CN111356104A - 一种基于无线信标位置感知的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线信标位置感知的定位方法，涉及无线网络定位技术领域，针对因无线信号受环境影响产生多径效应，从而导致信号强度值RSSI失真，进而造成用于定位的参考信标不准确的问题，提供了以下技术方案，所述基于无线信标位置感知的定位方法包括以下步骤：绘制定位区域的地图；基于预设的部署规则，在所述定位区域内部署无线信标；基于所述无线信标采集的特征信息和预设的信标过滤规则，建立信标树集合；基于所述信标树集合的信标信息，结合定位算法，获取定位点的坐标。

Description

一种基于无线信标位置感知的定位方法

技术领域

本发明涉及无线网络定位技术领域，尤其涉及一种基于无线信标位置感知的定位方法。

背景技术

常用的无线信号定位算法有三角定位、距离权重定位以及TDOA定位，上述定位算法均需借助信号强度值RSSI对定位点与参考信标的实际距离作出判断，进而达到定位的目的。但是，用于定位的无线信号均为电磁波，而现实生活中复杂的实体环境导致电磁波的多径效应越来越明显，如导致无线信号的主要信号特征失真、信号强度值RSSI不准确等问题，进而造成定位点与参考信标的实际距离计算不准确，最后导致定位错误、定位点严重漂移的问题。

现有技术中，主流的方法基本上是使用滤波算法，即采集一段时间的信号强度值RSSI，对其进行均值计算或平滑滤波，以获得稳定的信号强度值RSSI，但是此方法牺牲了定位结果的实时性。另一种是对硬件进行改进，如增加多根天线，获取不同天线的强度值，采取多个天线投票的机制，获得更精准的无线信标的特征信息，如准确的信号强度值RSSI和相应的角度信息，但是此方法需要增加硬件成本，而且实现起来较为麻烦。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于无线信标位置感知的定位方法，旨在解决因多径效应导致无线信号的特征信息不准确，如信号强度值RSSI失真，进而造成用于定位的参考信标不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于无线信标位置感知的定位方法，包括以下步骤：

绘制定位区域的地图；

基于预设的部署规则，在所述定位区域内部署无线信标；

基于所述无线信标采集的特征信息和预设的信标过滤规则，建立信标树集合；

基于所述信标树集合的信标信息，结合定位算法，获取定位点的坐标。

采用上述技术方案，首先，需要绘制定位区域的地图，地图主要目的在于确定障碍物和可行人通道；然后，根据所述地图，在定位区域内部署无线信标；其次，根据定位时各信标的主要特征信息，如信号强度值RSSI、相应的角度信息，筛选出有效的参考信标，以确定信标树集合；最后，根据信标树集合中的信标的主要特征信息，利用定位算法进行分析计算，并得出定位点的坐标，从而完成定位。

在本申请的一实施例中，所述地图的标注的内容包括各要素的类型，并将各要素的重要节点的经纬度存储于数据库中。

采用上述技术方案，各要素的类型可以为墙体、走廊、中空区域、单元空间，甚至可以为楼层；各要素的重要节点可以为拐弯处、楼梯口、电梯口、门口。将各要素的类型标注于地图中，以便部署无线信标以及定位时使用，从而提高定位时的准确性。将各要素的重要节点的经纬度存储于数据库中，以便后续做筛选参考信标使用。

在本申请的一实施例中，所述预设的部署规则包括基于所述地图以及预设的信标的间距部署所述无线信标。

采用上述技术方案，若无线信标间的间距过大，将会导致定位误差较大，若无线信标间的间距过小，则部署无线信标的成本较高，故室内信标的间距为5米-8米，室外信标的间距为50米-80米，有助于保证定位的精确度的同时部署信标的成本不会过高。

在本申请的一实施例中，在所述定位区域内部署无线信标后，对所述无线信标进行编码，所述编码内容包括所述无线信标对应的实际经纬度值和标识码。

采用上述技术方案，无线信标的编码内容包括实际的经纬度，目的是用于确定定位点的坐标，且可将各无线信标的实际经纬度进行比对，用于核对无线信标间的距离；编码内容还包括各无线信标对应的唯一标识码，后续定位时只需读取无线信标的标识码即可调取信标的经纬度进行定位计算，有利于加快定位的运算速度。

在本申请的一实施例中，基于所述无线信标采集的特征信息，建立信标树集合进一步包括以下步骤：

基于所述无线信标采集的特征信息，确定信标树集合的根节点并得到与根节点邻近的信标集合；

基于预设的信标过滤规则，对所述邻近的信标集合进行过滤，剩余的邻近的信标点作为所述信标树集合的分支节点。

采用上述技术方案，基于无线信标所采集的特征信息，将所述特征信息最凸显的无线信标作为信标树集合的根节点，所述最凸显的特征信息可以为最大的信号强度值RSSI，但所述特征信息不限于信号强度值RSSI，还可以为其他特征信息，甚至还可以根据两个或两个以上的特征信息对无线信标作综合评定，选出评定值最高的无线信标作为信标树集合的根节点；并遵循参考信标点连续迁移原则，与所述根节点邻近的信标依次被定位终端扫描到，构成邻近的信标集合，进而对所述邻近的信标集合进行过滤，确定信标树集合的分支节点。

在本申请的一实施例中，所述信标树集合的根节点为信号强度值RSSI最大的信标。

采用上述技术方案，由于距离定位点最近的信标往往是信号强度值RSSI最大的，故将所述信标作为信标树集合的根节点，有利于准确地筛选出有效的参考信标。

在本申请的一实施例中，所述预设的信标过滤规则为基于所述定位区域的地图，逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的连线之间是否存在障碍物，若存在障碍物，则剔除所述邻近的信标，若不存在障碍物，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

采用上述技术方案，若根节点与邻近的信标的连线之间存在障碍物，则行人需绕路而行才能到达所述相邻的信标点，故信标树集合中的信标点也应依次遵循行走轨迹而迁移；再者，若根节点与邻近的信标的连线之间存在障碍物，则说明所述邻近的信标有可能受到环境影响而导致对应的特征信息失真，故也应将该邻近的信标剔除。由于已经部署的无线信标是固定不变的，而行人行走的轨迹是连续，故可将以任一信标为根节点的信标树集合存储起来，以供调用，有利于提高过滤的效率，快速获得准确的定位。

在本申请的一实施例中，所述预设的信标过滤规则为逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的距离是否大于预设的阈值，若所述距离大于预设的阈值，则剔除所述邻近的信标，若所述距离小于或等于预设的阈值，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

采用上述技术方案，若根节点与邻近的信标间的距离大于预设的阈值，则邻近的信标与根节点之间的距离较大，该邻近的信标有可能受到环境影响而导致主要的特征信息，如信号强度值RSSI失真，故应将该邻近的信标剔除；此外，定位终端提取邻近的信标也是通过主要的特征信息，如信号强度值RSSI判断的，故有可能将两个或多个连续的信标错误纳为根节点邻近的信标，那么，通过判断根节点与各邻近的信标间的距离，有助于提高信标树集合的可靠性。

在本申请的一实施例中，同一信标树集合的分支节点具有不可重复性。

采用上述技术方案，当采用权重算法对信标树集合中的信标进行分析计算以获得定位坐标时，若所述信标树集合中的分支节点存在重复信标，则有可能导致定位偏差的问题。

在本申请的一实施例中，所述定位算法为三角定位算法或权重定位算法。

采用上述技术方案，由于本方案确定的参考信标通常不止一个，故应采用适于多参考信标的定位算法，优选为三角定位算法或权重定位算法。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明基于无线信标的主要的特征信息，选取一信标作为信标树集合中的根节点，如选取信号强度值RSSI最大的信标作为根节点，再基于预设的过滤规则，对通过定位终端获取的邻近的信标进行过滤，即过滤与根节点连线之间有障碍物的邻近信标和/或与根节点的距离超过预设距离值的邻近的信标，从而锁定有效参考信标，建立可靠的信标树集合，从而提高定位精度和稳定性。此外，本发明无需改动用于定位的硬件，也不用花费大量时间采集信标的信号强度值，仅需修改参考信标的选择策略，即可克服多径效应带来的定位不稳定的问题，而且解决了终端设备硬件漂移而导致采集的无线信标主要特征信息如信号强度值RSSI失真的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的示例性的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图，其中：

图1为本发明实施例一种基于无线信标位置感知的定位方法的流程示意图；

图2为本发明理想情况下的无线信标的部署示意图；

图3为本发明实施例中的于室内地图中部署无线信标的示意图；

图4为本发明实施例中的无线信标所采集的信号数据示意图；

图5为本发明实施例中的迁移信标树集合的示意图。

具体实施方式

下面将结合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的示例性的实施例，而不是唯一的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出的一种基于无线信标位置感知的定位方法包括以下步骤：

S10绘制定位区域的地图。

具体的，如图3所示，所述地图标注有各要素的类型，即墙体、办公室、座椅区，其中，图中的黑色实体为墙体，空白部分为行人可行走区域；所述地图可以为如图3所示的特征地图，也可为高清电子地图。记录所述要素的重要的节点的经纬度，并将所述节点及其对应的经纬度存储于定位***中。

S20基于预设的部署规则，在所述定位区域内部署无线信标。

具体的，如图2和图3所示，由于本实施例的定位区域为室内，故根据预设的部署规则，各无线信标间的距离为5米-8米，为了部署信标更加方便以及提高无线信标的可靠性，本实施例中采取按照直线的方式进行部署，若有障碍物导致所述直线位置无法部署无线信标，则作出适当调整，如将该无线信标设置于所述直线位置附近。

在所述定位区域内部署无线信标后，对所述无线信标进行编码，所述编码内容包括所述无线信标对应的实际经纬度值和对应的唯一标识码。

如表1所示，本实施例中的无线信标采用蓝牙信标，由于蓝牙信号包含major、minor和uuid固定属性，故本实施例采用固定major和uuid，将minor作为蓝牙信标的唯一标识编码的方式对所述部署的无线信标进行编码；并将编码内容存储至定位***的数据库中。

S30基于所述无线信标采集的特征信息和预设的信标过滤规则，建立信标树集合。

步骤S30进一步还包括：

S31基于所述无线信标采集的信息，确定信标树集合的根节点并得到与根节点邻近的信标集合。

具体地，基于无线信标的信号强度值RSSI，确定信标树集合的根节点，由于距离定位点最近的信标往往是信号强度值RSSI最大的，故将所述信号强度值RSSI最大的信标作为信标树集合的根节点，有利于准确地筛选出有效的参考信标。由于部署密度在5米-8米，距离较近，因此本实施例中信标树的度数k取为1，邻近信标集合的相关属性如表2所示：

S32基于预设的信标过滤规则，对所述邻近的信标进行过滤，剩余的邻近坐标作为所述信标树集合的分支节点。

具体地，所述预设的信标过滤规则为基于所述定位区域的地图，逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的连线之间是否存在障碍物，若存在障碍物，则剔除所述邻近的信标，若不存在障碍物，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

此外，所述预设的信标过滤规则为逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的距离是否大于预设的阈值，若所述距离大于预设的阈值，则剔除所述邻近的信标，若所述距离小于或等于预设的阈值，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

在本实施例中，对各无线信标采集的无线信号强度值作滤波后，得到无线信标的特征信息如图4所示，无线信号强度值最大的信标为101，说明此时定位终端位于信标101附近，故将信标101作为信标树集合的根节点。结合地图，由于信标103与信标101的距离和信标117与信标101的距离大致相等，故定位终端所扫描到的邻近的信标集合可能为{102，103，107，117，116，118}，根据上述过滤规则，由于信标101与信标107以及信标101与信标117的连线之间存在障碍物，故需将信标107和信标117剔除；且信标101与信标117的距离大于预设的阈值，故须剔除信标117，同理，需剔除信标103。通过该过滤规则，可以有效降低将非相邻信标纳为分支节点的几率。上述两种过滤规则既可同时使用也可择一使用。

除了在每次定位时再进行过滤，还可以地图中任一信标为根节点，整理出对应的相邻的信标集合，并存储于数据库中，以供调用。即参照图5所示，信标101的邻近信标集合为{102，116，108}，即使其余信标的信标强度值较大，只要不在所述对应的邻近信标集合中，也不参与信标的计算，通过上述技术方案，有效保证了最强信标迁移的连续性与行人行走的连续保持一致。若定位终端从信标101开始，沿着直线移动至信标104，则根节点的移动顺序应该依次为101、102、103、104，参与计算的信标集合则应分别是{101,102,116,108}、{102,101,103,107}、{103,102,106,104}和{103,104,105,110}。

S40基于所述信标树集合中的信标的特征信息，结合定位算法，获取定位点的坐标。

具体地，根据强度与距离换算公式D＝10^{(A-rssi)/(10*n)}计算得到定位终端与定位信标的距离，其中D为蓝牙信标与蓝牙定位终端的距离，A为距离蓝牙信标1米处的蓝牙信号强度，n为环境衰减因子。在本实施例中，采用距离权重计算，即根据求出的所述距离的集合，按照设定的比例计算出最终的定位点。

以上所述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，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明远离前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述基于无线信标位置感知的定位方法包括以下步骤：

绘制定位区域的地图；

基于预设的部署规则，在所述定位区域内部署无线信标；

基于所述无线信标采集的特征信息和预设的信标过滤规则，建立信标树集合；

基于所述信标树集合的信标信息，结合定位算法，获取定位点的坐标。

2.根据权利要求1所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述地图的标注的内容包括各要素的类型，并将各要素的重要节点的经纬度存储于数据库中。

3.根据权利要求1所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述预设的部署规则包括基于所述地图以及预设的信标的间距部署所述无线信标。

4.根据权利要求3所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，在所述定位区域内部署无线信标后，对所述无线信标进行编码，所述编码内容包括所述无线信标对应的实际经纬度值和唯一标识码。

5.根据权利要求1所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，基于所述无线信标采集的特征信息和预设的信标过滤规则，建立信标树集合进一步包括以下步骤：

基于所述无线信标采集的特征信息，确定信标树集合的根节点并得到与根节点邻近的信标集合；

基于预设的信标过滤规则，对所述邻近的信标集合进行过滤，剩余的邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

6.根据权利要求5所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述信标树集合的根节点为信号强度值RSSI最大的信标。

7.根据权利要求5所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述预设的信标过滤规则为基于所述定位区域的地图，逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的连线之间是否存在障碍物，若存在障碍物，则剔除所述邻近的信标，若不存在障碍物，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

8.根据权利要求5所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述预设的信标过滤规则为逐一判断所述邻近的信标集合中的信标与所述根节点的距离是否大于预设的阈值，若所述距离大于预设的阈值，则剔除所述邻近的信标，若所述距离小于或等于预设的阈值，则保留所述邻近的信标作为所述信标树集合的分支节点。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，同一信标树集合的分支节点具有不可重复性。

10.根据权利要求1所述的基于无线信标位置感知的定位方法，其特征在于，所述定位算法为三角定位算法或权重定位算法。

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