CN103747519A

CN103747519A - 一种室内定位指纹库的动态建立方法及系统

Info

Publication number: CN103747519A
Application number: CN201310676193.8A
Authority: CN
Inventors: 谭光; 尹知萌; 蔡科超; 蒋洪波
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN103747519B

Abstract

本发明适用计算机技术领域，提供了一种室内定位指纹库的动态建立方法及系统，包括：A、沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录单个无线信道采集完成时的位置坐标；B、根据预先设置的指纹样本采集次数，重复执行步骤A；C、对移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将中心位置的坐标设置为所有指纹样本的位置坐标；D、计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入室内定位指纹库，从而提高了指纹库的建立效率。

Description

一种室内定位指纹库的动态建立方法及系统

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种室内定位指纹库的动态建立方法及系统。

背景技术

位置信息在人们的日常生活中扮演着重要的作用。在郊外、展览馆、公园等陌生环境中，使用定位导航信息可为观众游览提供更便捷的服务。目前全球定位系统（Global Positioning System，缩写为GPS）是获取室外环境位置信息的最常用方式。但由于卫星信号容易受到各种障碍物遮挡，GPS等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术迅速发展，己成为GPS的有力补充。

基于Wi-Fi指纹库的室内定位技术在近几年得到了广泛的关注，该技术主要通过在多个经过事先划分且具有位置信息的区域中收集多个无线网络接入点（Access Point，缩写为AP）的接收信号强度指示（Received Signal StrengthIndicator，缩写为RSSI）值，建立一个包含每个位置点与该位置点收集到的RSSI值对应关系的室内定位指纹库。在对移动设备进行定位时，可以通过在指纹库中寻找与当前移动设备收集到的RSSI值相匹配的位置点，即可实现对当前移动设备的定位。

现有用于室内定位指纹库的建立技术可以分为静态和动态两种方式。IEEE802.11提供的主动式信道扫描和被动式信道扫描两种方式均可用于静态建立室内定位指纹库。然而，现在技术中被动式信道扫描需要较长时间才能收集全部信道信息，时间成本高，而动态建立指纹库方式和被多数设备采用的主动式信道扫描方式由于位置与信道不再精确相应对应，从而会产生较大的指纹错位。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种室内定位指纹库的动态建立方法及系统，旨在解决由于现有技术无法提供一种有效的室内定位指纹库的动态建立方法，导致室内定位指纹库建立效率低下的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种室内定位指纹库的动态建立方法，所述方法包括下述步骤：

A、沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道采集完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，所述指纹样本由位置坐标、无线信道标识、所述单个无线信道上的一AP标识以及对应的RSSI值组成；

B、根据预先设置的指纹样本采集次数，重复执行所述步骤A，以得到预设数量的指纹样本；

C、根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标；

D、计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库。

本发明实施例的另一目的在于提供一种室内定位指纹库的动态建立系统，所述系统包括：

样本获取单元，用于沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道采集完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，所述指纹样本由位置坐标、无线信道标识、所述单个无线信道上的一AP标识以及对应的RSSI值组成；

样本重复获取触发单元，用于根据预先设置的指纹样本采集次数，触发所述样本获取单元重复执行，以得到预设数量的指纹样本；

位置坐标设置单元，用于根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标；以及

指纹存入单元，用于计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库。

在本发明实施例中，根据预先设置的指纹样本采集次数，重复沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道扫描完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，并根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标，计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库，实现了室内定位指纹库的动态建立，提高了指纹库的建立速度以及指纹库中指纹的精度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的室内定位指纹库的动态建立方法的实现流程图；

图2是本发明实施例一提供的室内定位指纹库的动态建立方法的实现示例图；

图3是本发明实施例二提供的室内定位指纹库的动态建立方法的实现流程图；以及

图4是本发明实施例三提供的室内定位指纹库的动态建立系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的室内定位指纹库的动态建立方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道采集完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，所述指纹样本由位置坐标、无线信道标识、所述单个无线信道上的一AP标识以及对应的RSSI值组成。

在本发明实施例中，在需要建立室内定位指纹库的一室内环境中部署多个AP，并通过设置一个具有定位（例如，依靠室内灯光定位）功能的可移动的指纹采集设备（如智能手机，平板电脑等）采集每个位置点的指纹信息。具体地，可以通过在待采集信道上发送采集请求，并在移动过程中接收待采集信道上所有AP返回的采集响应，以得到该待采集信道上所有AP的RSSI值。由于发送采集请求后，指纹采集设备接收该信道上所有AP返回的请求响应时，时间间隔极少，因此，在本发明实施例中，该信道上所有AP请求响应被认为是在同一位置（为了方便描述，可以称为采集位置）被接收到。作为示例地，如图2所求，第一次采集过程中，信道1上的所有AP的采集响应被接收到的位置（采集位置）为位置1，信道2上所有AP的采集响应被接收到的位置为位置2。

在本发明实施例中，移动的指纹采集设备沿着预设的移动路径进行移动，逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，即：指纹信息的采集单位为单个无线信道，从而减少了采集粒度。这样，由于采集单个信道上所有AP的RSSI值的采集时间较短（即指纹采集时间较短），因此，可有效减少指纹匹配时的错位。

在本发明实施例中，指纹样本的位置坐标可以为平面坐标，也可以为三维坐标，具体可根据应用的需要进行确定。优选地，该无线信道为WiFi无线信道，从而可以利用现有的WiFi布局实现定位，降低成本。其中，AP标识可以是AP的介质访问控制（Media Access Control，MAC）地址，也可以是其它可以标识AP的标识。指纹样本由位置坐标、无线信道标识、该无线信道标识对应的无线信道上一AP的标识以及对应的RSSI值组成，作为示例地，可以表示为四元组<位置坐标，信道标识，AP标识，RSSI值>。

在步骤S102中，根据预先设置的指纹样本采集次数，重复执行所述步骤S101，以得到预设数量的指纹样本。

在本发明实施例中，沿着预设的移动路径（从预设的移动路径的起始点到终点）逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值被定义为采集次数中的一次。在这里，可以根据建立的室内定位指纹库的精度需要，设置指纹样本的采集次数，根据设置的采集次数重复执行前述步骤S101，即重复执行步骤S101的次数与设置的采集次数相同，从而得到期望数量的指纹样本。

在步骤S103中，根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标。

在本发明实施例中，可以根据每个信道上AP的数量分布设置移动路径的划分方式，以使得每个划分点尽量接近单个信道上AP返回的采集响应被接收的位置，从而进一步减少指纹错位，提高指纹匹配精度。优选地，为了减少计算的复杂度，在单个信道上AP数量均匀分布的情况下，可以采取平均划分的方式对移动路径进行划分。

在本发明实施例中，当根据步骤S102中预先设置的指纹样本采集次数，重复沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值后，可以为每个信道上的每个AP得到多个采集样本。为了进一步减少指纹错位，在本发明实施例中，将每个信道上单个AP多次采集的采集样本中的重心（中心位置）作为该信道所有指纹样本的位置坐标。由步骤101、102的具体描述可知，同一次采集过程中，单个信道上的每个AP的位置坐标相同。因此，在具体实施过程中，可以根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标。作为示例地，当位置坐标为平面坐标时，可以分别计算X轴、Y轴上的位置坐标的平均值，将位置坐标的平均值设置为该信道所有指纹样本的位置坐标。

在步骤S104中，计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库。

在本发明实施例中，经过步骤S103处理后，在一以划分点为中心的预设范围内单个信道上一个AP的所有指纹样本的位置坐标都相同，此时，计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，从而得到在该预设位置范围内最能代表单个信道上一个AP所有指纹的“代表指纹”。将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本（即“代表指纹”）存入所述室内定位指纹库，以建立室内定位指纹库。可以看出，室内定位指纹库中的指纹都是最能代表包括在预设的位置范围内各个信道上AP在该位置范围的指纹，最大程度地减少了指纹错位。

在本发明实施例中，通过在存入指纹库之前，对指纹样本进行步骤S103、S104的处理，提高了指纹匹配的精确度，同时，提高了指纹库的存储效率。

实施例二：

图3示出了本发明实施例二提供的室内定位指纹库的动态建立方法的实现流程，详述如下：

在步骤S301中，沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道采集完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，所述指纹样本由位置坐标、无线信道标识、所述单个无线信道上的一AP标识以及对应的RSSI值组成。

在本发明实施例中，移动的指纹采集设备沿着预设的移动路径进行移动，逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，即：指纹信息的采集单位为单个无线信道。这样，由于采集单个信道上所有AP的RSSI值的采集时间较短，即指纹采集时间较短，从而进一步减少了采集粒度，减少了指纹匹配时的错位。

在步骤S302中，根据预先设置的指纹样本采集次数，判断指纹样本是否超过预先设置的指纹样本采集次数，是则执行步骤S303，否则执行步骤S301。

在本发明实施例中，沿着预设的移动路径（从预设的移动路径的起始点到终点）逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值被定义为采集次数中的一次。在这里，可以根据建立的室内定位指纹库的精度需要，进一步设置指纹样本的采集次数，根据设置的采集次数重复执行前述步骤S301，即重复执行步骤S301的次数与采集次数相同，从而得到期望数量的指纹样本。

在步骤S303中，根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标。

在步骤S304中，根据所述所有指纹样本的位置坐标、无线信道标识以及AP标识，对所述所有指纹样本进行排序。

在本发明实施例中，根据所有指纹样本的位置坐标、无线信道标识以及AP标识，对所有指纹样本进行排序，从而为提高后续计算的速度提供基础。

在步骤S305中，计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库。

在本发明实施例中，通过在存入指纹库之前，对指纹样本进行步骤S303到S305的处理，提高了指纹匹配的精确度，同时，减少了指纹库的存储效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

实施例三：

图4示出了本发明实施例三提供的室内定位指纹库的动态建立系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：

样本获取单元41，用于沿着预设的移动路径逐一采集单个无线信道上AP的RSSI值，记录所述单个无线信道采集完成时的位置坐标，以得到该位置上的多个指纹样本，所述指纹样本由位置坐标、无线信道标识、所述单个无线信道上的一AP标识以及对应的RSSI值组成；

样本重复获取触发单元42，用于根据预先设置的指纹样本采集次数，触发所述样本获取单元重复执行，以得到预设数量的指纹样本；

位置坐标设置单元43，用于根据预设的划分方式对所述移动路径进行划分，获取以每个划分点为中心的预设范围内所有指纹样本的中心位置的坐标，将所述中心位置的坐标设置为所述所有指纹样本的位置坐标；以及

样本排序单元44，用于根据所述所有指纹样本的位置坐标、无线信道标识以及AP标识，对所述所有指纹样本进行排序。

指纹存入单元45，用于计算具有相同位置坐标、相同无线信道标识以及相同AP标识的指纹样本的RSSI值的平均值，将由该相同位置坐标、相同无线信道标识、相同AP标识以及计算得到的RSSI平均值组成的指纹样本存入所述室内定位指纹库。

在本发明实施例中，以无线信道为采集单位进行指纹采集，并通过预设范围内相同信道上所有相同AP的指纹样本计算该AP在该预设范围的“代表指纹”，提高了指纹匹配的精确度，同时，也提高了指纹库中的建立速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种室内定位指纹库的动态建立方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C之后、步骤D之前，还包括步骤：

根据所述所有指纹样本的位置坐标、无线信道标识以及AP标识，对所述所有指纹样本进行排序。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，采取平均划分的方式对所述移动路径进行划分。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线信道为WiFi无线信道，所述AP标识为MAC地址。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设范围为0.5米的范围。

6.一种室内定位指纹库的动态建立系统，其特征在于，所述系统包括：

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

样本排序单元，用于根据所述所有指纹样本的位置坐标、无线信道标识以及AP标识，对所述所有指纹样本进行排序。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述位置坐标设置单元采取平均划分的方式对所述移动路径进行划分。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述无线信道为WiFi无线信道，所述AP标识为MAC地址。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预设范围为0.5米的范围。