CN107979818B - 一种无线指纹库初始数据的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息技术领域的数据库更新技术，具体涉及的是一种无线指纹库初始数据的处理方法。主要解决了水平和垂直方向上定位基站的筛选，简化了计算流程，节约了人力资源和***开销。主要涉及采集员在已知采集点或者采集线路采集原始无线信号数据，无线信号数据至少包含采集位置信息和当前位置采集到的所有无线信号强度，建立初始无线信号数据库，无线信号数据库包含全部采集位置的ID以及在采集位置采集到的所有无线信号强度数据；然后对无线指纹库中的内容进行筛选，以获得需要的指纹数据。主要用于在建立初始无线指纹库时，对采集到的无线指纹库中的指纹进行筛选。

Description

一种无线指纹库初始数据的处理方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域的数据库更新技术，具体涉及的是一种无线指纹库初始数据的处理方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，移动互联网和智能设备的普及程度越来越高，基于位置服务的需求也越来越高。在室外，现有技术中，全球导航卫星***提供了一个很好的定位服务，有着定位精度高，适用范围广的优点。然而，在室内环境中，由于室内环境比较复杂，存在诸多影响无线信号强度的因素，因此全球导航卫星***在室内环境中的信号衰减严重，远远达不到相关的定位要求，如何提高室内定位的准确性，成为当今社会一个重要的研究话题。

现有技术中，存在以下几种室内定位的基站搭建，分别为手机基站定位服务以及室内WIFI定位服务等。由于价格便宜，定位精度高，容易部署等特点，室内无线WIFI已然成为了最为广泛使用的定位方案之一，无线WIFI的定位一般分为两个阶段，分别为指纹库的建立以及在线定位，根据用户在建立连接后的无线信号强度，以及其位置情况确定位置关系，从而完成定位工作。指纹数据库的建立分为：初始离线数据库和在线更新数据库，初始离线数据库的建立，先由采集员采集相关的无线信号，然后将采集后的无线信号建立成初始的无线信号库，在完成信号库的建立后，首先应该确定哪些基站适合定位，如何筛选合适的定位基站成为了现有技术中存在的技术难点。

为了解决上述问题，中国专利CN201710160759.X于2017年08月22日公开了一种基于WIFI室内定位的指纹库建立方法及装置，主要描述了一下建立无线指纹库的方法，S1选定一未建立指纹库的无线接入点；S2在目标区域针对选定的无线接入点随机采样多个采样点；S3根据采样点的高斯过程建立各点的信号强度分布模型，完成该无线接入点在目标区域中指纹库的建立；S4判断是否室内所有无线接入点都建立了相应的指纹库，若是，完成了目标区域指纹库的建立；否则跳转至步骤S1。采用上述的技术方案，虽然对现有的初始无线基站进行筛选，但是筛选只限于水平方向的位置定位，并没有涉及垂直方向上的定位基站的选择。可能会导致定位精度不高，位置识别出错等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线指纹库初始数据的处理方法，满足建立初始的无线信号数据库以及对无线数据库进行一个定位基站的筛选工作，以提高无线定位基站在水平和垂直方向上精准定位，解决因为指纹库的不准确而导致的定位不准等问题。

为了解决上述的技术问题，本发明技术方案如下：

一种无线指纹库初始数据的处理方法，包括以下步骤：

S1：采集员在已知采集点或者采集线路采集原始无线信号数据，无线信号数据至少包含采集位置信息和当前位置采集到的所有无线信号强度，建立初始无线信号数据库，无线信号数据库包含全部采集位置的ID以及在采集位置采集到的所有无线信号强度数据；

S2：剔除采集到的原始无线信号强度小于-90dbm的所有指纹；

S3：统计保留的无线信号强度的数量以及所有无线基站的数量，计算平均信号强度个数，即每个采集点能接收到的平均无线信号数量；

S4：利用步骤S3中的平均信号强度数量乘以β确定适宜定位的无线基站数量，β为调节参数；

S5：将信号强度范围分为若干等分，取每等分中间值，在步骤S4中找到需要采集位置的指纹数据，统计基站信号在若干等分中的个数，计算出基站在采集点的无线信号强度参数，按此方法计算出同一基站在垂直方向上不同采集点的无线信号强度参数，定位基站满足任意两组无线信号强度参数之差的绝对值大于所述阈值α，阈值α用于评价无线基站在垂直方向上的定位强度，其取值范围为[5dbm，10dbm]；

S6：在步骤S4中找到需要采集位置的指纹数据，选定信号强度不一致的水平方向若干采集点，计算基站在水平方向上的无线信号强度均值，均值用于计算无线基站水平方向上的无线信号强度方差，定位基站满足方差小于阈值var_the。

S7：经筛选后的无线基站信号在水平方向或者垂直方向上均能被用于定位。

采用本技术方案，首先考察周围的情况以及相关的地形，初步确定出采集点以及采集线路，确定采集线路后，由采集员通过专业的设备采集相关的数据，得到无线基站的初始数据，初始数据中应当包含相关采集点的位置信息和在具体采集点采集到的所有无线信号强度，建立无线信号数据库。通过此种方法能建立比较全面的无线信号数据库，能有效的减少人力资源的浪费，在完成无线信号采集后，建立了全面的无线信号数据库，当无线信号小于-90dbm时，无线信号的强度已经十分的微弱，基本上可以排除在定位基站的范围之外，因此删除无线信号强度小于-90dbm的无线信号强度。通过这个步骤能减少小于-90dbm无线信号强度定位的干扰。然后计算平均无线信号，得出每一个采集点平均能覆盖到的无线信号强度个数，利用调节参数筛选出能用于定位的无线基站，能保证真正被用于定位的基站能保证精确的完成定位工作，采用将无线信号强度范围分成若干等分，采集垂直方向上无线信号强度落在其中的具体的数值，来判断某一基站是否能被用于垂直方向的定位，解决了现有技术无法判断无线基站在垂直方向上的定位问题。水平方向上在没有障碍物的时候可以依照无线信号衰减模型进行无线信号强度的计算，在存在障碍物的条件下，用于定位的无线基站，需要在水平方向上采用不同的无线信号强度计算能用于定位的均值得出无线信号强度方差，判断该基站能否被用于定位工作，解决了现有技术中针对水平方向上的定位计算周期长，公式复杂等问题。

进一步，步骤S1中所述采集点周围无干扰源的无线信号强度根据无线信号衰减模型计算得出，位于其中的某一位置算作另一有效采集点。

进一步，步骤S3中计算平均强度个数表示为：

其中M表示保留的无线信号强度的数量，N表示所有无线基站的数量。

进一步，步骤S4中所述调节系数β根据实际情况在范围[0,1]取值，表示为:m·β；用于定位的基站需要满足信号强度个数大于m·β。

进一步，步骤S5中垂直方向上不同采集点的无线信号强度参数表示为：

S表示某一基站，f表示垂直方向上的采集点，b₁-b_n为若干分组的中间值，a₁-a_n表示为基站S在若干分组中的无线信号个数。

进一步，步骤S6中基站在水平方向上的无线信号强度均值表示为：

无线信号强度方差表示为：

S表示某一基站，g表示水平方向上的采集点，t为基站S在水平方向上的信号强度个数。

进一步，阈值var_the用于判断无线基站在水平方向的定位强度，统计所有基站在所有垂直方向上的无线信号强度方差，计算其平均值var_mean，var_the＝var_mean·λ，所λ为调节参数，其取值范围为[0,1]。

采用本技术方案，对室内的各个无线接入点进行无线信号的采集，获取相关位置的无线指纹，建立初始无线数据库，并根据所采集到的无线信号强度进行相关的均值运算，获得平均信号强度，利用平均无线信号强度以及阈值筛选出可以用于定位的无线基站，通过本方法能简化无线信号筛选的计算量，减少资源浪费，得出无线信号基站在水平方向和垂直方向上的定位强度，同时也能大大的提高定位精度。

附图说明

图1为本发明中基于无线指纹库初始数据处理方法的流程示意图。

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详细的描述。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有创作性劳动的前提下所获得的所有的其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本发明无线指纹库初始数据处理方法的流程示意图，从图中我们可以看出，首先在S1中应当选择合适采集点和采集路线，主要涉及存在干扰物的地方，例如强磁干扰，建筑物干扰等地方，选择完采集路线后，利用专业的采集设备采集采集点或者采集线路上能接收的所有无线信号强度，当然在采集点或者采集线路周围无干扰时，可以采用无线信号衰减模型来完成数据的采集，将采集完成的数据建立初始的指纹数据库；此处所述的指纹数据库为：无线信号强度数据库，其中包含了无线信号强度和无线信号的具***置等信息，在建立初始的指纹数据库后，在S2中剔除在采集点或者采集线路上采集到的无线信号强度小于-90dbm的无线信号强度，因为当无线信号强度小于-90dbm时，无线信号已经非常的微弱了，已经不能保证正常的连接，因此不可能适用于定位。

如图1所示的S3中在剔除无线信号强度小于-90dbm后，统计剩下保留的无线信号强度的数量M，同时统计所有的无线基站的数量N，计算出平均强度个数：

获得平均强度个数即每个采集点能接收到的平均无线信号数量，利用计算得到的平均强度个数乘以β，即:m·β；用于定位的基站需要满足信号强度个数大于m·β，β为调节参数，β可根据实际的情况在[0,1]中选择，当β＝1时，m·β＝m，即用于定位的基站要满足无线信号强度个数大于平均值，而小于平均无线信号强度个数的无线基站将会被排除，此种情况往往出现在无线基站较多的情况下，用于挑选出最优的定位基站；当β＝0.5时，m·β＝m/2，即用于定位的基站需要满足无线信号强度个数大于平均值的一半，此时筛选掉的无线信号基站较少，此种情况往往出现在定位基站的数量一般，其中部分信号强度较好的情况下；当β＝0时，m·β＝0，即用于定位的基站满足无线信号强度个数大于零，也就是说只要是能完成信号连接的基站都能被用于定位，此种情况出现在基站数量极少且信号较差的情况下，0或者1属于定位基站的极端，采集员可以在建立初始数据库时根据需要自行调节设定β的数值。

在完成了基站的前半部分的初步筛选，位于采集点或者采集线路附近的基站已经能满足定位的需求，在前半部分的基础上，进一步完善无线基站在垂直方向上的定位。

如图1所示，S5中表述的垂直方向的基站的筛选，需要完成在垂直方向的定位，识别相应的高度，需要定位基站满足任意相邻两组无线信号强度参数之差的绝对值大于阈值α，α主要用于评价无线信号基站在垂直方向的定位强度，其取值范围为[5dbm-10dbm]，将无线信号强度分为若干等分，此处以6等分为例，即将[-30dbm,-90dbm]分成[-30dbm,-40dbm]、[-40dbm,-50dbm]、[-50dbm,-60dbm]、[-60dbm,-70dbm]、[-70dbm,-80dbm]、[-80dbm,-90dbm]六个子范围，其中心值依次为-35dbm、-45dbm、-55dbm、-65dbm、-75dbm、-85dbm，此时根据S4完成的筛选后的数据，找到所属采集点的指纹信息，统计基站S在六个子范围的个数a1,a2,a3,a4,a5,a6，S表示某一具体基站，主要用于垂直方向上的定位，f表示垂直方向上的采集点集合，则计算无线基站在垂直方向的信号强度分布参数：

则基站S在所有垂直方向上的采集点f1，f2，f3，的信号强度分布参数为α_{s_f1},α_{s_f2},α_{s_f3}，若f1和f2之差的绝对值大于α，则表示基站S能被用于识别垂直方向的采集点，同理可以推得将无线信号强度[-30dbm,-90dbm]分为若干等分，分别取若干等分的中间值，计算出基站在采集点的无线信号强度参数，即

按此方法计算出同一基站在垂直方向上不同采集点的无线信号强度参数，定位基站满足任意相邻两组无线信号强度参数之差的绝对值大于所述阈值α，都能被用于设备垂直方向上的采集点，其中S表示某一基站，f表示垂直方向上的采集点，b₁-b_n为若干分组的中间值，a₁-a_n表示为基站S在若干分组中的无线信号个数。

S6中表述的水平方向的基站的筛选，找到需要采集位置的指纹数据，选定信号强度不一致的水平方向若干采集点，计算基站在水平方向采集点上的无线信号均值，即：

其中S为基站，g为水平方向的采集点，t为基站S在水平方向上的信号强度个数。通过无线信号均值计算无线信号方差为：

计算完无线信号方差，满足水平定位基站的无线信号方差需小于阈值var_the，阈值var_the用于判断无线基站在水平方向的定位强度，统计所有基站在所有垂直方向上的无线信号强度方差，计算其平均值var_mean，var_the＝car_mean·λ，所述λ为调节参数，其取值范围为[0,1]。

如图1所示，经过S1-S6完成数据的筛选后，分出了能用于识别垂直采集点的无线基站以及完成水平定位基站的筛选，完成筛选后的无线基站全部纳入初始无线指纹库，完成指纹库的建立。

以上所述仅为本发明的较佳的实施例而已，并不限制本发明，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何改变，等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集员在已知采集点或者采集线路采集原始无线信号数据，所述无线信号数据至少包含采集位置信息和当前位置采集到的所有无线信号强度，建立初始无线信号数据库，所述无线信号数据库包含全部采集位置的ID以及在采集位置采集到的所有无线信号强度数据；

S2：剔除采集到的原始无线信号强度小于-90dbm的所有指纹；

S3：统计保留的无线信号强度的数量以及所有无线基站的数量，计算平均信号强度个数，即每个采集点能接收到的平均无线信号数量；

S4：利用步骤S3中的平均信号强度数量乘以β确定适宜定位的无线基站数量，所述β为调节参数；

S5：将信号强度范围分为若干等分，取每等分中间值，在步骤S4中找到需要采集位置的指纹数据，统计基站信号在若干等分中的个数，计算出基站在采集点的无线信号强度参数，按此方法计算出同一基站在垂直方向上不同采集点的无线信号强度参数，定位基站满足任意两组无线信号强度参数之差的绝对值大于所述阈值α，所述阈值α用于评价无线基站在垂直方向上的定位强度，其取值范围为[5dbm，10dbm]；所述垂直方向上不同采集点的无线信号强度参数表示为：

S表示某一基站，f表示垂直方向上的采集点，b₁-b_n为若干分组的中间值，a₁-a_n表示为基站S在若干分组中的无线信号个数；

S6：在步骤S4中找到需要采集位置的指纹数据，选定信号强度不一致的水平方向若干采集点，计算基站在水平方向上的无线信号强度均值，所述均值用于计算无线基站水平方向上的无线信号强度方差，定位基站满足方差小于阈值var_the；

S7：经筛选后的无线基站信号在水平方向或者垂直方向上均能被用于定位。

2.根据权利要求1所述的一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于：步骤S1中所述采集点周围无干扰源时的无线信号强度根据无线信号衰减模型计算得出，位于其中的某一位置算作另一有效采集点。

3.根据权利要求2所述的一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于：步骤S3中计算平均强度个数表示为：其中M表示保留的无线信号强度的数量，N表示所有无线基站的数量。

4.根据权利要求3所述的一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于：步骤S4中所述调节参数β根据实际情况在范围[0,1]取值，表示为:m·β；用于定位的基站需要满足信号强度个数大于m·β。

5.根据权利要求4所述的一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于：步骤S6中基站在水平方向上的无线信号强度均值表示为：

无线信号强度方差表示为：

S表示某一基站，g表示水平方向上的采集点，t为基站S采集到的水平方向上的采集点的无线信号的个数，rssi为基站采集的在水平方向的采集点的无线信号强度值，i为表示基站S采集的在水平方向的采集点的无线信号的序号，且i∈[1,t]。

6.根据权利要求5所述一种无线指纹库初始数据的处理方法，其特征在于：所述阈值var_the用于判断无线基站在水平方向的定位强度，统计所有基站在不同水平方向上的无线信号强度方差，计算其平均值var_mean，var_the＝var_mean·λ，所述λ为调节参数，其取值范围为[0,1]。

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