CN103592623B - 一种基于信号强度地图的室内定位方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于信号强度地图的室内定位方法和装置,包括:根据瞬时的信号强度RSS以及上一个状态的稳定RSS,计算得到稳定的RSS;对要定位的区域的地图进行分割,划分出一个个小方格的区域,制作出RSS地图,每一个小方格都有一个RSS集;测量RSS值,并根据RSS值计算每个单个小方格的相关性权值;遍历RSS地图小方格,计算所有小方格相关性权值;将相互邻接的四个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值,并获得这些权值中的最大值,其所对应的大方格即为最终判定的用户位置。本发明提高了RSS稳定性,使经过处理后的RSS能够真实反映某一区域的信号强弱,通过巧妙的划分判定位置使判定结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,具体涉及一种基于wifi信号进行定位的方法和装置。
背景技术
在地下停车场等地方,当2G、3G信号不好,这个时候无法使用传统的GPRS定位。另外,GPRS定位的精确度不高,当我们需要在一个小的区域内进行精确定位的时候,就得借助于其他的定位手段了。这个时候,可以采用wifi进行定位。
在现有技术中,采用无线传输技术,例如wifi,定位的方法,可以利用一种叫射频信号指纹的方法进行定位。射频信号指纹也叫RSSfingerprint,RSS指射频信号强度(简称信号强度)。在所要定位的区域中每个划分好的位置采集wifi射频信号,制作出一个RSSmap,在这个RSSmap中存储着位置和射频信号的一一对应关系,在测得当前接收到的wifi射频信号后,就可以利用RSSmap找出对应的位置,就是判定当前的位置。
但是,在现有的技术中,对接收到的wifi射频信号没有进行处理,直接使用接收到的RSS信号进行RSSmap的制作和定位。而且,在RSSmap的基础之上,对最终判定位置的划分也不够准确。由于射频信号的不稳定性,如果根据接收到的RSS信号判定用户当前在某一个位置,这极有可能是不准确的,因为实际上用户可能是在其附近的某个位置,但是因为判定的误差问题而判断成了当前位置。
因此,如何能够提高用于定位的RSS信号的稳定性,并且考虑RSSmap地图制作的精度,提高最终判定结果的准确性和精确性成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于信号强度地图的室内定位方法和装置,以解决现有技术中的上述问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于信号强度地图的室内定位方法,包括如下步骤:
步骤100,取得稳定的信号强度RSS:根据瞬时的RSS以及上一个状态的稳定RSS,其可以利用公式(1)计算得到稳定的RSS:
其中,
表示当前取到的稳定RSS,
L表示瞬时的RSS,
表示上一个状态的稳定RSS,当上一个状态为第一个状态时,上一个状态的稳定RSS通过实际测量确定,否则,上一个状态的稳定RSS作为当前取到的稳定RSS利用公式(1)确定;
a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1;
步骤110,制作RSS地图:对地图进行分割,划分出一个个小方格的区域,制作出RSS地图,每一个小方格都有一个RSS集;
步骤120,测量RSS值:根据用户所站的位置,测量不同发射机发射的RSS;
步骤130,计算单个小方格的相关性权值:在每个单个小方格中,可以利用公式(2)对每一个RSS计算一个相关性权值,并将一个方格中多个RSS的相关性权值相加,
其中,
w表示相关性权值,
abs表示取绝对值,
C表示一个正整数,
是测得的稳定RSS值
Ln是RSS地图中的第n组SSID相对应的RSS值;
步骤140,遍历RSS地图小方格,计算每个小方格相关性权值;
步骤150,计算大方格的相关性权值:在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将4个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值;
步骤160,获得最大权值的大方格,其所对应的大方格即为最终判定的用户位置。
特别的,a、C与环境相关,可以通过实际测量以确定相应的取值。
特别的,所述RSS集包括例如3个或3个以上的RSS。
本发明还公开了一种基于信号强度地图的室内定位装置,包括如下单元:
稳定信号获取单元:根据瞬时的信号强度RSS以及上一个状态的稳定RSS,可以利用公式(1)计算得到稳定的RSS:
其中,
表示当前取到的稳定RSS,
L表示瞬时的RSS,
表示上一个状态的稳定RSS,当上一个状态为第一个状态时,上一个状态的稳定RSS通过实际测量确定,否则,上一个状态的稳定RSS作为当前取到的稳定RSS利用公式(1)确定;
a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1;
RSS地图制作单元:对地图进行分割,划分出一个个小方格的区域,制作出RSS地图,每一个小方格都有一个RSS集;
RSS值测量单元:根据用户所站的位置,测量不同发射机发射的RSS;
单个小方格的相关性权值计算单元:在每个单个小方格中,可以利用公式(2)对每一个RSS计算一个相关性权值,并将一个方格中多个RSS的相关性权值相加,
其中,
w表示相关性权值,
abs表示取绝对值,
C表示一个正整数,
是测得的稳定RSS值,
Ln是RSS地图中的第n组SSID相对应的RSS值;
地图遍历单元:遍历地图小方格,计算每个小方格相关性权值;
大方格权值计算单元:在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将4个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值;
用户位置确定单元:求解最大权值的大方格,求出这些权值中的最大值,其所对应的大方格即为最终判定的用户位置。
特别的,a、C与环境相关,可以通过实际测量以确定相应的取值。。
特别的,在RSS地图制作单元中,所述RSS集包括3个或3个以上的RSS。
因此,本发明具有如下的有点:
1、提高了RSS信号稳定性:使经过处理后的RSS信号能够真实反映某一区域的信号强弱;
2、提高了判定位置的准确性:通过巧妙的划分判定位置使判定结果更加准确。
附图说明
图1是根据本发明的具体实施方式的基于wifi定位的方法的一实施例的流程图;
图2是信号接收场景的一实施例的示意图;
图3是RSSmap的一实施例的示意图;
图4是基于无线传输技术定位结果的一实施例的示意图;
图5是RSSmap区域划分的一实施例的示意图;
图6是根据本发明的一实施例的判定区域1的示意图;
图7是根据本发明的一实施例的判定区域2的示意图;
图8是根据本发明的一实施例的判定区域3的示意图;
图9是根据本发明的一实施例的判定结果的示意图;
图10是根据本发明的基于信号强度地图的室内定位装置的一实施例的模块图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明在下面的实施例中,将以智能手机和wifi射频信号为例子来具体描述。但应当知道,采用智能手机、wifi,仅仅为一个实例,本发明也可以采用PAD、笔记本等各种移动终端或者固定终端等来实现,以及也也可以采用除了wifi信号外的其他无线传输信号、无线传输技术,只要是能被采集获得信号强度RSS的信号。本发明的实施不被限于下面的具体实例。
本发明下面的实施例中,可以采用智能手机来进行wifi射频信号的采集。智能手机可以得到附近wifi发射机的信号强度RSS和wifi发射机的唯一标示SSID。接收到的RSS是用level表示的,是一个整数,单位是dBm,一般的取值是-90~-30之间。
参见图1,公开了根据本发明的一种基于信号强度地图的室内定位方法的一实施例的流程图,包括如下步骤:
步骤100:取得稳定的信号强度RSS,根据瞬时的RSS以及上一个状态的稳定RSS,可以利用公式(1)计算得到稳定的RSS:
其中,表示当前取到的稳定RSS信号强度。L表示瞬时的RSS信号强度。表示上一个状态的稳定RSS信号强度。a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1。如用wifi发射机,则可以采集该wifi信号的信号强度RSS,并利用公式(1)的计算优化得到稳定的信号强度RSS。
也就是说每个时刻取得的稳定值是由当前的瞬时值,和前一个时刻的稳定值决定的。a越小,表示稳定值越接近前一段时间的稳定值,a越大表示稳定值越接近当前的瞬时值,所以需要取到一个合理的因子的值。a值可以是与环境相关的,其可以通过需要进行具体实测以确定其相应的具体取值。在一个优选的实施例中,测量确定a的值为0.2,则b的值为0.8。
在本步骤中,可以利用智能手机等能获得wifi信号的终端,进行wifi射频信号的采集。智能手机得可以得到附近wifi发射机的信号强度RSS和wifi发射机的唯一标示SSID。由于射频信号是时变的,具有不稳定的特性,因而瞬时值并不可靠,那么必须获得一个稳定值,即采用巧妙的上述求时变平均值的算法,即公式(1),根据上一状态的稳定信号强度RSS和当前测得的瞬时RSS,得到或者说确定当前取得的稳定的RSS。
步骤110:参见图3,对要定位的区域的位置构建地图map,进一步可以划分该地图,制作RSS地图。比如:根据步骤100中智能手机接收到wifi发射机的信号强度RSS,则能初步确定准备定位的区域,进而可以对要定位的该区域形成或构建相应的射频信号地图map,接着,将地图map进行分割,划分出一个个小方格的区域,制作出RSS地图(RSSmap),而每一个小方格都有一个RSS集。例如,若有3个或3个以上的wifi发射机,在每个小方格位置可以采集wifi发射机的RSS值,即收集到3个或3个以上的RSSLA,LB,LC,由此每个小方格的RSS集,可以包含3个或3个以上RSS。稳定的信号强度RSS值通过步骤100获得。
步骤120:测量RSS值。根据用户所在的任一位置(如用户站在的某个位置),测量不同发射机发射的信号强度RSS,即一组RSS值:LA,LB,LC。在本实施例中,可以假定有3个wifi发射机,因而也就可以收到3个信号强度RSS的值,如:测量出RSS值即3个值LA,LB,LC。其中,测量某用户在某位置的RSS值,可以通过步骤100获得。
步骤130:计算单个小方格的相关性权值,在每个单个小方格中利用公式(2)对每一个RSS计算一个相关性权值,并将一个小方格中多个RSS的相关性权值相加。相关性权值表征RSS的相近程度,值越大表示RSS值越接近:
其中,w表示相关性权值,C表示一个正整数,abs表示取绝对值,是测得的稳定RSS值,Ln是RSS地图中每个小方格内的第n组SSID相对应的RSS值,如表1所示,假设有3个wifi发射器,每个小方格可以有三组SSID对应的RSS值LA,LB,LC。并且,由于有3个wifi发射器,即有三组SSID,则小方格中有3个RSS的相关性权值wA、wB、wC,而该小方格的总的相关性权值可以为w=wA+wB+wc。也就是说,小方格可以根据实际测量的多个RSS值(如:步骤100获得的稳定RSS信号),计算出该小方格的多个RSS的相关性权值,将多个RSS的相关性权值相加得到对RSS地图进行分割即划分出的区域(小方格)的总的相关性权值。
其中,C可以是与环境相关的,其可以通过需要进行具体实测以确定其相应的具体取值。例如,C可以实测后获得其取值为5,利用收集到的每个小方格中的3个RSS值,与某个用户所在的某个位置测量到的3个RSS值,计算RSS地图的每个小方格中的相关性权值。优选地可以有3个或3个以上的发射机即可以有3个或3个以上的RSS值。
步骤140,遍历RSS地图的每个小方格,计算每个小方格相关性权值,例如m个小方格,每一个小方格都有一个权值w,比如w1,w2,…wm。其中,m是自然数。如表2所示w1=1.59,……w8=2.11。
步骤150,计算大方格的相关性权值,在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将四个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值。假设地图是矩形,划分为长X,宽Y,小方格的数量m=X×Y,大方格的数量为M=(X-1)×(Y-1),求出每个大方格包含的四个小方格的权值之和W,则有W1,W2,…WM,M是自然数。
步骤160,参见图4,求解最大权值的大方格,求出这些权值中的最大值,其所对应的大方格即为最终判定的用户位置。
因此,根据地图划分的特性,这里求出的用户的位置并没有严格分开,而是会有重叠的,也就是有一定的保护范围,本发明的方法根据四个小方格的接收信号功率来决定一个大方格是否是用户的位置,可以确保定位结果的准确。
参见本发明的一种具体的基于信号强度地图的室内定位方法一实施例的地图划分和相关性权值定位的计算实例。
例如,参见图5,假如在一个长方形区域中,我们可以将其划分为4×2的8个小方格。
参见图6-8,要定位区域的地图是矩形,划分为长X=4,宽Y=2,小方格的数量m=8,大方格的数量为M=(X-1)×(Y-1)=3。最终的判决结果可能有以下三种。分别为:判定区域1,N=1,坐标{0,0},如图6所示;判定区域2,N=2,坐标{1,0},如图7所示;判定区域3,N=3,坐标{2,0},如图8所示。
经过RSS射频信号的收集,如步骤100,制作出的RSSmap,如步骤S110,如下表1所示。
假设用户处在某一点,测得的一个用户所在位置的RSS集为{LA=-59.64,LB=-52.86,LC=-57.33},如步骤120。
表1RSS地图数据表
利用RSS地图可以算出每个小方格的相关性权值,计算结果,如步骤130:n=5的小方格,假定C取值为5,则wA=5-abs(-59.64-(-60.39))=4.25,类似的,wB=-9.89,wC=1.44,相关性权值为w=wA+wB+wC=-4.2。其他小方格类似地计算,如步骤140遍历小方格。结果如表2所示。
表2相关性权值表
n=5,坐标{0,1} | n=6,坐标{1,1} | n=7,坐标{2,1} | n=8,坐标{3,1} |
w=-4.2 | w=12.29 | w=4.19 | w=2.11 |
n=1,坐标{0,0} | n=2,坐标{1,0} | n=3,坐标{2,0} | n=4,坐标{3,0} |
w=1.59 | w=12.63 | w=9.1 | w=-9.9 |
如步骤150,由上表计算出可能的三个区域对应的相关性权值,N=1的W=-4.2+1.59+12.29+12.63=22.31,类似,计算出N=2的W=38.21、N=3的W=5.5。如表3所示。
表3判定区域的相关性权值表
N=1,坐标{0,0} | N=2,坐标{1,0} | N=3,坐标{2,0} |
W=22.31 | W=38.21 | W=5.5 |
如步骤160,从上表可以看出,坐标为{1,0}区域的权值最大,因此,判定用户所在位置为{1,0}的大方格的区域,如图9所示。
从本实施例中可以看出,本发明使得定位效果和精度提升十分显著的。
另外,本发明还公开了一种基于信号强度地图的室内定位装置,如图10所示即为该装置的一实施例的模块图。该装置可以包括如下单元:
稳定信号获取单元200:用于根据瞬时的信号强度RSS以及上一个状态的稳定RSS,利用公式(1)计算得到稳定的RSS:
其中,表示当前取到的稳定RSS,L表示瞬时的RSS,表示上一个状态的稳定RSS,a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1;a值可以与环境相关,可以通过需要进行具体实测以确定相应的具体取值。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤100。
RSS地图制作单元210:用于对地图进行分割,划分出一个个小方格的区域,制作出RSS地图,每一个小方格都有一个RSS集。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤110。
RSS值测量单元220:用于根据用户所站的位置,测量不同发射机发射的RSS。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤120。
单个小方格的相关性权值计算单元230:用于在每个单个小方格中利用公式(2)对每一个RSS计算一个相关性权值,并将一个小方格中多个RSS的相关性权值相加,
其中,w表示相关性权值,abs表示取绝对值,C表示一个正整数,是测得的稳定RSS值,Ln是RSS地图中的第n组SSID相对应的RSS值。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤130。
地图遍历单元240:用于遍历RSS地图小方格,计算每个小方格相关性权值。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤140。
大方格权值计算单元250:用于在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将4个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤150。
用户位置确定单元260:用于获得最大权值的大方格,求出这些权值中的最大值,其所对应的大方格即为最终判定的用户位置。该单元的功能和处理具体可以参见对应的步骤160。
优选地,稳定信号获取单元中,在一个优选的实施例中,测量确定a的值为0.2,则b的值为0.8。
优选地,在RSS地图制作单元中,所述RSS集包括3个或3个以上的RSS。
优选地,在单个小方格的相关性权值计算单元中,可以与环境相关,可以通过需要进行具体实测以确定相应的具体取值。如实测得取C值为5。
因此,本发明利用取得稳定的RSS算法,经过处理后的RSS能够真实反映某一区域的信号强弱。同时对地图进行分割,划分出一个个方格的区域。在这里,分割出的小方格并不是最终判定的用户所在位置,用户所在的位置是由附近四个小方格所组成的一个大方格,
根据地图划分的特性,这里求出的用户的位置并没有严格分开,而是会有重叠的,也就是有一定的保护范围,本发明根据四个小方格的接收信号功率来决定一个大方格是否是用户的位置,可以确保定位结果的准确。
显然,本领域技术人员应该明白,上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个计算装置上,可选地,他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现,从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (6)
1.一种基于信号强度地图的室内定位方法,包括如下步骤:
步骤100,取得稳定的信号强度RSS:根据瞬时的RSS以及上一个状态的稳定RSS,利用下述公式1计算得到稳定的RSS;
其中,
表示当前取到的稳定RSS,
L表示瞬时的RSS,
表示上一个状态的稳定RSS,当上一个状态为第一个状态时,上一个状态的稳定RSS通过实际测量确定,否则,上一个状态的稳定RSS作为当前取到的稳定RSS利用公式1确定;
a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1;
步骤110,制作RSS地图:对待定位区域的地图进行分割,划分出多个小方格的区域,制作出RSS地图,其中,每一个单个小方格通过步骤100收集有一个RSS集;
步骤120,测量RSS值:根据用户在待定位区域中所处的位置,通过步骤100测量不同发射机发射的RSS,获得该用户在待定位区域中所处的位置的RSS集;
步骤130,计算每一个单个小方格的相关性权值:在每个单个小方格中利用公式2对RSS集中的每一个RSS计算一个相关性权值,并将每一个单个小方格的RSS集中所有RSS计算得到的相关性权值相加;
其中,
w表示相关性权值,
abs表示取绝对值,
C表示一个正整数,
是当前测得的稳定RSS值,
Ln是RSS地图中的第n组SSID相对应的RSS值;
步骤140,计算所有小方格的相关性权值:遍历RSS地图中所有小方格,通过步骤S130计算所有小方格各自的相关性权值;
步骤150,计算大方格的相关性权值:在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将4个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值;
步骤160,获得最大权值的大方格:对求出的所有大方格的相关性权值进行判断以确定最大值,所述最大值所对应的大方格为最终判定的用户位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
在步骤110、步骤130中,所述a、C与环境相关,通过实际测量以确定相应的取值。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤110中,包括:所述RSS集包括3个以上的RSS。
4.一种基于信号强度地图的室内定位装置,包括如下单元:
稳定信号获取单元:用于取得稳定的信号强度RSS,其根据瞬时的RSS以及上一个状态的稳定RSS,利用公式1计算得到稳定的RSS;
其中,
表示当前取到的稳定RSS,
L表示瞬时的RSS,
表示上一个状态的稳定RSS,当上一个状态为第一个状态时,上一个状态的稳定RSS通过实际测量确定,否则,上一个状态的稳定RSS作为当前取到的稳定RSS利用公式1确定;
a和b是均值因子,满足0<=a,b<=1,a+b=1;
RSS地图制作单元:用于制作RSS地图,其对待定位区域的地图进行分割,划分出多个小方格的区域,制作出RSS地图,其中,每一个单个小方格通过稳定信号获取单元收集有一个RSS集;
RSS值测量单元:用于测量RSS值,其根据用户在待定位区域中所处的位置,通过稳定信号获取单元测量不同发射机发射的RSS,获得该用户在待定位区域中所处的位置的RSS集;
单个小方格的相关性权值计算单元:用于计算每一个单个小方格的相关性权值,其在每个单个小方格中利用公式2对RSS集中的每一个RSS计算一个相关性权值,并将每一个单个小方格的RSS集中所有RSS计算得到的相关性权值相加;
其中,
w表示相关性权值,
abs表示取绝对值,
C表示一个正整数,
是当前测得的稳定RSS值,
Ln是RSS地图中的第n组SSID相对应的RSS值;
地图遍历单元:用于计算所有小方格的相关性权值,其遍历RSS地图中所有小方格,通过单个小方格的相关性权值计算单元计算所有小方格各自的相关性权值;
大方格权值计算单元:用于计算大方格的相关性权值,其在RSS地图中,由邻近的4个小方格组成一个大方格,将4个小方格的相关性权值相加,计算得到每个大方格的相关性权值;
用户位置确定单元:用于获得最大权值的大方格,对求出的所有大方格的相关性权值进行判断以确定最大值,其中,所述最大值所对应的大方格为最终判定的用户位置。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于:
在RSS地图制作单元、单个小方格的相关性权值计算单元中,所述a、C与环境相关,通过实际测量以确定相应的取值。
6.根据权利要求4所述的装置,其特征在于:
在RSS地图制作单元中,所述RSS信号集包括3个以上的RSS。
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