一種基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)Wi-Fi指紋定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的引入容錯(cuò)思想輔助Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法，在建立離線指紋庫(kù)時(shí)，利用一些冗余信息來(lái)減小指紋的波動(dòng)性，提高室內(nèi)定位的容錯(cuò)性。其中包括離線指紋庫(kù)建立時(shí)的容錯(cuò)和在線定位時(shí)的容錯(cuò)。在離線指紋庫(kù)建立時(shí)考慮建立不同時(shí)段的指紋庫(kù)，每個(gè)參考點(diǎn)保存面向東、南、西、北四個(gè)方向時(shí)采集的指紋。在線定位時(shí)采用基于歷史信息的定位方法，每次定位連續(xù)采集兩次指紋，根據(jù)每個(gè)指紋在指紋庫(kù)中找出最接近的幾個(gè)指紋，因?yàn)槿说囊苿?dòng)是連續(xù)性的，因此綜合考慮兩次定位來(lái)得出最后的定位結(jié)果能有效提高定位精度。通過(guò)引入容錯(cuò)思想可以充分彌補(bǔ)Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法中的各種不穩(wěn)定因素，提高定位方法的使用性和容錯(cuò)性，更能滿足實(shí)際環(huán)境下的定位需求。實(shí)施結(jié)果表明，用該方法在對(duì)實(shí)際室內(nèi)環(huán)境定位時(shí)，容錯(cuò)性和定位精度得到了較大提高。
【專利說(shuō)明】一種基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基于位置信息的服務(wù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及W1-Fi指紋匹配和室內(nèi)定位，是一種利用容錯(cuò)思想減小信號(hào)波動(dòng)性并且提高室內(nèi)定位精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著IEEE802.11技術(shù)的成熟以及移動(dòng)設(shè)備和無(wú)線局域網(wǎng)在世界各地的普及，移動(dòng)用戶的自身定位已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。定位服務(wù)需求量迅速增長(zhǎng)。例如，醫(yī)療行業(yè)中重病人跟蹤監(jiān)護(hù)、產(chǎn)房嬰兒防偷、貴重醫(yī)療設(shè)備監(jiān)控；商場(chǎng)購(gòu)物車定位、顧客消費(fèi)習(xí)慣收集、監(jiān)獄重點(diǎn)犯人跟蹤、出行路線導(dǎo)航、實(shí)時(shí)位置查詢等。目前全球定位系統(tǒng)GPS在室外定位的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是衛(wèi)星定位需要在相對(duì)空曠、高層建筑不密集的地方才能比較比較準(zhǔn)確的定位，室內(nèi)無(wú)法使用且耗電量較高。當(dāng)終端接收機(jī)在樓群密集的城市或者室內(nèi)工作的時(shí)候，由于信號(hào)強(qiáng)度收到建筑物的影響而大大衰減，導(dǎo)致定位精度低甚至不能夠完成定位。因此研究室內(nèi)環(huán)境的定位具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]因?yàn)闊o(wú)需給移動(dòng)終端添加任何硬件就可以從MAC層獲取W1-Fi信號(hào)強(qiáng)度，因此基于接收信號(hào)強(qiáng)度的W1-Fi定位技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛研究和關(guān)注。通常的W1-Fi指紋室內(nèi)定位方法分為離線采集和在線測(cè)試兩個(gè)階段。離線階段采集各個(gè)參考點(diǎn)的W1-FI熱點(diǎn)的RSS信號(hào)強(qiáng)度，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成一個(gè)位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)；在線階段是將測(cè)試點(diǎn)測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度與指紋庫(kù)中的指紋信號(hào)做匹配，尋找最相近的參考點(diǎn)作為最終定位的位置。
[0004]由于W1-Fi信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到各種信號(hào)的干擾，常呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。在室內(nèi)環(huán)境，無(wú)線信號(hào)傳播受到多徑衰落、散射、衍射、陰影以及人員活動(dòng)等眾多因素影響，在同一位置接受到的信號(hào)具有較強(qiáng)的時(shí)變特性，往往出現(xiàn)多個(gè)波峰和較長(zhǎng)拖尾。進(jìn)而導(dǎo)致W1-Fi定位存在定位精度不夠高和不穩(wěn)定的問(wèn)題。
[0005]所以在W1-Fi指紋定位中，可以考慮引入容錯(cuò)思想，利用冗余信息來(lái)提高W1-Fi信號(hào)的穩(wěn)定性，比如建立不同時(shí)段的指紋庫(kù)，指紋庫(kù)中的每個(gè)參考位置包括面向東、南、西、北四個(gè)方向采集的四條指紋等。以達(dá)到提高室內(nèi)定位準(zhǔn)確率和容錯(cuò)性的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開的引入容錯(cuò)思想輔助W1-Fi指紋室內(nèi)定位方法，在建立離線指紋庫(kù)時(shí)，利用一些冗余信息來(lái)減小指紋的波動(dòng)性，提高室內(nèi)定位的容錯(cuò)性。其中包括離線指紋庫(kù)建立時(shí)的容錯(cuò)和在線定位時(shí)的容錯(cuò)。在離線指紋庫(kù)建立時(shí)考慮建立不同時(shí)段的指紋庫(kù)，每個(gè)參考點(diǎn)面向東、南、西、北四個(gè)方向采集指紋。在線定位時(shí)采用基于歷史信息的定位方法，每次定位連續(xù)采集兩次指紋，根據(jù)每個(gè)指紋在指紋庫(kù)中找出最接近的幾個(gè)指紋，因?yàn)槿说囊苿?dòng)是連續(xù)性的，因此綜合考慮兩次定位來(lái)得出最后的定位結(jié)果能有效提高定位精度。
[0007]通過(guò)引入容錯(cuò)思想可以充分彌補(bǔ)W1-Fi指紋室內(nèi)定位方法中的各種不穩(wěn)定因素，提高定位方法的使用性和容錯(cuò)性，更能滿足實(shí)際環(huán)境下的定位需求。實(shí)施結(jié)果表明，用該方法在對(duì)實(shí)際室內(nèi)環(huán)境定位時(shí)，容錯(cuò)性和定位精度得到了較大提高。[0008]1.基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于包括如下步驟:
[0009](a)對(duì)待定位區(qū)域利用一定的間距進(jìn)行格子劃分，以每個(gè)格子的中心點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并建立其坐標(biāo)，以備后續(xù)使用；
[0010](b)考察待定位區(qū)域的W1-Fi無(wú)線接入點(diǎn)AP，選取定位所用AP點(diǎn)；
[0011](c)在每個(gè)參考點(diǎn)位置采集定位AP的指紋信息，存入指紋庫(kù)，以備后續(xù)使用；
[0012](d)在線采集未知位置處定位AP的指紋信息，以備后續(xù)使用；
[0013](e)在指紋庫(kù)中搜索與在線采集指紋最匹配的k個(gè)指紋，以備后續(xù)使用；
[0014](f)利用獲得的k個(gè)指紋求得最后的定位結(jié)果。
[0015]2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟a中所述的格子劃分是指將待定位區(qū)域劃分成多個(gè)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中心作為一個(gè)定位標(biāo)簽。
[0016]3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b，c和d中所述的AP是指基于IEEE802.11的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。
[0017]4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b中所述的選取定位所用AP點(diǎn)包含如下步驟:
[0018](a)掃描定位區(qū)域中所有的AP接入點(diǎn)；
[0019](b)考察每個(gè)接入點(diǎn)，從中選出位置固定.信號(hào)強(qiáng)度大和信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定的接入點(diǎn)作為定位所用。
[0020]5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟C、d、e和f中所述的指紋是指AP點(diǎn)的接受信號(hào)強(qiáng)度信息。
[0021]6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟c和e中所述的指紋庫(kù)是指在每個(gè)參考點(diǎn)采集的指紋所組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0022]7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟c中所述的在每個(gè)參考點(diǎn)位置采集定位AP的指紋信息，存入指紋庫(kù)包含如下步驟:
[0023]①在每個(gè)參考點(diǎn)分別面向東、南、西、北采集四個(gè)方向的指紋信息，以減少人體對(duì)信號(hào)的遮擋，并且在每個(gè)參考點(diǎn)采集多次；
[0024]②對(duì)每次采集的四個(gè)方向的指紋求平均值，然后對(duì)多次采集求得的平均值進(jìn)行信號(hào)平滑處理；
[0025]③然后把平滑后的結(jié)果進(jìn)行算數(shù)平均，均值作為此參考點(diǎn)的指紋信息，所有參考點(diǎn)的指紋信息組成一個(gè)指紋庫(kù)；
[0026]④分別在不同的時(shí)間段進(jìn)行指紋采集，分別建立不同時(shí)間段的指紋庫(kù)，以緩解W1-Fi信號(hào)隨時(shí)間波動(dòng)性較大的特性。
[0027]8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟e中所述的最匹配的指紋是指指紋之間歐式距離最小的指紋。
[0028]9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟f所述的定位結(jié)果是指待定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
[0029]10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟d中所述的在線采集未知位置處定位AP的指紋信息是指連續(xù)采集兩次指紋信息。因?yàn)榇ㄎ晃矬w位置的變化是連續(xù)的，而不是跳躍突變的，利用連續(xù)采集的兩次指紋進(jìn)行定位能充分利用歷史信息來(lái)完成定位。
[0030]11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟e中所述的在指紋庫(kù)中搜索與在線采集指紋最匹配的k個(gè)指紋方法，其特征在于包含如下步驟:
[0031](a)利用在線采集的第一條指紋在指紋庫(kù)中做全局匹配，找出最匹配的k個(gè)指紋；
[0032](b)利用在線采集的第二條指紋在指紋庫(kù)中做全局匹配，找出最匹配的k個(gè)指紋；
[0033](c)考慮步驟(a)和(b)結(jié)果的交集情況，具體包括如下三種情況:
[0034]①非空且元素唯一，此時(shí)最匹配的指紋就是唯一的交集元素；
[0035]②非空且元素不唯一，此時(shí)最匹配的指紋就是交集元素；
[0036]③交集為空，此時(shí)最匹配的指紋是兩次求得的所有指紋。
[0037]12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟f中所述的利用獲得的k個(gè)指紋求得最后的定位結(jié)果的方法，其特征在于包含如下步驟:
[0038](a)若k為1，那么次指紋對(duì)用的坐標(biāo)就是最后的定位結(jié)果；
[0039](b)若k大于1，k個(gè)指紋坐標(biāo)的加權(quán)平均值作為最后的定位結(jié)果。
[0040]13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b中所述的坐標(biāo)的加權(quán)平均是指以它們到在線測(cè)得指紋的歐式距離的倒數(shù)作為權(quán)值進(jìn)行坐標(biāo)的平均。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1為本發(fā)明的流程圖
[0042]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0043]圖3為本發(fā)明的定位區(qū)域和參考點(diǎn)圖
[0044]圖4為本發(fā)明的信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)頻率圖
[0045]圖5為本發(fā)明的指紋庫(kù)示例圖
[0046]圖6為本發(fā)明的具體實(shí)施結(jié)果圖
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明提出的一種基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0048]步驟1:對(duì)待定位區(qū)域以I米為間距進(jìn)行格子劃分，以每個(gè)格子的中心點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并建立其坐標(biāo)。
[0049]步驟2:在待定位區(qū)域掃描所有能檢測(cè)到的AP，用Wireless Mon3.0測(cè)量他們的信號(hào)強(qiáng)度并分析他們的穩(wěn)定性，去除信號(hào)強(qiáng)度較弱和穩(wěn)定性較差的AP，剩下的作為定位所用。
[0050]步驟3:分別在早晨、中午和晚上在每個(gè)參考點(diǎn)采集多次指紋信息，并且在每個(gè)參考點(diǎn)采集面向東、南、西和北四個(gè)方向的指紋。
[0051]步驟4:對(duì)指紋信息進(jìn)行平滑和平均處理后，最終存成對(duì)應(yīng)早晨、中午和晚上的三個(gè)指紋庫(kù)。[0052]步驟5:在線采集未知位置處定位AP的指紋信息，連續(xù)采集兩次，間隔2秒。
[0053]步驟6:在相對(duì)應(yīng)的指紋庫(kù)中分別找出與在線采集的兩個(gè)指紋最匹配的k個(gè)指紋。
[0054]步驟7:根據(jù)求得的2k個(gè)指紋求出最終匹配的指紋，把此指紋對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)坐標(biāo)作為最終的定位結(jié)果。
[0055]在實(shí)施實(shí)例中，用本發(fā)明提出的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法在北京師范大學(xué)校電子樓的5層進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果如圖6所示。
[0056]結(jié)果表明:本發(fā)明提出的方法對(duì)室內(nèi)W1-Fi指紋定位起到了很好的輔助作用，使得定位精度有了很大提高。同時(shí)也為室內(nèi)W1-Fi指紋定位提出了另外一種思路，就是利用一些冗余的數(shù)據(jù)來(lái)輔助定位，讓室內(nèi)定位算法在冗余信息的幫助下變得更加有效。
【權(quán)利要求】
1.一種基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于包括如下步驟: (a)對(duì)待定位區(qū)域利用一定的間距進(jìn)行格子劃分，以每個(gè)格子的中心點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并建立其坐標(biāo)，以備后續(xù)使用； (b)考察待定位區(qū)域的W1-Fi無(wú)線接入點(diǎn)AP，選取定位所用AP點(diǎn)； (c)在每個(gè)參考點(diǎn)位置采集定位AP的指紋信息，存入指紋庫(kù)，以備后續(xù)使用； ①在每個(gè)參考點(diǎn)分別面向東、南、西、北采集四個(gè)方向的指紋信息，以減少人體對(duì)信號(hào)的遮擋，并且在每個(gè)參考點(diǎn)采集多次； ②對(duì)每次采集的四個(gè)方向的指紋求平 均值，然后對(duì)多次采集求得的平均值進(jìn)行信號(hào)平滑處理； ③然后把平滑后的結(jié)果進(jìn)行算數(shù)平均，均值作為此參考點(diǎn)的指紋信息，所有參考點(diǎn)的指紋信息組成一個(gè)指紋庫(kù)； ④分別在不同的時(shí)間段進(jìn)行指紋采集，分別建立不同時(shí)間段的指紋庫(kù)，以緩解W1-Fi信號(hào)隨時(shí)間波動(dòng)性較大的特性。 (d)在線采集未知位置處定位AP的指紋信息，以備后續(xù)使用； (e)在指紋庫(kù)中搜索與在線采集指紋最匹配的k個(gè)指紋，以備后續(xù)使用； (f)利用獲得的k個(gè)指紋求得最后的定位結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟a中所述的格子劃分是指將待定位區(qū)域劃分成多個(gè)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中心作為一個(gè)定位標(biāo)簽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b，c和d中所述的AP是指基于IEEE802.11的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b中所述的選取定位所用AP點(diǎn)包含如下步驟: (a)掃描定位區(qū)域中所有的AP接入點(diǎn)； (b)考察每個(gè)接入點(diǎn)，從中選出位置固定.信號(hào)強(qiáng)度大和信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定的接入點(diǎn)作為定位所用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟C、d、e和f中所述的指紋是指AP點(diǎn)的接受信號(hào)強(qiáng)度信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟c和e中所述的指紋庫(kù)是指在每個(gè)參考點(diǎn)采集的指紋所組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟e中所述的最匹配的指紋是指指紋之間歐式距離最小的指紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟f所述的定位結(jié)果是指待定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟d中所述的在線采集未知位置處定位AP的指紋信息是指連續(xù)采集兩次指紋信息；因?yàn)榇ㄎ晃矬w位置的變化是連續(xù)的，而不是跳躍突變的，利用連續(xù)采集的兩次指紋進(jìn)行定位能充分利用歷史信息來(lái)完成定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟e中所述的在指紋庫(kù)中搜索與在線采集指紋最匹配的k個(gè)指紋方法，其特征在于包含如下步驟: (a)利用在線采集的第一條指紋在指紋庫(kù)中做全局匹配，找出最匹配的k個(gè)指紋； (b)利用在線采集的第二條指紋在指紋庫(kù)中做全局匹配，找出最匹配的k個(gè)指紋； (C)考慮步驟(a)和(b)結(jié)果的交集情況，具體包括如下三種情況: ①非空且元素唯一，此時(shí)最匹配的指紋就是唯一的交集元素； ②非空且元素不唯一，此時(shí)最匹配的指紋就是交集元素； ③交集為空，此時(shí)最匹配的指紋是兩次求得的所有指紋。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟f中所述的利用獲得的k個(gè)指紋求得最后的定位結(jié)果的方法，其特征在于包含如下步驟: (a)若k為1，那么次指紋對(duì)用的坐標(biāo)就是最后的定位結(jié)果； (b)若k大于1，k個(gè)指紋坐標(biāo)的加權(quán)平均值作為最后的定位結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求11述的基于容錯(cuò)思想的室內(nèi)W1-Fi指紋定位方法，其特征在于，其中步驟b中所述的坐標(biāo)的加權(quán)平均是指以它們到在線測(cè)得指紋的歐式距離的倒數(shù)作為權(quán)值進(jìn)行坐標(biāo)的平均。
【文檔編號(hào)】H04W4/04GK103905994SQ201410092613
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】尹乾, 郭平, 孟燦 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)