基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線定位技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位 切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會的發(fā)展，智能城市的興起，人類對定位技術(shù)的需求日益增加。全球衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global化vigationSatelliteSystem,GNS巧在室外定位中具有很高的定位 精度。然而，由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號在穿越建筑物過程中會出現(xiàn)的信號衰減和多徑問題，因此， GNSS無法在室內(nèi)環(huán)境中進行有效地定位。
[0003] 目前比較流行的室內(nèi)定位方法，主要為特征值匹配方法。即將實時測量的特征值 (如Wifi,藍(lán)牙，RFID等）與數(shù)據(jù)庫中的特征值進行匹配，得出目標(biāo)的具體位置。一般分為 離線和在線兩個階段。Wwifi為例，在離線階段，將定位場景劃分為網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格內(nèi)采 集多個Wifi接收信號強度值巧SSI值），并存入指紋數(shù)據(jù)庫。在線定位階段，將目標(biāo)實時接 收到的接收信號強度值與指紋庫中的數(shù)據(jù)進行對比，然后估計出當(dāng)前位置?；谔卣髦灯?配的室內(nèi)定位方法在離線階段將生成大量的指紋數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)庫容量W及算法實時性的 限制，此類定位技術(shù)僅適用于一定區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境定位，而無法實現(xiàn)目標(biāo)在室外大范圍 移動時的定位。
[0004] 為了實現(xiàn)全面的位置信息服務(wù)，需要在室內(nèi)和室外定位之間加上一個切換模塊， 當(dāng)目標(biāo)所處室內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化時，需要迅速識別目標(biāo)室內(nèi)外狀態(tài)，并且控制定位系統(tǒng)平 滑地切換到適合于目標(biāo)的定位方式。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法， 該方法能夠快速準(zhǔn)確地實現(xiàn)室內(nèi)定位系統(tǒng)和室外定位系統(tǒng)之間的無縫切換，為用戶提供全 方位的定位。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定 位切換方法，包括W下步驟：S1 :在室內(nèi)外切換區(qū)域中設(shè)置多個檢測點，在每個檢測點重復(fù) 檢測多個信號發(fā)射器發(fā)射的特征信號，并根據(jù)每個信號發(fā)射器發(fā)射的多次特征信號的強度 建立特征信號數(shù)據(jù)庫；S2 :根據(jù)所述特征信號數(shù)據(jù)庫中每個信號發(fā)生器發(fā)射的特征信號次 數(shù)和每個檢測點檢測到的相應(yīng)的特征信號接收次數(shù)判斷是否滿足預(yù)設(shè)條件，如果是，則計 算接收到的所述信號發(fā)生器發(fā)出的多次特征信號的強度的平均值；S3 :將同一檢測點測得 的不同信號發(fā)生器的特征信號的強度變換到預(yù)設(shè)區(qū)間，W實現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理；S4 :對預(yù)處理 后的特征信號進行訓(xùn)練，得到分類器，其中，所述預(yù)處理后的特征信號包括信號強度和室內(nèi) /室外標(biāo)志位；S5 :將實時采樣得到的目標(biāo)的特征信號經(jīng)過如所述步驟S2和步驟S3的處理 之后，得到第一向量，并將所述第一向量代入所述分類器并輸出分類結(jié)果，如果所述分類結(jié) 果小于0,則判定所述目標(biāo)處于室外，如果所述分類結(jié)果大于0,則判定所述目標(biāo)處于室內(nèi)。
[0008] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法還可 W具有如下附加的技術(shù)特征：
[0009] 在一些示例中，還包括：當(dāng)判定所述目標(biāo)處于室內(nèi)時，采用室內(nèi)定位系統(tǒng)對所述目 標(biāo)進行定位；當(dāng)判定所述目標(biāo)處于室外時，采用室外定位系統(tǒng)對所述目標(biāo)進行定位。
[0010] 在一些示例中，判斷所述信號發(fā)生器是否滿足預(yù)設(shè)條件，具體包括：設(shè)每個檢測點 對每個信號發(fā)生器的測量次數(shù)為M，實際測量到所述信號發(fā)生器的次數(shù)為N，如果N/M〉0. 8， 則判定所述信號發(fā)生器滿足預(yù)設(shè)條件。
[0011] 在一些示例中，所述將同一檢測點測得的不同信號發(fā)生器的特征信號的強度變換 到預(yù)設(shè)區(qū)間的變換公式為： 陽01引 value=Xi冊er+ (Xupper-Xl冊er)X(X-Xi) / (而-又1)，
[OOU] 其中，value為變換后的值，Xkwr，Xupper分別為預(yù)設(shè)區(qū)間的下限和上限，X1為該組 數(shù)據(jù)中的最小值，X2為該組數(shù)據(jù)中的最大值，X為待變換特征信號的強度。
[0014] 在一些示例中，所述步驟S4具體包括：
[0015] 設(shè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合為（Xi，yi)，
[0016] Xi=(rssiii,rssin, ."rssi化，???，rssiim)，
[0017] 其中，rssiik為第i個檢測點采集到的第k個信號發(fā)射器發(fā)射的特征信號的強度經(jīng) 過預(yù)處理后的值，表示預(yù)處理后的特征信號的室內(nèi)外標(biāo)志位，如果該特征信號位于室內(nèi)， 則取值為1，否則，y1取值為-1 ; 陽018] 通過支持向量機方法求取核函數(shù)：
[0019]
[0020] 其中，x，Xi為預(yù)處理后的特征信號的強度向量，求取a準(zhǔn)使的下面公式中W(a) 取最大值， 陽02。 w(a)二 巧…1/?'咒1玄f=i(!巧>'iyj【啦巧)，
[0022] n為檢測點的個數(shù)，同時，有W下約束： 陽〇2引 SSliaiyi= 0 0 <Cti< 1(i二 1,2 ...,n)，
[0024] 采用序貫最小優(yōu)化算法，并利用拉格朗日乘子法求得上述兩個方程的解，并通過 訓(xùn)練得到分類器： 陽0巧]
[0026] 其中，
[0027] 於=1 -Sita說技皎i,Xs)，
[002引其中，X歷取y,= 1的任意參與數(shù)據(jù)訓(xùn)練的向量。
[0029] 在一些示例中，在所述步驟S5中，所述第一向量為：
[0030] X= (rssii,rssi2, ...rssik,…，rssim)，
[0031] 其中，rssik為實時檢測到的第k個信號發(fā)射器發(fā)射的特征信號的強度經(jīng)過預(yù)處理 后的值。
[0032]在一些示例中，所述特征信號為WIFI信號、藍(lán)牙信號或RFID信號。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法，利用支持向量 機強大的分類特性，能夠有效地甄別室內(nèi)室外的環(huán)境特征，有利于快速準(zhǔn)確地實現(xiàn)室內(nèi)定 位系統(tǒng)和室外定位系統(tǒng)之間的無縫切換，為用戶提供全方位的定位。該方法能夠在目標(biāo)室 內(nèi)外狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時選用正確的系統(tǒng)進行實時的不間斷的定位，有效地提高了資源利用 率，避免了同時利用兩種定位系統(tǒng)導(dǎo)致的電量消耗，W及選用不適當(dāng)定位系統(tǒng)造成的定位 誤差。
[0034]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0035]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0036] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法的 流程圖；
[0037] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法的 啟動流程圖；W及
[0038] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的室內(nèi)外定位流程示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0040]W下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換 方法。
[0041] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的基于特征信號指紋庫的室內(nèi)外定位切換方法的 流程圖。如圖1所示，該方法包括W下步驟：
[0042]步驟Sl:在室內(nèi)外切換區(qū)域中設(shè)置多個檢測點（例如按網(wǎng)格進行描點），在每個檢 測點重復(fù)檢測并記錄多個信號發(fā)射器發(fā)射的特征信號，并根據(jù)每個信號發(fā)射器發(fā)射的多次 特征信號的強度建立特征信號數(shù)據(jù)庫。換言之，該步驟即數(shù)據(jù)采集的過程。其中，室內(nèi)外切 換區(qū)域例如為商場入口、地鐵入口等。
[0043]步驟S2 :根據(jù)特征信號數(shù)據(jù)庫中每個信號發(fā)生器發(fā)射的特征信號次數(shù)和每個檢 測點檢測到的相應(yīng)的特征信號接收次數(shù)判斷信號發(fā)生器是否滿足預(yù)設(shè)條件，如果是，則計 算接收到的信號發(fā)生器發(fā)出的多次特征信號的強度的平均值。換言之，該步驟即數(shù)據(jù)過濾 的過程，即對每個信號發(fā)射器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量進行統(tǒng)計，判斷其數(shù)據(jù)質(zhì)量。如果該信號發(fā)射器 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)適合用于室內(nèi)外切換，則計算接收到的該信號發(fā)射器的多個特征信號的強度的 平均值；如果數(shù)據(jù)質(zhì)量不適合于室內(nèi)外切換，則從特征信號數(shù)據(jù)庫中刪除該信號發(fā)射器的