CN105898692A

CN105898692A - 一种室内定位方法及装置

Info

Publication number: CN105898692A
Application number: CN201610180324.7A
Authority: CN
Inventors: 杨磊; 张能元; 王文杰; 刘文龙; 徐连明
Original assignee: Beijing Wisdom Figure Science And Technology Ltd Co
Current assignee: Beijing Wisdom Figure Science And Technology Ltd Co
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: CN105898692B

Abstract

本发明公开了一种室内定位方法及装置，其中方法包括如下步骤：获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户的初始地理位置；判断所述用户的初始地理位置是否位于蓝牙定位节点信号覆盖区域；如果所述用户的初始地理位置处于所述蓝牙定位节点信号覆盖区域，则获取该用户的初始地理位置处接收到的所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号，将所述蓝牙信号采用几何定位法确定该用户的最终位置。本发明通过在蓝牙特殊覆盖的环境下，提升楼层判断的准确率及定位精确度，从而进一步提升用户体验。

Description

一种室内定位方法及装置

技术领域

本发明属于导航技术领域，具体而言，涉及一种室内定位方法及装置。

背景技术

室内定位技术是指在室内环境中实现位置定位，通常采用信号强度测量法实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。信号强度测量法使用基于RSS的传输损耗或位置指纹技术。终端发送的无线电波经过反射和折射，产生与周围环境密切相关的特定模式的多径信号，这样的多径特征可以认为是该位置的“指纹”。

目前主流的室内定位主要是通过iBeacon(低功耗蓝牙定位节点)和wifi完成的。其中，通过iBeacon定位需要在室内部署iBeacon；而通过wifi定位方式则需要在室内采集wifi指纹(即训练序列)。因此大部分多源融合定位逻辑中，当蓝牙和wifi信号同时存在时，会优先选用蓝牙信号进行定位，因此部署了iBeacon节点的区域，尤其是建筑由于iBeacon的信号覆盖，导致距离覆盖区的远距离位置仍然能够接收到信号，从而导致定位精度降低。同时，当前采用当蓝牙和wifi信号同时存在时定位方法，通常是通过将两种信号进行综合处理来实现室内定位，这种方式算法复杂，运算满。

发明内容

为解决现有技术中室内定位精度低的技术缺陷，本发明通过WiFi定位节点进行初次定位后，再根据蓝牙定位节点进行二次定位，提高室内定位的精确度，通过两次简单的定位方法实现提高定位精度的目的。

本发明提供了一种室内定位方法，包括如下步骤；

获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户的初始地理位置；

判断所述用户的初始地理位置是否位于蓝牙定位节点信号覆盖区域；

如果所述用户的初始地理位置处于所述蓝牙定位节点信号覆盖区域，则获取该用户的初始地理位置处接收到的所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号，将所述蓝牙信号采用几何定位法确定该用户的最终位置。

本发明所述的室内定位方法中，获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户的初始地理位置之前还包括

根据导航定位技术获取所述用户当前的坐标位置；

检测所述用户当前的坐标位置处的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号。

本发明所述的室内定位方法中，获取当前用户所处位置出接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号之前还包括

设置接收信号的过滤规则，根据所述过滤规则确定所述WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号及所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号的处理先后顺序。

本发明所述的室内定位方法中，所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点、所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。

本发明还提供了一种室内定位装置，包括第一定位模块、监控模块、第二定位模块，其中，

所述第一定位模块，用于获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WIFI指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户初始地理位置；

所述监控模块，用于判断所述用户的初始地理位置是否位于蓝牙定位节点信号覆盖区域；

第二定位模块，用于如果所述用户的初始地理位置处于所述蓝牙定位节点信号覆盖区域，则获取该用户的初始地理位置处接收到的蓝牙定位节点发送的蓝牙信号，将所述蓝牙信号采用几何定位法确定用户的最终位置。

本发明所述的室内定位装置中，所述第一定位模块还包括

导航子模块，用于根据导航定位技术获取所述用户当前的坐标位置；

第一检测子模块，用于检测所述用户当前的坐标位置处WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号。

本发明所述的室内定位装置中，所述第一定位模块还包括

设置子模块，用于设置接收信号的过滤规则，根据所述过滤规则确定所述WiFi定位节点发送的WiFi所述指纹信号及所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号的处理先后顺序。

本发明所述的室内定位装置中，所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点、所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。

综上，本发明通过通过部署或覆盖范围较广泛的信号源WiFi定位节点判断用户初始位置，再通过判断用户初始位置是否在iBeacon信号覆盖范围内对用户进行二次定位，从而提高室内定位的精度。

附图说明

图1为本发明所述的室内定位方法的流程结构示意图；

图2为本发明所述的室内定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供了一种室内定位方法，包括如下步骤；

S101、获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户的初始地理位置。

大部分多源融合定位逻辑中，当蓝牙和wifi信号同时存在时，会优先选用蓝牙信号进行定位，因此部署了iBeacon节点的区域，尤其是建筑由于iBeacon的信号覆盖，导致距离覆盖区的远距离位置仍然能够接收到信号，从而导致定位精度降低。为了解决利用iBeacon节点优先定位导致的定位精度低且定位复杂的技术缺陷，本发明首先通过WiFi定位节点进行定位。

室内定位常用的方法为信号强度测量法，而信号强度测量法使用基于RSS的传输损耗或位置指纹技术。具体实施时，可选的利用WiFi指纹发定位技术进行定位。主要包括接收信号强度定位法、到达时间定位法、接收信号角度定位法、参考点定位法。WiFi无线信号具有较强的时变无线信号传播衰减模型难以第很好的表征距离与信号强度间的映射关系，采用基于射频指纹匹配定位方法，它具有较好的定位的鲁棒性。所谓指纹匹配定位算法建立在时延数据基础上，主要包括离线训练和在线定位两个阶段。其中，离线训练阶段的任务是建立射频信号强度向量和客户端位置间的一一对应关系，形成一个指纹库，定位阶段则是采用实时采集的信号强度向量去匹配训练阶段构建的指纹库，从而获得目标的位置估计。基于位置指纹的定位算法主要包括确定型和概率型，前者的计算效率较高，后者的定位精确度较高。该算法主要包括如下步骤：1、确定采样分布图；2、采集各定位节点-WiFi定位节点的信号强度、MAC地址等；3、存储RSSI的位置坐标；4、将实施采集的定位节点的信号通过匹配算法估算用户的位置。本发明以确定型的位置指纹定位算法为例说明本发明中WiFi和/或蓝牙定位方法定位的方式。而位置匹配算法包括最近邻方法、概率方法、神经网络方法、SVM等方法。

本发明以K近邻算法为例说明本发明的匹配算法。WiFi指纹定位可选的运用K近邻算法(K Nearest Ne ighborhood，KNN)。通常选取K(K≥2)个RSS欧式距离最小的位置指纹，用户位置将由对应的参考点位置坐标的平均值决定：

(x, y) = \frac{1}{K} Σ_{i = 1}^{K} (x_{i}, y_{i})

式中，(x,y)表示的是定位坐标，(x_i,y_i)是最近邻第i个参考点的坐标。考虑到K个指纹距离实时测量的RSS信号的差别，所贡献也是不同的，因此K个近邻参考点所提供的信号强度的权重应该取不同的值。加权K近邻算法(Weighted K NearestNeighborhood，WKNN)被提出来了。WKNN在计算出K个最近邻的参考点之后，再将归一化加权系数分别分配给对应的参考点坐标：

(x, y) = Σ_{i = 1}^{K} (\frac{η}{d_{i} + ϵ} \cdot (x_{i}, y_{i}))

式中，d_i表示实时测量的RSS向量样本与第i个近邻参考点的RSS欧式距离，参数η为归一化加权系数，ε是为避免分母出现零而设置的一个较小的正常数。定义加权系数值与信号的欧式距离值成反比，以保证距离实时测量的RSS越小的参考点的位置坐标的权重越高，位置加权系数能够在一定程度上提高***的定位精度。

S102、判断所述用户的初始地理位置是否位于蓝牙定位节点信号覆盖区域。

本发明的目的在于首先利用WiFi定位节点进行初次定位，之后再利用蓝牙定位节点进行精确定位。相比较其他融合WiFi及蓝牙定位节点的定位技术，本发明不需要复杂的定位融合计算，通过简单的两次WiFi定位节点及蓝牙定位节点的定位判断，实现精确定位。

rssi在无线网络中表示信号的强度,它随距离的增大而衰减,通常为负值,该值越接近零说明信号强度越高。

根据位置指纹表示的不同，基于无线局域网和位置指纹的室内定位技术可以分为两大类。第一类是确定的定位方法。它的特点是位置指纹用来自每个接入点的信号强度的平均值表示，然后采用确定性的推理算法来估计用户的位置。

信号的多径传播对环境具有依赖性，呈现出非常强的特殊性，对于每个位置而言，该位置上的信道的多径结构是唯一的，终端发射的无线电波经过反射和折射，产生与周围环境密切相关的特定模式的多径信号，这样的多径特征可以认为是该位置的“指纹”。

定位数据库具体实施时按照如下进行设置。例如用户在定位时，会将自己接收信号情况组织成定位请求日志文件发送到服务器(具体实施时，将定位数据库设置在服务器中)，我们会分别从用户手机的WiFi模块以及蓝牙模块中读取相应的信号强度以及MAC地址，并放在定位请求日志文件对应的字段当中。

例如，利用WiFi定位节点进行初次定位时，以利用接收信号强度定位法为例，主要包括如下步骤：1、确定采样分布图；2、采集各定位节点(如WiFi定位节点或蓝牙定位节点)的信号强度、MAC地址等；3、存储RSSI的位置坐标；4、将实施采集的定位节点的信号通过匹配算法估算用户的位置。本发明以确定型的位置指纹定位算法为例说明本发明中WiFi和/或蓝牙定位方法定位的方式。

例如，指纹库存储数据可选的表1所示。

表1

表1中，采样点表示的物AP_n位置(即坐标)，AP_n表示的是WiFi定位节点的编号，RSSI表示为该位置上采集到的指纹(即信号强度)。

S103、如果所述用户的初始地理位置处于所述蓝牙定位节点信号覆盖区域，则获取该用户的初始地理位置处接收到的所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号，将所述蓝牙信号采用几何定位法确定该用户的最终位置。

具体实施时，可选的采用几何(三边)定位法。例如，假设三个距离最近(强度最高)的iBeacon的位置分别为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)。待定位的移动终端位置坐标为(x,y)，对应测量点与各个ibeacon的距离为d₁,d₂,d₃。根据几何关系可知：

\{\begin{matrix} {(x - x_{1})}^{2} + {(y - y_{1})}^{2} = d_{1}^{2} \\ {(x - x_{2})}^{2} + {(y - y_{2})}^{2} = d_{2}^{2} \\ {(x - x_{3})}^{2} + {(y - y_{3})}^{2} = d_{3}^{2} \end{matrix}

将上述方程组最后一式分别减去前两式可得：

\{\begin{matrix} (x_{1} - x_{3}) x + (y_{1} - y_{3}) y = x_{1}^{2} - x_{3}^{2} + y_{1}^{2} - y_{3}^{2} + d_{1}^{2} - d_{3}^{2} \\ (x_{2} - x_{3}) x + (y_{2} - y_{3}) y = x_{2}^{2} - x_{3}^{2} + y_{2}^{2} - y_{3}^{2} + d_{2}^{2} - d_{3}^{2} \end{matrix}

其中(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)均为已知数据，求解该二元一次方程组可得：

通过上述公式对用户的位置进行二次精确。

S101之前还包括

根据导航定位技术获取所述用户当前的坐标位置；

S101中获取当前用户所处位置出接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号之前还包括

所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点和所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。

本发明还提供了一种室内定位装置，包括第一定位模块10、监控模块20、第二定位模块30。其中，

所述第一定位模块10，用于获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WIFI指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户初始地理位置；

所述监控模块20，用于判断所述用户的初始地理位置是否位于蓝牙定位节点信号覆盖区域；

第二定位模块30，用于如果所述用户的初始地理位置处于所述蓝牙定位节点信号覆盖区域，则获取该用户的初始地理位置处接收到的蓝牙定位节点发送的蓝牙信号，将所述蓝牙信号采用几何定位法确定用户的最终位置。

进一步，所述第一定位模块还包括

设置子模块，用于设置接收信号的过滤规则，根据所述过滤规则确定所述WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号及所述蓝牙定位节点发送的蓝牙信号的处理先后顺序。

本发明的目的在于，首先通过WiFi定位节点实现初次定位，之后再根据蓝牙定位节点对初次定位的结果进行二次定位，先后通过WiFi、蓝牙对定位结果进行校准，提高定位的精确度，同时又不增加现有定位方法操作难度。因此本发明通过设置子模块对利用移动终端(具体实施时，可选的智能手机、iPad等智能设备)定位的方式进行设置。

进一步，所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点、所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤；

2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，获取当前用户所处位置处接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号，将所述WiFi指纹信号通过查询预设定位数据库获取所述用户的初始地理位置之前还包括

根据导航定位技术获取所述用户当前的坐标位置；

3.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，获取当前用户所处位置出接收到的WiFi定位节点发送的WiFi指纹信号之前还包括

4.根据权利要求3所述的室内定位方法，其特征在于，所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点、所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。

5.一种室内定位装置，其特征在于，包括第一定位模块、监控模块、第二定位模块，其中，

6.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，

所述第一定位模块还包括

7.根据权利要求1所述的室内定位装置，其特征在于，所述第一定位模块还包括

8.根据权利要求3所述的室内定位装置，其特征在于，所述过滤规则是通过设置所述WiFi定位节点、所述蓝牙定位节点的优先级确定处理先后顺序。