一種低復雜度的Wi-Fi指紋室內定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線定位領域，尤其涉及一種利用Wi-Fi信號與移動終端內置傳感器 的低復雜度室內定位方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著無線局域網的高速發展，移動用戶對位置信息實時性與準確性的需 求與日俱增，基于位置的服務（LBS)及其應用受到不斷關注且具有廣闊的市場價值。現有 LBS應用如大眾點評、微信等，它們可以根據人們所在位置進行商品和商家的推薦，以及游 戲交友等。這些應用在豐富我們生活的同時，也使得用戶對于位置的精確性與實時性的要 求性越來越高，其中定位的實時性與準確性是所有的基于位置的應用的關鍵之處。目前應 用較多的GPS衛星定位在高樓相當密集的城市或者室內運行時，由于信號強度受到建筑物 等的影響而大大衰減，導致定位精度受到影響甚至不能夠完成定位過程。
[0003] Wi-Fi定位技術利用移動終端從802. 11無線接入點（AP)接收到的信號確定移動 設備的位置，它能提高現有設備的利用率，在零成本下實現便捷高效的定位服務，成為近年 來室內定位技術研宄的熱點。
[0004] Wi-Fi定位的方法中相比于信號到達時間（TOA)，信號到達角度（AOA)等定位方 法，基于接收信號強度指示（RSSI)的指紋定位技術由于其對設備要求低，實現簡單，所以 被普遍采用。Wi-Fi指紋法一般可分為兩個階段，建立指紋數據庫階段，以及實時定位階段。 建立指紋數據庫階段，需要采集定位區域內不同位置的信號強度值，并與相應的AP的MAC 地址稱為一組指紋。實時定位階段，利用匹配算法遍歷指紋庫中的指紋，根據當前位置指紋 與指紋庫中指紋的相似度，確定當前位置。但是由于Wi-Fi指紋法在計算位置時中需要遍 歷所有指紋，導致計算復雜度較高以及定位精度較低。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：針對在Wi-Fi指紋室內定位系統中，信號時變性導 致定位誤差較大的問題，提出一種低復雜度的室內定位方法，用以減少Wi-Fi指紋室內定 位中匹配算法的計算復雜度并提高定位精度。
[0006] 本發明的基本過程為：利用終端中的磁力計的值得到終端方向，并根據終端前一 時刻的位置以及方向，選擇指紋庫的子集用以計算終端位置。
[0007] 本發明提供的室內定位方法如圖1，按實施階段可分為兩個部分，建立指紋數據庫 階段與實時定位階段。
[0008] 建立指紋數據庫階段具體步驟包括如下：
[0009] 步驟（1):首先確定遍布整個定位區域的采樣點個數N;
[0010] 步驟⑵：使用具備Wi-Fi功能的終端在第m個采樣點處檢測得到k個無線接入 點AP的信號強度的RSSI值，即RSSIpRSSI2,. . .，RSSIk，及AP的MAC地址構成采樣點位置 指紋FP，其中第m個采樣點的位置指紋
【主權項】
1. 一種低復雜度的Wi-Fi指紋室內定位方法，其特征在于：包括建立指紋數據庫階段 與實時定位階段，建立指紋數據庫階段具體步驟包括如下： 步驟（1):首先確定遍布整個定位區域的采樣點個數N ; 步驟（2):使用具備Wi-Fi功能的終端在第m個采樣點處檢測得到k個無線接入點AP 的信號強度的RSSI值，即RSSI1, RSSI2, ...，RSSIk，及AP的MAC地址構成采樣點位置指紋 FP，其中第m個采樣點的位置指紋
j e {1，2,... k}，皿」表 示RSSIi對應的MAC地址； 步驟（3):記錄第m個采樣點的坐標FPm (x，y)，并將第m個采樣點的坐標和該采樣點的 位置指紋FPm保存到指紋數據庫中，其中（x，y)表示平面上相互垂直的橫縱坐標； 步驟（4):重復步驟（2)到步驟（3)，直到遍歷采樣區域內所有采樣點，建立采樣區域完 整的指紋數據庫； 定位階段具體步驟包括如下： 步驟（5):采用具備Wi-Fi功能的終端設備，在未知位置A處掃描AP，按照步驟（2)獲 取A位置的位置指紋，與指紋庫中指紋進行匹配，并計算終端初始位置Ptl= (x，y); 步驟（6):當終端掃描到的Wi-Fi信號RSSI值改變時，根據終端中磁力計的值得到終 端方向Θ ; 步驟（7):以前一時刻位置為坐標原點，將指紋庫劃分為4個子集，每個象限中的指紋 點的集合用Ri表示，i e U，2,3,4}; 步驟（8):根據終端方向Θ所在象限，確定用于計算當前位置的指紋庫的子 集；如0〈 Θ〈90°，則計算當前指紋（J)i與集合1中指紋點Φ π的歐氏距離Cl111, Clni = Φ?_ΦηιΙ I2>m ^ 步驟（9):根據公式（8)得到的歐式距離七，平均與當前指紋最近的前k個指紋點的坐 標，得到當前位置坐標P1= (x，y)
2. 根據權利要求1所述的一種低復雜度的Wi-Fi指紋室內定位方法，其特征在于：以 一個長寬為60*30室內環境為例，說明本發明提供的樓層判別算法的具體實施步驟；前期 部署階段具體步驟包括如下： 步驟（1):為定位區域建立直角坐標系，并記為FP1 (0,0)，然后每隔3米標記一個采樣 點，定位區域內共200個采樣點；
步驟（2):使用具備Wi-Fi功能的終端在第1個采樣點處檢測得到5個無線接入點AP 的信號強度的RSSI值，S卩（-90, -85, -92, -86-狀）里仿為HRm.乃AP的MAC地址構成采樣點 位置指紋FP，其中第1個采樣點的位置指紋 ，j e {1，2，...5}， Mj表示RSSI」對應的MAC地址； 步驟（3):記錄第1個采樣點的坐標FP1 (0, 3)，并將第1個采樣點的坐標和該采樣點的 位置指紋FP1保存到指紋數據庫中，其中（0, 3)表示平面上相互垂直的橫縱坐標； 步驟（4):重復步驟（2)到步驟（3)，直到遍歷采樣區域內所有采樣點，建立采樣區域完 整的指紋數據庫； 定位階段具體步驟包括如下： 步驟（5):采用具備Wi-Fi功能以及磁力計的終端設備，在未知位置A處掃描AP，按照 步驟（2)獲取A位置的位置指紋，與指紋庫中指紋進行匹配，并計算終端初始位置Ptl= (30， 15)； 步驟（6):當終端掃描到的Wi-Fi信號RSSI值改變時，根據終端中磁力計的值得到終 端方向Θ = 30° ; 步驟（7):以前一時刻位置Ptl為坐標原點，將指紋庫劃分為四個象限，如圖2所示，每個 象限中的指紋點的集合用Ri表示，i e {1，2,3,4}; 步驟（8):判斷終端方向Θ所在象限，〇〈θ =30°〈90°，計算當前指紋與集合札中 指紋點的歐氏距離dj字列，為[124, 120, 133, 144, 110, ···，150]; 步驟（9):根據步驟（8)得到的歐式距離序列，將與當前指紋間歐式距離最小的4個指 紋點的坐標平均，得到當前位置坐標P1= (32,14); 步驟（10):重復執行步驟（6)至步驟（9)直到定位過程結束。
【專利摘要】一種低復雜度的Wi-Fi指紋室內定位方法，屬于Wi-Fi室內定位領域。在室內環境中，利用終端接收到的多個AP的Wi-Fi信號強度RSSI以及磁力計方向確定終端位置。在建立指紋數據庫階段，通過采樣平均建立指紋庫。在實時定位階段，根據終端方向以及前一時刻的位置，得到指紋庫子集用于計算位置，從而減小匹配算法的計算復雜度。提出一種低復雜度的Wi-Fi室內定位方法，相比較于傳統的指紋的全局匹配算法，能減少計算復雜度，并提高定位精度。
【IPC分類】H04W64-00
【公開號】CN104540219
【申請號】CN201410838613
【發明人】黎海濤, 齊雙, 王奇
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月29日