CN101820579B - 一种节点定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节点定位方法，该方法包括：预先在待测区域部署无线网络，选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；进行定位时，查询所述校准表，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。本发明还公开了一种节点定位系统。通过本发明，可以依据信号强度以及预先设置的匹配模型进行定位，因此对于任何信号覆盖区域环境均可以做无差别的定位，而且不论是地形复杂的矿井，还是地形相对规整的楼宇等室内环境，本发明实施例提供的定位方法都具有良好地通用性和精确度。

Description

一种节点定位方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种节点定位方法及系统。

背景技术

随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的室内定位技术目前还无法很好地利用。例如，室内环境一般比较复杂，没有固定的模式，而且基于室内环境的定位往往受到多路径衰减的信号干扰，对现有的室内定位技术的精准度有一定的限制，因此往往会产生一定的定位误差。

目前在室内环境定位中具有较多应用的是基于Wi-Fi的定位系统，该系统通过测算移动节点距离哪个Wi-Fi接入点的距离最近，来确定移动节点的位置。但是这种方法受到Wi-Fi收发器覆盖半径的限制，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响到定位的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种节点定位的方法及装置，以解决现有技术中无法实现精确的室内定位的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种节点定位方法，包括：

预先在待测区域部署无线网络，选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；

进行定位时，查询所述校准表，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。

优选的，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置包括：

选取待测节点接收到的信号最强的预置数目的节点作为比较节点；

在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件为：该参考位置能够接收到所有比较节点的信号，并且该参考位置接收的信号最强的预置数目的节点中至少有一个是所述比较节点；

在所述符合预置条件的参考位置中，选出接收到的信号强度与所述待测节点接收到的信号最强的欧拉距离最小的预置数目的参考位置；

将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为待测节点当前的位置。

优选的，还包括：

计算所述确定的待测节点当前的位置与上一位置之间的距离以及所用的时间，并计算该待测节点的当前速度；

如果计算所得的所述当前速度在预置的范围内，则显示所述待测节点的当前位置。

优选的，还包括：

将定位产生的位置信息以空间数据类型的方式进行存储；所述定位产生的位置信息包括：所述确定的待测节点当前的位置、当前时间及待测节点信息。

一种节点定位系统，包括：

网络部署单元，用于预先在待测区域部署无线网络；

校准单元，用于选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；

定位单元，用于进行定位时，查询所述校准表，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。

优选的，所述定位单元包括：

比较节点选取单元，用于选取待测节点接收到的信号最强的预置数目的节点作为比较节点；

校准表检索单元，用于在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件为：该参考位置能够接收到所有比较节点的信号，并且该参考位置接收的信号最强的预置数目的节点中至少有一个是所述比较节点；

选择单元，用于在所述符合预置条件的参考位置中，选出接收到的信号强度与所述待测节点接收到的信号最强的欧拉距离最小的预置数目的参考位置；

确定单元，用于将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为待测节点当前的位置。

优选的，还包括：

过滤单元，用于计算所述确定的待测节点当前的位置与上一位置之间的距离以及所用的时间，并计算该待测节点的当前速度；

显示单元，用于计算所得的所述当前速度在预置的范围内时，显示所述待测节点的当前位置。

优选的，还包括：

存储单元，用于将定位产生的位置信息以空间数据类型的方式进行存储；所述定位产生的位置信息包括：所述确定的待测节点当前的位置、当前时间及待测节点信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明预先在待测区域部署无线网络，选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；进行定位时，查询所述校准表，将与所述移动节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为移动节点当前的位置。可见，本发明是依据信号强度以及预先设置的匹配模型进行定位，采用的是通用的信号获取及匹配模型，因此对于任何信号覆盖区域环境均可以做无差别的定位，而且不论是地形复杂的矿井，还是地形相对规整的楼宇等室内环境，本发明实施例提供的定位方法都具有良好地通用性和精确度。

另外，本发明采用了空间数据库技术进行存储和管理定位数据，使得系统产生的海量数据能够被良好地管理，便于实现快速地查询，以及合理地压缩、清理。

附图说明

图1是本发明实施例提供的节点定位方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一节点定位方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的节点定位系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一节点定位系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供的节点定位方法包括以下步骤：

S101：预先在待测区域部署无线网络，选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；

该步骤为定位前的准备工作，首先在待测区域(例如某矿井或楼房室内等等)部署无线网络。网络部署是在待测区域中放置固定节点的过程，这些节点可以以一定的功率发出信号。针对室内环境的特点，可以将网络的节点尽量部署在室内角落的地方。

其中，本发明实施例所述无线网络可以是WiFi、蓝牙等等，优选的，可以是ZigBee网络，因为ZigBee网络具有省电(工作周期短、收发信息功耗低、采用休眠模式)、可靠(可预留时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突)、成本低、时延短、网络容量大(一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络)、安全(提供了数据完整性检查和鉴权功能)等特点。

完成无线网络部署后，可以进行校准工作。在校准阶段可以将待测区域划分为面积相等的小区域，并建立坐标系，其中，每个小区域看作是一个参考位置。然后在每个参考位置测量可接收到哪些节点的信号以及各节点的信号强度，并将所有参考位置的信号强度以校准表的形式存入数据库。

所述校准表中可以保存了各参考位置能够接收到信号的节点代号、信号强度以及各参考节点的坐标。校准表的结构如表1所示：

表1

字段名	数据类型	说明
			id	bigint	校准ID
mac	varchar	物理地址
			rssi	bigint	信号强度
X	bigint	X轴
			Y	bigint	Y轴
Z	bigint	Z轴

S102：进行定位时，查询所述校准表，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。

可见，本发明实施例是依据信号强度以及预先设置的匹配模型进行定位，采用的是通用的信号获取及匹配模型，因此对于任何信号覆盖区域环境均可以做无差别的定位，优于只能针对某个环境做特定定位的应用，而且不论是地形复杂的矿井，还是地形相对规整的楼宇等室内环境，本发明实施例提供的定位方法都具有良好地通用性和精确度。

需要说明的是，本发明实施例所述待测节点可以是移动节点也可以是在待测区域范围内处于静止状态的节点。为方便描述，下面均以待测节点为移动节点为例进行描述。

在实际测量时，可以利用无线信号解析装置确定移动节点可以接收到哪些节点的信号以及各自的信号强度，然后与校准表中各参考节点的信号及其强度情况进行比较，找出与移动节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为移动节点当前的位置。其中，所述最匹配的位置可以与移动节点信号强度情况最接近的是某参考节点所在的位置，也可以通过其他方式来确定，一种优选的方式可以包括以下步骤：

1)选取移动节点接收到的信号最强的预置数目(通常可以选三个)的节点作为比较节点；如果移动节点接收到的信号少于所述预置数目，则选取所有节点作为比较节点；

之所以选取信号最强的三个节点作为比较节点而不是全部可接收到信号的节点，是因为信号较弱的节点比较不稳定，这些节点的信号变化大且可能不是每次都可侦测到。

2)在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件包括：

①在校准阶段该参考位置能够接收到所有比较节点的信号；

②在校准阶段该参考位置接收的信号最强的预置数目(例如三个)的节点中至少有一个是所述比较节点。这样选取是为了确保移动节点当前接收到的信号可以与校准表中最匹配的数据的有较高相似度。

3)在所述符合预置条件的参考位置中，选出接收到的信号强度与所述移动节点接收到的信号最强的欧拉距离最小的预置数目(例如三个)的参考位置；

信号欧拉距离指各比较节点在校准阶段和当前测量阶段的信号大小差的平方和，信号欧拉距离越小，则相似度越高。因信号大小存在漂移现象，选取相似度最高的三个节点，得到结果更加准确。

4)将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为移动节点当前的位置。

按照上述方法确定移动节点的当前位置后，可以将确定出来的节点的位置在用户界面上进行显示，用户通过用户界面上显示的结果便可以直观地获知移动节点当前的位置。其中，所述用户界面是与用户交互的系统页面以及终端工具页面，可以预先绘制待测区域的地图，并在用户界面上显示；当确定移动节点的当前位置时，可以根据定位结果在所述地图中将所述当前位置处进行突出显示(例如，在所述当前位置处设置一红色亮点并使其闪烁等)。

另外，还可以对该当前位置的准确性进行简单的判断，判断时可以采用对移动节点位置进行速度过滤的方法。也就是说，正常情况下，节点的移动速度应该在某个范围之内，如果超出了该范围，则证明当前的测量结果可能有误。具体进行速度过滤时，可以按照如下方法进行：计算该位置与移动节点的上一个位置(系统可以保存上一测量位置的数据)之间的距离以及所用时间，求得运动速度，如果当前速度在合理的范围内则认为定位正确，并将该位置显示，否则不显示。

本发明实施例可以将主流技术(如spring，Ajax，Xfire等)与定位过程进行无缝连接，增强可扩展性。用户界面可以结合Adobe的SVG图形格式代替静态的位图格式来负责前台定位展现，支持google earth等打开的格式KML，还可以扩展本地系统坐标到地理坐标。

在实际应用中，在待测区域完成网络部署后，可以综合使用本发明实施例提供的上述节点定位方法，参见图2，该方法包括以下步骤：

S201：将待测区域划分面积相等的小区域，并建立坐标系；

S202：在每个小区域测量可以接收的节点以及信号强度，并存放在校准表中；所述小区域为参考位置；

前两步为校准阶段，接下来便是实际定位阶段。

S203：移动节点接收信号；

S204：选出移动节点接收的信号最强的三个节点作为比较节点；

S205：查询校准表，取出符合条件的参考位置；

条件为：

①在校准阶段该参考位置能够接收到所有比较节点的信号；

②在校准阶段该参考位置接收的信号最强的三个的节点中至少有一个是所述比较节点。

S206：在所述符合条件的参考位置中，选出接收到的信号强度与所述移动节点接收到的信号最强的欧拉距离最小的三个参考位置；

S207：将上述三个参考位置求平均得到计算结果；

S208：对计算结果进行速度过滤，判断移动节点的当前速度是否在合理的范围内；

S209：如果是，则将计算结果在用户界面上显示；

S210：否则，将该结果过滤掉，不作显示。

按照上述优选的方式进行定位时(设所述预置数目为三个)，为了进一步提高定位的准确性，可以使移动节点在整个系统部署范围内均能侦测到一定数量、信号强度满足要求的固定节点信号。为此，在进行无线网络的部署时，可以将固定节点逐个放置在待测区域中，一边放置一边用信号检测工具检测已部署固定节点覆盖区域内的信号情况，如果发现信号覆盖不足，或者收到多个信号区分度不大，再实行固定节点位置的微调，直到移动节点在整个系统部署范围内均能侦测到一定数量、信号强度满足要求的固定节点信号。最终使得待测区域经过网络部署后能够满足以下条件的布置格局：

①保证每个点都能收到至少三个固定节点的信号；

②条件①中收到的至少三个信号强度大于某个确定的分贝值；

③部署原则为尽量布置在房间角落，走廊角落等，避免布置在中间位置。

由于在节点定位的过程中会持续产生大量的定位数据，而这些定位数据通常需要进行存储并进行历史轨迹管理，以便将来进行查询，而优化存储将直接影响历史轨迹的管理。但是，现有技术中的数据通常存储在关系型数据库(以行、列的形式保存数据，其中储存与管理数据的基本形式是二维表)中，而定位过程中产生的定位数据通过包括定位位置、定位时间、定位物体等多个维度，如果采用一般的关系数据库进行数据的存储和管理，则数据格式无法统一，存储开销和查询开销都将很大。因此本发明实施例以空间数据类型的方式进行定位数据的存储，其好处在于空间数据格式统一、数据安全性高、数据存储量大。在对历史轨迹数据管理和查询的过程中，可以通过数据访问模块，访问速率也得到了很大的提升。

与本发明实施例提供的节点定位方法相对应，本发明实施例还提供了一种节点定位系统，参见图3，该系统包括以下单元：

网络部署单元U301，用于预先在待测区域部署无线网络；

校准单元U302，用于选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；

定位单元U303，用于进行定位时，查询所述校准表，将与待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。

在具体进行定位之前，首先由网络部署单元U301在待测区域部署无线网络；然后校准单元U302在部署了无线网络的待测区域选取参考位置，并测量各参考位置处的信号强度及可接收到信号的节点，将测量结果存入校准表中；进行定位时，定位单元U303可以利用无线网络中解析出来的无线信号，获取待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点；然后查询所述校准表，将与所述待测节点当前接收到的信号强度及可接收到信号的节点最匹配的位置确定为待测节点当前的位置。由此实现了基于信号强度的定位，因此能够实现在室内环境中进行精确的节点定位。

为了更加进一步提高定位的精确性，一种优选的方式是：参见图4，定位单元U403包括以下子单元：

比较节点选取单元U4031，用于选取待测节点接收到的信号最强的预置数目的节点作为比较节点；

校准表检索单元U4032，用于在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件为：该参考位置能够接收到所有比较节点的信号，并且该参考位置接收的信号最强的预置数目的节点中至少有一个是所述比较节点；

选择单元U4033，用于在所述符合预置条件的参考位置中，选出接收到的信号强度与所述待测节点接收到的信号最强的欧拉距离最小的预置数目的参考位置；

确定单元U4034，用于将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为待测节点当前的位置。

本发明实施例还可以对定位结果的正确性进行简单地验证，可以使用速度过滤的方法，具体实现时，该系统还可以包括：

过滤单元U404，用于计算所述确定的待测节点当前的位置与上一位置之间的距离以及所用的时间，并计算该待测节点的当前速度；

显示单元U405，用于计算所得的所述当前速度在预置的范围内时，显示所述待测节点的当前位置。

为了更好地存储和管理定位时持续产生的大量定位数据，本发明实施例采用了空间数据库技术，以保证定位数据被良好地管理以及快速地查询，同时还可以合理地压缩及清理。此时，该系统还包括：

存储单元U406，用于将定位产生的位置信息以空间数据类型的方式进行存储；其中，所述定位产生的位置信息包括：所述确定的待测节点当前的位置、当前时间及待测节点信息。

以上对本发明所提供的一种节点定位方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种节点定位方法，其特征在于，包括：

预先在待测区域内利用多个用于发送信号的节点部署无线网络，选取参考位置，并测量各参考位置处可接收到的信号的信号强度及测量所述各参考位置处接收的信号对应的节点，将测量结果存入校准表中；

进行定位时，选取预置数目的节点作为比较节点；所述选取的预置数目的节点为：待测节点接收到的预置数目的最强信号强度所对应的预置数目的节点；

查询所述校准表，在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件为：该参考位置能够接收到所有比较节点的信号，并且该参考位置接收的预置数目的最强信号强度所对应的预置数目的节点中至少有一个是所述比较节点；

在所述符合预置条件的参考位置中，选出预置数目的参考位置，在被选出的预置数目的参考位置处接收到的信号强度与所述待测节点接收到的最强信号强度的欧拉距离最小；

将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为待测节点当前的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

计算所述确定的待测节点当前的位置与上一位置之间的距离以及所用的时间，并计算该待测节点的当前速度；

如果计算所得的所述当前速度在预置的范围内，则显示所述待测节点的当前位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将定位产生的位置信息以空间数据类型的方式进行存储；所述定位产生的位置信息包括：所述确定的待测节点当前的位置、当前时间及待测节点信息。

4.一种节点定位系统，其特征在于，包括：

网络部署单元，用于预先在待测区域内利用多个用于发送信号的节点部署无线网络；

校准单元，用于选取参考位置，并测量各参考位置处可接收到的信号的信号强度及测量所述各参考位置处接收的信号对应的节点，将测量结果存入校准表中；

比较节点选取单元，用于在进行定位时，选取预置数目的节点作为比较节点；所述选取的预置数目的节点为：待测节点接收到的预置数目的最强信号强度所对应的预置数目的节点；

校准表检索单元，用于查询所述校准表，在所述校准表中取出符合预置条件的参考位置，所述预置条件为：该参考位置能够接收到所有比较节点的信号，并且该参考位置接收的预置数目的最强信号强度所对应的预置数目的节点中至少有一个是所述比较节点；

选择单元，用于在所述符合预置条件的参考位置中，选出预置数目的参考位置，在被选出的预置数目的参考位置处接收到的信号强度与所述待测节点接收到的最强信号强度的欧拉距离最小；

确定单元，用于将该预置数目的参考位置的坐标做平均，将所得结果确定为待测节点当前的位置。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

过滤单元，用于计算所述确定的待测节点当前的位置与上一位置之间的距离以及所用的时间，并计算该待测节点的当前速度；

显示单元，用于计算所得的所述当前速度在预置的范围内时，显示所述待测节点的当前位置。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

存储单元，用于将定位产生的位置信息以空间数据类型的方式进行存储；所述定位产生的位置信息包括：所述确定的待测节点当前的位置、当前时间及待测节点信息。

Images