CN104080042A

CN104080042A - 一种用于移动定位服务的无线信号采集方法和系统

Info

Publication number: CN104080042A
Application number: CN201310108365.1A
Authority: CN
Inventors: 田辉
Original assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2013-03-30
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集方法，包括：确定采集设备的位置信息；接收信号源的无线信号；基于采集设备的位置信息和无线信号，确定信号源的位置。相应地还提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集系统。所提供的方法和系统为采集设备定位准确提供了数据支撑，所得的无线信号源位置更准确，使得无线信号数据采集工作更高效。

Description

一种用于移动定位服务的无线信号采集方法和系统

技术领域

本发明涉及无线信号采集技术，尤其涉及用于移动定位服务的无线信号采集技术。

背景技术

现有技术中，一般通过便携式计算设备内置的无线模块获取用于移动定位服务的无线信号，其采用内置GPS芯片输出的定位结果作为参考坐标，进行整合得到无线信号源的位置，然后通过建立无线信号数据库为用户提供数据服务。但是由于以下原因，对于无线信号源的推算，现有技术并不提供噪点过滤，不能精确推算无线信号源的方位信息，进而影响无线信号数据库为用户提供的定位服务质量：1)现有的便携式计算设备内置无线信号模块的功率偏低，无法获取附近的所有无线信号，造成数据采集的效率低；2)便携式计算设备内置GPS芯片定位结果输出时间和无线信号扫描时间不同步，造成采集数据的参考位置坐标不准确，影响定位数据库的准确性和可靠性；3)便携式计算设备内置GPS芯片在城市环境下受到信号遮挡和多路径效应的影响，容易产生定位结果的漂移和飞点，会造成噪点数据；4)现有的便携式采集设备天线为全向型天线，不能够确定无线信号源的方位信息，不能有效的根据方位信息推算无线信号源的位置。

因此，希望可以提出一种解决上述问题的无线信号采集方法和系统，用于移动定位服务。

发明内容

本发明的目的是为在线用户提供准确可靠的移动定位服务，为了达到上述目的，提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集方法和系统，以有效保证为用户提供的定位服务质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集方法，该方法包括以下步骤：

确定采集设备的位置信息；

接收信号源的无线信号；

基于采集设备的位置信息和无线信号，确定信号源的位置。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集系统，包括：

GPS定位模块，用于确定采集设备的位置信息；

无线信号扫描模块，用于接收信号源的无线信号；

信号源确定模块503，用于确定信号源的位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)使得无线信号数据采集工作更高效，数据采集更明确；

2)通过路网过滤和速度信息辅助，过滤采集中的噪点数据，提高无线信号源整合位置的准确度；

3)为在线用户定位准确的提供数据支持。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明一个优选实施例的用于移动定位服务的无线信号采集方法流程图；

图2是根据本发明的一个进行AP位置计算的示意图；

图3是根据本发明的对采集过程进行控制的流程图；

图4是根据本发明的GPS数据与无线信号数据匹配的流程图；

图5为根据本发明的一种用于移动定位服务的无线信号采集系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集方法。

请参考图1，图1为根据本发明一个优选实施例的用于移动定位服务的无线信号采集方法流程图。

如图1所示，本发明所提供的用于移动定位服务的无线信号采集方法包括以下步骤：

步骤S101，确定采集设备的位置信息；

具体地，可以利用便携式计算设备、外置的GPS接收机确定采集设备的经纬度信息、定位时间、采集设备的速度信息、定位误差信息、当前采集设备所处位置的卫星数和DOP(Dilution of Precision)值。经纬度信息包括采集设备所处位置的经纬度、高程、ITRF(国际地球参考架)下的XYZ坐标。定位时间是指获取当前采集设备位置相关信息的时间。采集设备是移动的，其速度信息包括NEU方向的速度信息和误差信息。定位误差信息是指计算采集设备位置所引起的误差量。

其中，记录当前采集设备所处位置的卫星数是为了判断GPS定位的好坏，对以后数据处理中的噪声数据起辅助的剔除作用。DOP是指精度衰减因子，由于GPS观测值好坏与被测量的GPS卫星和接收仪间的几何形状有关。用来计算上述所引起的误差量称为精度衰减因子。精度衰减因子DOP是由GDOP(Geometry DOP几何形状的精密值强弱度)、PDOP(Position DOP位置的精密值强弱度)、HDOP(Horizontal DOP水平坐标的精密值强弱度)、VDOP(Vertical DOP垂直坐标的精密值强弱度)和TDOP(Time clock offset时间的精密值强弱度)等因素构成，显示的数字越小表示准确程度越高。

NEU坐标系是一种地方空间直角系，它的坐标原点在一个选定的测站O上，其N坐标指北为正，E坐标指东为正，U坐标指天顶为正。该坐标系与XYZ坐标系可以转换。

GPS接收机主机通过自带的外置天线接收外部信号，然后将数据通过USB转虚拟串口接入到便携式计算机；

优选地，步骤S101还包括处理采集设备的位置信息；

在数据采集前期，利用现有的路网数据进行路径规划，划分出需要扫描的区域，并扫描采集设备行走的路线；扫描时，利用路网数据对GPS轨迹进行辅助校正，防止采集点的偏移。即采用轨迹平滑和噪声过滤，剔除GPS在城市环境下由于信号遮挡和多路径效应引起的轨迹漂移和飞点。具体地，先提取相应时刻的GPS经纬度信息(对于采集到的加密的GPS原始数据，先解密)，通过采集设备的移动速度和路网信息的处理，对整体性漂移和个别的飞点结果进行过滤，并将出现漂移和飞点结果的时刻前后的采样点位置信息整合，得到现有的轨迹信息，即所扫描时刻的位置。

优选地，记录采集设备整体偏移的地区，求出中心点，然后画出该地区的范围、DOP和卫星数分布，并在后期的整合建库过程中，将此地区标记为GPS漂移地区，降低整合的权重，保证该地区的定位精度和参考位置源的准确性。一般地，对于卫星数少于4颗的信息，则认为GPS定位结果不可靠，此段数据通过前后的GPS信息进行插值，取代原来获取的GPS信息。

步骤S102，接收信号源的无线信号；

具体地，采用无线网卡和定向天线扫描和采集无线信号数据。扫描主要是通过程序驱动硬件进行主动的信号探测，采集则是指整个数据采集过程，还包括收集和存储扫描过程中获取的各种信号参数和数据。特别是对于WiFi信号，扫描控制程序对WiFi网卡硬件发起主动扫描请求，然后WiFi网卡开始探测周围的AP(Access Point)信号，通常每个AP定时向外发送信标Beacon，以告知外界自身的存在，WiFi硬件模块通过扫描去收集这些信标，信标的发送时间间隔一般为100毫秒。

通常，扫描和采集是通过无线信号采集系统进行的。无线信号采集系统主要指移动通信(GSM、WCDMA、TD-CDMA等)硬件模块、WiFi网卡硬件模块、其他无线信号(RFID读写硬件、NFC芯片、广播接收设备模块)硬件模块、以及对应的各种信号接收天线所组成的扫描硬件；这些硬件模块主要用来扫描、探测和接收各种无线信号，测量各种无线信号的信号参数(硬件ID、信号强度、信噪比等)。例如，GPS接收机主机通过自带的外置天线接收外部信号，然后将数据通过USB转虚拟串口接入到便携式计算机；无线网卡通过专门的连接线与定向天线连接，然后通过USB转接线接入到便携式计算机。

所述定向天线(Directional antenna)，是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。有平板定向天线、八木天线等类型。

步骤S103，基于采集设备的位置信息和无线信号，确定信号源的位置。

在WiFi信号扫描中主要采用的是定向天线，其有一定的方向性，即某个角度接收或发送的信号强度最大，用于判断AP的方向，便于精确定位AP的实际位置。通过定线天线和步骤S101中采集设备的速度和方位等GPS输出信息为无线信号源的位置推算提供支撑。

利用上述步骤中已经去掉噪声并内插出准确位置的定位信息，及定向天线的方位信息，对同一MAC的多个位置上的数据，推算出这个MAC对应的AP的真实位置。

所采集的无线信号数据存储于便携式计算设备，通过后期的数据处理，为线上定位服务数据库提供准确可靠的无线信号源坐标数据。特别是，在某些无\弱GPS信号的区域(高架桥下等)，偏移量非常大的情况下，后处理的时候也可以用准确的无线信号源数据计算采集设备的位置，去除掉一些非常大的飞点。

为了将上述过程描述更详细，给出了一个进行AP位置计算的示意图。

参照图2，图2是一个具体进行AP位置计算的示意图。该示意图中的信号为WiFi信号，采用定向天线进行信号采集。一般的，定向天线朝向采集设备移动方向右侧，图5中定向天线的朝向是行驶方向的右侧，即图5中右上方。具体过程如下：

a)采集设备(即数据采集车)按照1-3-4-5的方向行驶，得到定位数据1、2、3、4、5的位置信息。很明显，位置2是一个漂移点，这可以通过卫星数和DOP的值判断出来。

b)根据1、3、4、5的位置，内插出位置2对应的实际位置2’。

c)计算1、2’、3、4、5这五个点的WiFi数据，包括MAC和信号强度，选取其中信号强度最大的一点或两点，作为离信号源最近的垂直线，利用信号衰减公式推算出距离，计算出AP的准确位置，如图中位置P所示。信号衰减的公式如下：

RSSI＝RSSI₀-10×n×log₁₀(d/d₀)

其中，RSSI₀为d₀处的信号强度，d₀通常取1m，n为信号衰减因子；RSSI为d处的观测得到的信号强度。

d)将GPS数据与WiFi数据进行匹配。如GPS数据采样的频率为5Hz，每0.2秒有一个GPS定位结果，WiFi数据的采样频率为10Hz，每隔0.1秒有一次扫描的WiFi数据，将GPS和WiFi数据标记系统时间对齐，对GPS数据进行插值，再将对齐时标的GPS插值结果与WiFi对齐，形成GPS-WiFi坐标，得到采样频率为10Hz的GPS坐标对应的WiFi数据。

为了保持上述采集系统采集数据的连续性，还可以对上述采集过程进行控制，具体地，参见图3，图3是根据本发明的对采集过程进行控制的流程图。所述的对采集过程进行控制包括：

步骤S301，连接无线信号采集系统和便携式计算设备。

具体地，通过各种串口和连接线将无线信号采集系统的数据传输到便携式计算设备。如将GPS接收的信号接入到便携式计算机或无线网卡接收的信号接入到便携式计算机。GPS接入便携式计算机是通过自带的外置天线接收外部信号，然后将数据通过USB转虚拟串口接入到便携式计算机；无线网卡接入便携式计算机是通过专门的连接线与定向天线连接，然后通过USB转接线接入到便携式计算机。

步骤S302，开启扫描设备和处理扫描数据。

具体地，通过总控程序开启不同设备的扫描，获取原始数据，并将数据通过加密处理存储于便携式计算设备的硬盘上，即总控程序控制不同设备的开启和关闭，扫描动作触发和关闭，以及将不同设备测算得到的各种信息通过通信接口读取后记录在便携式计算设备的硬盘上，并进行数据检查和数据加密处理等工作。

步骤S303，定时重启扫描。

具体地，为防止采集信息的过程中其他环境因素的干扰，造成采集程序的故障，导致采集数据的终端，启动后台程序监控扫描程序，定时的重启扫描程序，保证采集数据的连续性。一般的，每隔1小时重启。

优选地，还可以将GPS数据与无线信号数据进行匹配，根据本发明，提供了一种GPS数据与无线信号数据匹配的方法。

参照图4，根据本发明的GPS数据与无线信号数据匹配的过程包括：

步骤S401，提取无线信号相关信息；

具体地，提取无线信号的采集时间、标识符信息(如基站ID或MAC地址)、信号强度、其他关联信息(如无线信号的频段、SSID信息)。

步骤S402，匹配GPS数据和无线信号扫描数据。

具体地，提取无线信号采集信息后，通过系统时间和GPS的起始差值进行一一同步匹配，形成GPS坐标值和无线信号扫描数据配对。特别地，对于WiFi信号，通过定向天线和采集设备的速度、方位等GPS输出信息，为无线信号源的位置推算提供支撑。如GPS数据采样的频率为5Hz，每0.2秒有一个GPS定位结果，WiFi数据的采样频率为10Hz，每隔0.1秒有一次扫描的WiFi数据，将GPS和WiFi数据标记系统时间对齐，对GPS数据进行插值，再将对齐时标的GPS插值结果与WiFi对齐，形成GPS-WiFi坐标，得到采样频率为10Hz的GPS坐标对应的WiFi数据。

与现有技术相比，本发明所提供的在跨语言交流中对译文进行验证的方法具有以下优点：

1)通过采用单独的硬件模块，提高定位的精度和无线信号扫描的数量和质量；

2)通过噪点处理和轨迹内插，保证采集点坐标的准确性。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于移动定位服务的无线信号采集系统。

请参考图5，图5为根据本发明一种用于移动定位服务的无线信号采集系统的示意图。该系统包括：

GPS定位模块501，用于确定采集设备的位置信息；

具体地，可以利用便携式计算设备和外置的GPS接收机确定采集设备的经纬度信息、定位时间、采集设备的速度信息、定位误差信息、当前采集设备位置的卫星数和DOP值。所述经纬度信息包括采集设备所处位置的经纬度、高程、ITRF(国际地球参考架)下的XYZ坐标。所述的GPS定位信息包括GPS定位输出时间和系统接收时间。定位时间是指获取当前采集设备位置相关信息的时间。所述的采集设备的速度信息包括NEU方向的速度信息和误差信息。所述的定位误差信息是指计算采集设备位置所引起的误差量。

无线信号扫描模块502，用于接收信号源的无线信号；

具体地，可以采用无线网卡和定向天线扫描和采集基站、WiFi、以及其他无线信号信息；无线网卡可以内置或者外置，改变和定向天线对应的接口即可。

无线信号扫描模块通过程序驱动硬件进行信号探测和数据采集，并收集和存储扫描过程中获取的各种信号参数和数据。对于WiFi信号，无线信号扫描模块对WiFi网卡硬件发起主动扫描请求，然后WiFi网卡开始探测周围的AP(Access Point)信号。无线信号扫描模块主要包括移动通信(GSM、WCDMA、TD-CDMA等)硬件模块、WiFi网卡硬件模块、其他无线信号(RFID读写硬件、NFC芯片、广播接收设备模块)硬件模块、以及对应的各种信号接收天线所组成的扫描硬件。无线网卡通过专门的连接线与定向天线连接，然后通过USB转接线接入到便携式计算机。

所述基站信息是指基站的CELL-ID信息，WiFi信息包括无线信号的MAC和SSID以及信号强度，其他无线信号如RFID、NFC(近距离无线通信)、广播、电视等。

信号源确定模块503，用于确定信号源的位置。

具体地，信号源确定模块利用上述步骤中确定的采集设备的位置信息和采集的无线信号，确定信号源的位置。特别地，对已经去掉噪声并内插出准确位置的采集设备的定位信息，及定向天线的方位信息，对同一MAC的多个位置上的数据，推算出这个MAC对应的AP的真实位置。

优选地，该系统还包括路网模块，用于处理所确定的采集设备的位置信息；

优选地，记录整体偏移的地区，求出中心点，然后画出该地区的范围、DOP和卫星数分布，并在后期的整合建库过程中，将此地区标记为GPS漂移地区，降低整合的权重，保证该地区的定位精度和参考位置源的准确性。一般地，对于卫星数少于4颗的信息，则认为GPS定位结果不可靠，此段数据通过前后的GPS信息进行插值，取代原来获取的GPS信息。

为了保持上述采集系统采集数据的连续性，上述采集系统还可以包括控制模块，用于控制无线信号数据采集过程；

具体地，为使上述无线信号采集系统进行信号采集的连续性，使用控制模块，如扫描平台，其用于进行便携式计算设备和无线信号采集系统之间的通信和指令交互，控制硬件的开启和关闭，扫描动作触发和关闭，以及将硬件测算得到的各种信息通过通信接口读取后记录在便携式计算设备的硬盘上，并进行数据检查和数据加密处理等工作。

控制模块开启不同的扫描设备，获取原始数据，并将数据通过加密处理存储于便携式计算设备的硬盘上。由于扫描设备安置于载体上，设置完成后通常是自动扫描，无需专门的采集人员全程监控。为防止采集过程中其他环境因素的干扰，造成采集程序的故障，导致采集数据的中断，本模块启动后台程序监控扫描程序，定时重启扫描程序，保证采集数据的连续性。优选地，每隔1小时重启扫描程序。

优选地，根据本发明所提供的无线信号采集系统还可以包括匹配模块，用于GPS数据和无线信号扫描数据的匹配。

具体地，匹配模块提取无线信号采集信息后，通过系统时间和GPS的起始差值进行一一同步匹配，形成GPS坐标值和无线信号扫描数据配对。特别地，对于WiFi信号，通过定向天线和采集设备的速度、方位等GPS输出信息，为无线信号源的位置推算提供支撑。如GPS数据采样的频率为5Hz，每0.2秒有一个GPS定位结果，WiFi数据的采样频率为10Hz，每隔0.1秒有一次扫描的WiFi数据，将GPS和WiFi数据标记系统时间对齐，对GPS数据进行插值，再将对齐时标的GPS插值结果与WiFi对齐，形成GPS-WiFi坐标，得到采样频率为10Hz的GPS坐标对应的WiFi数据。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种用于移动定位服务的无线信号采集方法，该方法包括以下步骤：

a)确定采集设备的位置信息；

b)接收信号源的无线信号；

c)基于采集设备的位置信息和无线信号，确定信号源的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的采集设备包括便携式计算设备、外置的GPS接收机、无线网卡、定向天线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的位置信息包括采集设备的经纬度信息、定位时间、采集设备的速度信息、定位误差信息、当前采集设备位置的卫星数和DOP值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的确定采集设备的位置信息还包括对采集设备的位置信息进行处理，处理过程包括：

在数据采集前期，利用现有的路网数据进行路径规划，划分出需要扫描的区域，并扫描采集设备行走的路线；

扫描时，利用路网数据对GPS轨迹进行辅助校正，防止采集点的偏移。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述的处理过程还包括：

记录采集设备整体偏移的地区，求出中心点，然后画出该地区的范围、DOP和卫星数分布，并在后期的整合建库过程中，将此地区标记为GPS漂移地区。

6.根据权利要求1所述的方法，无线信号包括基站信息、WiFi信息和RFID、NFC、广播、电视信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的确定采集设备的位置信息通过所述的确定的信号源数据进行修正。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的接收信号源的无线信号还包括对接收信号过程的控制，其通过控制接收信号设备、信号存储、定时重启信号的接收过程而进行的。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述的无线信号采集方法还包括采集设备的位置信息和无线信号数据的匹配。

10.一种用于移动定位服务的无线信号采集系统，该系统包括：

GPS定位模块，用于确定采集设备的位置信息；

无线信号扫描模块，用于接收信号源的无线信号；

信号源确定模块，用于确定信号源的位置。

11.根据权利要求10所述的采集系统，其中，所述的采集设备包括便携式计算设备、外置的GPS接收机、无线网卡、定向天线。

12.根据权利要求10所述的采集系统，其中，所述的无线信号扫描模块所接收的无线信号包括基站信息、WiFi信息和RFID、NFC、广播、电视信息。

13.根据权利要求10所述的采集系统，其中，所述的采集系统还包括路网模块，所述路网模块。

14.根据权利要求13所述的采集系统，其中所述路网模块的功能包括：

15.根据权利要求14所述的采集系统，其中，所述的路网模块的功能还包括：

16.根据权利要求10所述的采集系统，其中，所述GPS的确定采集设备的位置信息通过所述的确定的信号源数据进行修正。

17.根据权利要求10所述的采集系统，其中，所述的采集系统还包括控制模块，用于控制无线信号数据采集过程。

18.根据权利要求10所述的采集系统，其中所述的采集系统还包括匹配模块，用于GPS数据和无线信号扫描数据的匹配。