CN103763771B - 基于Cell的室内移动终端定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Cell的室内移动终端定位方法，Cell是对地理空间的划分，通过在地图上按照实际的地形绘制出封闭的多边形而形成，对应着实际环境中的房间或类似的区域。依据Cell提供的地理信息算法可以判断定位结果是否出现大跨度的跳动，然后再利用严格的可信条件过滤不可信的跳动从而实现定位结果的平滑；同时利用Cell的出入点信息计算终端移动时的路线，避免直线移动导致的穿墙。这是一种对终端室内定位行之有效的优化方法。

Description

基于Cell的室内移动终端定位方法

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种利用Cell的室内终端定位优化方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。室内定位技术主要分基站定位和惯导定位两种服务商。基站定位服务商主要有：谷歌、诺基亚、TI、苹果、高德、百度等采用WIFI定位；惯导定位服务商主要有：美国的NAVISEER，龙旗瑞谱科技，上海消防研究所。

使用WIFI信号强度进行终端定位是目前室内定位的主流技术，但是WIFI信号由于其不稳定性导致了定位效果往往会出现不可预测的跳动，造成错误的定位。在现有的终端采样定位算法中，存在两个问题需要改进：首先，由于没有路径去约束终端移动时的路线，会导致穿墙的现象；其次，现有算法中虽然有根据信号强度的平滑操作，但是由于无法知道采样点之间的相对位置，缺乏地理信息的辅助，导致可能出现大跨度的跳跃。这两个问题都会造成非常糟糕的视觉体验。本发明因此而来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Cell的室内移动终端定位方法，解决了现有技术中室内定位时移动终端定位结果缺乏地理信息的辅助，导致可能出现大跨度的跳跃甚至导致穿墙的现象等错误定位问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法中Cell为预先设置的区域，包括以下步骤：

（1）无线接入点AP收集移动终端的信号强度；

（2）根据移动终端的信号强度进行无线接入点AP的快速胜出判断；当无线接入点AP接收到的移动终端的信号强度大于设定阈值时，则判断该无线接入点AP快速胜出，以该AP的位置作为定位结果；否则进行步骤（3）；

（3）执行采样点对比过程：

将移动终端实时的信号强度与采样点的采样结果进行对比，计算移动终端到每个采样点采样结果的欧氏距离；选取欧氏距离最小的采样点位置作为备选定位结果；检查备选定位结果与移动终端上一次定位位置是否处于相同Cell；如果备选定位结果与移动终端上次定位位置处于相同Cell，则认为移动终端尚未离开该Cell，备选定位结果作为确定的定位结果；否则认为定位结果出现跨跃Cell的跳动，进行步骤（4）；

（4）检查采样对比结果是否可信；当采样对比结果足够可信时，将该采样对比结果作为确定的定位结果，否则认为备选定位结果无效，定位结果为移动终端上次位置不变。

优选的技术方案是：所述方法步骤（4）中采样对比结果是否可信按照以下三种情况进行判断：

1）当信号无丢失，且实时信号到上次定位结果处采样点的欧氏距离纵向相比有所增大，则判断满足该条件的对比结果比较可信；

2）信号有丢失，但近邻AP信号没有丢失，且连续3轮计算的欧氏距离都是最小；则判断满足该条件的对比结果非常可信；

3）信号有丢失，但近邻AP信号没有丢失，且每个实时的信号强度与采样结果的信号强度差小于强度阈值；则判断满足该条件的对比结果非常可信；

除了上述情况以外，均认为对比结果不可信。

优选的技术方案是：所述方法还包括利用Cell的出入口点对移动终端的寻路路径中的定位位置结果进行过滤处理的步骤；其中每个Cell预先配置时添加出入口点信息。

优选的技术方案是：所述方法中每个Cell预先配置时还通过连线连接相邻Cell的出入点形成以Cell为节点的树，通过以Cell为节点的树判断移动终端的定位位置是否合理；当移动终端的定位位置不合理时进行舍弃；否则保存移动终端的定位位置，并确定过滤处理后的移动终端的寻路路径。

优选的技术方案是：所述方法中以Cell为节点的树是按照实际环境的连通性将不同Cell的出入口点连接起来形成的以Cell为节点的树。

优选的技术方案是：所述方法中确定移动终端的寻路路径具体包括以下步骤：

A）检查移动终端起始位置和目标位置是否处于相同Cell；如果是，则移动终端的寻路路径为从起始位置到目标位置的直线连线；如果否，转步骤B）；

B）如果移动终端起始位置和目标位置处于不同的Cell，则以起始位置所在Cell的出入口点作为根节点进行广度优先遍历，查找目标位置所在Cell的出入点；查找结果即为长度最短的从起始Cell到目标Cell的路径，如果存在可达路径，转步骤C）；如果不存在，转步骤D）；

C）将移动终端从起始位置沿直线连线移动到起始Cell的出入点，再沿起始Cell到目标Cell的路径，到达目标Cell的出入点，最后将终端从目标Cell的出入点沿直线连线移动到目标位置，即完成了终端移动的寻路，即获得移动终端的寻路路径；

D）起始位置和目标位置间无路径可达，则停止计算路线，即移动终端的寻路路径不可达，放弃目标位置。

本发明提供一种利用Cell的室内终端定位优化方法，通过Cell提供的地理位置信息，对定位结果进行平滑，以及在终端移动时进行路线计算。其中Cell是对地理空间的划分，通过在地图上按照实际的地形绘制出封闭的多边形而形成，对应着实际环境中的房间或类似的区域。在配置完Cell后，地图上的每个可被定位到的位置都有了一个所属Cell的属性，在实时定位计算中，算法通过比较相邻两次定位结果是否属于同一个Cell来判断定位结果是否出现大跨度的跳动，然后再利用严格的可信条件过滤不可信的跳动从而实现定位结果的平滑；同时利用Cell的出入点信息计算终端移动时的路线，避免直线移动导致的穿墙。因此，这是一种对终端室内定位行之有效的优化方法，基于Cell的终端采样定位方法利用Cell减少大跨度的不合理的跳跃，并通过Cell约束终端移动时的路线避免穿墙。

本质上是对地理空间的划分，类似于区域。通过Cell的划分，可以使算法得知某两个点处于同一个Cell它们之间可以任意移动，或者某两个点处于不同的Cell他们之间的移动需要严格的限制条件以避免出现错误。其为定位方法提供了简化的地理信息，使方法能够得知采样点之间的位置关系（处于同一个Cell或者处于不同的Cell），然后方法便可以利用该信息实现位置平滑和终端移动时的寻路。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.利用Cell可以使算法能够识别定位结果产生了跨区域的跳动，然后触发严格的限制条件判断，只有定位结果足够可信时才允许跨区域移动。这样的方式更加动态灵活，减少了使用全局平滑策略所带来的延迟

2.利用Cell配置时的出入口点信息，可以引导终端跨区域时的路线计算，使得最终的路径更加合理而不会出现穿墙等不好的视觉效果。

附图说明

下面结合附图及部署方案对本发明作进一步描述：

图1为定位算法执行的流程图

图2为Cell绘制、出入口点及连线的示意图

图3为基于Cell的寻路示意图

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

如图1所示，基于Cell的室内终端定位方法主要包括以下步骤：

步骤一：收集并过滤终端的信号强度，作为算法的原始输入；

步骤二：首先进行AP快速胜出的判断，AP快速胜出是本定位算法中的一个机制，使终端在非常靠近AP时可以快速地定位到AP，而不需要再去执行采样点对比；如果有某个AP接收到终端的信号强度大于设定的阈值，则认为其快速胜出，输出该AP的位置作为定位结果；否则，转步骤三；

步骤三：执行采样点对比过程，将终端实时的信号强度，与采样点的采样结果进行对比，计算其到每个采样点采样结果的欧氏距离，选取欧氏距离最小的若干的采样点作为备选定位结果；转步骤四；

步骤四：检查备选定位结果是否与终端上次定位位置处于相同Cell，如果是，认为终端尚未离开该Cell，则输出备选定位结果作为算法定位结果，如果否，意味着定位结果出现跨跃Cell的跳动，转步骤五；

步骤五：通过一系列条件检查采样对比结果是否可信，只有在足够可信的情况下，才允许该采样对比结果作为定位结果输出，否则认为其无效，定位结果为终端上次位置不变；

方法循环执行，可以有效地过滤掉终端定位结果中不可信的跨Cell跳动，从而实现平滑的效果。

本实施例利用Cell的室内终端定位方法的实施场景如图2所示，图2中虚线构成的非实体矩形即为Cell，其中两个房间每个房间分别作为一个Cell，L型的走廊被划分成三个Cell，总共5个Cell；每个Cell内设采样点（图2中未示出，参考图3，亦即实际可被定位到的点），三角形图标为Cell的出入点，连线代表出入点之间的连通性，用于路线引导。该配置实例反映了Cell划分，出入点及连线配置的基本策略，即符合实际地形。在配置完成后的实际定位中，观察到终端定位结果的大跨度跳动明显减少，且终端在定位位置发生变化时的移动路线也更加合理，不会出现穿墙等现象。

在基于Cell进行平滑时，由于跨区域的可信条件比较严格，所以有可能出现终端实际跨区域了，但是信号强度并没有及时满足条件，导致定位结果还停留在上一个位置不动。对于这种情况，一方面有可能是因为可信条件过于严格需要调整；另一方面也是不可避免的，平滑必然会造成实时性的牺牲，通过本算法只能尽可能减少牺牲。

划分的原则：首先要符合实际地形，因为Cell的意义就是让算法获得地理信息，如房间天然地就应该成为一个Cell，而不应该被拆分；其次要控制Cell的大小，Cell面积过小必然个数就会增多延迟也就随之变大，而Cell面积过大平滑效果就会减弱，建议先按照最少个数的Cell去配置，然后如果定位效果跳跃严重，则在跳跃的部分拆分Cell；最后，在形状不规则（凹多边形，环形等），且不容忍穿墙的区域（环形）则需要拆分成多个Cell。

在基于Cell的平滑过程中，最重要的可信条件。如果可信条件过于严格会导致无法得出定位结果，而可信条件如果过于宽松有会导致没有平滑效果。因此需要合理的选择可信的条件。

其中Cell是前期配置的区域信息，在实时定位计算时，可以辅助用于对终端的定位结果进行过滤，避免不可信的跳动，起到平滑的效果；同时可以用于终端移动时的寻路，避免移动路线穿墙，造成不良的视觉效果。其特征在于通过简单的配置，使得每个地图上的位置都拥有了一个所属区域的属性，在实时计算时，如果定位结果发生了跳动，通过判断置和目标位置是否属于同一个区域以及跳动的依据是否足够可信，可以决定是否对跳动进行过滤。另外，在配置每个Cell时会给Cell增加出入点，并用连线连接相邻Cell的出入口点，形成以Cell为节点的树，其意义在于引导路线，即所有的跨Cell的移动路线，都要经过Cell的出入点，通过这个技术，就可以实现合理的寻路，而不会出现穿墙。

采用的可信条件有如下3个：

信号无丢失（指与采样点对比时，采样结果中的每个AP都有实时信号与其对应），且实时信号到上次定位结果处采样点的欧氏距离纵向相比有所增大（意味着终端远离了上次定位的位置）。满足该条件的对比结果比较可信；

信号有丢失，但关键信号（近邻AP信号）没有丢失（即采样结果中信号强度较大的几个AP都有实时信号与其对应），且连续3轮计算的欧氏距离都是最小。满足该条件的对比结果非常可信；

信号有丢失，但关键信号（近邻AP信号）没有丢失（同上），且每个实时的信号强度与采样结果的信号强度相差较小（差的绝对值小于10）。满足该条件的对比结果也非常可信。

另外，可信条件还包括对Cell的寻路过程的判断，判断Cell的寻路过程是否进行了穿墙操作。基于Cell的寻路过程主要包括以下步骤：

步骤一：检查终端起始位置和目标位置是否处于相同Cell，如果是，则终端移动的路线为从起始位置到目标位置的直线连线，如果否，转步骤二；

步骤二：终端起始位置和目标位置处于不同的Cell，以起始位置所在Cell的出入口点作为根节点进行广度优先遍历，查找终点所在Cell的出入点；查找结果即为长度最短的从起始Cell到目标Cell的路径，如果存在可达路径，转步骤三；如果不存在，转步骤四；

步骤三：将终端从起始位置沿直线连线移动到起始Cell的出入点，在沿起始Cell到目标Cell的路径，到达目标Cell的出入点，最后将终端从目标Cell的出入点沿直线连线移动到目标位置，即完成了终端移动的寻路；

步骤四：起始位置和目标位置间无路径可达，则不再计算路线。

当起始位置和目标位置间无路径可达时，则可判断对比结果中移动终端的寻路过程进行了穿墙操作，可以进行过滤处理。

利用Cell进行寻路，要求在实时定位之前进行详细正确的配置，主要的配置内容有：绘制Cell，为每个Cell添加出入口点，按照实际环境的连通性将不同Cell的出入口点连接起来。Cell、出入口点及连线绘制的示例见附图2和图3所示。图2中三角形图标为Cell的出入口点，黑色实线线条为出入口点的连线，代表出入点之间的连通性，用于路线引导。图3中三角形图标为Cell的出入口点，黑色实线线条为连线，带箭头线条为移动终端的寻路路径；带起字的星号为起始位置（终端移动的起点），带终起字的星号为目标位置（终端移动的终点）。该寻路路径即为通过Cell和出入点信息计算得到的，相比于从起始点到结束点的直线连接，这样的路径更加符合实际的地形，有着更为合理和友好的展示效果。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法中Cell为预先设置的区域，包括以下步骤：

（1）无线接入点AP收集移动终端的信号强度；

（2）根据移动终端的信号强度进行无线接入点AP的快速胜出判断；当无线接入点AP接收到的移动终端的信号强度大于设定阈值时，则判断该无线接入点AP快速胜出，以该AP的位置作为定位结果；否则进行步骤（3）；

（3）执行采样点对比过程：

将移动终端实时的信号强度与采样点的采样结果进行对比，计算移动终端到每个采样点采样结果的欧氏距离；选取欧氏距离最小的采样点位置作为备选定位结果；检查备选定位结果与移动终端上一次定位位置是否处于相同Cell；如果备选定位结果与移动终端上次定位位置处于相同Cell，则认为移动终端尚未离开该Cell，备选定位结果作为确定的定位结果；否则认为定位结果出现跨跃Cell的跳动，进行步骤（4）；

（4）检查采样对比结果是否可信；当采样对比结果足够可信时，将该采样对比结果作为确定的定位结果，否则认为备选定位结果无效，定位结果为移动终端上次位置不变；采样对比结果是否可信按照以下三种情况进行判断：

1）当信号无丢失，且实时信号到上次定位结果处采样点的欧氏距离纵向相比有所增大，则判断满足该条件的对比结果比较可信；

2）信号有丢失，但近邻AP信号没有丢失，且连续3轮计算的欧氏距离都是最小；则判断满足该条件的对比结果非常可信；

3）信号有丢失，但近邻AP信号没有丢失，且每个实时的信号强度与采样结果的信号强度差小于强度阈值；则判断满足该条件的对比结果非常可信；

除了上述情况以外，均认为对比结果不可信。

2.根据权利要求1所述的基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法还包括利用Cell的出入口点对移动终端的寻路路径中的定位位置结果进行过滤处理的步骤；其中每个Cell预先配置时添加出入口点信息。

3.根据权利要求2所述的基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法中每个Cell预先配置时还通过连线连接相邻Cell的出入点形成以Cell为节点的树，通过以Cell为节点的树判断移动终端的定位位置是否合理；当移动终端的定位位置不合理时进行舍弃；否则保存移动终端的定位位置，并确定过滤处理后的移动终端的寻路路径。

4.根据权利要求3所述的基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法中以Cell为节点的树是按照实际环境的连通性将不同Cell的出入口点连接起来形成的以Cell为节点的树。

5.根据权利要求3所述的基于Cell的室内移动终端定位方法，其特征在于所述方法中确定移动终端的寻路路径具体包括以下步骤：

A）检查移动终端起始位置和目标位置是否处于相同Cell；如果是，则移动终端的寻路路径为从起始位置到目标位置的直线连线；如果否，转步骤B）；

B）如果移动终端起始位置和目标位置处于不同的Cell，则以起始位置所在Cell的出入口点作为根节点进行广度优先遍历，查找目标位置所在Cell的出入点；查找结果即为长度最短的从起始Cell到目标Cell的路径，如果存在可达路径，转步骤C）；如果不存在，转步骤D）；

C）将移动终端从起始位置沿直线连线移动到起始Cell的出入点，再沿起始Cell到目标Cell的路径，到达目标Cell的出入点，最后将终端从目标Cell的出入点沿直线连线移动到目标位置，即完成了终端移动的寻路，即获得移动终端的寻路路径；

D）起始位置和目标位置间无路径可达，则停止计算路线，即移动终端的寻路路径不可达，放弃目标位置。