CN109640251B - 一种室内的定位方法及装置 - Google Patents

一种室内的定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室内的定位方法，包括：根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；根据有效室内定位区域的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，并获取采样数据；通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位，解决了现有的室内定位技术中施工难度大，计算效率低、空间定位偏差的问题。

Description

一种室内的定位方法及装置
技术领域
本申请涉及定位领域，具体涉及一种室内的定位方法，同时涉及一种室内的定位装置。
背景技术
基于位置的服务LBS(Location Based Service)是指利用用户的位置信息或运动轨迹信息提供的増值服务，已在智慧医疗、安全保护、商业广告、社交应用、智能出行、地图导航等多个领域得到广泛应用，在信息化程度越来越高的当今社会扮演着重要的角色。
自从以GPS为代表的定位技术出现以来，其高效、方便、快速与准确的特性使人们的生活出现了巨大变化，带动了一批应用和服务的快速发展。但是，由于GPS本身技术的限制，该技术只能实现室外的定位应用，不能解决室内环境的定位问题。随着智慧城市、物联网、移动互联网等技术成为全球信息产业新一轮竞争的制高点，作为这些领域的共性基础，“位置服务”尤为重要，正深入国民经济各领域，人们对室内定位的需求日益增加，如何通过技术手段来解决室内定位问题满足实际的精度需求已经成为亟待解决的问题。
但是，现有的技术或产品大多聚焦在平衡成本和施工难度、提高无线电信号质量与定位精度上。在特定场景下，尤其是在面向智能移动终端的室内定位技术方面，一味的追求定位精度不能满足用户使用需求，如在商场、医院、展会的特定场景定位方面，不能单纯的用绝对误差衡量定位精度，应结合用户使用习惯与实际场景地图进行基于场景的高精度(商场到柜台、店铺；医院到科室；展会到展台)定位，具体表现在：
1)施工难度大、周期长：在现有的室内定位技术中，主要分为基于WiFi AP的指纹定位与基于蓝牙的定位两种方式。这两种主流室内定位方式无论是从设备部署，还是从硬件采购成本、施工周期，都会产生高额的成本，且消耗大量的时间与人力。
2)计算效率低：随着室内定位场景面积的增大，需要增加大量采样位置，因此在匹配运算的过程中，会产生大量的运算逻辑，导致定位计算效率降低。
3)空间定位偏差：传统的室内定位评价方法，大多是以定位精度与误差作为标准，即不考虑室内空间分布与格局，这样的评价方法是片面的，缺乏对地图与场景的理解。
发明内容
本申请提供一种室内的定位方法，解决了现有的室内定位技术中施工难度大、计算效率低、空间定位偏差的问题。
本申请提供了一种室内的定位方法，其特征在于，包括：
根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；
根据有效室内定位区域的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，并获取采样数据；通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；
通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位。
优选的，所述根据室内空间分布，确定有效室内定位区域，包括：
根据室内空间分布，在室内二维平面的基础上，确定有效定位区域；
定义各有效定位区域的二维空间的闭合范围与定位精度要求。
优选的，还包括：
根据使用场景将所述定位区域划分为静态场景和动态场景。
优选的，所述静态场景，包括：
根据定位场景的面积及划分规则，将静态场景划分为小面积封闭式定位场景、大面积封闭式定位场景、无墙体开放式定位场景。
优选的，所述动态场景，具体的包括：动态导航定位场景。
优选的，所述部署相应的无线电信号发射装置，包括：
设置最大值d，d为单位范围内采样点最大间隔距离；
在采样点部署WiFi AP。
优选的，还包括：
在采样点部署WiFi AP的基础上，还可以部署低功耗蓝牙，增强定位精度与可靠性。
优选的，所述通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点，包括：
通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，将定位点锁定在指定范围内；
通过指定频率的采样数据迭代拟合，锁定定位点。
优选的，所述通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位，包括：
使用智能设备终端开启导航或路径规划进行运动定位时，结合室内地图路网数据，设置阈值lamda；
当实际定位位置与路网偏差值大于阈值lamda时，将启动静态定位模式；
将静态定位位置点作为初始点继续进行导航，直至路径引导结束或人为终止导航。
本申请同时提供一种室内的定位装置，其特征在于，包括：
定位区域确定单元，用于根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；
采样数据获取单元，用于根据有效室内定位区域的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，并获取采样数据；通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；
定位单元，用于通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位。
本申请提供的一种室内的定位方法，通过室内空间分布，确定有效定位区域，在有效定位区域内部署WiFi AP和低功耗蓝牙，然后自适应的设置采样标注位置，通过实时采集的室内空间无线电信号数据，与智能设备终端的多传感器数据进行混合定位，解决了现有的室内定位技术中施工难度大，计算效率低、空间定位偏差的问题。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种室内的定位方法流程示意图；
图2是本申请实施例涉及的自适应的设置采样标注位置示意图；
图3是本申请实施例提供的一种室内的定位装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种室内的定位方法流程示意图，下面结合图1，对本申请实施例提供的方法进行详细说明。
步骤S101，根据室内空间分布，确定有效室内定位区域。
根据室内空间分布，在室内二维平面的基础上，确定有效定位区域，即自适应网格化，并将各区域赋予相应的定位精度需求。这一步为初始非数字化实现阶段，需人工干预，明确定义各有效定位区域的二维空间闭合范围与定位精度要求。同时，将路网数据进行数字化，即通过点、线的相互连通形式表示，以为后续动态定位使用。
根据使用场景将所述定位区域划分为静态场景和动态场景，本申请摒弃了单方面对高定位精度一味的追求，通过合理控制成本、高效信息采集等理念，将室内定位场景细分为两种场景，然后根据定位场景的面积及划分规则，将静态场景划分为小面积封闭式定位场景、大面积封闭式定位场景、无墙体开放式定位场景。动态场主要指动态导航定位场景。
下面以大型商场、医院等实际场景为例进行基本描述。
第一种场：静态场景
静态场景主要用于对使用者(商场中的消费者、医院的患者等)初始位置进行计算，明确用户或设备所在位置；或者用户在使用路径规划进行引导过程中，偏离***预设路线时，进行位置矫正的位置计算。此时用户为相对静止状态且无目的地规划，因此为静态场景，具体分为3类：
1)小面积封闭式定位场景
根据具体的室内空间分布结构与用户精度需求，可自定义较小封闭场景的面积，如医院里较小的诊室、商场中面积较小的品牌店铺等。在此类场景的定位中，本技术提供的定位方法更专注于是否准确计算到此区域内，而不是用实际的定位偏差距离衡量精度。
2)大面积封闭式定位场景
将小面积封闭区域之外的非开放场景，定义为较大的封闭式定位场景，如医院内面积较大的候诊室、输液室，或是商场内面积较大或有隔断的店铺。我们通过递归方法，将此类场景通过二维空间结构，逐步聚焦至可计算的级别，进而实现大面积内的封闭场景定位。
3)无墙体开放式定位场景
在无墙体或封闭结构的环境，定义为开放式定位场景，如商场中开放式大厅、咖啡厅、化妆品专柜，医院内的挂号排队区、就诊后收费、取药点等。此类场景虽然受室内二维空间分布影响较小，但是在用户实际使用中，人流或密度变化较大，需要通过对采集的空间无线信号进行处理后，进行计算，避免由于噪声引起定位误差。
第二类场景：动态类场景
动态类场景主要为搜索查询到目标位置，通过***提供的路径规划进行导航时，随着用户的移动，进行实时动态的定位。
4)动态导航定位场景
在指定初始位置和目标位置后，***会根据地图结构计算并推荐路线，在实时的引航过程中，需要实时的对用户设备进行动态定位。通过惯性导航技术，将设备采集到的各类姿态感知数据进行运算，并在计算过程中，需要通过路网绑定、匹配等方法进行位置纠偏与矫正。同时，要实时判断设备是否偏离预设路线，当确认偏离后，通过前序方法重新进行定位与路径规划。
步骤S102，根据有效室内定位区域的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，获取采样数据；通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点。
根据有效室内定位区域的结构体内部结构，及各区域赋予相应的定位精度需求，自适应的设置采样标注位置，然后设置最大值d，d为单位范围内采样点最大间隔距离，有效经验值一般取20米；然后在采样点部署WiFi AP，对于精度要求较高的区域，可在WiFi AP覆盖的基础上，部署低功耗蓝牙(BLE)信号发射终端，进而增强定位精度与可靠性；针对步骤1中明确划分的每个有效定位范围，在其闭合范围内的折点标注采样点，并在其采样点通过智能终端设备采集n组空间无线电信号，有效经验值一般取值为300，采集间隔500毫秒。
为了满足上述场景细分的空间约束，在室内结构复杂，且分布不均的情况下，利用现有的大规模指纹匹配算法无论是在响应时间和精度方面，都无法满足特定场景的精准定位需求。
因此，本申请在R树空间分布思想的基础上，提出了一种基于网格的自适应采样位置标注方法。在可标注二维平面地图内，根据已有的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，如图2所示。通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，将定位点精确的锁定在特定范围内，并通过特定频率的采样数据迭代拟合，逼近实际位置。
同时，在部分POI(兴趣点)密度较高或精度需求较强的场景下，通过区分度较高的需求分析，通过少量的布设BLE信号发射源，来提高定位精度，进而提高用户在场景下的功能需求。
步骤S103，通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位。
通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位。当用户使用智能设备终端开启导航或路径规划进行运动定位时，结合室内地图路网数据，设置阈值lamda，当实际定位位置与路网偏差值大于阈值lamda时，将启动静态定位模式，将静态定位位置点作为初始点继续进行导航，直至路径引导结束或人为终止导航。
本发明能够做到面向场景细分的高精度室内定位，主要处理流程如下：
样本采集步骤：
在初始位置计算方面，本发明采用基于无线电指纹特征的定位方法，其中，无线电包括WLAN、局部部署的BLE等基础设施。WLAN信号在开放区域中传输的有效距离较远，其在室内环境下的有效信号搜索与识别距离也可以达到50m以上，而且WLAN网络具有很强的可扩展性，可以方便的与现有网络，如有线以太网等网络进行整合，组网简单且成本较低。
同时，WLAN通信技术采用了FDM调制模式，它具有较好的频谱利用率和很强的抗多径效应。多数的公共场景如大型商场、车站、机场、医院等场所均覆盖了自组网的WLAN空间环境，因此，在成本、施工量等多方面考量下，选取了基于WLAN的网格定位方法，同时在信号覆盖密度较小的区域选用BLE混合模式。
由于空间特别是室内无线电信号的跳变特点，本申请设计了的对采样定位信号过滤步骤：
通过前一个时刻的估计值和当前时刻的观测值对状态变量的估计值进行更新，计算当前时刻的估计值。它的实质是利用观测值不断校正***的状态向量，通过“实测—预测—校正”的顺序进行递归，利用***的观测值来消除随机干扰，再现***的状态。
滤波算法递归逻辑子步骤如下：
1.计算当前状态的单步预测量；
2.计算误差协方差的单步预测矩阵；
3.计算增益；
4.根据当前观测量校正状态估计；
5.更新误差协方差矩阵。
本申请涉及的无线电指纹特征定位主要用于初始定位，或智能移动终端间歇行休眠后的位置确定。本申请面向初始位置计算的室内定位技术整体工作流程子步骤如下：
1.采样点特征提取；
2.采样数据概率统计；
3.测试点与采样特征计算；
4.选取最近邻采样点；
5.选取最近邻网格；
6.加权位置计算；
7.输出定位结果。
本申请同时提供一种室内的定位装置300，请参看图3，其特征在于，包括：
定位区域确定单310，用于根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；
采样数据获取单元320，用于有效室内定位区域内部署相应的无线电信号发射装置；根据有效室内定位区域的结构体内部结构，自适应的设置采样标注位置，并获取采样数据；
定位单元330，用于通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位。
本申请提供的方法，通过室内空间分布，确定有效定位区域，在有效定位区域内部署WiFi AP和低功耗蓝牙，然后自适应的设置采样标注位置，通过实时采集的室内空间无线电信号数据，与智能设备终端的多传感器数据进行混合定位，解决了现有的室内定位技术中施工难度大，计算效率低、空间定位偏差的问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种室内的定位方法，其特征在于，包括：
根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；
根据有效室内定位区域的结构体内部结构，定位装置自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，所述无线电信号发射装置获取采样数据；定位装置通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；
定位装置通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位，包括：使用智能设备终端开启导航或路径规划进行运动定位时，结合室内地图路网数据，设置阈值lamda；当实际定位位置与路网偏差值大于阈值lamda时，定位装置将启动静态定位模式；智能设备终端将静态定位位置点作为初始点继续进行导航，直至路径引导结束或人为终止导航。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据室内空间分布，确定有效室内定位区域，包括：
根据室内空间分布，在室内二维平面的基础上，确定有效定位区域；
定义各有效定位区域的二维空间的闭合范围与定位精度要求。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
根据使用场景将所述定位区域划分为静态场景和动态场景。
4.根据权利要求3所述的方法，所述静态场景，包括：
根据定位场景的面积及划分规则，将静态场景划分为小面积封闭式定位场景和/或大面积封闭式定位场景和/或无墙体开放式定位场景。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动态场景，具体的包括：动态导航定位场景。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部署相应的无线电信号发射装置，包括：
设置最大值d，d为单位范围内采样点最大间隔距离；
在采样点部署WiFi AP。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
在采样点部署WiFi AP的基础上，部署低功耗蓝牙。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位装置通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点，包括：
定位装置通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，将定位点锁定在指定范围内；
通过指定频率的采样数据迭代拟合，锁定定位点。
9.一种室内的定位装置，其特征在于，包括：
定位区域确定单元，用于根据室内空间分布，确定有效室内定位区域；
采样数据获取单元，用于根据有效室内定位区域的结构体内部结构，定位装置自适应的设置采样标注位置，并部署相应的无线电信号发射装置，所述无线电信号发射装置获取采样数据；定位装置通过自适应的采样点网络连通与拓扑结构，锁定定位点；
定位单元，用于定位装置通过实时采集的室内空间的无线电信号数据，与智能设备终端的多个传感器数据结合，进行混合定位，包括：使用智能设备终端开启导航或路径规划进行运动定位时，结合室内地图路网数据，设置阈值lamda；当实际定位位置与路网偏差值大于阈值lamda时，定位装置将启动静态定位模式；智能设备终端将静态定位位置点作为初始点继续进行导航，直至路径引导结束或人为终止导航。
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