CN103220779B - 室内定位方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位方法、装置及系统。该方法包括：对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到该每个采集点的第二信号强度向量，该第二信号强度向量的维度低于该第一信号强度向量的维度；将该每个采集点的第二信号强度向量，与该每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据该每个采集点的第一信号强度向量对该第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，该第四信号强度向量的维度低于该第三信号强度向量的维度；根据该第四信号强度向量及该目标指纹库，对该移动终端进行地位。通过低维度的指纹库及的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

Description

室内定位方法、装置及系统

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、装置及系统。

背景技术

指纹匹配的定位技术为一种实现室内定位的技术。指纹匹配的定位技术可以分为两个阶段，即离线阶段(Offlinestage)和在线阶段(Onlinestage)。离线阶段是指选取指纹点(指纹点也可以称为指纹采集点或参考点)后，每个指纹点采集其周围AP(接入点，英文全称为AccessPoint)的信号向量，根据这些AP的信号向量建立指纹库。在线阶段是指建立指纹库后，移动终端接收周围AP的信号向量，根据移动终端接收的信号向量及数据库进行定位。

随着移动终端数据采集能力的提高，目前移动终端多采集的高维度的信号向量，应用高维度的信号向量进行匹配运算时计算量较大耗时较长，增加定位时延。

发明内容

本发明实施例提供了一种室内定位方法、装置及系统，能够减少定位时延。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种室内定位方法，包括：

对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量，所述第二信号强度向量的维度低于所述第一信号强度向量的维度；将所述每个采集点的第二信号强度向量，与所述每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，所述第四信号强度向量的维度低于所述第三信号强度向量的维度；根据所述第四信号强度向量及所述目标指纹库，对所述移动终端进行定位。

可选地，所述对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量包括：

根据所述每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；根据所述每个采集点的第一信号强度向量与所述平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

可选地，所述根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量包括：

根据所述差值矩阵确定投影矩阵；根据所述差值矩阵及所述投影矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

可选地，所述根据所述差值矩阵确定投影矩阵包括：

根据所述差值矩阵确定协方差矩阵；根据所述协方差矩阵的特征值，确定所述投影矩阵。

可选地，所述根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量包括：

确定所述第三信号强度向量、与所述平均信号强度向量的第二差值向量；根据所述第二差值向量及所述投影矩阵，得到所述第四信号强度向量。

第二方面，提供一种室内定位装置，包括：

第一降维单元，用于对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量，所述第二信号强度向量的维度低于所述第一信号强度向量的维度；存储单元，用于将所述每个采集点的第二信号强度向量，与所述每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；第二降维单元，用于获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，所述第四信号强度向量的维度低于所述第三信号强度向量的维度；定位单元，用于根据所述第四信号强度向量及所述目标指纹库，对所述移动终端进行定位。

可选地，所述第一降维单元包括：

第一子单元，用于根据所述每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；第二子单元，用于根据所述每个采集点的第一信号强度向量与所述平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；第三子单元，用于根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

可选地，所述第三子单元具体用于，根据所述差值矩阵确定投影矩阵；根据所述差值矩阵及所述投影矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

可选地，所述第二降维单元具体用于，确定所述第三信号强度向量、与所述平均信号强度向量的第二差值向量；根据所述第二差值向量及所述投影矩阵，得到所述第四信号强度向量。

第三方面，提供一种室内定位系统，包括：室内定位装置及移动终端，其中：

所述室内定位装置为上述第二方面所述的室内定位装置；

所述移动终端，用于向所述室内定位装置提供所述移动终端接收的信号强度向量。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的室内定位方法、装置及系统，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

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为本发明一实施例提供的室内定位方法的流程图；

图2为本发明另一实施例提供的室内定位发送方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种采集点分布示意图；

图4为本发明一实施例提供的室内定位装置的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的室内定位装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种室内定位系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明是实例中的移动终端可以为手机、平板电脑等具有通信功能的设备。

图1为本发明实施例提供的一种室内定位方法的流程图，请参阅图1，该发送方法可以包括：

101、对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到该每个采集点的第二信号强度向量，该第二信号强度向量的维度低于该第一信号强度向量的维度。

其中，该每个采集点可以是位于同一指纹库中的每个采集点。本发明实施例中，采集点可以均匀分布于某一室内区域，也可以按预定的规则分布于某一室内区域，本发明实施例不做限定。

102、将该每个采集点的第二信号强度向量，与该每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库。

本发明实施例中，该第二信号强度向量可以为接收信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndication，简称为RSSI)向量，该每个采集点的位置信息可以为该每个采集点的位置坐标。该目标指纹库可以采用表1该的格式数据。

表1

ID

x

y

Mac_1

Rssi_1

Mac_2

Rssi_2

…

Mac_n

Rssi_n

表1中，ID为采集点的编号；x和y为采集点的坐标值；Mac_i(i＝1,2,…,n)为在采集点获取的无线信号的mac地址，Rssi_i为第二信号强度向量。

103、获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据该每个采集点的第一信号强度向量对该第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，该第四信号强度向量的维度低于该第三信号强度向量的维度。

例如，该第三信号强度向量可以为RSSI向量。

104、根据该第四信号强度向量及该目标指纹库，对该移动终端进行地位。

例如，可以通过加权KNN算法，对该移动终端进行定位。

本发明实施例中，该第一信号强度向量、该第二信号强度向量、该第三信号强度向量、该第四信号强度向量是为区分不同的信号强度向量而人为划分，不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例的室内定位方法可以通过室内定位装置实现，该室内定位装置可以为计算机系统等，本发明实施例不做限定。

本发明实施例的室内定位方法，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

本发明实施例中，可选地，上述101中对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到该每个采集点的第二信号强度向量包括：

根据该每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；根据该每个采集点的第一信号强度向量与该平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；根据该差值矩阵确定该每个采集点的第二信号强度向量。

本发明实施例中，可选地，上述根据该差值矩阵确定该每个采集点的第二信号强度向量时，可以根据该差值矩阵确定投影矩阵；根据该差值矩阵及该投影矩阵确定该每个采集点的第二信号强度向量。

本发明实施例中，可选地，上述根据该差值矩阵确定投影矩阵时，可以根据该差值矩阵确定协方差矩阵；根据该协方差矩阵的特征值，确定该投影矩阵。

例如，通过差值矩阵确定协方差矩阵，并确定该协方差矩阵的特征值，将特征值从大到小排列，取前l个特征值，使其占信息总量的贡献率大于门限η，并求解其对应的协方差矩阵的特征向量，由其对应的特征向量组合成该投影矩阵。

其中，门限η可以预先设置，并可以根据不同的应用场景进行变更。

本发明实施例中，可选地，上述103中该根据该每个采集点的第一信号强度向量对该第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量包括：

确定该第三信号强度向量、与该平均信号强度向量的第二差值向量；根据该第二差值向量及该投影矩阵，得到该第四信号强度向量。

例如，确定该第三向量与该平均接收强度向量的差值向量，将该差值向量经该投影矩阵换，得到该特征向量。

本发明实施例的室内定位方法可以通过室内定位装置实现，该室内定位装置可以为计算机系统等，本发明实施例不做限定。

本发明实施例的室内定位方法，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

下面详细说明本发明实施例的室内定位方法的实现过程。

如图2所示，本发明实施例的另一种室内定位方法，该方法可以包括：

201、获取室内各个采集点的无线信号强度，将各个采集点的无线信号强度及位置信息存入指纹库。

图3为一个具体室内场景示意图，图3中圆点即为选定的采集点。实践中，可以多次采集每个采集点的无线信号强度，取无线信号强度均值作为每个采集点的无线信号强度。

本发明实施例中，可以采用表2所示的格式建立指纹库。

表2

ID

x

y

Mac_1

Rssi_1

Mac_2

Rssi_2

…

Mac_n

Rssi_n

表2中，ID为采集点的编号；x和y为采集点的坐标值(位置信息)；Mac_i(i＝1,2,…,n)为在采集点的无线信号的mac地址，Rssi_i为采集点的无线信号强度。

202、根据指纹库构建样本训练集矩阵A。

其中，A＝(P₁ ^T,P₂ ^T,...,P_N ^T)，N是采集点个数，P_i为每个采集点在指纹库中存储的指纹信息。

203、计算样本训练矩阵的平均信号强度向量，并计算每个指纹点信号强度向量与平均信号强度向量的差值向量，得到训练矩阵的差值矩阵D。

204、根据差值矩阵D得到协方差矩阵∑，确定协方差矩阵∑的特征值。

205、根据协方差矩阵∑的特征值确定投影矩阵W。

具体地，将协方差矩阵∑的特征值从大到小排列，取前l个特征值，使其占信息总量的贡献率大于门限η，并求解其对应的协方差矩阵的特征向量，由其对应的特征向量组合成投影矩阵W。

206、将差值矩阵D经过投影矩阵W变换生成低维的指纹特征矩阵。

207、获取移动终端接收的信号强度向量，按训练矩阵列向量格式重构移动终端接收的信号强度向量。

例如，移动终端接收的信号强度向量可以为RSSI向量。

208、计算重构后的信号强度向量与样本矩阵平均信号强度向量的差值向量。

209、将208中得到的差值向量经投影矩阵W变换，得到低维的特征向量。

210、应用209中低维的特征向量及206中的低维的指纹特征矩阵，通过K近邻节点算法(K-NearestNeighborAlgorithm，简称为KNN)算法确定移动终端的位置。

具体地，将在线定位阶段获取的信号向量与离线采集指纹库中各指纹信号向量进行对比，选出指纹库中与之最相似的K个指纹点，并以该K个指纹点的位置确定移动终端位置。

本发明实施例的室内定位方法可以通过室内定位装置实现，该室内定位装置可以为计算机系统等，本发明实施例不做限定。

需要说明的是，上述201-210仅为简要说明，具体实现方式可以参照现有技术实现。

本发明实施例的室内定位方法，基于主成分分析(PrincipalComponentAnalysis，简称为PCA)降维进行室内定位，在离线训练阶段提取各指纹点及其位置信息主成分，建立指纹特征模型；在线定位阶段，将移动终端实时接收的信号强度向量(例如RSSI)经过离线阶段生成的投影矩阵转换，再与离线阶段得到的指纹特征模型进行计算，得到移动终端位置坐标。

本发明实施例的室内定位方法，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

如图4所示，本发明实施例提供一种室内定位装置，包括：第一降维单元41、存储单元42、第二降维单元43、定位单元44，其中：

第一降维单元41，用于对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到每个采集点的第二信号强度向量，第二信号强度向量的维度低于第一信号强度向量的维度；

存储单元42，用于将每个采集点的第二信号强度向量，与每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；

第二降维单元43，用于获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据每个采集点的第一信号强度向量对第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，第四信号强度向量的维度低于第三信号强度向量的维度；

定位单元44，用于根据第四信号强度向量及目标指纹库，对移动终端进行地位。

如图5所示，本发明实施例中，可选地，第一降维单元41包括：

第一子单元411，用于根据每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；

第二子单元412，用于根据每个采集点的第一信号强度向量与平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；

第三子单元413，用于根据差值矩阵确定每个采集点的第二信号强度向量。

本发明实施例中，可选地，第三子单元413具体用于，根据差值矩阵确定投影矩阵；根据差值矩阵及投影矩阵确定每个采集点的第二信号强度向量。

本发明实施例中，可选地，第二降维单元42具体用于，确定第三信号强度向量、与平均信号强度向量的第二差值向量；根据第二差值向量及投影矩阵，得到第四信号强度向量。

本发明实施例的室内定位装置中各单元的功能仅为简要描述，详细标识请参阅上述使能定位装置方法的实施例。本发明实施例的室内定位装置可以实现本发明实施例的室内定位方法。

本发明实施例的室内定位装置，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

如图6所示，本发明实施例一种室内定位系统，包括：室内定位装置61及移动终端62，其中：

室内定位装置61为图4或图5对应实施例提供的室内定位装置；

移动终端62，用于向室内定位装置提供移动终端接收的信号强度向量。

详细实现过程请参阅上述方法实施例的相应部分。

本发明实施例的室内定位系统，对采集点的信号强度向量进行降维，根据采集点的低维度信号强度向量及采集点的位置信息建立低维度的指纹库，应用低维度的指纹库及移动终端的低维度信号强度向量对移动终端进行定位。这样，通过低维度的指纹库及移动终的低维度信号强度向量进行定位，可以减少计算量及计算耗时，从而减小定位时延。

需要说明的是：上述实施例提供的室内定位装置，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元或模块完成，即将室内定位装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的室内定位装置与数据发送方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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 (8)

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：

对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量，所述第二信号强度向量的维度低于所述第一信号强度向量的维度；

将所述每个采集点的第二信号强度向量，与所述每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；

获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，所述第四信号强度向量的维度低于所述第三信号强度向量的维度；

根据所述第四信号强度向量及所述目标指纹库，对所述移动终端进行定位；

其中，对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量包括：

根据所述每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；

根据所述每个采集点的第一信号强度向量与所述平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；

根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量包括：

根据所述差值矩阵确定投影矩阵；

根据所述差值矩阵及所述投影矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述差值矩阵确定投影矩阵包括：

根据所述差值矩阵确定协方差矩阵；

根据所述协方差矩阵的特征值，确定所述投影矩阵。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量包括：

确定所述第三信号强度向量、与所述平均信号强度向量的第二差值向量；

根据所述第二差值向量及所述投影矩阵，得到所述第四信号强度向量。

5.一种室内定位装置，其特征在于，包括：

第一降维单元，用于对每个采集点的第一信号强度向量进行降维，得到所述每个采集点的第二信号强度向量，所述第二信号强度向量的维度低于所述第一信号强度向量的维度；

存储单元，用于将所述每个采集点的第二信号强度向量，与所述每个采集点的位置信息对应存储，建立目标指纹库；

第二降维单元，用于获取移动终端接收的第三信号强度向量，根据所述每个采集点的第一信号强度向量对所述第三信号强度向量进行降维，得到第四信号强度向量，所述第四信号强度向量的维度低于所述第三信号强度向量的维度；

定位单元，用于根据所述第四信号强度向量及所述目标指纹库，对所述移动终端进行定位；

其中，第一降维单元包括：

第一子单元，用于根据所述每个采集点的第一信号强度向量，确定平均信号强度向量；

第二子单元，用于根据所述每个采集点的第一信号强度向量与所述平均信号强度向量的第一差值向量，得到差值矩阵；

第三子单元，用于根据所述差值矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三子单元具体用于，根据所述差值矩阵确定投影矩阵；根据所述差值矩阵及所述投影矩阵确定所述每个采集点的第二信号强度向量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二降维单元具体用于，确定所述第三信号强度向量、与所述平均信号强度向量的第二差值向量；根据所述第二差值向量及所述投影矩阵，得到所述第四信号强度向量。

8.一种室内定位系统，其特征在于，包括：室内定位装置及移动终端，其中：

所述室内定位装置为权利要求5至7中任一项所述的室内定位装置；

所述移动终端，用于向所述室内定位装置提供所述移动终端接收的信号强度向量。