CN106060924A - 一种基于移动信标的室内定位方法 - Google Patents

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黄银娟
刘旭
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Abstract

一种基于移动信标的室内定位方法，属于室内无线定位技术领域，包括步骤一、选取定位信标的精确位置，布置定位信标，其中精确位置为定位信标密度的误差小于1米，且定位信标的位置可信度为80以上；普通位置为定位信标密度的误差为小于3米，且定位信标的位置可信度为80以下；步骤二、在定位信标的位置可信度为100的位置进行精确定位；步骤三、离开精确定位位置后位置可信度逐渐衰减到0其中0表示在3米精度；步骤四、位置的校正。本发明不需要在所有地点都布设大量的定位节点，所以相对来说成本较低，同时保证了定位的精确性。

Description

一种基于移动信标的室内定位方法
技术领域
本发明属于室内无线定位技术领域，特别是涉及到一种基于移动信标的室内定位方法。
背景技术
室内定位面临很多独特的挑战，比如说室内的环境动态性很强可以说是多种多样，GPS无法使用，不同的大厦会有不同的室内布局；室内的环境更加精细，由此也需要更高的精度来分辨不同的特征。相应的就会导致室内定位***的成本高昂。
现有的室内定位技术是在室内布置一定的蓝牙或者WiFi等无线发射装置，需定位物体通过接收到的信号的强度确定离无线发射装置的距离，通过一定的算法确定位置，该定位方法需要布设大量的信标，成本非常高昂。另一种定位方法是通过加速度传感器确定移动距离，通过地磁传感器确定方向，根据方向和移动距离确定位置，虽然该方法成本较低，但是存在的问题是定位误差会随着移动距离逐渐增大。
基于WiFi的定位技术：WiFi芯片在各种手机和移动设备上已经普遍应用，而且其基础热点设施的室内覆盖也非常好，很多需要定位的公共场所如机场、商场都有覆盖，所以WiFi用于室内定位成为很自然的选择，很多现有的解决方案都是主要基于WiFi技术。基于WiFi的定位技术主要有三种，第一种是基于接收信号强度的三边测量定位(接收信号强度定位法)，这也是现在业界应用最多的技术。接收信号强度定位法是通过信号强度和已知信号衰弱模型来估计参考点与待测点的距离，根据多个参考点距离待测点的距离值画出圆，多个圆的重叠部分就是待测目标的位置。它的优点是布局和维护成本相对低，只需要采集WiFi热点的位置数据库，局限是给出的定位精度低，大概能得到10～20m的精度，有些情况可能更低。第二种是基于接收信号强度的指纹定位。该技术是将测量到的接收信号强度与前期测量的各个参考点的信号强度特性进行比较，选取匹配最好的参考点位置来作为测量目标的位置。现有很多解决方案也是专注在该技术。该技术的优势是定位精度高，可以达到3～5m的精度，缺点是布局和维护的成本较高，***依赖射频信号强度的指纹数据库，对于大规模的使用，数据库大，产生和维护成本相对较高，也在一定程度上造成可移植性差。第三种是基于信号飞行时间的测量，通过测量无线信号在两个节点之间的往返飞行时间，并用该时间推算节点间的距离，根据多个参考点距离待测点的距离值画出圆，多个圆的重叠部分就是待测目标的位置。它的优点是精度高，可以达到低过1米的精度，其局限是生态***还不完备，现有的设备不支持。现有的WiFi定位技术都依赖WiFi热点位置分布数据库或者接收信号强度指纹数据库实现定位，所以WiFi定位大范围在室内应用要解决的主要问题是可靠地产生和动态维护数据库，同时要低复杂度，这样才能在大量的建筑中使用。
基于惯性传感器的辅助定位：惯性传感器如加速度计、陀螺仪、磁场计和压力传感器已经被广泛地应用在手机和平板电脑等移动设备上，它们提供9轴或12轴自由度的运动估算。这些传感器可以估计用户的运动状态，实时地推算用户的运动轨迹及高度信息。根据估算的运动轨迹，***可以给出目标用户相对初始点或参考点的相对位置。它的优点是在相对短的时间内可以给出准确的相对位置估计，并且位置更新速度快，另外功耗也较低；其缺点是长时间的估算误差大，另外有些***对用户会提出使用限制，比如设备只能采取特定的指向。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
提供一种基于移动信标的室内定位方法，不需要在所有地点都布设大量的定位节点，所以相对来说成本较低，同时保证了定位的精确性。
一种基于移动信标的室内定位方法，其特征是：包括以下步骤，
步骤一、选取定位信标的精确位置
布置定位信标，精确位置的定位信标的密度为被定位节点的位置误差小于1米，且被定位节点的位置可信度为80以上；普通位置的定位信标的密度为被定位节点位置误差小于3米，且被定位节点的位置可信度为80以下；
步骤二、在被定位节点的位置可信度为大于80的位置进行精确定位；
步骤三、离开精确定位位置后位置可信度逐渐衰减到0，其中0表示在3米精度；
离开精确定位位置时为惯性定位和无线信标定位分配权重，初始为惯性定位权重90，无线信标定位权重为10，按照时间顺序惯性定位权重连续下降至0，无线信标定位权重连续上升至100；其中一个时刻，惯性定位权重为60，定位点为(100,110)，无线信标定位权重为40，定位点为(110,100)，获得定位点为加权平均值(100×60％+110×40％，110×60％+100×40％)；
步骤四、被定位节点的位置可信度低于50，对该节点进行校正；
通过接收信号的强度指示RSSI与距离的关系公式
RSSI＝-(10nlgd+A)
其中A为移动节点距离参考节点1m处的接收信号强度，n为信号的传输常数，d为参考节点与移动节点的距离；
计算出被定位节点与充当信标的定位节点的距离，根据一个以上充当信标的定位节点距离待测点的距离值为半径画圆，所画的一个以上圆的重叠部分为待测目标的位置，此位置参与被定位节点的位置校正。
所述每个被定位节点和定位信标均具有无线接收装置；且被定位节点在位置误差小于1米时转换为定位信标，定位信标在位置误差大于3米时转换为被定位节点。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种基于移动信标的室内定位方法，不需要在所有地点都布设大量的定位节点，所以相对来说成本较低，同时保证了定位的精确性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种基于移动信标的室内定位方法平面坐标示意图。
图2为本发明一种基于移动信标的室内定位方法流程示意框图。
具体实施方式
一种基于移动信标的室内定位方法，如图2所示，包括以下步骤，
步骤一、选取定位信标的精确位置
布置定位信标，精确位置的定位信标的密度为被定位节点的位置误差小于1米，且被定位节点的位置可信度为80以上；普通位置的定位信标的密度为被定位节点位置误差小于3米，且被定位节点的位置可信度为80以下；
步骤二、在定位信标的位置可信度为100的位置进行精确定位；
步骤三、离开精确定位位置后位置可信度逐渐衰减到0，其中0表示在3米精度；
离开精确定位位置时为惯性定位和无线信标定位分配权重，初始为惯性定位权重90，无线信标定位权重为10，按照时间顺序惯性定位权重连续下降至0，无线信标定位权重连续上升至100；其中一个时刻，惯性定位权重为60，定位点为(100,110)，无线信标定位权重为40，定位点为(110,100)，获得定位点为加权平均值(100×60％+110×40％，110×60％+100×40％)；
步骤四、定位节点的位置可信度低于50，对该定位节点进行校正；
通过接收信号的强度指示RSSI与距离的关系公式
RSSI＝-(10nlgd+A)
其中A为移动节点距离参考节点1m处的接收信号强度，n为信号的传输常数，d为参考节点与移动节点的距离；
计算出被定位节点与充当信标的被定位节点的距离，根据一个以上充当信标的被定位节点距离待测点的距离值为半径或直径(请发明人确认此距离值为半径还是直径)画圆，所画的一个以上圆的重叠部分为待测目标的位置，此位置参与被定位节点的位置校正。如图1所示，空心原点为位置可信度大于80的定位节点，实心三角为位置可信度小于50的需校正节点，空心矩形为位置可信度大于80的定位节点校正出的位置。
所述每个定位节点和定位信标均具有无线接收装置。且定位节点和定位信标的角色在一定条件下可以进行转换，且被定位节点在位置误差小于1米时转换为定位信标，定位信标在位置误差大于3米时转换为被定位节点。
本发明的定位信标不均匀的布置，在特定位置定位信标密度较大，可以精确定位(误差小于1米)，而普遍情况下定位节点的密度只要保证在3米精度即可，在此基础上，每个被定位节点(具有无线接收装置)都可以在一定条件下充当定位信标，条件是被定位节点的位置可信度达到80以上，位置可信度划分为0～100，80位置可信度代表精度为1.5米。

Claims (2)

1.一种基于移动信标的室内定位方法，其特征是：包括以下步骤，
步骤一、选取定位信标的精确位置
布置定位信标，精确位置的定位信标的密度为被定位节点的位置误差小于1米，且被定位节点的位置可信度为80以上；普通位置的定位信标的密度为被定位节点位置误差小于3米，且被定位节点的位置可信度为80以下；
步骤二、在被定位节点的位置可信度为大于80的位置进行精确定位；
步骤三、离开精确定位位置后位置可信度逐渐衰减到0，其中0表示在3米精度；
离开精确定位位置时为惯性定位和无线信标定位分配权重，初始为惯性定位权重90，无线信标定位权重为10，按照时间顺序惯性定位权重连续下降至0，无线信标定位权重连续上升至100；其中一个时刻，惯性定位权重为60，定位点为(100,110)，无线信标定位权重为40，定位点为(110,100)，获得定位点为加权平均值(100×60％+110×40％，110×60％+100×40％)；
步骤四、被定位节点的位置可信度低于50，对该节点进行校正；
通过接收信号的强度指示RSSI与距离的关系公式
RSSI＝-(10nlgd+A)
其中A为移动节点距离参考节点1m处的接收信号强度，n为信号的传输常数，d为参考节点与移动节点的距离；
计算出被定位节点与充当信标的定位节点的距离，根据一个以上充当信标的定位节点距离待测点的距离值为半径画圆，所画的一个以上圆的重叠部分为待测目标的位置，此位置参与被定位节点的位置校正。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动信标的室内定位方法，其特征是：所述每个被定位节点和定位信标均具有无线接收装置；且被定位节点在位置误差小于1米时转换为定位信标，定位信标在位置误差大于3米时转换为被定位节点。
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