接收信號強度的平均值和標準方差(如在一個位置只采集一次強度數據，就無需標準方差)。預設位置指紋庫記錄各采集位置的坐標以及上述采集結果，在現有技術中，一般將待定位設備在室內接收到的無線信號，與預設位置指紋庫進行比對，找到最接近的采集結果，從而來判斷待定位設備的坐標位置。這種方法的不足在于，當待定位設備的信號接收能力與構建預設位置指紋庫的采集設備的信號接收能力有差異時，會對定位的準確性產生影響，并且差異越大，影響越大。
[0039]為此，本實施例中采用兩臺不同接收能力的采集設備進行無線信號采集，并就采集結果分別建立兩套預設位置指紋庫，其中建立預設位置指紋庫I所采用的采集設備的接收能力優于建立預設位置指紋庫2所采用的采集設備。并且對于兩者接收能力的確定，用戶可以根據現有市場上已知的產品進行選擇，以使兩者的接收能力間的差異能覆蓋大多數已知的現有廣品。
[0040]通訊模塊用于與待定位設備進行通信，并向運算模塊提供相應的信息。
[0041]運算模塊通過通訊模塊傳送來的信息，以及存儲器中的既存數據來對待定位設備進行定位。
[0042]待定位設備在定位實施前，會預先獲得與存儲模塊中相同的室內地圖信息。
[0043]定位階段的流程如圖2所示，首先待定位設備(如手機)在設置有基準點標識的位置將該處無線信號的采集結果傳送至通訊模塊，本實施例中采用在基準點位置設置基準點標識的方式來確認待定位設備是處于哪個基準點(基準點可以設置多個)，比如基準點標識可設置為一個二維碼，當使用者在指代位置用手機掃描二維碼，即可將當前位置的無線信號采集結果傳送至定位系統的通訊模塊，通訊模塊將信息傳送至運算模塊，運算模塊就可知目前用戶所處的坐標位置，以及用戶當前使用的手機在該位置的無線信號采集結果，從而完成了基準定位。定位方式也不限于二維碼，比如通過某些界面(網頁界面或使用相應的APP)，讓用戶進行操作，以完成基準定位。
[0044]接下來，運算模塊在獲得了待定位設備所處的基準點位置以及在該位置所接收到的無線信號采集結果后，將其與預設位置指紋庫I和預設位置指紋庫2中在該基準點位置的采集結果進行比較。并通過下列公式確定針對該基準點位置的位置系數。
[0045]Ki = (Rl1-Ai)/(R21-Ai)(I)
[0046]其中，Ki為針對第i個AP的位置系數，Rli為預設位置指紋庫I中在該基準點位置采集到的第i個AP的信號強度數據，R2i為預設位置指紋庫2中在該基準點位置采集到的第i個AP的信號強度數據，Ai為待定位設備在該基準點位置采集到的第i個AP的信號強度數據。
[0047]從而針對該基準點位置的位置系數即為:
[0048]K = (Kl, K2, K3, K4,......，Kn)(2)
[0049]其中K為位置系數，η為AP總數量。
[0050]當確定了某個基準點的位置系數K后，就可以結合預設位置指紋庫I和預設位置指紋庫2，根據K來計算并確定待定位設備在各網格位置可接收到的各AP的信號強度的參考值，從而建立了與其相匹配的位置指紋庫。
[0051 ] 如圖3所示，是根據以上定位方式所確定的待定位設備針對第i個AP，在各網格位置的信號強度曲線圖。其中最上和最下的兩條曲線分別是預設位置指紋庫I在各網格位置接收到的第i個AP的信號強度和預設位置指紋庫2在各網格位置接收到的第i個AP的信號強度，中間的曲線是根據Ki所計算獲得的待定位設備在各網格位置接收到的第i個AP的信號強度的參考值，m為網格總數。以位置I為例，待定位設備在位置I接收到的第i個AP的信號強度的參考值的計算公式如下:
[0052]Ail = (Rlil-R2il*Ki)/(1-Ki) (3)
[0053]其中，Ail為待定位設備在位置I接收到的第i個AP的信號強度的參考值，Rlil為預設位置指紋庫I中在位置I采集到的第i個AP的信號強度數據，R2il為預設位置指紋庫2中在在位置I采集到的第i個AP的信號強度數據，Ki為針對第i個AP的位置系數。
[0054]對于待定位設備，如圖3所示的圖表共有η個，η為AP總數量，其共同構成了與待定位設備相匹配的位置指紋庫。當用戶同時在多個基準點進行基準定位，可以取各基準點所確定的參考值得平均值來構建與之相匹配的位置指紋庫。
[0055]另外，定位系統還可以收集待定位設備的種類以及型號信息，基于相同型號產品接收能力差異較小的假設，從而可按產品型號(如某品牌某型號的手機)建立與之相匹配的位置系數或位置指紋庫，保存于圖1中所示的已知型號信息庫。
[0056]并且還可以在待定位設備上設置相應的應用程序(如手機APP)，來進行更多功能的拓展，如下載預設位置指紋庫，或與待定位設備相匹配的位置指紋庫到本機，將定位系統中運算模塊的功能移植到客戶端實現等等。
[0057]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于室內無線信號的定位方法，其特征在于，包括采樣階段和定位階段； 所述采樣階段包括以下步驟: 步驟11、建立室內地圖圖片、確定坐標系、劃分網格、確定基準點位置； 步驟12、使用至少兩臺不同接收能力的采集設備對每個所述網格所對應的室內位置進行無線信號采集，并設置所述基準點的標識； 步驟13、根據采集結果，針對不同接收能力的采集設備建立與之相應的預設位置指紋庫； 所述定位階段包括以下步驟: 步驟21、待定位設備在所述基準點的標識處進行基準定位； 步驟22、通過所述基準定位的結果和所述預設位置指紋庫，確定與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數； 步驟23、通過所述待定位設備在待確定位置接收到的無線信號，結合所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數來定位所述待確定位置。
2.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟11中，所述基準點有多個。
3.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟13中，所述采集結果包括所有AP的名稱或MAC地址、接收信號強度的平均值。
4.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟22中，將所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數存儲于所述待定位設備中。
5.如權利要求1所述的定位方法，其特征在于，根據所述待定位設備的型號，確定所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
6.一種基于室內無線信號的定位系統，其特征在于，包括 存儲模塊，用于儲存室內地圖信息，以及由至少兩臺不同接收能力的采集設備所采集獲得的預設位置指紋庫； 通信模塊，用于與待定位設備進行通信； 運算模塊，與所述存儲模塊和所述通信模塊連接，用于確定所述待定位設備的位置； 基準點標識，設置在室內固定位置，用于所述待定位設備的基準定位，所述待定位設備將所述基準定位的結果傳送至所述通信模塊。
7.如權利要求1所述的定位系統，其特征在于，所述基準點標識有多個。
8.如權利要求1所述的定位系統，其特征在于，所述運算模塊通過所述基準定位的結果和所述預設位置指紋庫，確定與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
9.如權利要求8所述的定位系統，其特征在于，所述運算模塊通過所述待定位設備在待確定位置接收到的無線信號，結合所述與所述待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數來定位所述待確定位置。
10.如權利要求6所述的定位系統，其特征在于，所述存儲模塊還包括與已知型號的待定位設備相匹配的位置指紋庫或位置系數。
【文檔編號】H04W64/00GK104333906SQ201410632657
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】謝建平, 王晨, 白檸, 王震東, 雷桂林 申請人:知圖（上海）信息技術有限公司