CN104023389B - 一种快速ap匹配定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速AP匹配定位方法，包括步骤：步骤S1，在待定位点采集一组WIFI信号，步骤S2，计算各个参考点与待定位点对应的AP的WIFI信号之间的信号距离，步骤S3，根据所述信号距离计算命中矩阵，找出命中参考点向量，步骤S4，对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置，本发明将命中方法分解到AP的维度上，计算简单快捷，不仅提高了鲁棒性，也提高了定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及WIFI定位领域，尤其涉及一种快速AP匹配定位方法。
背景技术
随着无线网络的普及和应用，现在对于无线网络的应用到处可见，目前比较常见的无线网络是WIFI无线网络，并且调制解调器、路由器等设备也都基本上带有无线功能，一些商场、办公楼、教学楼等内部都会有WIFI无线网络的覆盖，WIFI无线网络的普及为室内定位提供了良好的条件。
目前在室外定位中，GPS已经提供了比较成熟的定位技术，但是对于室内定位来说，由于受到建筑物的遮挡，卫星信号无法穿透建筑物，使得GPS无法很好地对室内进行定位。这也引发了对室内定位技术的研究，其中使用无线信号来进行室内定位已经成为了一项研究热点，并以此来弥补GPS不能对建筑内部定位的缺陷。如同GPS定位系统需要卫星作为信号发射器一样，室内定位同样需要具有发射信号的设备装置，而室内定位所需要的信号发射装置通常是比较常见的无线接入点(AP，Access Point)。
在无线室内定位技术中，使用信号强度来进行定位的技术主要分为两类，一类是使用信号传播特性，即信号随着传播距离的增加而衰减，对信道进行建模，这样就能够根据接收到的信号强度值来计算出接收设备和发送端之间的距离，并且在已经知道发射器位置的情况下，进一步计算来获得接收处的具体位置，例如三边定位技术。然而由于室内建筑结构的复杂性，又由于信号传播具有反射、衍射等多径效应的传播特性以及传播噪声、信道之间的相互干扰等作用，使得很难构建出比较准确的信号传播模型，因此也难以得到比较理想的定位结果。另一类是称作位置指纹的定位技术，通过采集具体位置信号强度值作为位置指纹并且用预处理过的信号强度值来构建指纹数据库，此技术不仅能够很好的规避信号传播的多径效应而且无需对复杂信道进行建模。
以往采用计算信号距离的方法中，如欧式距离，是通过实时采集信号与指纹库中指纹信号向量的欧式距离取最临近作为结果，这种唯一命中的定位算法在实际场景中很难得到理想的定位精度，虽然在此算法的基础上又产生了K最临近算法，但这种直接选取K个最临近的参考点，然后直接取其平均位置会进一步引入误差。
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，其目的是提供一种快速AP匹配定位方法，将命中方法分解到AP的维度上，计算简单快捷，不仅提高了鲁棒性，也提高了定位精度。
本发明提供一种快速AP匹配定位方法，包括步骤：
步骤S1，在待定位点采集一组WIFI信号。
步骤S2，计算各个参考点与待定位点对应的AP的WIFI信号之间的信号距离。
步骤S3，根据所述信号距离计算命中矩阵，找出命中参考点向量。
步骤S4，对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置。
进一步地，步骤S2中，所述信号距离的计算公式为：
Signal_Matrix＝{|FPDB1-S|,|FPDB2-S|,...,|FPDBm-S|}T，
其中，Signal_Matrix为所述信号距离的矩阵，
S为步骤S1中所述一组WIFI信号构成的向量，
FPDBi为位置指纹信号向量,表示第i个参考点的位置指纹。
进一步地，步骤S3中，命中矩阵Hits_Matrix的计算公式为：
Hits_Matrix＝min(SAP1,SAP2,...,SAPn)；
其中，SAPi是所述Signal_Matrix矩阵中的列向量，
min()操作表示将各列向量中信号距离最小的置为1，其余置为0。
进一步地，步骤S3中，命中参考点向量Candidate的计算公式为：
其中，Hits_Maxtrixij是Hits_Matrix矩阵中第i行的第j列，
是对Hits_Matrix矩阵的第i行向量进行求和。
进一步地，步骤S4中，所述对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置包括：
对所述命中参考点向量Candidate进行分析，如果命中参考点向量Candidate中只有一个参考点，则以所述参考点为待定位点的位置。
如果命中参考点向量中有多个参考点，根据所有参考点计算待定位点的位置。
进一步地，所述根据所有参考点计算待定位点的位置包括：
为所述所有参考点计算关联权值向量，计算公式为：
其中，Candidatei表示第i个参考点命中的AP数。
计算待定位点的位置，计算公式为：
其中，Positioni(x,y)为待定位点的位置。
进一步地，所述Positioni(x,y)为二维平面内的坐标值。
进一步地，所述WIFI信号为接收信号强度指示。
进一步地，步骤S1之前还包括：
步骤S201，为每一个参考点分别对每台AP进行至少1次WIFI信号采集。
步骤S202，使用三倍方差滤波方法对采集的WIFI信号进行过滤，计算所采集的一组WIFI信号的均值和方差。
步骤S203，如果某个WIFI信号与均值的方差大于这一组WIFI信号方差的三倍，则筛除该WIFI信号。
步骤S204，对筛选过后的一组WIFI信号取均值作为AP在参考点处的信号向量。
步骤S205，以所有参考点的信号向量构建指纹数据库FPDB。
进一步地，步骤S203中，筛除异常WIFI信号的计算公式为：
S异常＝δsi≥δ*3，
其中，δsi表示第i次采集到的某个AP的WIFI信号与这一组信号强度均值的标准差，δ表示这一组WIFI信号的标准差。
本发明避免了在定位时仅仅通过一次性命中，将所有AP的信号放在一起计算，即避免了通过计算信号向量与位置指纹信号向量之间的距离来获得最终结果的不合理性。对以单纯的信号距离来选择最佳匹配的候选参考点的K最邻近算法来说，在原本存在误差的计算情况下，再选择K个带误差的候选参考点来计算，那么就会进一步扩大误差。而本发明中的匹配命中算法将命中分解到AP的维度上，考虑了正确候选参考点因某个AP的异常而被忽略的情况，利用与某个位置关系越近，则与该位置处的AP信号越近的特点，计算简单快捷，不仅提高了鲁棒性，也提高了定位精度。
附图说明
图1是本发明的一种快速AP匹配定位方法的流程示意图；
图2是本发明的一种快速AP匹配定位方法的子流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种快速AP匹配定位方法，将命中方法分解到AP的维度上，计算简单快捷，不仅提高了鲁棒性，也提高了定位精度。
如图1所示，一种快速AP匹配定位方法，包括步骤：
步骤S1，在待定位点采集一组WIFI信号。
所述WIFI信号为接收信号强度指示(RSSI，Received Signal StrengthIndication)。
步骤S2，计算各个参考点与待定位点对应的AP的WIFI信号之间的信号距离。
信号距离的计算公式为：
Signal_Matrix＝{|FPDB1-S|,|FPDB2-S|,...,|FPDBm-S|}T，
其中，Signal_Matrix为所述信号距离的矩阵，
S为步骤S1中所述一组WIFI信号构成的向量，
FPDBi为位置指纹信号向量,表示第i个参考点的位置指纹。
步骤S3，根据所述信号距离计算命中矩阵，找出命中参考点向量。
命中矩阵Hits_Matrix的计算公式为：
Hits_Matrix＝min(SAP1,SAP2,...,SAPn)；
其中，SAPi是所述Signal_Matrix矩阵中的列向量，
min()操作表示将各列向量中信号距离最小的置为1，其余置为0。
命中参考点向量Candidate的计算公式为：
其中，Hits_Maxtrixij是Hits_Matrix矩阵中第i行的第j列，
是对Hits_Matrix矩阵的第i行向量进行求和。
步骤S4，对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置。
所述对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置包括：
对所述命中参考点向量Candidate进行分析，如果命中参考点向量Candidate中只有一个参考点，则以所述参考点为待定位点的位置。
如果命中参考点向量中有多个参考点，根据所有参考点计算待定位点的位置。
所述根据所有参考点计算待定位点的位置包括：
为所述所有参考点计算关联权值向量，计算公式为：
其中，Candidatei表示第i个参考点命中的AP数。
计算待定位点的位置，计算公式为：
其中，Positioni(x,y)为待定位点的位置，Positioni(x,y)为二维平面内的坐标值。
如图2所示，步骤S1之前还包括：
步骤S201，为每一个参考点分别对每个AP进行至少1次WIFI信号采集。
步骤S202，使用三倍方差滤波方法对采集的WIFI信号进行过滤，计算所采集的一组WIFI信号的均值和方差。
步骤S203，如果某个WIFI信号与均值的方差大于这一组WIFI信号方差的三倍，则筛除该WIFI信号。
筛除异常WIFI信号的计算公式为：
S异常＝δsi≥δ*3，
其中，δsi表示第i次采集到的某个AP的WIFI信号与这一组信号均值的标准差，δ表示这一组WIFI信号的标准差。
步骤S204，对筛选过后的一组WIFI信号取均值作为AP在参考点处的信号向量。
步骤S205，以所有参考点的信号向量构建指纹数据库FPDB。
指纹数据库FPDB如下表所示，其中n表示参考点个数，m表示部署的AP数，APi表示第i个AP，Sik表示第i个参考点处第k个AP的WIFI信号，(xi,yi)表示二维平面内的位置。WIFI信号{Si1,Si2,...,Sim}组成一个位置指纹信号向量FPDBi，表示第i个参考点的位置指纹。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.
一种快速AP匹配定位方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1，在待定位点采集一组WIFI信号；
步骤S2，计算各个参考点与待定位点对应的AP的WIFI信号之间的信号距离；
步骤S3，根据所述信号距离计算命中矩阵，找出命中参考点向量；
步骤S4，对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置；
步骤S2中，所述信号距离的计算公式为：
Signal_Matrix＝{|FPDB1-S|,|FPDB2-S|,...,|FPDBm-S|}T，
其中，Signal_Matrix为所述信号距离的矩阵，
S为步骤S1中所述一组WIFI信号构成的向量，
FPDBi为位置指纹信号向量,表示第i个参考点的位置指纹；
步骤S3中，命中矩阵Hits_Matrix的计算公式为：
Hits_Matrix＝min(SAP1,SAP2,...,SAPn)；
其中，SAPi是所述Signal_Matrix矩阵中的列向量，
min()操作表示将各列向量中信号距离最小的置为1，其余置为0；
步骤S3中，命中参考点向量Candidate的计算公式为：
<mrow>
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</mrow>
其中，Hits_Maxtrixij是Hits_Matrix矩阵中第i行的第j列，
是对Hits_Matrix矩阵的第i行向量进行求和。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述对命中参考点向量进行分析，确定待定位点的位置包括：
对所述命中参考点向量Candidate进行分析，如果命中参考点向量Candidate中只有一个参考点，则以所述参考点为待定位点的位置；
如果命中参考点向量中有多个参考点，根据所有参考点计算待定位点的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所有参考点计算待定位点的位置包括：
为所述所有参考点计算关联权值向量，计算公式为：
<mrow>
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<mi>Candidate</mi>
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其中，Candidatei表示第i个参考点命中的AP数；
计算待定位点的位置，计算公式为：
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，Positioni(x,y)为待定位点的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Positioni(x,y)为二维平面内的坐标值。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述WIFI信号为接收信号强度指示。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：
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7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S203中，筛除异常WIFI信号的计算公式为：
S异常＝δsi≥δ*3，
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