CN106872938B - 一种室内定位*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种室内定位***，包括标签定位模块和定位评估模块，所述标签定位模块用于对未知位置标签进行定位，获取定位结果；所述定位评估模块用于建立评价指标对该定位结果的精确性进行评估；所述标签定位模块在对未知位置标签进行定位时，利用已知位置标签和阅读器对未知位置标签完成定位，该标签定位模块包括信号强度计算单元、标签距离求取单元和位置求取单元；所述信号强度计算单元用于计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度；所述标签距离求取单元用于求取未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离；所述位置求取单元用于求取未知位置标签的位置。本发明能够实现较为精确的室内定位。

Description

一种室内定位***

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种室内定位***。

背景技术

伴随着无线技术、移动通信技术及“情境感知服务”的深入发展，人们越来越渴望在任何时间、任何地点、以任何方式对环境中的任何物体进行信息的获取与处理。在情境感知服务技术领域，服务对象的位置信息是最重要的环境参数之一，并决定着情境服务能否有效、准确的施行。现有技术大多采用基于卫星的定位***和基于蜂窝网络的定位***获取服务对象的位置信息。然而对于一些需要情境服务的室内公共环境，如学校、医院、仓库、超市、监狱、矿道，无论是基于卫星的定位***和基于蜂窝网络的定位***，其标准误差相对于较小的室内环境来说较大，同时信号受建筑物的影响已大大衰减到十分微弱的地步，使得要像室外一样直接从卫星或基站广播中提取导航数据和时间信息基本不可能，因此定位精度受到极大限制，难以直接应用于室内定位。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种室内定位***。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种室内定位***，包括标签定位模块和定位评估模块，所述标签定位模块用于对未知位置标签进行定位，获取定位结果；所述定位评估模块用于建立评价指标对该定位结果的精确性进行评估。

优选地，所述标签定位模块在对未知位置标签进行定位时，利用已知位置标签和阅读器对未知位置标签完成定位，该标签定位模块包括信号强度计算单元、标签距离求取单元和位置求取单元；所述信号强度计算单元用于计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度；所述标签距离求取单元用于求取未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离；所述位置求取单元用于求取未知位置标签的位置。

本发明的有益效果为：能够实现较为精确的室内定位。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构连接示意图；

附图标记：

标签定位模块10、定位评估模块20、信号强度计算单元100、标签距离求取单元200、位置求取单元300。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例的一种室内定位***，包括标签定位模块10和定位评估模块20，所述标签定位模块10用于对未知位置标签进行定位，获取定位结果；所述定位评估模块20用于建立评价指标对该定位结果的精确性进行评估。

优选地，所述标签定位模块10在对未知位置标签进行定位时，利用已知位置标签和阅读器对未知位置标签完成定位，该标签定位模块10包括信号强度计算单元100、标签距离求取单元200和位置求取单元300；所述信号强度计算单元100用于计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度；所述标签距离求取单元200用于求取未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离；所述位置求取单元300用于求取未知位置标签的位置。

优选地，所述信号强度计算单元100在计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度时，采用路径损耗模型反映标签发射信号的收信场强在室内信道传播过程中的强度变化，阅读器的信号接收强度S的计算公式为：

式中，P_f为标签的信号发射功率，d为阅读器与标签距离，PL(d₀)为阅读器在参考点d₀处接收信号的信号接收强度衰减量，PL(d₀′)为阅读器在参考点d₀′处接收信号的信号接收强度衰减量，σ表示环境噪声的标准偏差，单位为dB；

在实际定位前，选取若干个测试位置标签，记录该测试位置标签在各阅读器上接收到的信号强度，建立各个测试位置标签上与信号强度的离散关系数据库，将由所述阅读器的信号接收强度S的计算公式得到的该测试位置标签的信号强度与离散关系数据库中的信号强度作为基础，计算出信号强度修正系数，设离散关系数据库中的各个测试位置标签CS_ρ在各阅读器上的信号强度的标准差为σ(CS_ρ),ρ＝1,…,m，m为测试位置标签的数量，由所述阅读器的信号接收强度S的计算公式得到的测试位置标签CS_ρ在各阅读器上的信号强度的标准差为σ^*(CS_ρ)，则该信号强度修正系数为：

实际定位时，采用的优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式为：

S′＝Γ×S

则根据优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式，计算出的某未知位置标签WZ_i在各阅读器上的接收的信号强度向量为：

式中，表示计算得到的WZ_i在阅读器R_l上的信号接收强度，l＝1,2,…,L；

根据优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式，计算出的某已知位置标签YZ_j在各阅读器上的接收的信号强度向量为：

式中，表示计算得到的YZ_j在阅读器R_l上的信号接收强度，l＝1,2,…,L。

本优选实施例在进行信号接收强度的计算过程中，充分考虑了在室内环境中电磁波的传输环境复杂性，且结合2个参考点进行计算，能够更为准确的还原发射信号；在进行未知位置标签和已知位置标签的信号强度计算时，引入信号强度修正系数，使得信号强度的计算更为精确。

所述未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离按照下列公式进行计算：

式中，表示未知位置标签WZ_i的信号接收强度和已知位置标签YZ_j的信号接收强度之间的距离，M表示已知位置标签YZ_j的数量。

本优选实施例在计算信号接收强度距离过程中，充分考虑了阅读器与标签的距离对信号接收强度可信度的影响，获取的标签距离可靠性更高。

所述求取未知位置标签的位置，具体包括：

(1)将未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离表示为向量形式：

(2)计算中最小的k个元素，作为与未知位置标签WZ_i最近邻的标签，将各距离表示为向量形式：

(3)依据邻近程度赋予已知位置标签不同权重，从而估算出WZ_i坐标

式中，为已知位置标签YZ_j的坐标；

本优选实施例在求取未知位置标签过程中，充分考虑了已知位置标签和未知位置标签距离，求取的位置更为准确。

优选地，所述建立评价指标对该定位结果的精确性进行评估，具体为：定期采用***估计误差WC对定位精度进行评估，

式中，为WZ_i估算位置，为WZ_i真实位置，E为期望值。

本优选实施例对定位精度进行评估，保证了***的长期可靠性，并且有助于对***进行改进，获得更加可靠的定位***。

优选地，所述定位评估模块20还设有定位故障报警机制，该定位故障报警机制为：

设定定位所允许的误差阈值，记录一段时间定期计算得到的***估计误差WC，累积记录大于该误差阈值的***估计误差WC的数量β，设某一次计算得到的***估计误差为WC_λ，η为满足的***估计误差的数量，其中WC_max、WC_min分别为该一段时间定期记录中***估计误差WC的平均值、最大值和最小值，则当满足下列评判公式时，判断室内定位***出现定位故障，并进行相应的报警提示：

式中，ξ为该一段时间定期记录的***估计误差WC的数量，λ＝1,…,ξ。

本优选实施例设置定位故障报警机制，使得该室内定位***能够依据历史***估计误差数据提示定位的准确性，对室内定位***的改进提供更为科学的依据。

采用本发明进行室内定位，并对L不同取值的定位情况进行了统计分析，相比传统的室内定位方法，产生的有益效果如下表所示：

L	室内定位精度提高	室内定位时间缩短
			15	30％	25％
16	32％	24％
			17	33％	23％
18	35％	22％
			19	36％	20％

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种室内定位***，其特征是：包括标签定位模块和定位评估模块，所述标签定位模块用于对未知位置标签进行定位，获取定位结果；所述定位评估模块用于建立评价指标对所述定位结果的精确性进行评估；

所述标签定位模块在对未知位置标签进行定位时，利用已知位置标签和阅读器对未知位置标签完成定位，该标签定位模块包括信号强度计算单元、标签距离求取单元和位置求取单元；所述信号强度计算单元用于计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度；所述标签距离求取单元用于求取未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离；所述位置求取单元用于求取未知位置标签的位置；

所述信号强度计算单元在计算已知位置标签和未知位置标签在各阅读器上接收的信号强度时，采用路径损耗模型反映标签发射信号的收信场强在室内信道传播过程中的强度变化，阅读器的信号接收强度S的计算公式为：

式中，P_f为标签的信号发射功率，d为阅读器与标签距离，PL(d₀)为阅读器在参考点d₀处接收信号的信号接收强度衰减量，PL(d₀′)为阅读器在参考点d₀′处接收信号的信号接收强度衰减量，σ表示环境噪声的标准偏差，单位为dB；

在实际定位前，选取若干个测试位置标签，记录该测试位置标签在各阅读器上接收到的信号强度，建立各个测试位置标签上与信号强度的离散关系数据库，将由所述阅读器的信号接收强度S的计算公式得到的该测试位置标签的信号强度与离散关系数据库中的信号强度作为基础，计算出信号强度修正系数，设离散关系数据库中的各个测试位置标签CS_ρ在各阅读器上的信号强度的标准差为σ(CS_ρ)，ρ＝1，...，m，m为测试位置标签的数量，由所述阅读器的信号接收强度S的计算公式得到的测试位置标签CS_ρ在各阅读器上的信号强度的标准差为σ^*(CS_ρ)，则该信号强度修正系数为：

实际定位时，采用的优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式为：

S′＝Γ×S

则根据优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式，计算出的某未知位置标签WZ_i在各阅读器上的接收的信号强度向量为：

式中，表示计算得到的WZ_i在阅读器R_l上的信号接收强度，l＝1，2，…，L；

根据优化后的阅读器的信号接收强度的计算公式，计算出的某已知位置标签YZ_j在各阅读器上的接收的信号强度向量为：

式中，表示计算得到的YZ_j在阅读器R_l上的信号接收强度，l＝1，2，…，L。

2.根据权利要求1所述的一种室内定位***，其特征是：所述未知位置标签的信号接收强度和已知位置标签的信号接收强度之间的距离按照下列公式进行计算：

式中，表示未知位置标签WZ_i的信号接收强度和已知位置标签YZ_j的信号接收强度之间的距离，M表示已知位置标签YZ_j的数量。