CN104023388A - 一种室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明本发明涉及一种定位方法，特别涉及室内定位方法，用于对终端进行建筑物室内水平定位以及室内垂直定位（不同楼层之间），同时实现室内定位与户外GPS定位之间的无缝切换，属于短距离无线通讯技术领域。包括确定定位路线及路径点、安装无线信号源、建立标准信号数据库、终端一次定位、终端二次定位等步骤。本发明的室内定位方法，可实现在建筑物内每一楼层对定位目标进行精确定位，定位精度高；同时，通过室内-室外的转换定位，实现室内-室外定位的无缝、快速转换，定位过程连贯、无死角。

Description

一种室内定位方法

技术领域

本发明涉及一种定位方法，特别涉及室内定位方法，用于对终端进行建筑物室内水平定位；和/或，对终端进行建筑物室内垂直定位（不同楼层之间）；和/或，实现室内定位与户外GPS定位之间的无缝切换，属于短距离无线通讯技术领域。

背景技术

在目前定位系统中，最为成熟的应用当属全球定位系统（Global Positioning System，GPS）。但是，GPS信号的穿透力很弱，难以到达建筑物内部，信号被遮挡或者消减时，GPS定位会出现漂移，且GPS的定位系统精度约在5米，因此，对于室内的定位而言，GPS技术是低效的。

此后，基于射频（RF）信号的单独布置于室内的定位系统开始出现，典型的基于RF 的定位系统利用无线保真(Wi-Fi) 系统，也可以是诸如无线传感器网络、基于蓝牙的网络等其他无线系统。

通常，通过基于RF 的定位系统，其常规的实现过程主要有两种方式，第一种是通过计算移动设备所接受的RF信号强弱得出其与RF信号源之间的距离，进而计算出移动设备所在位置；第二种包含两个阶段，前一阶段在不同参考位置收集参考信号强度参数，并将其存入数据库，后一阶段收集当前位置信号强度，与数据库中的参考信号强度进行比对，计算出当前位置。第二种方式较之第一种比较不容易受到信号衰减的影响，因此更为精确。

虽然将参考信号值与当前信号值对比计算的方式在理论上比较可行，但实际应用过程中，参考信号的收集依赖于参考点（参考位置）的设置，目前可知的技术是在定位区间内将信号源和参考点分别部署，信号源只用于发射信号，参考点只用于接收信号后返回服务器，这种做法使得参考点的信号收集只能是一次性的，一旦后期定位区间内出现物理变动使得参考点信号发生改变，此前所收集到的参考信号便不再具有参考性，需要重新收集参考信号。

 此外，现有的无线信号定位系统，在实现室内垂直方向上的定位以及室内与室外定位的切换上，显得相当繁琐和复杂。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种室内定位方法，对终端进行室内水平定位、室内垂直定位，以及室内定位与室外GPS定位的切换。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种室内定位方法，其特征在于，包括室内水平定位，所述室内水平定位包括以下步骤：

步骤L-1：按室内建筑结构设计定位路线，根据路线确定路径点；

步骤L-2：在所述路径点上安装第一无线信号源；

步骤L-3：记录所有安装的第一无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P，并上传给服务器保存，第一无线信号源的BSSID/MAC地址的名称各不相同；

步骤L-4：以每一个第一无线信号源为基点，扫描其周围的第一无线信号源，记录各第一无线信号源的信号强度，并将数据上传给服务器保存，获得各第一无线信号源的标准信号数据SD；

步骤: L-5：终端一次定位：终端扫描各第一无线信号源的信号强度，获得信号最强的第一无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P1，得到一个以P1为中心、精度为相邻两第一无线信号源之间距离为直径的初步位置，获取该位置在步骤4中保存的标准信号数据SD-P1，完成一次定位；

步骤L-6：终端二次定位：根据获取的标准信号数据SD-P1，去除信号最强值D1，选取信号第二强的值D2，获取其无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P2，并运算得出信号差值LD，以P1为中心，往P2方向偏移LD个信号距离单位，得到二次定位位置P0。

 

进一步地，所述第一无线信号源为发射/加收双模设备。

 

进一步地，所述路径点根据下述原则确定：

a)         转角位置；

b)      电梯，洗手间位置；

c)       过长的直线路线的中点位置，以及从该中点出发、每间隔定位精度两倍距离的位置；

d)      确定直线信号距离单位：

Ⅰ在安装好第一无线信号源后，根据信号强度的衰减得到每衰减10个dBm信号强度的水平距离。

 

进一步地，还包括室内垂直定位，所述室内垂直定位包括如下步骤：

步骤V-1：按室内建筑结构，确定带状的垂直位置改变区域以及各楼层之间的楼层分隔线;

步骤V-2：在垂直位置改变区域内、相邻两楼层分割线之间等间距地安装一组具有发射功能的第二无线信号源；

步骤V-3：记录各第二无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤V-4：终端扫描各第二无线信号源及其信号强度，去除不在步骤V-3记录的数据，将终端所有收集到的数据根据信号强度正序排序；

步骤V-5：如果终端在步骤V-4中收集到的信号最强的一个数据（节点P-v1）达到设定的信号强度阈值S-0，则确定该终端开始进入垂直位置改变状态；

步骤V-6：重复执行V-4的步骤

a)         如果P-v1的信号不断减弱，相对应的节点P-vn的信号不断增强，那么确认终端正在进行垂直位置改变；

b)        当P-vn的信号数据达到设定的强度阈值S-0，说明终端已经从P-v1所在楼层到达P-vn所在楼层，垂直位置改变状态终止；

c)         如果P-v1的信号不断减弱，相对应节点的信号并没有明显改变，那么终端退出垂直位置改变状态。 

 

进一步地，还包括室内-室外的转换定位，所述转换定位包括以下步骤：

步骤T-1：在室内空间与室外空间的出入口中心位置安装具有发射功能的第三无线信号源；

步骤T-2：记录所有安装的第三无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤T-3：终端一次定位：终端扫描各第三无线信号源及其信号强度，去除不在步骤T-2记录的数据，将终端所有收集到的数据根据信号强度正序排序；

步骤T-4：连续重复T-3步骤，如果满足如下条件，则触发转换事件：

a)   终端处于室内定位状态/GPS定位状态；

b)  相同BSSID/MAC地址的发射源；

c)   不断上升的无线信号强度等级；

步骤T-5：如果无线信号强度等级处于中间值，提出是否切换室内定位/GPS室外定位，供终端操作者选择；如无线信号强度等级达到设定的转换阈值，直接切换。

 

其中，BSSID是Basic Service Set Identifier基本服务单元标识符；MAC是Media Access Control 媒体访问控制。

 

因此，本发明的室内定位方法，通过室内水平定位以及室内垂直定位，实现在建筑物内每一楼层对定位目标进行精确定位，定位精度高；同时，通过室内-室外的转换定位，实现室内-室外定位的无缝、快速转换，定位过程连贯、无死角。

附图说明

图1-2为本发明室内水平定位的过程示意图；

图3-4为本发明室内垂直定位的过程示意图；

图5-6本本发明室内-室外的转换定位的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的结构做进一步详细的说明，本发明中与现有技术相同的部分将参考现有技术。

如图1-2所示，本实施例中，以1000平方米（50米*20米）的区域来描述，图中，黑色线条为该区域的定位路线，定位精度为设定为5米；采用的第一无线信号源为具有发射和接收功能的无线信号源（WIFI）或蓝牙（BLUETOOTH）装置，确保每个装置有不同的BSSID地址即MAC地址，无线信号源的SSID和蓝牙的名称各不相同。

室内水平定位的方法包括如下步骤：

步骤L-1：按室内建筑结构设计定位路线100，根据路线确定路径点，确定路径点的原则为：

a)         转角设置；

b)        电梯，洗手间等关键地点设置；

c)         过长的直线路线的中点设置，以及从该中点出发、每间隔定位精度两倍距离即10米为间隔的位置；

d)        确定直线信号距离单位：

i.          在安装好第一无线信号源后，根据信号强度的衰减得到每衰减10个dBm信号强度的水平距离；

步骤L-2：在上述路径点上安装第一无线信号源101；

步骤L-3：记录所有安装的第一无线信号源101的BSSID/MAC地址和安装位置P，并上传给服务器保存；

步骤L-4：对每一第一无线信号源运行如下功能的代码：

a) 扫描周围所有可用的第一无线信号源，记录格式为[‘name’, ‘level’]

i.          name: 可用装置的BSSID/MAC，去除所有的“:”，代码为：

bssid.replace(‘:’, ‘’)或bssid.split(‘:’).join(‘’)

ii.        level：可用装置的信号强度（dBM），根据强弱的区别，从-40至-100不等，将信号强度简化成：

-40 ～ -49：ccc

-50 ～ -59：cc

-60 ～ -69：m

-70 ～ -79：f

-80 ～ -89：ff

～90 ～ -100：fff

b)              将装置所有收集到的数据根据信号强度以level正序排序；

c) 将上述数据上传给定位服务器，进行保存；

步骤L-5：在需要定位的终端（如手机）上运行如下代码，进行终端一次定位：

a) 扫描周围所有可用的第一无线信号源，记录格式为[‘name’, ‘level’]

i.    name: 可用装置的BSSID/MAC，去除所有的“:”，代码为：

bssid.replace(‘:’, ‘’)或bssid.split(‘:’).join(‘’)

ii.  level：可用装置的信号强度（dBM），根据强弱的区别，从-40至-100不等，将信号强度简化成：

-40 ～ -49：ccc

-50 ～ -59：cc

-60 ～ -69：m

-70 ～ -79：f

-80 ～ -89：ff

～90 ～ -100：fff

b)              与在步骤L-4中记录的BSSID/MAC地址比较，除去不在列表中的数据；

c) 将终端所有收集到的数据根据信号强度以level正序排序；

d)              取得信号最强的第一个发射源的name，与步骤L-4中记录的BSSID/MAC地址比较，获取其安装位置P1，得到一个中心为P1、精度为半径5米的初步位置；

e) 根据这个初步位置获取该位置已经在步骤L-4中保存的标准信号数据SD-P1，完成终端一次定位；

步骤L-6：终端二次定位：

a) 利用在步骤L-5中取得的标准信号数据SD-P1，去除第一个信号最强的值D1；

b)              选取信号第二强的值D2，进行如下计算：

i.    根据D2.name获取其发射源安装位置P2，根据D2.level的值记录偏转参数（ccc：0， cc：1，c：2，m：3，f：4，ff：5，fff：6）

ii.  将D2的数据level1与SD中相同发射源的信号数据level2做出比较，得出信号差值LD（level2-level1）

iii.              以P1为中心，往P2方向偏移LD个信号距离单位，得到终端二次定位P0。

 

如图3-4所示，当需要定位的目标--移动终端--进行垂直位移时，如：在建筑物的不同楼层之间移动，需要启动室内垂直定位。

以三层建筑物的电梯空间为例，如图3所示，水平横线代表楼层分隔线102，两条垂直线之间的带状区域代表垂直位置改变区域103。采用的第二无线信号源为具有发射功能的无线信号源（WIFI）或蓝牙（BLUETOOTH）装置，确保每个装置有不同的BSSID即MAC地址，第二无线信号源的SSID和蓝牙的名称各不相同。

本发明的室内垂直定位过程如下：

步骤V-1：按室内建筑结构，确定带状的垂直位置改变区域以及各楼层之间的楼层分隔线;

步骤V-2：在垂直位置改变区域内、相邻两楼层分割线的中点安装一组具有发射功能的第二无线信号源104，共计3个；

步骤V-3：记录各第二无线信号源104的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤V-4：在需要定位的终端上运行如下代码，进行一次定位：

a) 扫描周围所有可用的同类型发射装置，记录格式为[‘name’, ‘level’]

i.    name: 可用装置的BSSID/MAC，去除所有的“:”，代码为：

bssid.replace(‘:’, ‘’)或bssid.split(‘:’).join(‘’)；

ii.  level：可用装置的信号强度（dBM），根据强弱的区别，从-40至-100不等，将信号强度简化成：

-40 ～ -49：ccc

-50 ～ -59：cc

-60 ～ -69：m

-70 ～ -79：f

-80 ～ -89：ff

～90 ～ -100：fff

b)              与在步骤V-3中记录的BSSID/MAC地址比较，除去不在列表中的数据；

c) 将装置所有收集到的数据根据信号强度以level正序排序；

2. 步骤V-5：如果终端在步骤V-4中收集到的信号最强的一个数据（节点P-v1）达到设定的达到cc或ccc程度，那么该终端开始进入垂直位置改变状态，则确定该终端开始进入垂直位置改变状态；

步骤V-6：重复执行V-4的步骤

a) 如果P-v1的信号不断减弱，相对应的节点P-vn的信号不断增强，那么确认终端正在进行垂直位置改变；

b)              当P-vn的信号数据达到设定的强度阈值S-0，说明终端已经从P-v1所在楼层到达P-vn所在楼层，垂直位置改变状态终止；

c）如果P-v1的信号不断减弱，相对应节点的信号并没有明显改变，那么终端退出垂直位置改变状态。

 

如图5-6所示，当需要定位的目标--移动终端—从室外进入室内，或者从室内进入室外时，需要启动室内-室外的转换定位。图中，线条内范围为该室内空间的范围，方框代表该区域的出入口，用户（移动终端）只能通过方框位置进入/离开室内空间。

本发明的室内-室外的转换定位过程如下：

步骤T-1：在室内空间与室外空间的出入口105中心位置安装具有发射功能的第三无线信号源106；

步骤T-2：记录所有安装的第三无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤T-3：在需要定位的终端上运行如下代码，进行一次定位：

a)         扫描周围所有可用的同类型发射装置，记录格式为[‘name’, ‘level’]

i.            name: 可用装置的BSSID/MAC，去除所有的“:”，代码为：

bssid.replace(‘:’, ‘’)或bssid.split(‘:’).join(‘’)

ii.          level：可用装置的信号强度（dBM），根据强弱的区别，从-40至-100不等，将信号强度简化成：

-40 ～ -49：ccc

-50 ～ -59：cc

-60 ～ -69：m

-70 ～ -79：f

-80 ～ -89：ff

～90 ～ -100：fff

b)        与在步骤T-2中记录的BSSID/MAC比较，除去不在列表中的数据

步骤T-4：连续重复T-3步骤，如果满足如下条件，则触发转换事件：

a)         终端处于室内定位状态/GPS定位状态；

b)        相同的BSSID/MAC发射源；

c)         不断上升的第三无线信号源无线信号强度等级；

步骤T-5：如果level为m，提出是否切换GPS室外定位，供用户选择；如level为cc或ccc，直接切换。

当然，本发明还可以有其他的实施方式，上文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括室内水平定位，所述室内水平定位包括以下步骤：

步骤L-1：按室内建筑结构设计定位路线，根据路线确定路径点；

步骤L-2：在所述路径点上安装第一无线信号源；

步骤L-3：记录所有安装的第一无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P，并上传给服务器保存，第一无线信号源的BSSID/MAC地址的名称各不相同；

步骤L-4：以每一个第一无线信号源为基点，扫描其周围的第一无线信号源，记录各第一无线信号源的信号强度，并将数据上传给服务器保存，获得各第一无线信号源的标准信号数据SD；

步骤: L-5：终端一次定位：终端扫描各第一无线信号源的信号强度，获得信号最强的第一无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P1，得到一个以P1为中心、定位精度为相邻两第一无线信号源之间距离为直径的初步位置，获取该位置在步骤4中保存的标准信号数据SD-P1，完成一次定位；

步骤L-6：终端二次定位：根据获取的标准信号数据SD-P1，去除信号最强值D1，选取信号第二强的值D2，获取其无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置P2，并运算得出信号差值LD，以P1为中心，往P2方向偏移LD个信号距离单位，得到二次定位位置P0。

2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于：所述第一无线信号源为发射/加收双模设备。

3.根据权利要求2所述的室内定位方法，其特征在于：所述路径点根据下述原则确定：

转角位置；

电梯，洗手间位置；

过长的直线路线的中点位置，以及从该中点出发、每间隔定位精度两倍距离的位置；

确定直线信号距离单位：

Ⅰ在安装好第一无线信号源后，根据信号强度的衰减得到每衰减10个dBm信号强度的水平距离。

4.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于：还包括室内垂直定位，所述室内垂直定位包括如下步骤：

步骤V-1：按室内建筑结构，确定带状的垂直位置改变区域以及各楼层之间的楼层分隔线;

步骤V-2：在垂直位置改变区域内、相邻两楼层分割线之间等间距地安装一组具有发射功能的第二无线信号源；

步骤V-3：记录各第二无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤V-4：终端扫描各第二无线信号源及其信号强度，去除不在步骤V-3记录的数据，将终端所有收集到的数据根据信号强度正序排序；

步骤V-5：如果终端在步骤V-4中收集到的信号最强的一个数据（节点P-v1）达到设定的信号强度阈值S-0，则确定该终端开始进入垂直位置改变状态；

步骤V-6：重复执行V-4的步骤:

如果P-v1的信号不断减弱，相对应的节点P-vn的信号不断增强，那么确认终端正在进行垂直位置改变；

当P-vn的信号数据达到设定的强度阈值S-0，说明终端已经从P-v1所在楼层到达P-vn所在楼层，垂直位置改变状态终止；

如果P-v1的信号不断减弱，相对应节点的信号并没有明显改变，那么终端退出垂直位置改变状态。

5.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于：还包括室内-室外的转换定位，所述转换定位包括以下步骤：

步骤T-1：在室内空间与室外空间的出入口中心位置安装具有发射功能的第三无线信号源；

步骤T-2：记录所有安装的第三无线信号源的BSSID/MAC地址和安装位置，并上传给服务器保存；

步骤T-3：终端一次定位：终端扫描各第三无线信号源及其信号强度，去除不在步骤T-2记录的数据，将终端所有收集到的数据根据信号强度正序排序；

步骤T-4：连续重复T-3步骤，如果满足如下条件，则触发转换事件：

终端处于室内定位状态/GPS定位状态；

相同BSSID/MAC地址的发射源；

不断上升的无线信号强度等级；

步骤T-5：如果无线信号强度等级处于中间值，提出是否切换室内定位/GPS室外定位，供终端操作者选择；如无线信号强度等级达到设定的转换阈值，直接切换。