CN103517310A

CN103517310A - 自动修正定位用无线基站数据集的方法

Info

Publication number: CN103517310A
Application number: CN201310514595.8A
Authority: CN
Inventors: 周小伟
Original assignee: Wuxi Black Box Science And Technology Ltd
Current assignee: Wuxi Black Box Science And Technology Ltd
Priority date: 2013-10-26
Filing date: 2013-10-26
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明涉及一种自动修正定位用无线基站数据集的方法，其包括如下步骤：将采集到的实地基站样本信息加入定位服务器的实地基站信号数据库；将用户终端扫描的多个扫描基站信息反馈到定位服务器内；定位服务器在所述实地基站信号数据库中选出所有与扫描基站信息相似度最高的实地基站样本，并将所述选定的实地基站样本组成筛选后的样本子集，从而定位出用户终端位置的经度和纬度；将定位服务器定位出用户终端的经度、纬度联同用户终端获取的扫描基站信息生成一个估计值样本，并将所述估计值样本加入所述实地基站信号数据库。本发明能自动修正并大幅降低采集获得的无线基站信号数据集的误差和维护成本，提高定位精度，安全可靠。

Description

自动修正定位用无线基站数据集的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其是一种自动修正定位用无线基站数据集的方法，具体地说是一种仅利用无线基站定位请求信息即可自动修正定位用无线基站数据集的方法。

背景技术

基于无线基站的定位技术目前正逐渐普及推广。被用于定位的基站类型主要包括移动通信基站，如GSM通信基站和各类3G通信基站；WIFI接入点（AP）基站，如WIFI AP、WIMAX AP、WAPI AP；高频RFID信号源，如433MHz设备等。

采用接收到的基站无线信号定位时，利用来自多个基站的信号来定位。典型常用的算法有三角定位（如图1）、时差定位、信号强度匹配定位等。

很多定位服务供应商（如Google，Skyhook）采用手机或者专用设备在实地采集数据的方式来获取：基站（移动小区基站、WIFI接入点、RFID信号源，等）的各种参数、接收到的无线信号强度（RSSI）以及数据对应的绝对地理位置（经纬度）。与定位相关的主要基站参数通常包括：小区基站编号Cellid、区域编号LAC、无线信号时差（Timing Advance）、WIFI接入点物理地址、RFID天线标识等。

每个采样位置上采集到的数据主要信息结构为：

（基站标识列表、对应信号强度列表、其他基站参数列表）→（经纬度）

例如：

Figure 2013105145958100002DEST_PATH_IMAGE002

所有采样都放入数据库或者数据文件，称为“实地基站信号数据库”。

以这种方式采集到的数据有一个相当致命的缺陷：数据的时效通常比较短暂——数据在一段时间后会变得无效，从而导致定位精度的大幅下降，一些情况下可以造成数百公里的误差。这种现象称为“数据老化现象”（Data Aging）。造成数据老化的主要原因包括基站的重新部署、参数改变；或者环境改变造成的信号分布改变（如造楼，造路等），从而使原先实测得到的数据跟当前实地读数有很大差异。

目前，定位服务供应商应对这些改变的唯一方法就是不断地到实地重新采集，以更新数据，保证数据质量。这种方式的采集的成本相对较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种自动修正定位用无线数据基站数据集的方法，其能自动修正并大幅降低采集获得的无线基站信号数据集的误差和维护成本，提高定位精度，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种自动修正定位用无线基站数据集的方法，所述方法包括如下步骤：

基站数据采集：将采集到的实地基站样本信息加入定位服务器的实地基站信号数据库，所述实地基站样本信息包括基站标识、信号强度、经度、纬度；

终端信息：将用户终端扫描的多个扫描基站信息反馈到定位服务器内，所述扫描基站信息包括基站标识和信号强度；

定位：定位服务器在所述实地基站信号数据库中选出所有与扫描基站信息相似度最高的实地基站样本，并将所述选定的实地基站样本组成筛选后的样本子集，利用所述样本子集进行所需的修正、聚合步骤，从而定位出用户终端位置的经度和纬度；

数据更新：将定位服务器定位出用户终端的经度、纬度联同用户终端获取的扫描基站信息生成一个估计值样本，并将所述估计值样本加入所述实地基站信号数据库。

所述基站标识采用基站编号、WIFI的MAC地址或RFID信号源天线编号。

所述选出相似度最高的基站样本是指从相似度不为0的基站样本中选出相似度最高p%的，p取3~20。

本发明的优点：在一定用户数量的条件下，利用用户定位请求中的基站信息，结合定位的结果，配合简单的统计原理，自动用新的无线基站和其连带的地理位置信息更新原有实地基站信号数据集，充分延长数据老化的周期，从而极大降低了实地基站重新采集的频率，甚至避免了数据的重新采集，从而大幅度降低“实地基站信号数据库”的误差和维护成本。

附图说明

图1为现有三角定位法的原理图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明实施例中数据采集时的实地基站信号覆盖分布示意图。

图4为本发明实施例中环境或基站参数变化后的信号覆盖分布示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

现有的基站定位系统的工作方式如下：

1）、数据采集，不断将采集到的实地基站样本加入实地基站信号数据库。如背景技术中所述。

2）、用户需要定位时，终端设备发回实地扫描到的多个扫描基站信息，如下表所示，因系统而异，可能还带有其他各种参数。该数据在结构上与实地基站信号数据库中的样本唯一不同在于它不带有经纬度。所述基站标识可以采用基站编号、WIFI的MAC地址或者高频RFID信号源。具体地如下表所示：

基站标识	信号强度 (RSSI), dB
		267E	-100
0D32	-80
		9709	-109
A301	-98
		B890	-88

3）、定位服务器运用相似度匹配算法在实地基站信号数据库中选出所有与扫描基站信息相似度不为0的样本中相似度最高的p%，并组成筛选后的样本子集参与后继的修正、聚合操作（不同的算法对p有不同定义，最常用的缺省值为p=10，根据算法差异，一般p可以取3%~20%），从而得出终端位置的经度和纬度。所述扫描基站信息是指终端设备传回的基站信息。所述相似度如下述a)-ii)中所定义。

例如，一个简单的基于实地基站信号数据库的定位算法如下：

a）、匹配：

ai）、取回实地基站信号数据库中所有包含扫描基站信息中一个或多个基站编号的所有样本。

aii）、运用简单匹配算法，每个样本的相似度为：

相似度 = 实地基站信号数据库中与扫描基站信息中基站编号相同的基站个数/样本中基站个数；

进一步的相似度计算可使用包含信号强度r的权值函数f(r)（r取值范围[0,1]），以对实地基站信号数据库中的样本与扫描基站信息中相同的基站加权，使上述公式进化为：

相似度 = 实地基站信号数据库与扫描基站信息中基站编号相同的基站*f(r)/样本中基站个数

更进一步改进相似度公式，还可引入读取到信号强度顺序等信息辅助相似度的计算，以获得更精确的匹配结果。

aiii）、取出相似度最高的10%的样本，放入样本集S。

b）、修正：样本集中过滤掉以下样本；

bi）、明显偏差的样本（经纬度明显远离绝大多数样本）；

bii）、重复的样本（包含相同基站，高度相似经纬度。高度相似的定义为：距离小于数据采集设备误差的两倍的两个样本为高度相似。如以民用GPS为数据采集的位置参照设备，该值为20m）。

c）、聚合：运用最简单的聚合算法，算出样本集S中所有样本经纬度的平均值（或称为几何中心Center of Gravity）。更进一步的聚合算法可使用以相似度为权值的加权平均作为几何中心。

如图2所示，本发明在现有方法中增加了一个简单的步骤，即本发明的方法包括

上述基站数据采集步骤、终端信息步骤以及定位步骤均与现有技术相同，此处不再赘述。

本发明实施例中，与实地采集到得实地基站的样本不同，用户终端位置的的经、纬度为定位系统的定位结果，而非实地采集到得绝对正确值。但是在而后位置计算的匹配和修正中，估计值样本和实地采集样本将以完全相同的方式被使用。

这种方法的优势在于：通过将用户终端定位出扫描基站经度、维度信息放回到实地基站信号数据库中，使得新的基站信息可以在用户使用的过程中被加入用于定位的实地基站信号数据库。用户数量越大此种更新的速度越快。从而避免了实地重新采集的必要。

以下是一个具体实施例。

如图3和图4所示，A、B、C、D均表示基站位置，圈表示基站信号覆盖范围，1，2表示实地采集的基站样本，十字星表示定位结果。

首先，如图3所示，实地基站采集后数据库片段为：

Figure 2013105145958100002DEST_PATH_IMAGE004

在实地采样以后，由于某种原因（基站建设，迁移或者环境造成基站覆盖范围改变），实地基站覆盖的范围和覆盖范围内信号分布发生了变化，变为如图4所示。

在该变化后某个时间，该区域有用户发起定位请求，发回周围基站信号信息，即用户终端在该区域进行定位请求，用户终端将定位时扫描基站信息反馈发送到定位服务器内，由定位服务器对扫描基站信息对用户终端的经度、维度进行定位，从而能够定位估算扫描基站信息的基站标识、信号强度、经度及纬度。下表为用户终端反馈发送扫描基站信息所包含的内容：

基站标识	信号强度 (RSSI), dB
		A	-80
C	-110
		D	-85

这时，定位服务器根据现有实地基站信号数据库内样本匹配，得到相似度最高的样本：数据1和数据2。并由此进行上述聚合获得估计位置（即定位结果，十字星所示位置）：（LatN，LonN）。

现将定位结果联同对应基站信号数据加入数据库：

Figure 2013105145958100002DEST_PATH_IMAGE006

述估计值样本中的经、纬度为定位结果，而非实地采集到的绝对正确值，但在而后的定位算法的匹配和修正中，所述估计值样本和实地采集的样本以完全相同的方式被使用。

这样实地基站信号数据库通过用户定位请求时引入新的实地基站信号信息。从而具有如下优点：

1、能够自动补充了不同区域新的基站参数与信号信息。

2、在有新的定位请求时，数据1的匹配度会显著低于新数据n的匹配度，这意味着老的无效数据将会因为匹配度降低而自动退出参与定位的计算。举例：如有新的来自用户终端的定位请求：其中包含基站ACD，那么新数据n<ACD>和数据2<AC>的匹配度将远高于数据1<ABC>。所以在位置计算中，数据1将会被匹配算法过滤掉，或者分配到极小的权值，因而老化的数据对定位精度的影响可以忽略。

3、新数据n所带的经、纬度为估算值，其精度低于实地采集的数据。但是，使用该估算值不会使定位精度低于系统原应有的精度。因为该估算值本身就具有系统估计的精确度。

4、根据统计理论，摒除系统误差条件下，由该方法产生的基站信号数据将以正确值为中心正态分布。理论上，在用户定位请求数量足够多的情况下，由信号波动产生的误差较大的数据条将在位置估算算法的匹配过程中被摒弃或者被分配极小的权重。所以基于该基站信号数据库定位的精确度应小于系统的平均定位误差（系统误差）。

因此，用户数据越多，数据质量就越高。用户使用频率越高，信息更新越快。在数据量足够的情况下，实地重新采集的需要将极大程度延缓。在一些精度要求较低的系统中甚至可以在定位系统的生命周期中无需重新采集。

Claims

1. 一种自动修正定位用无线基站数据集的方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的自动修正定位用无线基站数据集的方法，其特征是：所述基站标识采用基站编号、WIFI的MAC地址或RFID信号源天线编号。

3.根据权利要求1所述的自动修正定位用无线基站数据集的方法，其特征是：所述选出相似度最高的基站样本是指从相似度不为0的基站样本中选出相似度最高p%的，p取3~20。