CN103313387A - 一种实时室内Wifi定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种实时室内Wifi定位方法,基于移动终端和应用场景中的无线路由器实现,包括采样和定位两个阶段。具体地,采样阶段S1、在应用场景中分布设置参考点(Xi、Yi、Zi);采样阶段S2、依次在各个参考点上测量来自不同无线路由器的RSS值并遍历所有参考点,将相应的MAC地址与参考点位置信息记录存储于云端服务器形成位置信息数据库备用;定位阶段S3,移动终端在待定位点上接收部分无线路由器的RSS值,访问云端服务器依据匹配算法计算位置估计值。应用本发明Wifi定位的技术方案,针对室内特别是大型购物场所,能比较准确定位到用户位置,并提供路径自动指引、优惠信息推送等便民服务;提高了实时定位的准确性、便捷性,推广门槛及成本较低。

Description

一种实时室内Wifi定位方法
技术领域
本发明涉及一种空间定位方式,尤其涉及一种不涉一种在复杂城区或室内精确定位的方法,突破现有Wifi定位技术的固有模式,到在密集人群区域或者室内高精度,快速响应的定位要求。
背景技术
任何网络技术都有其优势和不足。GPS在空旷地带定位精度可达10-15米,但在复杂城区和室内,精度则大打折扣。此外,即使在信号足够好的情况下,GPS都需要一定的启动时间。基站技术,在大多数情况下能提供较佳的覆盖范围,但定位精度较差,在200-1000米之间,使其应用受到很大限制。
无论在室内或是户外,市区或是郊区,人们对于能够提供精确可靠的位置信息的智能软件和解决方案一直有着强烈的需求。
在此之上,wifi定位技术兴起,以弥补GPS定位技术的不足。达到在密集人群区域或者室内高精度,快速响应的定位要求。
从Wifi定位实现的技术原理来看,其基于并利用以下三条事实:一、Wi-Fi(也就是AP,或者无线路由器,以下简称热点或AP)越来越多,在城市中更趋向于空间任何一点都能接收到至少一个AP的信号。(在美国,每个点收到3、5个AP信号的情况相当多见。中国也会越来越多的)二、热点只要通电,不管它怎么加密的,都一定会向周围发射信号。信号中包含此热点的唯一全球ID。即使距离此热点比较远,无法建立连接,但还是可以侦听到它的存在。三热点一般都是很少变位置的,比较固定。
这样,定位端只要侦听一下附近都有哪些热点,检测一下每个热点的信号强弱,然后把这些信息发送给网络上的服务器。服务器根据这些信息,查询每个热点在数据库里记录的坐标,然后进行运算,就能知道客户端的具体位置了,最后坐标告诉客户端。容易理解的是,收到的AP信号越多,定位就会越准。
常见的Wifi定位方法是利用多个热点覆盖(至少三个以上),利用信号强弱的变化确定测量点距离每个热点的距离半径,然后得到多个圆的焦点,如此得到具体位置信息,主要分为测距与定位两个阶段,具体介绍如下。
测距:待测点首先接收来自三个不同已知位置AP的RSS,然后依照无线信号的传输损耗模型将其转换成待测目标到相应AP的距离。无线信号在传输过程中通常会受路径损耗、阴影衰落等的影响,接收信号功率随距离的变化关系可由信号传输损耗模型给出。在城市、郊区等环境,传输损耗模型通常采用如下简化模型:                                               。其中,d代表接收机和发射机之间的距离,ε代表非自由空间的损耗系数,K是如下常数:
Figure 2013102701143100002DEST_PATH_IMAGE004
定位:通过三角形算法计算待测点位置,即分别以已知位置的三个AP为圆心,以其各自到待测点的距离为半径做圆,所得三个圆的交点。如图1所示设未知节点D的坐标为(x,y),已知A、B、C三个点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)。它到D的距离分别为d1、d2、d3,则D的位置可由下列方程组中的任意两个求得:
但在实际应用中,由于测量误差的存在,三圆交于一点的情况未必出现,以致方程组无解。在三圆两两相交的情况下,有如图2和图3所示的两种无解情况。
(1)根据方程组分别求解圆A与圆B的交点(Xab1,Yab1)、(Xab2,Yab2),圆A与圆C的交点(Xac1,Yac1)、(Xac2,Yac2),及圆B与圆C的交点(Xbc1,Ybc1)、(Xbc2,Ybc2)。
(2)圆A与圆C的交点代入[(x-x2)2+(y-y2)2]找出距B圆圆心较近的点,设为(Xac,Yac)同理,求解(Xab,Yab)、(Xbc,Ybc)。
(3)近似计算待测点位置
Figure 2013102701143100002DEST_PATH_IMAGE008
由上述介绍可知,基于三角形算法的Wifi定位很大程度上依赖于确知的AP位置信息及准确的信号传输损耗模型。然而。由于涉及个人隐私等原因,获知所有AP的位置信息并不现实。此外,由于影响信号传输的因素很多,不同环境下的信号传输损耗模型大不相同,建立一个准确的、适合实际应用的损耗模型存在着很大的困难。因此。基于三角形算法的无线定位在具体实施中困难重重。
发明内容
本发明针对上述现有Wifi定位方案的诸多问题,创新提出了一种实时室内Wifi定位方法,为室内应用场景下的高精度定位提供行之有效的解决方案。
本发明的上述目的,其技术解决方案为:一种实时室内Wifi定位方法,基于移动终端和应用场景中广泛布置且为使用状态的无线路由器,其特征在于包括采样和定位两个阶段:采样阶段S1、在应用场景中分布设置参考点(Xi、Yi、Zi),所述参考点的数量和分布密度与定位精度成正比配置,i为大于1的整数;采样阶段S2、依次在各个参考点上测量来自不同无线路由器的RSS值,将相应的MAC地址与参考点位置信息记录,直至遍历所有参考点,所采样的信息存储于云端服务器形成位置信息数据库备用;定位阶段S3,移动终端进入应用场景后,在待定位点上接收部分无线路由器的RSS值,访问云端服务器并参照位置信息数据库在云端服务器依据匹配算法计算位置估计值。
进一步地,在应用场景中所述参考点的位置分布参考室内环境提供的服务而定,所述室内环境提供的服务包括室内路径指引、商家优惠信息推送及应用场景各区域人员流动的实时掌握。
进一步地,采样阶段S2中在每个参考点分时段、分多次测量来自不同无线路由器的RSS值,取平均值后更新位置信息数据库。
进一步地,定位阶段S3中所采用的匹配算法至少为最近邻法、KNN算法或神经网络。
更进一步地,所述KNN算法为移动终端所接收到的无线路由器信息加权,并计算得到距离移动终端最邻近参考点的位置。
进一步地,采样阶段S1中按每个参考点半径5米-10米的范围分布设置。
应用本发明Wifi定位的技术方案,针对室内特别是大型购物场所,能比较准确定位到用户位置,并提供路径自动指引、优惠信息推送等便民服务;并且定位所需的大数据处理技术均在云端服务器发生,用户终端只需进行资源消耗极少的热电信息采集,大大提高了实时定位的准确性、便捷性,推广应用门槛较低,成本低廉。
附图说明
图1为现有技术Wifi定位三角形算法理想模型示意图。
图2为现有技术Wifi定位三角形算法一个无解模型示意图。
图3为现有技术Wifi定位三角形算法另一个无解模型示意图。
图4为本发明实时室内Wifi定位的架构及流程示意图。
具体实施方式
本发明通过对目前市面上常用的Wifi定位技术分析并指出其中存在的精度误差问题,创新提出了一种针对大型购物商场、超市或者shopmall等室内环境的实时Wifi定位实现方案。为这些室内场所提供路径自动指引、优惠信息推送等便民服务。
概括来看:本发明Wifi定位的主要实现步骤为,首先建立位置数据库,然后移动终端收集周围Wifi信号的相关信息并发送至服务器,与位置数据库中的内容进行匹配,根据最接近的匹配数据得到精确的位置,并返回至移动终端。
与通常意义上的指纹识别类似,位置指纹识别依靠表征目标特征的数据库进行识别。因此,本发明定位过程基于移动终端和应用场景中广泛布置且为使用状态的无线路由器实现。如图4所示,其主要包括采样和定位两个阶段。
采样阶段的目标在于建立一个位置指纹识别数据库。采样阶段S1、在应用场景中分布设置参考点(Xi、Yi、Zi),所述参考点的数量和分布密度与定位精度成正比配置,i为大于1的整数。作为本发明关系定位精度的重点,参考点的选择和参考点的采样方式非常灵活,针对于不同室内环境在不同时段的人员数量和不同时段的Wifi信号强度的变化,要制定完备的采样方案。另外,由于不同室内环境需要提供的服务不同:有的是为了室内路径的指引,有的是为了推送商家的优惠信息,有的是为了及时地掌握商场各区域的人员流动,所以参考点的采样精度和参考点选取都有部署人员自行决定。所以该定位方案是高定制的,对各个环境都可以量体裁衣,具有非常高的可操作性。特别地,采样阶段S1中按每个参考点半径5米-10米的范围分布设置。
采样阶段S2、依次在各个参考点上测量来自不同无线路由器的RSS值,将相应的MAC地址与参考点位置信息记录,直至遍历所有参考点,所采样的信息存储于云端服务器形成位置信息数据库备用;由于受环境影响,无线信号强度并不稳定,为了克服RSS不稳定对定位的影响,通常在每个参考点分时段、分多次测量来自不同无线路由器的RSS值,取平均值后更新位置信息数据库。。
定位阶段S3,移动终端进入应用场景后,在待定位点上接收部分无线路由器的RSS值,访问云端服务器并参照位置信息数据库在云端服务器依据匹配算法计算位置估计值。常用的匹配算法包括最近邻法(NN)、KNN算法和神经网络等。目前在实施中较多优选的是KNN算法,为移动终端所接收到的无线路由器信息加权,并计算得到距离移动终端最邻近参考点的位置。
经实践测试,只要根据各类应用场景室内环境合理布设参考点,建立较为健全、高密度的位置指纹识别数据库,由此便可在应用中通过移动终端与云端服务器的位置指纹识别数据库交互从而匹配得到高精度的位置信息,继而向移动终端的持有者或用户提供对应场景下对应的服务,
应用本发明Wifi定位的技术方案,针对室内特别是大型购物场所,能比较准确定位到用户位置,并提供路径自动指引、优惠信息推送等便民服务;并且定位所需的大数据处理技术均在云端服务器发生,用户终端只需进行资源消耗极少的热电信息采集,大大提高了实时定位的准确性、便捷性,推广应用门槛较低,成本低廉。

Claims (6)

1.一种实时室内Wifi定位方法,基于移动终端和应用场景中广泛布置且为使用状态的无线路由器,其特征在于包括采样和定位两个阶段:
采样阶段S1、在应用场景中分布设置参考点(Xi、Yi、Zi),所述参考点的数量和分布密度与定位精度成正比配置,i为大于1的整数;
采样阶段S2、依次在各个参考点上测量来自不同无线路由器的RSS值,将相应的MAC地址与参考点位置信息记录,直至遍历所有参考点,所采样的信息存储于云端服务器形成位置信息数据库备用;
定位阶段S3,移动终端进入应用场景后,在待定位点上接收部分无线路由器的RSS值,访问云端服务器并参照位置信息数据库在云端服务器依据匹配算法计算位置估计值。
2.根据权利要求1所述实时室内Wifi定位方法,其特征在于:在应用场景中所述参考点的位置分布参考室内环境提供的服务而定,所述室内环境提供的服务包括室内路径指引、商家优惠信息推送及应用场景各区域人员流动的实时掌握。
3.根据权利要求1所述实时室内Wifi定位方法,其特征在于:采样阶段S2中在每个参考点分时段、分多次测量来自不同无线路由器的RSS值,取平均值后更新位置信息数据库。
4.根据权利要求1所述实时室内Wifi定位方法,其特征在于:定位阶段S3中所采用的匹配算法至少为最近邻法、KNN算法或神经网络。
5.根据权利要求4所述实时室内Wifi定位方法,其特征在于:所述KNN算法为移动终端所接收到的无线路由器信息加权,并计算得到距离移动终端最邻近参考点的位置。
6.根据权利要求1所述实时室内Wifi定位方法,其特征在于:采样阶段S1中按每个参考点半径5米-10米的范围分布设置。
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