CN104427108B - 移动终端及其室内外定位切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端及其室内外定位切换的方法，涉及定位领域。该方法包括预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集WiFi覆盖信号的接入点信息，并建立WiFi指纹库，将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率；预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量卫星信息，并建立卫星导航数据库，将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率；根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率可以自动实现室内外定位切换的决策。

Description

移动终端及其室内外定位切换的方法

技术领域

本发明涉及定位领域，特别涉及一种移动终端及其室内外定位切换的方法。

背景技术

根据应用环境的不同，无线电定位技术大体可以分为室内定位和室外定位两种定位方式。室外定位可以利用GPS（Global Positioning System，全球定位***）或北斗实现，目前已经比较成熟。室内定位经过多年的发展也已经比较成熟，目前主要是利用WiFi（Wireless Fidelity，无线保真）实现。

在实际应用中，用户必然希望基于位置信息的服务不会随着位置变化而中断，这就要求对用户的定位服务可以在室内室外两种环境下平滑的切换，以保证定位服务的无缝覆盖。随着室内、室外定位技术的日渐成熟，室内外定位切换问题也成为无缝覆盖定位服务过程中不可回避的问题。

目前，室内外定位切换通常采用人工确认方式实现，即当用户由室外进入到室内时，用户通过手机设置菜单等手动选择WiFi定位方式，以切换到室内定位方式，当用户由室内到室外时，户通过手机设置菜单等手动选择GPS定位方式，以切换到室内定位方式。

上述现有的室内外定位切换方式存在以下问题：

1、室内外定位切换采用人工确认方式实现切换，不是自动切换，用户使用不便利。

2、室外地图和室内地图分别采用自己的坐标方式，室外地图通常采用经纬度坐标，室内地图通常采用原点基准的三维坐标方式，因此，无法实现无缝切换。

3、从室内切换到室外时，卫星搜星过程时间比较长，切换时延比较大。

如何解决上述问题，实现GPS室外定位和WIFI室内定位之间的自动无缝快速切换，是实现高精度室内外定位需要解决的难题。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：室内外定位的自动切换问题。

本发明实施例所要解决的再一个技术问题是：室内外定位的无缝切换问题。

本发明实施例所要解决的又一个技术问题是：室内外定位的快速切换问题。

根据本发明实施例的一个方面，提出一种室内外定位切换的方法，包括：预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集WiFi覆盖信号的接入点信息，基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库，将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率；预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量卫星信息，基于在各位置点测量到的卫星信息建立卫星导航数据库，将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率；根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策。

室内外定位切换的方法还包括：根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。

基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库之前，该方法还包括：对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。

所述基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库之前，该方法还包括：根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。

室内外定位切换的方法还包括：通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标。

所述根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策包括：在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策。

根据本发明实施例的再一个方面，提出一种移动终端，包括：WiFi判定单元，用于将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率，其中的WiFi指纹库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集的WiFi覆盖信号的接入点信息建立的；卫星导航判定单元，用于将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率，其中的卫星导航数据库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量的卫星信息建立的；定位切换决策单元，用于根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策。

移动终端还包括：辅助定位单元，用于根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。

在建立WiFi指纹库之前，对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。

在建立WiFi指纹库之前，根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。

移动终端还包括：坐标转换单元，用于通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标。

所述定位切换决策单元在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策。

本发明提供的室内外定位切换方案具有以下有益效果：

首先，基于预先构建的WiFi指纹库和卫星导航数据库，根据WiFi信号和卫星信号能够分别得到切换概率，将两者结合得到一个综合切换概率，依据综合切换概率可以自动实现室内外定位切换的决策。并且，该综合切换概率结合了WiFi信号和卫星信号的情况，可以更准确地进行室内外定位切换的决策。另外，在建立WiFi指纹库时，对接入点进行真实性和有效性的判断和筛查，使WiFi指纹库中的数据更加准确，有利于室内外定位切换的准确决策。

其次，将室内坐标转换成室外的经纬度坐标，统一室内外的坐标体系，可以实现室内外定位的无缝切换，便于在电子地图上进行统一展示。

再次，在室内向室外切换过程中，如果卫星信号较弱，通过WiFi辅助卫星导航定位方式的建立，可以加快室内到室外的切换过程。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明室内外定位切换的方法一个实施例的流程示意图。

图2为本发明多种信号覆盖下的多模定位融合框架示意图。

图3为本发明基于动态贝叶斯网络的多模定位融合算法示意图。

图4为本发明移动终端一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了解决室内外定位切换存在的自动切换、无缝切换、快速切换等问题，本发明提出一种室内外定位切换方案，下面详细说明。

通过分析发现，卫星信号主要覆盖室外，从室外进入室内，卫星信号的信号强度由强变弱，收到的星数由多变少直至没有；而WiFi在主要覆盖室内，从室外进入室内，WiFi信号强度由弱变强，收到的接入点（简称AP）数由少变多。需要说明的是，本发明中的卫星定位技术包括GPS、北斗、GLONASS（GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，全球卫星导航***）等。

基于上述发现，可以构建从室外进入室内，卫星信号的信号强度由强变弱，收到的星数由多变少的路径损耗模型，并且构建从室外进入室内，WiFi信号强度由弱变强，收到的AP数由少变多的路径损耗模型。在具体实现时，可以构建能够反映WiFi信号损耗情况的WiFi指纹库，并且构建能够反映卫星信号损耗情况的卫星导航数据库。

预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集WiFi覆盖信号的接入点信息，基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库。其中，室内外切换区域为可能发生定位方式切换的位置区域。例如，一栋大楼出入口处5米范围内的区域可以定义为室内外切换区域，大楼内部出入口处5米范围内的区域可以定义为切换区域的室内位置区域，大楼外部出入口处5米范围内的区域可以定义为切换区域的室外位置区域。接入点信息包括接入点的MAC地址和场强值等。WiFi指纹库中的信息包括位置点以及在该位置点接收到的一个或多个AP的MAC地址和场强值等信息。

为了确保WiFi指纹库中数据的准确性，可以在建立WiFi指纹库时，对接入点进行真实性和有效性的判断和筛查，使WiFi指纹库中的数据更加准确，有利于室内外定位切换的准确决策。

在建立WiFi指纹库之前，对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。其中一种筛除虚假接入点的方法为：通过事先确定的判断规则，例如信号强度（RSSI）、信号质量（Quality）等组成一个信号有效性综合判断特征，通过快速模式匹配算法（简称KMP），可以将不符合信号有效特征的接入点判定为缺陷信号，然后筛除这个虚假AP。

有些接入点信号强度满足条件，但是不是每次都可以测量到，这些AP可以称为不稳定AP，不稳定AP对于定位结果，也有很大影响，因此在建立WiFi指纹库之前，根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。其中一种筛除无效接入点的方法为：采用聚类算法判断这些不稳定的AP信号是否有效，通过AP信号出现的次数和AP信号的强度，作为聚类算法（如K均值聚类算法）的输入，通过聚类算法的运算，输出几个类别，删除AP出现次数最少并且AP信号最小的聚类结果中包含的AP即可。

预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量卫星信息，基于在各位置点测量到的卫星信息建立卫星导航数据库。其中，卫星信息包括测量到的星数和信号强度等。卫星导航数据库包括位置点以及在该位置点测量到的星数和信号强度等信息。

需要说明的是，WiFi指纹库和卫星导航数据库的建立过程不分先后。基于预先建立的WiFi指纹库和卫星导航数据库，可以进行室内外定位切换的决策，如图1所示，包括以下步骤：

S101，将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率；

S102，将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率；

S103，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策。

例如，通过WiFi判断切换概率为70%，通过卫星判断切换概率为80%，那么综合切换概率为1-（1-70%）×（1-80%）=94%，可以设定大于80%再进行定位切换，此时可以做出由室内定位切换到室外定位的决定或由室外定位切换到室内定位的决定。

其中，可以根据环境或应用场景，调整第一切换概率或第二切换概率在综合切换概率所占的影响权重。例如，在室内到室外的过程中，正常情况下，GPS信号会逐渐增强，从而判断进入室外范围，但是在某些大厦集中的区域或者天气条件不好的情况下，即使已经达到室外的范围，但是GPS信号仍然较弱，此时可以通过WiFi辅助卫星导航定位方式的建立，具体的，在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策，从而加快室内到室外的切换过程。

在室内外定位切换过程中，通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标，从而统一室内外的坐标体系，便于实现室内外定位的无缝切换，便于在电子地图上进行统一展示。

除了根据WiFi信号和卫星信号进行室内外定位切换的决策，还可以根据移动终端上的传感器辅助进行室内外定位切换的决策。传感器指的是手机等移动终端自带的传感器，如加速度传感器，方向传感器等，这些传感器信号可以补充两次定位过程中的行进路线的判断，例如两次定位间隔为3秒，这3秒钟用户也在运动，通过这些传感器可以将这3秒钟的用户运动轨迹描述出来，从而得到连续的运动轨迹，而不是离散的点。根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。例如，手机在室外某个位置可以接收到良好的GPS信号，然后用户携带手机开始运动，通过惯性导航算法判断在大于2秒左右的时间用户已经进入室内的范围，则无需等到3秒的定位间隔再进行定位切换，在2秒的时间就可以进行室内外定位切换。因此，传感器辅助室内外定位切换的决策，一方面可以使室内外定位切换决策更加准确，另一方面可以缩短定位切换决策的时间间隔。

图2为本发明多种信号覆盖下的多模定位融合框架示意图。如图2所示，该框架主要包括信号感知层、信号预处理层和融合层以及上层的应用层。

信号感知层主要完成异构无线信号信息的采集，如WiFi信号、各种传感器信号、卫星定位结果等。

信号预处理层负责完成移动终端所收集无线信号信息的预处理，预处理过程例如可以包括高斯滤波、矢量化等处理。信号预处理层可以采取如下两种方案：

方案1：使用各种测量信号分别进行定位计算，将基于不同类型信号的定位结果作为观测值输入到融合层。

方案2：对异构信号信息进行初步的量化分类处理，然后将异构的信息直接作为观测值输入到融合层。其优点是可为融合层提供更多的原始数据信息，减少预处理过程的信息损失，提高定位鲁棒性和定位精度。

融合层负责对已完成预处理的信息进行融合处理，例如基于WiFi信号、卫星信号、传感器信号等进行定位切换决策，它利用目标的历史位置信息，为应用层提供目标当前时刻的位置估计。融合层可以采用动态贝叶斯网络对观测值进行定位融合。由于动态贝叶斯网络具有从多元随机变量中推断变量之间因果关系的能力，辅以历史隐含状态和观测量信息，综合先验模型知识和当前观测数据的特征，能从多模异构定位导航信号中以较高的可信度获得目标的位置估计。图3为基于动态贝叶斯网络的多模定位融合算法示意图。其中L为目标对象在某个时刻的位置，O为在该时刻下目标对象的观测值，对应于预处理层所采用的方案，观测值既可以是异构的无线信号信息，也可以是计算获得的目标位置估计信息。

应用层可以基于位置信息为用户提供各种位置服务等。

根据本发明实施例的再一个方面，提出一种移动终端，例如具有定位功能的手机等设备，如图4所示，移动终端包括：

WiFi判定单元401，用于将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率，其中的WiFi指纹库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集的WiFi覆盖信号的接入点信息建立的；

卫星导航判定单元402，用于将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率，其中的卫星导航数据库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量的卫星信息建立的；

定位切换决策单元403，用于根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策。

移动终端还包括：辅助定位单元，用于根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。

为了确保WiFi指纹库中数据的准确性，可以在建立WiFi指纹库时，对接入点进行真实性和有效性的判断和筛查，使WiFi指纹库中的数据更加准确，有利于室内外定位切换的准确决策。

在建立WiFi指纹库之前，对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。其中一种筛除虚假接入点的方法为：通过事先确定的判断规则，例如信号强度（RSSI）、信号质量（Quality）等组成一个信号有效性综合判断特征，通过快速模式匹配算法（简称KMP），可以将不符合信号有效特征的接入点判定为缺陷信号，然后筛除这个虚假AP。

有些接入点信号强度满足条件，但是不是每次都可以测量到，这些AP可以称为不稳定AP，不稳定AP对于定位结果，也有很大影响，因此在建立WiFi指纹库之前，根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。其中一种筛除无效接入点的方法为：采用聚类算法判断这些不稳定的AP信号是否有效，通过AP信号出现的次数和AP信号的强度，作为聚类算法（如K均值聚类算法）的输入，通过聚类算法的运算，输出几个类别，删除AP出现次数最少并且AP信号最小的聚类结果中包含的AP即可。

移动终端还包括：坐标转换单元，用于通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标。

定位切换决策单元403在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策。

本发明提供的室内外定位切换方案具有以下有益效果：

首先，基于预先构建的WiFi指纹库和卫星导航数据库，根据WiFi信号和卫星信号能够分别得到切换概率，将两者结合得到一个综合切换概率，依据综合切换概率可以自动实现室内外定位切换的决策。并且，该综合切换概率结合了WiFi信号和卫星信号的情况，可以更准确地进行室内外定位切换的决策。另外，在建立WiFi指纹库时，对接入点进行真实性和有效性的判断和筛查，使WiFi指纹库中的数据更加准确，有利于室内外定位切换的准确决策。

其次，将室内坐标转换成室外的经纬度坐标，统一室内外的坐标体系，可以实现室内外定位的无缝切换，便于在电子地图上进行统一展示。

再次，在室内向室外切换过程中，如果卫星信号较弱，通过WiFi辅助卫星导航定位方式的建立，可以加快室内到室外的切换过程。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种室内外定位切换的方法，包括：

预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集WiFi覆盖信号的接入点信息，基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库，将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率；

预先在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量卫星信息，基于在各位置点测量到的卫星信息建立卫星导航数据库，将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率；

根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策；其中，所述综合切换概率结合了WiFi信号信息和卫星信号信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库之前，该方法还包括：

对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于在各位置点采集到的接入点信息建立WiFi指纹库之前，该方法还包括：

根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策包括：

在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策。

7.一种移动终端，包括：

WiFi判定单元，用于将移动终端当前接收到的接入点信息与预先建立的WiFi指纹库进行匹配，并根据匹配结果确定第一切换概率，其中的WiFi指纹库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别采集的WiFi覆盖信号的接入点信息建立的；

卫星导航判定单元，用于将移动终端当前接收到的卫星信息与预先建立的卫星导航数据库进行匹配，并根据匹配结果确定第二切换概率，其中的卫星导航数据库是基于在室内外切换区域中的室内位置区域和室外位置区域分别测量的卫星信息建立的；

定位切换决策单元，用于根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内外定位切换的决策；其中，所述综合切换概率结合了WiFi信号信息和卫星信号信息。

8.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，还包括：

辅助定位单元，用于根据移动终端上的传感器检测到的信息，采用惯性导航方法获得移动终端的运动轨迹，根据移动终端的运动轨迹辅助进行室内外定位切换的决策。

9.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，在建立WiFi指纹库之前，对接入点信号的真实性进行判断，筛除虚假接入点。

10.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，在建立WiFi指纹库之前，根据接入点信号出现的概率判断接入点的有效性，筛除无效接入点。

11.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，还包括：

坐标转换单元，用于通过高斯-克吕格投影方法，将室内位置采用的三维坐标转换为室外位置采用的经纬度坐标。

12.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，所述定位切换决策单元在室内向室外切换过程中，如果卫星信号低于预设值，增加第一切换概率在综合切换概率所占的影响权重，根据第一切换概率和第二切换概率生成综合切换概率，依据综合切换概率进行室内到室外定位切换的决策。