CN103607769A

CN103607769A - 基于移动锚节点的异步定位方法

Info

Publication number: CN103607769A
Application number: CN201310522700.2A
Authority: CN
Inventors: 傅婷婷; 周晓军; 刘鹏; 徐彪
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明提出一种基于移动锚节点的异步定位方法。该方法利用室外手持智能设备的用户作为锚节点，获取他的较高精度的位置GPS信息，通过无线通信发给室内待定位的节点。使用无线通信的目的除了传送GPS信息外，还可以通过测量信号的衰减强度推测通信双方的距离。在此基础上可以利用三边测量或三角定位等方法计算室内节点的位置。本发明针对室外节点数量较少的情况，提出基于移动锚节点的异步定位方法。通过分时测量和锚节点的移动，获取多个虚拟锚节点的位置，然后通过权值筛选出其中较优的三个位置。最后，计算出室内节点当前的坐标信息。该方法提供一种增强室内定位方法可操作性的新思路。

Description

基于移动锚节点的异步定位方法

技术领域

本发明属于移动互联网应用技术领域，特别是一种在基于移动锚节点的异步定位方法中，确定用户室内位置的方法。

背景技术

近年来，互联网与移动通信技术相结合为移动用户提供了不少增值服务，基于位置信息的服务越来越受到人们的青睐。其中室内定位可用于信息查询、急救服务、人员跟踪、定位广告等，为人们的生产和生活带来了很大的便捷。

目前，室外定位技术有比较成熟的GPS定位和移动通信系统的定位等，并具有较高的精度。对于室内定位技术，主要采用基于锚节点的无线信号距离测量定位。例如，基于WiFi的定位方法，它覆盖广泛，适合大规模定位应用，并有较高的定位精度，但是这种方法一般前期需要采集大量的无线信号数据，不仅耗费大量人力物力，而且系统可移植性也比较差，而另外的一种基于短距离无线通信的定位方法，虽然可以达到很高的精度，但是一般都需要额外的设备，成本很高。针对以上这些问题，可以利用室外节点作为锚节点，提供室内节点所需的较精确定位信息。然而，可用室外节点的数量往往不能满足要求。

本发明的目的在于针对现有室内定位方法的不足，提出一种基于移动锚节点的异步定位方法，通过锚节点的移动来虚拟多个锚节点位置，并用权值进行筛选。

本发明方法包括待定位节点、移动锚节点和异步定位算法。

所述待定位节点处于室内，并有无线通信功能。

所述移动锚节点处于室外，具有无线通信功能，并具有移动能力。

所述异步定位算法，通过移动锚节点的移动，虚拟三个及以上的锚节点位置，从而实现异步的三边测量定位。

本发明的有益效果：

本发明提出的室内定位方法着重解决当前室内定位方法的一些缺点，例如前期需要耗费大量人力物力调研，系统的移植性差，成本高；室外辅助室内的定位方法对室外锚节点和环境要求较高等缺点。该方法为室内定位方法提供了一种新的思路。（1）利用单个室外锚节点的时空移动，达到多个锚节点定位的效果，充分的利用无线设备的硬件和软件资源，并提高定位的可用性；（2）通过单个锚节点的多次复用，可以减少不同节点无线信号特征的差异，从而降低误差；（3）通过权值筛选虚拟位置，可以提高定位精度。

附图说明

图1为单锚节点室外辅助室内定位方法的系统示意图；

图2为三边测量定位方法的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种基于室外单锚节点辅助室内定位的方法，如图1所示。该方法利用室外节点带有的无线设备和具有较高位置精度的GPS信息。当开启设备信号源后，其他无线设备可以检测到该信号源，并连接到该信号源。这个功能除了提供通信之外，还可根据信号的强度信息，计算出两个节点之间的距离信息。最后，通过室内室外节点的交互，室内节点根据多个点的数据信息计算出节点当前的坐标信息。本发明通过利用单一锚节点的多次移动，如图1所示，该锚节点分别从位置A移动到位置B，再移动到位置C。并在三个位置通过无线通信和室内节点交换了信号强度及GPS数据等。如图2所示，室内节点筛选出三个可用的室外锚节点位置数据，通过三边测量定位算法，计算出自己的位置p点。

本发明方法具体包括以下步骤：

步骤（1）无线通信：位于室内的待定位节点开启室内无线设备的无线通信功能以供其它节点连接；

步骤（2）连接源点无线设备：室外节点打开室外无线设备无线搜索功能，并连接到室内无线设备；

步骤（3）数据发送：室外节点作为锚节点根据当前的无线信号的强度信息转换成距离信息，然后将距离信息、GPS信息和标识信息一同通过无线连接发送给室内的节点，所述的GPS信息包括纬度信息和时间戳信息，所述标识信息用来标识该室外节点的数据；

步骤（4）位置移动：室外节点进行移动位置，重复步骤（3），至少两次。例如，附图1所示，室外节点从原来的位置A移动到了位置B，然后又从位置B移动到了位置C。

步骤（5）数据接收：在设定时间范围内，室内节点至少分三次或更多收到移动锚节点的三个不同定位数据信息，然后进入步骤（6）；

步骤（6）确定算法参数：根据步骤（4）中移动锚节点的多个不同位置，根据权值确定最可靠的三个位置数据。

步骤（7）分析数据：分析步骤（5）中接收到的信息，得到经纬度信息，距离信息，针对步骤（6）中的三个位置结合三边测量定位算法可以推算出室内节点的可能位置。

步骤（8）位置计算：根据步骤（7）中的计算得到的多个位置，选取任意位置或者各个位置的中心位置作为最终位置。

具体就是：以室外的已知点作为圆心，室内的未知点与室外的已知点之间的距离为半径画圆，至少结合三个这样的数据，这些圆的交集就是室内的未知点的可能位置，如附图2所示。下面是三边测量定位方法的公式：

\{\begin{matrix} r_{a}^{2} = {(a_{x} - p_{x})}^{2} + {(a_{y} - p_{y})}^{2} \\ r_{b}^{2} = {(b_{x} - p_{x})}^{2} + {(b_{y} - p_{y})}^{2} \\ r_{c}^{2} = {(c_{x} - p_{x})}^{2} + {(c_{y} - p_{y})}^{2} \end{matrix}

结合附图2来说明上面三个公式中参数的含义：a(a_x,a_y)，b(b_x,b_y)，c(c_x,c_y)分别表示室外的已知点的坐标，r_a，r_b，r_c表示前面三个点到未知点p(p_x,p_y)的距离。

步骤（8）由于误差，步骤（7）中可能得不到如附图2中所示的情况——三个圆交于一点，而是会得到一些可能的位置，这里可以任取其中一个或者取这些位置的中心或形心作为最后的位置。

Claims

1. 基于移动锚节点的异步定位方法，其特征在于该方法包括待定位节点、移动锚节点和异步定位算法：

所述待定位节点处于室内，并有无线通信功能；

所述移动锚节点处于室外，具有无线通信功能，并具有移动能力；

所述异步定位算法，通过移动锚节点的移动，虚拟三个及以上的锚节点位置，从而实现异步的三边测量定位；

所述的异步定位算法包括以下步骤：

步骤（4）位置移动：室外节点进行移动位置，重复步骤（3），至少两次；

步骤（5）数据接收：在设定时间范围内，室内节点分三次或更多收到移动锚节点的三个不同定位数据信息，然后进入步骤（6）；

步骤（6）确定算法参数：根据步骤（4）中移动锚节点的多个不同位置，根据权值确定最可靠的三个位置数据；

步骤（7）分析数据：分析步骤（5）中接收到的数据信息，得到经纬度信息和距离信息，针对步骤（6）中的三个位置结合三边测量定位算法推算出室内待定位节点的可能位置；

步骤（8）位置计算：根据步骤（7）中计算得到的多个位置，任取其中一个或者取这些位置的中心或形心位置为最终位置。