CN102685677B - 一种室内定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位方法，属于定位技术领域。所述方法包括：在待定位室内区域选择扫描位置，在所述扫描位置扫描无线接入点信号，得到所述扫描位置的无线信号强度；根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图；根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置；计算得到待定位位置坐标。本发明还提供了一种室内定位装置。本发明实现了无线信号的快速采集，大大减少了采集工作量，使基于样本库的定位算法得到更广泛的应用。

Description

一种室内定位方法及装置

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种室内定位方法及装置。

背景技术

当前，随着无线上网技术的发展和应用不断深入人们的日常生活，基于位置的服务（LBS，Location-basedServices）显得越来越重要，位置服务不但可以提升企业运营与服务水平，还给人们的日常生活带来便利。

卫星导航定位技术的产生及发展，使人们拥有了在全球广阔的室外空间中获取事物空间位置属性的技术方法，并已在军事、交通、资源环境、农牧渔业、测绘等领域以及人们日常生活中得到了广泛的应用。室外空间虽然广阔,但大部分时间里，人们的活动主要在室内进行，而在目前的技术条件下，由于GPS的标准误差相对于较小的室内环境来说比较大，同时由于室内环境信号受到遮蔽，定位精度将受到更大的影响，卫星导航定位技术还难以满足室内环境下进行精确定位的要求。

由于接收信号强度指示（RSSI，Receivedsignalstrengthindex）无需额外的硬件装置，成本低，能满足大规模应用要求，目前，室内定位大多采用基于RSSI的定位方式。根据是否需要通过物理手段直接测量节点间距离，RSSI定位技术可用于基于测距和非测距两类算法。基于测距的算法需要获取节点间的距离，即已知发射信号强度，接收节点根据收到的信号强度，计算信号在传播过程中的损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。非测距方式采用基于位置指纹匹配实现定位。基于位置指纹匹配的室内定位大致分为离线采样阶段和在线定位两个阶段。

无论基于测距的定位方式还是非测距的定位方式，都需要硬件终端具备采集无线采集模块。基于测距的定位方式需要知道的条件包括无线接入点（AP，AccessPoint）的位置、AP的发射功率以及室内的信号传播模型。对于已经架设AP的大型建筑，需要通过对分析室内信号的分布图拟合出AP的位置以及AP的近似发射信号强度，在利用室内信号传播模型解算出实际位置距离AP的空间距离，结合三角定位得到当前的位置。

拟合AP位置需要得到该AP在室内空间的信号平面分布图，因此，采集AP信号信息得到该AP的信息库对于整个定位尤为重要。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的AP信号采集工作量大，致使基于样本库的室内定位技术得不到广泛的应用。如何减少采集工作量同时又能准确的构建出AP的信息分布图成为解决该问题的关键。

发明内容

为了解决现有技术中AP信号采集工作量过大造成的一系列问题，本发明实施例提供了一种室内定位方法及装置。所述技术方案如下：

一种室内定位方法，所述方法包括：

在待定位室内区域选择扫描位置，在所述扫描位置扫描无线接入点信号，得到所述扫描位置的无线信号强度；所述扫描位置根据需要在所述待定位室内区域选择；

根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图；

根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置；

计算得到待定位位置坐标。

所述得到所述扫描位置的无线信号强度之后还包括：

对所述扫描位置的无线信号强度进行滤波处理。

所述根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图，包括：

根据无线信号分布的连续性特征，根据所述扫描位置的无线信号强度推测待定位室内区域中其它的未测试的点的无线信号强度，并滤除无线信号强度孤立的扫描位置，得到无线信号分布图。

所述根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置，包括：

根据无线信号分布图中各个点的无线信号强度，将AP信号最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。

所述方法进一步包括：

将位置及无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

所述计算得到待定位位置坐标，包括：

测量待定位位置距离三个无线接入点的距离，根据如下公式

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}\\ d_2=\sqrt{{(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2}\\ d_3=\sqrt{{(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2}\end{array}\right.$

计算待定位位置坐标范围；其中，（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3）为三个无线接入点的位置坐标，（x,y）为待定位位置坐标，d1、d2、d3为待定位位置距离三个无线接入点的距离；

根据待定位位置的坐标范围，通过三角形质心算法得到待定位位置的坐标。

一种室内定位装置，该装置包括信号采集单元、无线信号分布图生成单元、无线接入点拟合单元和定位单元，其中，

所述信号采集单元，用于在扫描位置扫描无线接入点信号，得到所述扫描位置的无线信号强度；

所述无线信号分布图生成单元，用于根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图；

所述无线接入点拟合单元，用于根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置；

所述定位单元，用于根据待定位位置与无线接入点位置之间的距离，计算得到待定位位置坐标。

所述无线信号分布图生成单元进一步包括推测子单元和滤除子单元，其中，

所述推测子单元，用于根据无线信号分布的连续性特征，根据所述扫描位置的无线信号强度推测待定位室内区域中其它的未测试的点的无线信号强度；

所述滤除子单元，用于滤除无线信号强度孤立的扫描位置。

所述无线接入点拟合单元进一步包括拟合子单元和合并子单元，其中，

所述拟合子单元，用于根据无线信号分布图中各个点的无线信号强度，将AP信号最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。

所述合并子单元，用于将位置及无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

所述定位单元进一步包括测量子单元、计算子单元和质心计算子单元，其中，

所述测量子单元，用于测量待定位位置距离三个无线接入点的距离；

所述计算子单元，用于计算待定位位置的坐标范围；

所述质心计算子单元，用于根据待定位位置的坐标范围，通过三角形质心算法得到待定位位置坐标。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在少数的扫描位置采集无线接入点信号强度，根据扫描位置的无线信号强度，推测多数未采集数据的点的无线信号强度，得到无线信号分布图；在无线信号分布图上根据无线信号的强度拟合出无线接入点的位置。在定位时，通过伪距算法计算得到待定位位置坐标。本发明实施例提供的方案，实现了无线信号的快速采集，大大减少了采集工作量，使基于样本库的定位算法得到更广泛的应用。同时，对于已经架设好无线局域网的建筑不再布设定位专用的锚节点，节约了资源，降低了经济投入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的室内定位方法原理流程图；

图2是本发明实施例1提供的三角形质心算法示意图；

图3是本发明实施例2提供的室内定位装置结构示意图；

图4是本发明实施例3提供的无线信号分布图生成单元200结构示意图；

图5是本发明实施例4提供的无线接入点拟合单元300结构示意图；

图6是本发明实施例5提供的定位单元400结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例的原理在于通过在少数的扫描位置采集无线接入点信号强度，根据扫描位置的无线信号强度，推测多数未采集数据的点的无线信号强度，得到无线信号分布图；在无线信号分布图上根据无线信号的强度拟合出无线接入点的位置。在定位时，通过伪距算法或其他算法计算得到待定位位置坐标。本发明实施例提供的方案，实现了无线信号的快速采集，大大减少了采集工作量，使基于样本库的定位算法得到更广泛的应用。同时，对于已经架设好无线局域网的建筑不再布设定位专用的锚节点，节约了资源，降低了经济投入。

实施例1

本发明实施例1提供了一种室内定位方法，如图1所示，为该方法原理流程图，其中，

步骤10，在扫描位置扫描无线接入点信号，得到扫描位置的无线信号强度。

这里，首先需要选定待定位区域，这个区域是一个室内区域，在该室内区域中选择少数的扫描位置进行无线接入点信号的扫描。具体的做法可以是：在扫描位置扫描无线接入点信号，得到该点的无线信号。每隔一定间隔扫描一次无线接入点信号，把结果存入结构体，共扫描N次，并对这N次的扫描结果进行滤波处理，以此减小采集误差。

特别的，这里是采用空间分集方法提高信号采集的速度，即记录采集的起始位置坐标以及终止点坐标，按制定的路线行走，同时记录设备接收到的无线信号。之后对行走路线上接收的信号进行分簇处理，分簇可按距离划分。对每簇里面的无线信号进行滤波处理，处理结果作为聚类中心点的指纹特征。

步骤20，根据扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图。

这里，本发明实施例的原理在于通过少数的扫描位置的无线信号强度来推测多数的其它位置的无线信号强度，其依据的准则在于无线信号分布的连续性。根据无线信号分布的连续性特征，可以利用扫描位置的无线信号强度来推测其余位置的无线信号强度，并滤除无线信号孤立的点的扫描位置的无线信号，从而得到无线信号分布图。

具体的做法可以是：根据无线信号分布的连续性，无线信号的强度衰减是连续的，因而，获得了一定区域中某些点的无线信号强度，可以根据无线信号的衰减特性，推测已获取信息的点之间的其他点的无线信号强度，这样，可以由少数点推测多点信号强度，并且滤除一些无法推测的孤立点上的无线信号强度，减少工作量。无线信号在空间的分布中是连续变化的，当已知一点的信号强度时，由信号的空间传输模型可以推测其周围的信号强度，而对于一些孤立的采集点，采用滤波将其滤除。因此，并不需要对室内的采集点设定的太密集，以减少采集的工作量。

步骤30，根据无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置。

实际上，在有了无线信号分布图之后，就可以知道室内区域的无线信号分布情况，通过无线信号强度较强的区域拟合出一个点，可以认为就是无线接入点的位置。当然，无线接入点的位置可以有多个，就是将每个接入点的无线信号分布图最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。另外，可能出现拟合后的无线接入点会存在空间位置及发射功率相近的情况，这时候，就需要进一步的将位置和无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

具体的，对于已布设无线网络的建筑物室内区域，需要利用无线信号分布图推测出AP的大致坐标。首先，根据室内的空间分布设置信号采集点，原则是使采集点平均的分布于整个空间；然后，依次采集每个信息点上的无线信号强度。根据采集到的信号信息，构造出每个AP在室内空间的平面信号分布图，根据图中的信号强度分布，拟合出AP的伪坐标。拟合出室内的AP位置后，还需要对拟合出的AP进行优化，对于同源AP（位置及发射功率相近），需要精简，避免对定位产生影响。

步骤40，计算得到待定位位置坐标。

之前的步骤都是在于信号采集阶段，在有了无线接入点AP的位置后，可以对室内区域的待定位位置进行定位了。定位的过程可以采用伪距算法。具体的步骤包括：

首先测量待定位位置距离三个无线接入点的距离d₁、d₂、d₃，然后根据如下公式

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}\\ d_2=\sqrt{{(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2}\\ d_3=\sqrt{{(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2}\end{array}\right.$

计算待定位位置坐标范围。这里，（x₁，y₁）、（x₂，y₂）、（x₃，y₃）为三个无线接入点的位置坐标，（x，y）为待定位位置坐标。

需要强调的是，利用上面的公式中的三个方程两两相减可以得到一个待定位位置坐标（x，y），三个方程联立，可以得到三个待定位位置坐标（x，y）。这三个待定位位置坐标（x，y）可能并不相同，这就是一个坐标范围。

之后，根据三角形质心算法得到待定位位置的坐标。三角形质心算法就是根据上面得到的三个待定位位置坐标（x，y）围成一个三角形，这个三角形的质心位置的坐标就是准确的待定位位置的坐标。

当然，这里也可以通过伪距算法之外的其他算法来计算得到待定位位置坐标。

特别的，可以根据无线信号的空间传输模型计算出定位端距离AP之间的伪距，采用基于三边的定位方法，求得目标的位置信息。在计算之前首先应该测得目标距离AP的距离，这里我们引入卫星定位中的“伪距”。伪距的测量需要三个条件：发射功率、信号传输模型和接收功率。首先，依据无线信号分布图中信号最强的区域拟合出AP的位置坐标，用该区域中最强的信号值作为AP的发射功率。室内环境相对于室外比较稳定，信号的传输受大气（温度、湿度）影响不大，主要受室内空间布局的影响。先由伪距初步定出目标的大致范围，如图2中的F、E、G三点围成的三角形，最后由三角形质心算法求出最终结果。图2中，A、B、C三个点为无线接入点AP的位置，F、E、G三个点就是根据公式计算的三个待定位位置坐标，F、E、G三点围成的三角形区域就是待定位位置的范围。

目前，大多数室内定位系统都是利用室内的空间特征架设定位专用的锚节点，利用锚节的信号采用相应的技术进行定位。但是，对于已经架设好无线局域网的建筑再布设定位专用的锚节点，不仅是对资源的一种浪费，更加大了项目的经济投入。采用本方案可以减少经济的投入。本实施例实现了信号的快速采集，大大减少了采集工作量，使基于样本库的定位算法得到更广泛的应用。

实施例2

如图3所示，本发明实施例2提供了一种室内定位装置，包括信号采集单元100、无线信号分布图生成单元200、无线接入点拟合单元300和定位单元400，其中，

信号采集单元100，用于在扫描位置扫描无线接入点信号，得到扫描位置的无线信号强度。

同样，这里的扫描位置是根据待定位的室内区域的实际情况而选择的，通过测定，可以得到扫描位置的无线信号强度。

无线信号分布图生成单元200，用于根据扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图。

这里，是根据已经测定的扫描位置的无线信号强度，推测全部待定位区域的无线信号分布情况，由此得到无线信号分布图。

无线接入点拟合单元300，用于根据无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置。

无线信号分布图中包括待定位区域所有的无线信号强度分布，据此，可以将信号强度最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。

定位单元400，用于根据伪距算法计算得到待定位位置坐标。

定位单元400用于在实际进行室内定位的时候，根据拟合得到的无线接入点的位置，测量待定位位置距离三个无线接入点的距离，然后根据这三个距离计算得到待定位位置的坐标范围，再通过三角形质心算法计算得到待定位位置坐标。这个坐标就是最终的定位结果。

实施例3

如图4所示，上述实施例2中的无线信号分布图生成单元200进一步包括推测子单元201和滤除子单元202，其中，

推测子单元201，用于根据无线信号分布的连续性特征，根据扫描位置的无线信号强度推测待定位室内区域中其它的未测试的点的无线信号强度；

滤除子单元202，用于滤除无线信号强度孤立的扫描位置。

实施例4

如图5所示，上述实施例2中的无线接入点拟合单元300进一步包括拟合子单元301和合并子单元302，其中，

拟合子单元301，用于根据无线信号分布图中各个点的无线信号强度，将信号强度最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。

合并子单元302，用于将位置及无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

实施例5

如图6所示，上述实施例2中的定位单元400进一步包括测量子单元401、计算子单元402和质心计算子单元403，其中，

测量子单元401，用于测量待定位位置距离三个无线接入点的距离；

计算子单元402，用于计算待定位位置的坐标范围；

质心计算子单元403，用于根据待定位位置的坐标范围，通过三角形质心算法得到待定位位置坐标。

综上所述，本发明各个实施例提供的方案，通过在少数的扫描位置采集无线接入点信号强度，根据扫描位置的无线信号强度，推测多数未采集数据的点的无线信号强度，得到无线信号分布图；在无线信号分布图上根据无线信号的强度拟合出无线接入点的位置。在定位时，通过伪距算法计算得到待定位位置坐标。本发明实施例提供的方案，实现了无线信号的快速采集，大大减少了采集工作量，使基于样本库的定位算法得到更广泛的应用。同时，对于已经架设好无线局域网的建筑不再布设定位专用的锚节点，节约了资源，降低了经济投入。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种室内定位方法，其特征在于，所述方法包括：

在待定位室内区域选择扫描位置，在所述扫描位置扫描无线接入点信号，得到所述扫描位置的无线信号强度；所述扫描位置根据需要在所述待定位室内区域选择；

根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图；

根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置；

计算得到待定位位置坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到所述扫描位置的无线信号强度之后还包括：

对所述扫描位置的无线信号强度进行滤波处理。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图，包括：

根据无线信号分布的连续性特征，根据所述扫描位置的无线信号强度推测待定位室内区域中其它的未测试的点的无线信号强度，并滤除无线信号强度孤立的扫描位置，得到无线信号分布图。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置，包括：

根据无线信号分布图中各个点的无线信号强度，将信号强度最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将位置及无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算得到待定位位置坐标，包括：

测量待定位位置距离三个无线接入点的距离，根据如下公式

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}\\ d_2=\sqrt{{(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2}\\ d_3=\sqrt{{(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2}\end{array}\right.$

计算待定位位置坐标范围；其中，（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3）为三个无线接入点的位置坐标，（x,y）为待定位位置坐标，d1、d2、d3为待定位位置距离三个无线接入点的距离；

根据待定位位置的坐标范围，通过三角形质心算法得到待定位位置的坐标。

7.一种室内定位装置，其特征在于，该装置包括信号采集单元、无线信号分布图生成单元、无线接入点拟合单元和定位单元，其中，

所述信号采集单元，用于在扫描位置扫描无线接入点信号，得到所述扫描位置的无线信号强度；

所述无线信号分布图生成单元，用于根据所述扫描位置的无线信号强度，推测待定位室内区域中其它点的无线信号强度，得到无线信号分布图；

所述无线接入点拟合单元，用于根据所述无线信号分布图，拟合出无线接入点的位置；

所述定位单元，用于计算得到待定位位置坐标。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无线信号分布图生成单元进一步包括推测子单元和滤除子单元，其中，

所述推测子单元，用于根据无线信号分布的连续性特征，根据所述扫描位置的无线信号强度推测待定位室内区域中其它的未测试的点的无线信号强度；

所述滤除子单元，用于滤除无线信号强度孤立的扫描位置。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无线接入点拟合单元进一步包括拟合子单元和合并子单元，其中，

所述拟合子单元，用于根据无线信号分布图中各个点的无线信号强度，将信号强度最强区域拟合出的点作为无线接入点的位置；

所述合并子单元，用于将位置及无线信号强度相近的无线接入点进行合并，作为一个无线接入点的位置。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定位单元进一步包括测量子单元、计算子单元和质心计算子单元，其中，

所述测量子单元，用于测量待定位位置距离三个无线接入点的距离；

所述计算子单元，用于计算待定位位置的坐标范围；

所述质心计算子单元，用于根据待定位位置的坐标范围，通过三角形质心算法得到待定位位置坐标。