CN109856596B - 一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法、计算机可读存储介质及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明主要提供了一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，其步骤包括：获取高速移动体当前定位离散数据，以通过惯性导航模块进行整合后，获取定位连续位置数据；经无线节点扫描装置获取无线节点信号数据；通过时间同步装置分别为无线节点信号数据和定位位置数据打上时间戳；依据时间戳撮合无线节点信号数据与定位位置数据形成无线节点信号位置指纹，从而实现在高速移动状态下精确搜集无线节点信号位置指纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线节点信号位置指纹搜集方法，尤其涉及在高速移动状态下收集无线节点信号位置指纹的方法，计算机可读存储介质及计算机及设备。
背景技术
目前为了提供精确的室外利用无线节点空间杂波信号的定位服务，需要建立庞大的带有精确位置标签的无线节点空间杂波信号指纹数据库。而如何高效的收集此类无线节点信号位置指纹数据一直是困扰本领域技术人员的难题之一。
因此发明人曾考虑以车辆等高速移动载具来承载无线节点探测设备，从而高速的进行无线节点信号位置指纹的探查和搜集，然而遇到的技术问题是，目前要实现精确定位通常是由GPS，GLONASS，GALILEO，北斗等卫星导航***提供，而卫星导航位置的刷新频率通常是每秒1次。但无线节点信号的扫描方式通常是对每个信道进行串行扫描。以Wi-Fi为例，先由各信道发出探针请求，后等待回复的信号，然后切换到新的频道重复以上的动作。因此通常完成一次扫描须要3-5秒的时间。
举例来说假定车的时速60公里/小时，即17米/秒，在5秒的扫描时间段，车已经移动了85米，也就是说，这次扫描的位置标签的精度只有85米。另外，由于卫星导航的位置的更新频率是1Hz，在位置更新的时间段，也会产生17米的位置误差。这样无线节点信号指纹数据的位置标签的总误差可能达到100米左右。
因此这种扫描方式若运用到车载扫描工具上的话，其扫描出的无线节点信号位置指纹的精度显然是无法达到指纹数据库的要求的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，以实现在高速移动状态下精确搜集无线节点指纹。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，步骤包括：S1获取高速移动体当前的离散定位数据，以通过惯性导航模块进行整合后，获取连续的定位数据；S2经无线节点扫描装置获取无线节点信号数据；S3通过时间同步装置分别为无线节点信号数据及定位数据打上时间戳；S4依据时间戳撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点信号位置指纹。
优选实施方式下，其中该无线节点扫描装置的扫描步骤包括：令无线节点扫描装置执行信道串行扫描命令，以分解无线节点信道扫描任务，获取无线节点信号数据序列；经时间同步装置为各无线节点信号数据打上时间戳。
优选实施方式下，其中该无线节点扫描装置的扫描步骤包括：令无线节点扫描装置执行信道并行扫描命令，各信道同步并行无线节点信道扫描任务，获取无线节点信号数据序列；经时间同步装置为各无线节点信号数据打上时间戳。
优选实施方式下，其中无线节点信号数据打上了无线节点信道扫描开始时间戳Tk，形成定位回溯，以根据时间戳Tk撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点位置指纹。
优选实施方式下，其中该无线节点扫描装置为Wi-Fi、Zigbee、蓝牙，LoRa，无线蜂窝网络(Cellular Network)扫描装置中的一种或多种结合，以获取对应无线节点信号数据。
优选实施方式下，其中该定位数据为GPS、GALILEO，GLONASS，北斗卫星定位数据中的至少一种。
优选实施方式下，其中该惯性导航模块整合步骤包括：由惯性传感器获取角速度及加速度，计算当前高速移动体移动姿态及位置；经卡尔曼滤波器结合已知卫星定位定位数据获取定位连续位置数据。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的硬件设备，其包括：中央处理器，惯性器件，卫星***件和扫描器件，其中中央处理器调取执行计算机指令，并控制卫星***件，惯性器件和扫描器件执行上述高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，当该计算机可执行指令被处理器执行时，该处理器执行如上述任一该的高速移动状态下搜集无线节点位置指纹的方法。
通过本发明的该高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法、计算机可读存储介质及其设备，能够解决在高速移动状态下无法精确搜集无线节信号位置指纹的技术难题，使得此类技术能够在高速移动状态下，精确搜集周边无线节点信号数据并根据时间戳与定位数据进行撮合，整体提高了所采集的无线节点信号位置指纹的精确度，总体降低了此类位置指纹的搜集难度，并显著提高了收集效率，进而解决了困扰本领域技术人员多时的难题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法中的卫星导航定位装置，惯性导航模块，无线节点信号扫描装置硬件结构示意图；
图2是本发明的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法中的惯性导航模块以及卫星导航定位***进行定位整合估算的结构示意图；
图3是本发明的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法中的Wi-Fi扫描装置串行扫描结构示意图；
图4是本发明的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法中的Wi-Fi扫描装置并行扫描结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“S1”、“S2”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
此外，本发明的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，可以适配各类无线节点扫描装置包括Wi-Fi、Zigbee、蓝牙，LoRa，无线蜂窝网络(Cellular Network)等扫描装置中的一种或多种结合在内的多种无线通信节点信号的位置指纹的搜集，以获取对应的无线节点信号数据。因此本发明下述将以搜集Wi-Fi信号位置指纹为例进行说明，但本领域技术人员应当理解该实施方案仅为优选示例，而未进行任何限制，本领域技术人员完全能够根据下述实施例的相关技术方案，结合现有技术并在无需智力劳动的情况下套用本实施例。因此得出其他现有无线节点信号位置数据的搜集方案皆属于本发明的揭露范围。
具体来说，本发明的该高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法技术方案主要利用卫星导航与惯性导航等技术，对高速移动的车辆或其他交通工具进行精确的连续轨迹匹配，获取其任意时刻的精准坐标，并配合高速移动状态下无线节点的快速扫描的技术，将车辆或其他交通工具的精准坐标与扫描得到的无线节点信号进行匹配，从而达到在高速移动中获得高精度的无线节点信号的位置数据。最终实现快速大面积的对无线节点信号位置信息的收集，形成无线节点信号位置指纹库。
为此本发明的实施例以搜集Wi-Fi信号位置指纹为例，进行示例说明，请参阅图1至图4，该提供的一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，其步骤包括：通过现有技术的定位装置及技术，获取高速移动体当前的定位数据，如GPS，GLONASS，GALILEO，北斗定位数据等，而本实施例中优选为GPS接收机获取GPS定位数据为例进行说明；之后该GPS定位数据通过惯性导航模块进行整合后，获取定位的连续位置数据，如图2所示，其中该惯性导航模块整合步骤包括：由惯性传感器获取角速度及加速度，计算当前高速移动体移动姿态及位置；由GPS接收机获取的包括：距离，相位，差分信息在内的GPS位置数据，经卡尔曼滤波器计算后即可获取定位连续位置数据；
后经Wi-Fi扫描装置获取周围Wi-Fi AP(Access Point)的信号数据；通过时间同步装置分别为AP信号数据及定位位置数据打上时间戳；并依据时间戳撮合AP信号数据与连续位置数据，即可形成无线节点信号位置指纹。
具体来说，如图1所示，为了使GPS定位装置，惯性导航模块，无线节点信号扫描装置之间能够形成精确的时间同步以提高数据的精确度，该时间同步装置本实施例中优选可以利用GPS接收机上的时间脉冲信号来完成。GPS接收机在卫星条件足够的情况下，可以输出与GPS时间标准相差不超过几十纳秒的高精度时间脉冲。其脉冲前沿代表了GPS时间的整秒时刻。从而该时间同步装置利用这个时间脉冲作为本***的统一同步时间，对本***的各时间进行修正，实现精确的时间同步。
此外值得一提的是，传统Wi-Fi信号扫描装置通常完成一次扫描须要3-5秒的时间，因此本发明为了缩短扫描时间，设计了一种串行扫描方案，即令无线节点扫描装置执行信道串行扫描命令，以分解无线节点信道扫描任务，获取无线节点信号数据序列；经时间同步装置为各无线节点信号数据打上时间戳。
具体来说，Wi-Fi扫描装置的工作原理上是，根据顺序分别扫描出各个信道后，再统一给出扫描列表，因此才会造成完成一次扫描需要3-5秒时间，因此发明人根据上述原理创造性的想到了一个解决方案，即通过分拆各个信道的扫描任务，各信道根据顺序分拆各信道扫描任务，如图3所示，不再进行汇总报告，而是根据顺序串行扫描分别报告，并给出当前信道扫描出的无线节点信号数据，而单个信道的扫描任务完成是极其快速的，从而通过该串行分割信道扫描任务的方法，即可实现实时快速扫描出无线节点信号数据的功效。
此外在优选替换实施方式中，如图4所示，发明人还给出了通过并行Wi-Fi扫描装置信道扫描任务的方案来提高AP数据扫描速度的方案，即令无线节点扫描装置执行信道并行扫描命令，各信道同步并行无线节点信道扫描任务，获取AP数据序列；经时间同步装置为各AP数据打上时间戳。
具体来说，即通过并行各个信道的扫描任务，同时进行扫描任务，这样不但整体提高一次扫描速度，同时可以扩大一次扫描的范围，并一次扫描获取更多的无线节点信号数据，以提高在高速移动状态下搜集无线节点信号数据的效率，也进一步提高无线节点信号位置位置的搜集效率。而该技术方案的实现方式可以通过增加Wi-Fi扫描装置中的Wi-Fi模块的方式来增加并行信道的数量，并令各个Wi-Fi模块并行扫描，从而实现扫描任务并行的功效。
其中值得一提的是，即便能快速搜集到无线节点信号数据，由于处在高速移动状态下，该无线节点信号数据与定位数据之间还是会具有精度误差，若设无线节点各信道每次扫描所需时间为dTk，高速移动体当前移动速度为V，则误差移动距离为dSk＝V*dTk，假定载具的速度是60公里/小时，单个信道的扫描时间0.1秒，可以估算出完成单个信道扫描时，载具移动了1.7米。
与此同时，由于高速移动物体如车辆行驶扫描是时间的连续函数，可以根据对每个信道扫描的时间戳Tk，k＝1..N，计算出对每个信道扫描开始时刻的精确位置xk＝f(Tk)。即在AP数据上打上了无线节点信道扫描开始时间戳Tk，形成定位回溯，从而可根据时间戳Tk撮合AP数据与定位连续位置数据形成精确的无线节点位置指纹。
此外根据本发明的另一方面，还提供了一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的硬件设备，其包括：处理器(CPU)，惯性器件，卫星***件和扫描器件，其中中央处理器调取执行计算机指令，并控制卫星***件，惯性器件和扫描器件执行上述实施例中的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法。从而完成无线节点信号位置指纹的采集。
此外根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，当该计算机可执行指令被处理器执行时，该处理器执行如上述任一该的高速移动状态下搜集无线节点位置指纹的方法。
综上所述，通过本发明的该高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法、计算机可读存储介质及设备，能够解决在高速移动状态下无法精确搜集无线节点位置指纹的技术难题，使得此类技术能够在高速移动状态下，精确搜集周边无线节点信号数据并根据时间戳与定位数据进行撮合，整体提高了所采集的无线节点信号位置指纹的精确度，总体降低了此类位置指纹的搜集难度，并显著提高了收集效率，进而解决了困扰本领域技术人员多时的难题。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，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。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。及其相关的硬件也包括卫星***件，惯性导航器件，以及无线节点信号的扫描器件等所需的硬件设备。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (6)
1.一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，步骤包括：
S1获取高速移动体当前定位的离散数据，以通过惯性导航模块进行整合后，获取定位连续位置数据；
S2经无线节点扫描装置获取无线节点信号数据；
S3通过时间同步装置分别为无线节点信号数据及定位连续位置数据打上时间戳；
S4依据时间戳撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点位置指纹；
其中所述无线节点扫描装置的扫描步骤包括：
令无线节点扫描装置执行信道串行扫描命令，以分解无线节点信道扫描任务，获取无线节点信号数据序列；经时间同步装置为各无线节点信号数据打上时间戳；根据对每个信道扫描的时间戳
, k=1..N, 计算每个信道扫描开始时刻的精确位置 
形成定位回溯，以根据时间戳
撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点位置指纹。
2.根据权利要求1所述的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，其中所述无线节点扫描装置为Wi-Fi、Zigbee、蓝牙，LoRa，无线蜂窝网络扫描装置中的一种或多种结合，以获取对应无线节点信号数据。
3.根据权利要求1所述的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，其中所述定位数据为GPS、BDS，GLONASS, GALILEO定位数据中的至少一种。
4.一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法，步骤包括：
S1获取高速移动体当前定位的离散数据，以通过惯性导航模块进行整合后，获取定位连续位置数据；
S2经无线节点扫描装置获取无线节点信号数据；
S3通过时间同步装置分别为无线节点信号数据及定位连续位置数据打上时间戳；
S4依据时间戳撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点位置指纹；
其中所述无线节点扫描装置的扫描步骤包括：
令无线节点扫描装置执行信道并行扫描命令，各信道同步并行无线节点信道扫描任务，获取无线节点信号数据序列；经时间同步装置为各无线节点信号数据打上时间戳；根据对每个信道扫描的时间戳
,k=1..N,计算每个信道扫描开始时刻的精确位置
形成定位回溯，以根据时间戳
撮合无线节点信号数据与定位连续位置数据形成无线节点位置指纹。
5.一种高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的设备，其包括：中央处理器，惯性器件，卫星***件和扫描器件，其中中央处理器调取执行计算机指令,并控制卫星***件，惯性器件和扫描器件执行如权利要求1至4任一所述的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法。
6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被处理器执行时，所述处理器执行如权利要求1至4任一所述的高速移动状态下搜集无线节点信号位置指纹的方法。
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