CN110248308A - 基于可见光和wifi融合的智慧校园lbs定位*** - Google Patents

基于可见光和wifi融合的智慧校园lbs定位*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，包括传感器网络、云计算大数据平台和物联网；传感器网络用于信息的采集；云计算大数据平台用于将不同的计算处理器和存储单元进行统一的管理，将传感器网络采集的信息进行***分析；物联网的软件层包括用户视图层、感知层、传输层、智能终端层、控制中心和网络层，用于提高资源共享效率。本发明利用校园WIFI网络，搭建基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，通过建立不同的地图，联系各类数据，进行大数据分析，教室等室内环境利用可见光进行人员定位，将信息和服务有机结合，为校园用户提供成校园导航、上课导引等功能。

Description

基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***
技术领域
本发明属于校园基于位置服务(Location Based Service，LBS)定位技术领域，具体涉及一种基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***。
背景技术
随着大数据时代的到来，基于位置感知的物联网应用正在发挥越来越大的作用。随着移动终端和校园无线网络的普及，LBS技术逐渐成为发展的热门。
当前多数高校已经组建了自己的无线网络，并且具有较高的网络覆盖率，如果能利用校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，进行在线和离线目标定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，包括传感器网络、云计算大数据平台和物联网；
所述传感器网络由分布在空间的若干连续运行传感器组成，用于信息的采集；
所述云计算大数据平台用于将不同的计算处理器和存储单元进行统一的管理，将传感器网络采集的信息进行***分析；
所述物联网的软件层包括用户视图层、感知层、传输层、智能终端层、控制中心和网络层，用于提高资源共享效率。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的传感器分布在教学楼、实验室、食堂和图书馆。
上述的用户视图层用于获取各类信息和服务；
所述感知层利用校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，进行在线和离线目标定位；
所述传输层将采集的信息传送至***控制中心；
所述智能终端层用于***定位；
所述的控制中心由网络设备、服务器和***软件组成，用于实时结算处理采集的信息，生成差分改正信息，同时实现对网络和用户的监控管理；
所述的网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。
上述的定位方式还包括采集教室内可见光信息，用于室内定位。
上述的智能终端层支持多种嵌入式操作***平台，并安装相应APP、可见光图像处理模块和WIFI模块，通过WIFI方式为定位提供数据传输链路。
上述的信息包括设施、设备、人员和师生活动轨迹信息。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用校园WIFI网络，搭建基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，通过建立不同的地图，联系各类数据，进行大数据分析，教室等室内环境利用可见光进行人员定位，将信息和服务有机结合，为校园用户提供成校园导航、上课导引；排课***可视化；上课签到/出操报数自动统计；保安、保洁智能巡更巡检等功能。
附图说明
图1为本发明实施例的教室内***结构图；
图2为本发明实施例的校园导航图；
图3为本发明实施例的自习教室空闲调度图；
图4为本发明实施例的校园安全管理图；
图5为本发明实施例的室内可见光频率对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，包括传感器网络、云计算大数据平台和物联网；
所述传感器网络由分布在空间的若干连续运行传感器组成，用于信息的采集；
实施例中，所述传感器分布在教学楼、实验室、食堂和图书馆；所述信息包括设施、设备、人员和师生活动轨迹信息。
所述云计算大数据平台用于将不同的计算处理器和存储单元进行统一的管理，将传感器网络采集的信息进行***分析；
实施例中，如图4所示，应用于校园安全管理，利用非接触式门禁、支付校园一卡通。实现现有校园一卡通功能基础上，可同时对人员进行位置管理。访客领到临时胸卡后，***自动记录访客位置信息。视频联动告警(当访客进入不该进入的区域，监控摄像联动弹出报警画面，实时抓拍取证)。矢量地图与安防监控对接的可视化管理。并且根据位置信息进行路线偏离告警、漏检告警、顺序异常告警、并且能够给出日报、月报、年报等信息。
所述物联网的软件层包括用户视图层、感知层、传输层、智能终端层、控制中心和网络层，用于提高资源共享效率。
实施例中，所述用户视图层用于获取各类信息和服务；
所述感知层利用校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，进行在线和离线目标定位；
所述传输层将采集的信息传送至***控制中心；
所述智能终端层用于***定位；
实施例中，所述智能终端层支持多种嵌入式操作***平台，并安装相应APP、可见光图像处理模块和WIFI模块，通过WIFI方式为定位提供数据传输链路。
所述的控制中心由网络设备、服务器和***软件组成，用于实时结算处理采集的信息，生成差分改正信息，同时实现对网络和用户的监控管理；
所述的网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。
实施例中，所述定位方式包括两种：
1.所述感知层利用校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，进行在线和离线目标定位；
具体实施例如下：
通过校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，进行在线和离线目标定位。主要利用信号强度和距离的数学关系，通过传输层把采集数据送到控制中心，由服务器利用锚节点坐标得到目标位置信息，进而完成校园导航、查询空闲自习室、显示楼层和教室、实时动态人流热图、上课导引等功能，校园导航、查询空闲自习室结果如图2和图3所示。
如图1所示，首先，待观测区域布置了多个未知已知的锚节点AP，取其中一个锚节点O点为初始簇点，计算其他锚节点到O点之间的欧式距离，取K-1个距离最远的锚节点和O点作为待测区域的K个簇点，将待测区域分为K个网格，待测目标进入待观测区域后，计算待测目标与K个簇点的欧式距离，将其归到最近的网格里，然后控制中心根据待测目标收到的RSSI信号，计算其坐标。
其中，n为该网格中锚节点个数，wi为各锚节点权值系数，dmax为该网格中目标和接收信号强度最大的锚节点之间的距离，di为该网格中目标和其他锚节点之间的距离。
对于网络边界的未知普通节点，它们周围的锚节点数量较少，不适于上面的方法。可以通过它们周围已经定位的普通节点来定位网络边界节点，把这些已经知道位置的普通节点看成上面方法中的锚节点，使用上面的步骤完成定位。
所述的校园导航，主要方法是将定位信息进行投影、联合导航终点信息与地图中的可通行区域进行比较，找出与运动轨迹匹配度最高的路径，并使用途中道路的关键点(例如转弯点)对定位过程中的积累误差进行修正。
2.所述感知层室内通过采集教室内可见光信息，用于室内定位。
具体实施例为教务管理、大数据分析：
通过感知层采集教室和学生位置信息，通过传输层传输采集数据到控制中心，实现排课***可视化、课前信息通知提醒等，进而借助服务器大数据实时展示教室占用状态、班级上课状态实时展示、三维柱状统计图显示上课签到/出操报数自动统计，能够在监控中心实时查询到应到、实到、缺勤人数以及历史信息。
首先，对不同教室进行特定光频率的采集，针对不同的频率，分别将其频率，编号等信息采集并存入数据库中。当学生进入某教室后，通过手机实时拍摄教室内灯光所得的照片中的明暗条纹差别很大，利用光频率的不同，对所得照片进行图像处理分析，可以得到需要的精确的条纹模型；
其次，控制中心针对处理结果显示数据，与数据库所存储的所有数据进行对比，得到特定光频率对应的所有信息；
最后，针对教室光频率数据库，学生的位置可以很准确的显示在地图上，由此实现室内定位。
具体包括以下步骤：
S1：对教室内所有的白色的用于照明的灯进行采集分析，每盏灯对应一个特定频率，然后依次进行编号，将编号，频率，位置信息等均需要存入数据库，室内可见光频率对比如图5所示；
S2：图像处理，每盏灯特定的频率为
其中，F表示光源闪烁的频率，T表示图像传感器扫描一行像素的时间，也可将其称为卷帘式快门的周期，W为在一个周期内形成的明暗条纹宽度和，h为单个像素的高度值，默认为1。
S3：读取拍摄的图像，对图像进行灰度处理，模糊去噪，二值化等处理；提取出最大的轮廓，对其加矩形框，同时获取矩形框的质心坐标；计算质心坐标，求出各条纹间距的均值，即可得到条纹宽度，于是由以上所述核心公式便可以计算出特定的灯频率。
以矩形框的某一顶点(x1,y1,z1)出发将四边形划分为i-2个三角形，则改进的加权质心法为：
其中(x′i，y′i，z′i)代表子三角形的质心，si代表子三角形的面积。
S4：将上一步骤分析所得的特定的频率数据去与数据库中的大量数据对比，根据最大相似性原理，得到特定的一盏灯的所有已存储的信息，该盏灯即为所拍的那盏灯。
S5：根据距离那盏灯的距离，来实现室内定位。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：包括传感器网络、云计算大数据平台和物联网；
所述传感器网络由分布在空间的若干连续运行传感器组成，用于信息的采集；
所述云计算大数据平台用于将不同的计算处理器和存储单元进行统一的管理，将传感器网络采集的信息进行***分析；
所述物联网的软件层包括用户视图层、感知层、传输层、智能终端层、控制中心和网络层，用于提高资源共享效率。
2.根据权利要求1所述的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：所述传感器分布在教学楼、实验室、食堂和图书馆。
3.根据权利要求1所述的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：所述用户视图层用于获取各类信息和服务；
所述感知层利用校园无线接入点定期发送的接收信号强度信息，通过信号强度和距离的数学关系，利用锚节点坐标得到目标位置信息，实现在线和离线目标定位；
所述传输层将采集的信息传送至***控制中心；
所述智能终端层用于***定位；
所述的控制中心由网络设备、服务器和***软件组成，用于实时结算处理采集的信息，生成差分改正信息，同时实现对网络和用户的监控管理；
所述的网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。
4.根据权利要求3所述的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：所述定位方式还包括采集教室内可见光信息，用于室内定位。
5.根据权利要求4所述的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：所述智能终端层支持多种嵌入式操作***平台，并安装相应APP、可见光图像处理模块和WIFI模块，通过WIFI方式为定位提供数据传输链路。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于可见光和WIFI融合的智慧校园LBS定位***，其特征在于：所述信息包括设施、设备、人员和师生活动轨迹信息。
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