一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法
【專利摘要】一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，步驟如下：一：由感知層L1檢測(cè)場(chǎng)景變化及用戶需求變化，并上報(bào)給切換模塊；二：由算法層L2上報(bào)當(dāng)前方法給切換模塊；三：L2通知硬件層L3開啟硬件模塊；四：數(shù)據(jù)層L4根據(jù)新測(cè)得的定位數(shù)據(jù)反饋給L2，判斷候選定位算法是否能用，若能用，就上報(bào)給切換模塊，若切換后的方法仍然無(wú)法定位，則重新選擇預(yù)定的候選定位算法直到切換后的方法能用為止；五：當(dāng)切換模塊在一段窗口時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到當(dāng)前算法不能用指示，且接收到候選定位算法能用指示，就通知L2進(jìn)行算法切換，同時(shí)，MEMS定位技術(shù)關(guān)閉，使用候選定位算法進(jìn)行定位；六：L2切換完成后，通知L3關(guān)閉不需要的硬件模塊。本發(fā)明能節(jié)約終端電量，利于維護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化。
【專利說(shuō)明】一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，具體說(shuō)是一種在無(wú)線傳輸技術(shù)(WIFI)室內(nèi)定位和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)室外定位方法之間進(jìn)行無(wú)縫切換的方法。該方法能夠通過(guò)檢測(cè)環(huán)境變化，自適應(yīng)地進(jìn)行軟硬件切換，屬于無(wú)線傳輸和導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)自身位置信息的需求越來(lái)越大，由此發(fā)展了諸多的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)為人們提供了高精度、全天候的定位服務(wù)，但是由于其測(cè)量信號(hào)不能穿透建筑物的特點(diǎn)，在高密集建筑群區(qū)和室內(nèi)無(wú)法有效進(jìn)行GNSS定位服務(wù)。為了滿足人們對(duì)任意時(shí)間，任意位置的定位需求，無(wú)縫定位技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者研究發(fā)展的對(duì)象。所謂無(wú)縫定位技術(shù)就是指在人類活動(dòng)的地上，地下空間和外層空間范圍內(nèi)，能夠聯(lián)合采用不同定位技術(shù)以達(dá)到對(duì)各種定位應(yīng)用的無(wú)縫覆蓋，同時(shí)保證各種場(chǎng)景下定位技術(shù)、定位算法、定位精度和覆蓋范圍的平滑過(guò)渡及無(wú)縫連接。
[0003]為了解決高密集建筑群區(qū)和室內(nèi)定位難題，國(guó)內(nèi)外專家提出了一系列技術(shù)方案，例如:基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的輔助GNSS (A - GNSS)、偽衛(wèi)星技術(shù)、射頻標(biāo)簽(RFID)等。盡管各種技術(shù)的精度和易用性各有差別，但是大多數(shù)技術(shù)需要布設(shè)額外設(shè)備和改裝大量已有設(shè)備，以其為解決實(shí)現(xiàn)的無(wú)縫定位系統(tǒng)將耗資巨大，可用性弱。從技術(shù)成熟和大規(guī)模應(yīng)用的角度考慮，室外靠GNSS定位、高密集建筑群區(qū)和室內(nèi)以WIFI定位為主的方案已成為當(dāng)前主流的、也是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o(wú)縫定位技術(shù)。
[0004]無(wú)縫定位技術(shù)的軟硬件集成是無(wú)縫定位技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本發(fā)明通過(guò)對(duì)WIFI定位技術(shù)和GNSS技術(shù)特點(diǎn)的研究，提出一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，以解決現(xiàn)有無(wú)縫定位切換方法中，WIFI和GNSS模塊都持續(xù)工作帶來(lái)的過(guò)多電量消耗的問(wèn)題
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]基于室內(nèi)環(huán)境使用WIFI定位技術(shù)和室外環(huán)境使用GNSS定位技術(shù)的無(wú)縫定位架構(gòu)，本發(fā)明提出了一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，即當(dāng)用戶從室內(nèi)向室外移動(dòng)，或者從室外向室內(nèi)移動(dòng)時(shí)，定位技術(shù)進(jìn)行切換，同時(shí)相應(yīng)的硬件裝置開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0008]當(dāng)定位過(guò)程在移動(dòng)終端初始化時(shí)，WIFI和GNSS模塊都置于工作狀態(tài)，通過(guò)對(duì)接收到的GNSS信息是否有效來(lái)判斷用戶處于室內(nèi)還是室外，例如當(dāng)接收到的衛(wèi)星數(shù)目大于或等于4顆時(shí)就認(rèn)為用戶在室外。此后，隨著用戶的移動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無(wú)縫定位，就需要對(duì)WIFI定位技術(shù)和GNSS定位技術(shù)進(jìn)行切換。
[0009]本發(fā)明提出的室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法是基于檢測(cè)室內(nèi)外環(huán)境變換而自適應(yīng)地觸發(fā)切換過(guò)程。這樣可以實(shí)現(xiàn)需要室內(nèi)WIFI定位方法時(shí)單獨(dú)打開WIFI裝置或者需要室外GNSS定位方法時(shí)單獨(dú)打開GNSS裝置，避免了現(xiàn)有定位切換方法中WIFI和GNSS都持續(xù)工作帶來(lái)的過(guò)多電量消耗。
[0010]本發(fā)明提出的室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，設(shè)立了單獨(dú)的切換模塊與無(wú)縫定位系統(tǒng)進(jìn)行交互信息，通過(guò)室內(nèi)外環(huán)境檢測(cè)，用戶狀態(tài)檢測(cè)，獲得數(shù)據(jù)檢測(cè)等來(lái)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)定位軟硬件切換。本發(fā)明主要涉及無(wú)縫定位系統(tǒng)的5個(gè)分層:感知層LI，算法層L2，硬件層L3，數(shù)據(jù)層L4，應(yīng)用層L5。感知層LI主要包括三個(gè)模塊，用戶需求模塊L11，場(chǎng)景模塊L12和狀態(tài)模塊L13，作為系統(tǒng)輸入。算法層L2主要完成基于感知層LI發(fā)送的信息，實(shí)現(xiàn)定位算法選擇。硬件層L3基于算法層L2的算法選擇結(jié)果，完成GNSS和WIFI的硬件開關(guān)狀態(tài)選擇。數(shù)據(jù)層L4根據(jù)硬件層L3測(cè)量的信號(hào)獲取定位所需數(shù)據(jù)進(jìn)行定位結(jié)果計(jì)算，通過(guò)對(duì)所獲數(shù)據(jù)和所得結(jié)果進(jìn)行分析判斷算法層L2的算法是否可定位并產(chǎn)生反。應(yīng)用層L5主要是為用戶提供基于位置的服務(wù)(LBS)。例如:結(jié)合地圖數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行位置可視化顯示。
[0011]本發(fā)明一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，主要包括以下幾個(gè)步驟:步驟一:由感知層LI檢測(cè)場(chǎng)景變化及用戶需求變化，并上報(bào)給切換模塊；
[0012]其中，所述的“感知層LI”主要包括三個(gè)模塊，用戶需求模塊L11，場(chǎng)景模塊L12和狀態(tài)模塊L13。用戶需求模塊Lll根據(jù)交互模塊的信息判斷用戶需求，包括精度要求和延遲要求。場(chǎng)景判斷模塊L12是自適應(yīng)發(fā)起切換指示的關(guān)鍵模塊，主要由終端里的光傳感器和WIFI模塊檢測(cè)WIFI接入點(diǎn)集合進(jìn)行綜合判斷是否發(fā)生場(chǎng)景變化。例如，白天終端從室外移動(dòng)到室內(nèi)，光傳感器的光通量值會(huì)大幅下降；而WIFI模塊檢測(cè)到室內(nèi)區(qū)域不存在的WIFI接入點(diǎn)則認(rèn)為終端移動(dòng)到室外了。狀態(tài)模塊L13由加速計(jì)，電子羅盤等傳感器組成，獲得移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定定位結(jié)果更新時(shí)間。它們之間的關(guān)系是并列的，作為算法信息輸入。
[0013]其中，所述的“切換模塊”，由切換軟件組成，通過(guò)獲取感知層LI輸出的信息，判斷是否需要發(fā)生定位算法切換。
[0014]其中，所述的“檢測(cè)場(chǎng)景變化”，本發(fā)明主要采用光傳感器和室內(nèi)接入點(diǎn)(AP)集合匹配的方法進(jìn)行室內(nèi)外環(huán)境變化檢測(cè)。一方面由于人造光源的光通量越小于室外的自然光源，而目前絕大部分智能終端都裝配了光傳感器，通過(guò)檢測(cè)光通量的變化能在白天很好地區(qū)分大部分場(chǎng)景下的室內(nèi)外環(huán)境變化。另一方面，WIFI裝置接收到的AP集合可以與預(yù)先測(cè)量好的室內(nèi)的固有AP集合進(jìn)行匹配，如果匹配系數(shù)變化超出一定門限，則認(rèn)為用戶發(fā)生了室內(nèi)外環(huán)境變化。
[0015]其中，所述的“光傳感器”是一種裝配在移動(dòng)終端或其他設(shè)備中的傳感器，用來(lái)獲取周圍的光通量信息。
[0016]AP集合的匹配系數(shù)計(jì)算如下:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:它包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:由感知層LI檢測(cè)場(chǎng)景變化及用戶需求變化，并上報(bào)給切換模塊； 該“切換模塊”，是由切換軟件組成，通過(guò)獲取感知層LI輸出的信息，判斷是否需要發(fā)生定位算法切換； 該“檢測(cè)場(chǎng)景變化”，采用光傳感器和室內(nèi)接入點(diǎn)即AP集合匹配的方法進(jìn)行室內(nèi)外環(huán)境變化檢測(cè)，一方面由于人造光源的光通量越小于室外的自然光源，而目前絕大部分智能終端都裝配了光傳感器，通過(guò)檢測(cè)光通量的變化能在白天很好地區(qū)分大部分場(chǎng)景下的室內(nèi)外環(huán)境變化，另一方面，WIFI裝置接收到的AP集合能與預(yù)先測(cè)量好的室內(nèi)的固有AP集合進(jìn)行匹配，如果匹配系數(shù)變化超出預(yù)定門限，則認(rèn)為用戶發(fā)生了室內(nèi)外環(huán)境變化； 步驟二:由算法層L2上報(bào)當(dāng)前方法給切換模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)層L4通過(guò)所得的測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)當(dāng)前定位方法不能用指示給切換模塊；切換模炔基于上報(bào)的信息，就通知算法層L2進(jìn)行切換初始化，包括選擇預(yù)定的候選定位算法，并使用備用的MEMS定位技術(shù)開始定位； 步驟三:算法層L2根據(jù)選擇的候選定位算法通知硬件層L3開啟候選定位算法需要的硬件模塊；該“硬件層L3”，是由硬件開關(guān)管理軟件組成，基于算法層L2的算法選擇結(jié)果，完成GNSS和WIFI的硬件開關(guān)狀態(tài)切換； 該“硬件模塊”，是指WIFI定位技術(shù)所需要的WIFI接收模塊，GNSS定位技術(shù)所需要的GNSS接收模塊；該WIFI接收模塊是移動(dòng)終端內(nèi)與WIFI相關(guān)的硬件裝置，該GNSS接收模塊是移動(dòng)終端內(nèi)與GNSS相關(guān)的硬件裝置； 步驟四:數(shù)據(jù)層L4根據(jù)新測(cè)`得的定位數(shù)據(jù)反饋給算法層L2，基于定位數(shù)據(jù)分析算法判斷候選定位算法是否能用，若候選定位算法能用，就上報(bào)給切換模塊，若切換后的方法仍然無(wú)法定位，則重新選擇預(yù)定的候選定位算法或繼續(xù)使用MEMS定位技術(shù)，直到切換后的方法能用為止； 步驟五:當(dāng)切換模塊在一段窗口時(shí)間內(nèi)持續(xù)收到當(dāng)前算法不能用指示，且接收到候選定位算法能用指示，就通知算法層L2進(jìn)行算法切換，同時(shí)，MEMS定位技術(shù)關(guān)閉，使用候選定位算法進(jìn)行定位； 步驟六:算法層L2切換完成后，通知硬件層L3關(guān)閉不需要的硬件模塊；該“不需要的硬件模塊”，是指使用WIFI定位方法時(shí)就關(guān)閉GNSS模塊，使用GNSS定位方法時(shí)就關(guān)閉WIFI模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟一中所述的“感知層LI”包括三個(gè)模塊，用戶需求模塊L11，場(chǎng)景模塊L12和狀態(tài)模塊L13 ;用戶需求模塊Lll根據(jù)交互模塊的信息判斷用戶需求，包括精度要求和延遲要求；場(chǎng)景判斷模塊L12是自適應(yīng)發(fā)起切換指示的關(guān)鍵模塊，由終端里的光傳感器和WIFI模塊檢測(cè)WIFI接入點(diǎn)集合進(jìn)行綜合判斷是否發(fā)生場(chǎng)景變化；而WIFI模塊檢測(cè)到室內(nèi)區(qū)域不存在的WIFI接入點(diǎn)則認(rèn)為終端移動(dòng)到室外了 ；狀態(tài)模塊L13由加速計(jì)傳感器和電子羅盤傳感器組成，獲得移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定定位結(jié)果更新時(shí)間，它們之間的關(guān)系是并列的，作為算法信息輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟一中所述的“光傳感器”是一種裝配在移動(dòng)終端及其他設(shè)備中的傳感器，用來(lái)獲取周圍的光通量信肩、O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟一中所述的“AP集合進(jìn)行匹配”，該AP集合的匹配系數(shù)計(jì)算如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟二中所述的“算法層L2”是由算法選擇軟件組成，基于感知層LI輸入的信息，實(shí)現(xiàn)算法選擇； 該“算法選擇軟件”是由以下模塊組成:` (I)若 Scenario_fIag=I,選擇 WIFI 定位算法,若 Scenario_flag=2,選擇 GNSS 定位算法，若SCenari0_flag=3，選擇待切換區(qū)MEMS定位算法；(2)基于感知層LI的切換指示信令Handover_flag完成算法切換；(3)基于數(shù)據(jù)層L4的反饋信令S4實(shí)現(xiàn)算法更換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟二中所述的“候選定位算法”，是指WIFI定位技術(shù)和GNSS定位技術(shù)； 該“WIFI定位技術(shù)”，是指首先給帶定位的區(qū)域建立離線數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)一系列參考點(diǎn)位置的信號(hào)強(qiáng)度和接入點(diǎn)集合，然后通過(guò)將實(shí)際接收到的參考信號(hào)強(qiáng)度向量與離線數(shù)據(jù)庫(kù)中所有參考點(diǎn)位置的信號(hào)強(qiáng)度矢量進(jìn)行匹配，歐氏距離最小的參考點(diǎn)就認(rèn)為是定位結(jié)果； 該“GNSS定位技術(shù)”，是通過(guò)解算接收到的GNSS數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星坐標(biāo)，星歷，時(shí)鐘偏差等各種信息，建立偽距方程求解的定位方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟二中所述的“MEMS定位技術(shù)”，是指基于移動(dòng)終端中的加速計(jì)和電子羅盤，隨著終端的移動(dòng)，測(cè)量移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，不斷累加，得到定位結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟三中所述的“硬件開關(guān)管理軟件”，其流程如下:若GNSS_flag=l，則硬件層L3將GNSS置于開啟狀態(tài)，GNSS硬件裝置開始接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)；SWIFI_flag=l，則硬件層L3將WIFI置于開啟狀態(tài)，WIFI硬件裝置開始接受WIFI信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:在步驟四中所述的“數(shù)據(jù)層L4”是由定位數(shù)據(jù)分析軟件組成，數(shù)據(jù)層L4根據(jù)硬件層L3測(cè)量的信號(hào)獲取定位所需數(shù)據(jù)進(jìn)行定位結(jié)果計(jì)算，通過(guò)對(duì)所獲數(shù)據(jù)和所得結(jié)果進(jìn)行分析判斷算法層L2的算法是否能定位并產(chǎn)生反饋；該“定位數(shù)據(jù)分析軟件”，包括WIFI定位數(shù)據(jù)分析方法和GNSS定位數(shù)據(jù)分析方法； 該“WIFI定位數(shù)據(jù)分析方法”，是通過(guò)首先給帶定位的區(qū)域建立離線數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)一系列參考點(diǎn)位置的信號(hào)強(qiáng)度和接入點(diǎn)集合，將實(shí)際接收到的接入點(diǎn)集合與離線數(shù)據(jù)庫(kù)中的集合進(jìn)行匹配比較，若都屬于該數(shù)據(jù)庫(kù)，則認(rèn)為接收到的WIFI定位數(shù)據(jù)有效，能用于定位；否則認(rèn)為無(wú)效； 該“GNSS定位數(shù)據(jù)分析方法”，是通過(guò)檢測(cè)獲得的GNSS定位數(shù)據(jù)中衛(wèi)星數(shù)量，若大于或等于4，則認(rèn)為GNNS數(shù)據(jù)有效，能用于定位，否則認(rèn)為無(wú)效。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法，其特征在于:所述室內(nèi)外無(wú)縫定位切換方法的六個(gè)步驟中所涉及的“切換模塊”與無(wú)縫定位系統(tǒng)各層之間的關(guān)系及信令交互如下: 在步驟一中，感知層LI通過(guò)Sla與切換模塊進(jìn)行通信，算法層L2通過(guò)Slb與切換模塊進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)層L4通過(guò)Slc與切換模塊進(jìn)行通信，定義Sla，Sib, Slc如下: Sla 切換數(shù)據(jù)傳送即 Handover_Data_transfor
{ 場(chǎng)景切換標(biāo)識(shí)即Scenario_change_flag:整型，有效范圍1,2 ;其中I代表場(chǎng)景有變化，2代表場(chǎng)景不變； 需求變化標(biāo)識(shí)即Requirement_change_flag:整型，有效范圍1,2 ； 其中I代表需求有變化，2代表需求不變；
} Slb:方法數(shù)據(jù)傳送即 Method_Data_transfor
{ 方法標(biāo)識(shí)即methocLflag:整型，有效范圍1，2，3 ;其中I代表WIFI定位方法，2代表GNSS定位方法，3代表MEMS定位方法；
} Slc:方法指不傳送即 Method_index_transfor
{ 方法無(wú)效標(biāo)識(shí)即Method_unavailable_flag:整型,有效范圍1,2 ;其中I代表當(dāng)前定位方法可用，2代表當(dāng)前定位方法不可用； 方法無(wú)效時(shí)間即Method_unavailable_time:整型,用戶統(tǒng)計(jì)當(dāng)前方法不可以用時(shí)間；
} 步驟二中，算法層L2通過(guò)S2與切換模塊進(jìn)行通信，定義S2如下: S2:切換初始化即 Handover_initial
{ 方法改變標(biāo)識(shí)即Meth0d_Change_flag:整型，有效范圍1，2，3 ;其中I代表定位方法向WIFI切換，2代表定位方法向GNSS切換，3代表定位方法向MEMS切換；
} 步驟三中，算法層L2與硬件層L3通過(guò)S3進(jìn)行通信，定義S3如下: S3:切換硬件即 Handover_hardware
{WIFI變化標(biāo)識(shí)即WIFI_change_flag:整型，有效范圍1，2 ;其中I代表將WIFI開啟，2代表將WIFI關(guān)閉； GNSS變化標(biāo)識(shí)即GNSS_change_flag:整型，有效范圍1，2 ;其中I代表將GNSS開啟，2代表將GNSS關(guān)閉；
} 步驟四中，數(shù)據(jù)層L4與切換模塊通過(guò)S4進(jìn)行通信，定義S4如下: S4:切換后有效性指不即Handover_change_avaiable
{ 變換有效標(biāo)識(shí)即Change_aVailable_flag:整型，有效范圍1，2 ;其中I代表切換后的方法可用，2代表切換后的方法不可用；
} 步驟五中，算法層L2與切換模塊通過(guò)S5進(jìn)行通信，定位S5如下: S5:切換完成即 Handover_complete
{ 切換成功標(biāo)識(shí)即Handover_success_flag:整型,有效范圍1,2 ;其中I代表切換成功，2代表切換不成功；
} 步驟六中，算法層L2與硬件層L3通過(guò)S3進(jìn)行通信。
【文檔編號(hào)】H04W36/18GK103517361SQ201310512302
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】楊東凱, 杜元鋒, 修春娣, 劉源, 孫智強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 中國(guó)電信集團(tuán)上海市電信公司