CN104113909B - 数字标牌的定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字标牌的定位方法和系统，所述方法包括如下步骤：通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据；根据所述WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置；根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置。上述数字标牌的定位方法和系统，通过利用现有WIFI热点进行定位提高了定位精确度，节约了成本，根据WIFI热点的位置信息在本地对数字标牌的进行地址位置的定位，加快了定位速度，提高了定位策略灵活度。

Description

数字标牌的定位方法和系统

技术领域

本发明涉及定位技术，特别涉及一种数字标牌的定位方法和系统。

背景技术

数字标牌(Digital Signage)是一种用于发布信息的终端显示设备，可以在特定的物理场所、特定的时间段对特定的人群进行广告信息播放，以获得广告效应。

数字标牌通过无线或者有线连接到控制端，控制端通过网络及时获取数字标牌的工作情况，在数字标牌出现工作故障的时候，需要定位数字标牌的地理位置以便于及时维修。

传统的数字标牌的定位技术有通过IPV4（Internet Protocol version4，第四版互联网协议）地址定位，然而，IPV4地址只能定位到城市，局域网IPV4地址甚至不能定位，所以通过IPV4地址定位不够精确，不能及时定位到数字标牌。传统的数字标牌的定位技术还有GPS（Global Positioning System，全球定位系统），GPS通过卫星定位，然而卫星信号到达地面时较弱，而且不能穿透建筑物，导致GPS在室内或者建筑物密集的地方定位不准确和不及时。

发明内容

基于此，有必要针对数字标牌的传统定位技术不够精确和不够及时的问题，提供一种数字标牌的定位方法。

此外，还有必要针对数字标牌的传统定位技术不够精确和不够及时的问题，提供一种数字标牌的定位系统。

一种数字标牌的定位方法，包括如下步骤：

通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据；

根据所述WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置；

根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置的步骤包括如下步骤：

通过分析所述WIFI热点信号数据，得到所述WIFI热点信号的接收信号强度；

根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离；

根据所述距离和所述WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离的步骤为根据如下计算式测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数。

在一个实施例中，所述根据所述距离和所述WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置的步骤包括如下步骤：

以所述距离和所述WIFI热点地理位置对应构造圆周；

统计所述圆周之间的交点位置及交点密度；

定位所述交点密度最高的交点区域的中心点作为所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置的步骤为根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位所述数字标牌的位置。

一种数字标牌的定位系统，包括：

扫描模块，用于通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据；

查找模块，用于根据所述WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置；

定位模块，用于根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述定位模块包括：

分析单元，用于通过分析所述WIFI热点信号数据，得到所述WIFI热点信号的接收信号强度；

测量单元，用于根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离；

定位单元，用于根据所述距离和所述WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述测量单元还用于根据如下计算式测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数。

在一个实施例中，所述定位单元用于以所述距离和所述WIFI热点地理位置对应构造圆周，统计所述圆周之间的交点位置及交点密度，定位所述交点密度最高的交点区域的中心点作为所述数字标牌的位置。

在一个实施例中，所述定位模块还用于根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位所述数字标牌的位置。

上述数字标牌的定位方法和系统，通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据，根据WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置，根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置，通过利用现有WIFI热点进行定位提高了定位精确度，节约了成本，根据WIFI热点的位置信息在本地对数字标牌的进行地址位置的定位，加快了定位速度，提高了定位策略灵活度。

附图说明

图1为一个实施例中一种数字标牌的定位方法流程示意图；

图2为一种数字标牌的定位方法的步骤S150的流程示意图；

图3为图2中步骤S155的具体流程示意图；

图4为一个实施例中一种数字标牌的定位系统结构示意图；

图5为一种数字标牌的定位系统的定位模块150的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例及附图对数字标牌的定位方法和系统的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。

如图1所示，在一个实施例中，一种数字标牌的定位方法，包括如下步骤：

步骤S110，通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据。

本实施例中，通过数字标牌中的WIFI模块扫描附近的WIFI热点信号，获取每个可以被扫描到的WIFI热点的标识符，即ID（identity，身份标识号码），该ID可以是MAC（MediaAccess Control Address介质方位控制地址），也称物理地址，该WIFI热点，即AP（WirelessAccess Point，无线访问接入点），可以是来自无线路由器或者无线交换机，可以是个人建立的，也可以是移动运营商建立的。扫描WIFI热点的同时获取该WIFI热点的信号数据，如信号强度、信号频谱、信号带宽、加密认证方式、时间延迟、多经传播或者噪声干扰等信号数据，并与ID对应保存，便于调取分析。

步骤S130，根据WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置。

本实施例中，由于WIFI热点的ID是全球唯一的，所以便于在数据库中查找对应的地理位置，该地理位置可以是经纬度坐标、海拔高度、移动蜂窝单元或者街道门牌号码等。该数据库可以是本地数据库，也可以是商业数据库。其中，该数据库可以是来自Skyhook服务器，Skyhook是一家专门提供WIFI定位数据的公司，利用Skyhook的定位数据，可以降低成本，提高效率。

步骤S150，根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置。

本实施例中，利用无线信号的传输特性，如传输速度、传输损耗、传输方向或者多径传播等与距离之间的关系，分析WIFI热点信号数据，获取WIFI热点与数字标牌之间的距离，根据该距离及WIFI热点的地理位置判断数字标牌的位置。若只有一个WIFI热点，则可以判断到数字标牌在以WIFI热点为中心，以WIFI热点到数字标牌之间的距离为半径的圆周上；若有两个WIFI热点，则数字标牌在以WIFI热点为圆心的两个圆周的交叉点上，依此类推，可知在WIFI热点越密集的地方，则定位越准确。

上述数字标牌的定位方法，通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据，根据WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置，根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置，通过利用现有WIFI热点进行定位提高了定位精确度，节约了成本，根据WIFI热点的位置信息在本地对数字标牌的进行地址位置的定位，加快了定位速度，提高了定位策略灵活度，另外，便于在对比不同地理位置的数字标牌的广告投放效果后，快速衡量出不同地理位置的数字标牌的经济价值以及不同地理位置的广告价值，以及时调整广告投放方案，使数字标牌的经济价值最大化。

如图2所示，在一个实施例中，上述步骤S150包括如下步骤：

步骤S151，通过分析WIFI热点信号数据，得到WIFI热点信号的接收信号强度。

本实施例中，通过计算WIFI信号的振幅、频率或者周期等获取WIFI热点信号的信号接收强度，同时综合WIFI信号的波动情况和信号的多径传播修正信号接收强度。

步骤S153，根据接收信号强度测量数字标牌与WIFI热点之间的距离。

本实施例中，根据无线信号的信号强度随着传播距离的延长而变弱的特性计算WIFI热点与数字标牌之间的距离。从数字标牌位置获取的WIFI信号强度即为WIFI热点信号的接收信号强度，根据该接收信号强度计算WIFI热点与数字标牌之间的距离。

具体的，可以根据如下计算式测量数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数，不同环境中差异化设置ε的值，可以通过在不同环境中设置不同的ε的影响因子来设置ε的值。dBm为分贝毫伏或者分贝毫瓦，用来表示信号强度。

步骤S155，根据数字标牌与WIFI热点之间的距离和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置。

本实施例中，以WIFI热点的地理位置和与数字标牌之间的距离确定数字标牌的平面位置，结合经纬度坐标相近但与数字标牌距离不等的WIFI热点确定三维空间坐标。由于WIFI信号强度便于测量，所以通过信号强度与WIFI热点地理位置确定数字标牌的位置方便快捷，提高了效率。

如图3所示，在一个实施例中，上述步骤S155包括如下步骤：

步骤S1551，以该距离和WIFI热点地理位置对应构造圆周。

本实施例中，根据一个半径和一个圆心可以确定一个圆的原理，以WIFI热点地理位置为圆心，以对应的WIFI热点到数字标牌之间的距离为半径，构造圆周函数，根据该圆周函数确定一个圆的范围及位置，该圆周上的每一点为数字标牌可能的分布位置。

步骤S1553，统计圆周之间的交点位置及交点密度。

本实施例中，根据构造的圆周函数，获取圆周两两之间的交点，该交点的位置可以是通过经纬度坐标表示，或者通过参考WIFI热点地理位置的相对位置表示。以预设步长统计交点在横向和纵向的分布频率直方图，从而获取交点密度数据。

步骤S1555，定位交点密度最高的交点区域的中心点作为数字标牌的位置。

本实施例中，根据预设的统计窗口，将横向分布频率和纵向分布频率都最大的窗口位置作为交点密度最高的交点区域，通过坐标平均值法或者最小圆周法，确定该窗口的中心点位置，从而确定数字标牌所处的位置。

在另一个实施例中，上述步骤S150为根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位数字标牌的位置。

本实施例中，指纹模型（fingerprinting-based）定位，即选取信号空间距离最近的K个参考节点，获取该K个参考节点的地理位置与数字标牌的距离，将数字标牌定位在该K个参考节点的坐标平均处。在室内环下，采用指纹模型定位方法，可以减少信号反射、折射以及多径传播的影响，提高定位效率。

到达时间差（TDOA，Time Difference of Arrival）定位，即通过检测信号到达两个WIFI热点的时间差来确定移动台的位置，降低了时间同步要求，采用三个不同的WIFI热点可以测到两个TDOA，移数字标牌位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。到达时间差定位法，提高了抗多径能力，在复杂环境中适应性好，定位准确。

如图4所示，在一个实施例中，一种数字标牌的定位系统，包括扫描模块110、查找模块130和定位模块150。

扫描模块110，用于通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据。

本实施例中，扫描模块110通过数字标牌中的WIFI模块扫描附近的WIFI热点信号，获取每个可以被扫描到的WIFI热点的标识符，即ID（identity，身份标识号码），该ID可以是MAC（Media Access Control Address介质方位控制地址），也称物理地址，该WIFI热点，即AP（Wireless Access Point，无线访问接入点），可以是来自无线路由器或者无线交换机，可以是个人建立的，也可以是移动运营商建立的。扫描WIFI热点的同时获取该WIFI热点的信号数据，如信号强度、信号频谱、信号带宽、加密认证方式、时间延迟、多经传播或者噪声干扰等信号数据，并与ID对应保存，便于调取分析。

查找模块130，用于根据WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置。

本实施例中，由于WIFI热点的ID是全球唯一的，所以便于在数据库中查找对应的地理位置，该地理位置可以是经纬度坐标、海拔高度、移动蜂窝单元或者街道门牌号码等。该数据库可以是本地数据库，也可以是商业数据库。其中，该数据库可以是来自Skyhook服务器，Skyhook是一家专门提供WIFI定位数据的公司，利用Skyhook的定位数据，可以降低成本，提高效率。

定位模块150，用于根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置。

本实施例中，定位模块150利用无线信号的传输特性，如传输速度、传输损耗、传输方向或者多径传播等与距离之间的关系，分析WIFI热点信号数据，获取WIFI热点与数字标牌之间的距离，根据该距离及WIFI热点的地理位置判断数字标牌的位置。若只有一个WIFI热点，则可以判断到数字标牌在以WIFI热点为中心，以WIFI热点到数字标牌之间的距离为半径的圆周上；若有两个WIFI热点，则数字标牌在以WIFI热点为圆心的两个圆周的交叉点上，依此类推，可知在WIFI热点越密集的地方，则定位越准确。

上述数字标牌的定位系统，通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据，根据WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置，根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置，通过利用现有WIFI热点进行定位提高了定位精确度，节约了成本，根据WIFI热点的位置信息在本地对数字标牌的进行地址位置的定位，加快了定位速度，提高了定位策略灵活度，另外，便于在对比不同地理位置的数字标牌的广告投放效果后，快速衡量出不同地理位置的数字标牌的经济价值以及不同地理位置的广告价值，以及时调整广告投放方案，使数字标牌的经济价值最大化。

如图5所示，在一个实施例中，上述定位模块150包括分析单元151、测量单元153和定位单元155。

分析单元151，用于通过分析WIFI热点信号数据，得到WIFI热点信号的接收信号强度。

本实施例中，分析单元151通过计算WIFI信号的振幅、频率或者周期等获取WIFI热点信号的信号接收强度，同时综合WIFI信号的波动情况和信号的多径传播修正信号接收强度。

测量单元153，用于根据接收信号强度测量数字标牌与WIFI热点之间的距离。

本实施例中，测量单元153根据无线信号的信号强度随着传播距离的延长而变弱的特性计算WIFI热点与数字标牌之间的距离。测量单元153从数字标牌位置获取的WIFI信号强度即为WIFI热点信号的接收信号强度，根据该接收信号强度计算WIFI热点与数字标牌之间的距离。

具体的，测量单元153可以根据如下计算式测量数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数，不同环境中差异化设置ε的值，可以通过在不同环境中设置不同的ε的影响因子来设置ε的值。dBm为分贝毫伏或者分贝毫瓦，用来表示信号强度。

定位单元155，用于根据数字标牌与WIFI热点之间的距离和WIFI热点地理位置定位数字标牌的位置。

本实施例中，定位单元155以WIFI热点的地理位置和与数字标牌之间的距离确定数字标牌的平面位置，结合经纬度坐标相近但与数字标牌距离不等的WIFI热点确定三维空间坐标。由于WIFI信号强度便于测量，所以通过信号强度与WIFI热点地理位置确定数字标牌的位置方便快捷，提高了效率。

在一个实施例中，上述定位单元155用于以该距离和WIFI热点地理位置对应构造圆周，统计圆周之间的交点位置及交点密度，定位交点密度最高的交点区域的中心点作为数字标牌的位置。

本实施例中，根据一个半径和一个圆心可以确定一个圆的原理，定位单元155以WIFI热点地理位置为圆心，以对应的WIFI热点到数字标牌之间的距离为半径，构造圆周函数，根据该圆周函数确定一个圆的范围及位置，该圆周上的每一点为数字标牌可能的分布位置。

定位单元155根据构造的圆周函数，获取圆周两两之间的交点，该交点的位置可以是通过经纬度坐标表示，或者通过参考WIFI热点地理位置的相对位置表示。定位单元155以预设步长统计交点在横向和纵向的分布频率直方图，从而获取交点密度数据。

定位单元155根据预设的统计窗口，将横向分布频率和纵向分布频率都最大的窗口位置作为交点密度最高的交点区域，通过坐标平均值法或者最小圆周法，确定该窗口的中心点位置，从而确定数字标牌所处的位置。

在另一个实施例中，上述定位模块150还用于根据WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位数字标牌的位置。

本实施例中，指纹模型（fingerprinting-based）定位，即选取信号空间距离最近的K个参考节点，获取该K个参考节点的地理位置与数字标牌的距离，将数字标牌定位在该K个参考节点的坐标平均处。在室内环下，采用指纹模型定位方法，可以减少信号反射、折射以及多径传播的影响，提高定位效率。

到达时间差（TDOA，Time Difference of Arrival）定位，即通过检测信号到达两个WIFI热点的时间差来确定移动台的位置，降低了时间同步要求，采用三个不同的WIFI热点可以测到两个TDOA，移数字标牌位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。到达时间差定位法，提高了抗多径能力，在复杂环境中适应性好，定位准确。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种数字标牌的定位方法，包括如下步骤：

通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据；

根据所述WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置；

根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置；

所述根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置的步骤包括如下步骤：

通过分析所述WIFI热点信号数据，得到所述WIFI热点信号的接收信号强度，包括通过计算WIFI信号的振幅、频率或周期获取WIFI热点信号的所述接收信号强度，同时利用所述WIFI信号的波动情况和信号的多径传播修正所述接收信号强度；

根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离；

根据所述距离和所述WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置，包括：

以所述距离和所述WIFI热点地理位置对应构造圆周；

获取所述圆周两两之间的交点，以预设步长统计所述交点在横向和纵向的分布频率直方图；

根据预设的统计窗口，获取所述横向和纵向的分布频率都最大的窗口，获取所述最大的窗口的中心点位置，根据所述中心点位置确定所述数字标牌所处的位置。

2.根据权利要求1所述的数字标牌的定位方法，其特征在于，所述根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离的步骤为根据如下计算式测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数。

3.根据权利要求1所述的数字标牌的定位方法，其特征在于，所述根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置的步骤为根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位所述数字标牌的位置。

4.一种数字标牌的定位系统，其特征在于，包括：

扫描模块，用于通过在数字标牌的位置进行信号扫描获取WIFI热点标识符以及WIFI热点信号数据；

查找模块，用于根据所述WIFI热点标识符在数据库中查找对应的WIFI热点地理位置；

定位模块，用于根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置；

所述定位模块包括：

分析单元，用于通过分析所述WIFI热点信号数据，得到所述WIFI热点信号的接收信号强度，包括通过计算WIFI信号的振幅、频率或者周期获取WIFI热点信号的所述接收信号强度，同时利用所述WIFI信号的波动情况和信号的多径传播修正所述接收信号强度；

测量单元，用于根据所述接收信号强度测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离；

定位单元，用于根据所述距离和所述WIFI热点地理位置定位所述数字标牌的位置，包括，以所述距离和所述WIFI热点地理位置对应构造圆周；

获取所述圆周两两之间的交点，以预设步长统计所述交点在横向和纵向的分布频率直方图；

根据预设的统计窗口，获取所述横向和纵向的分布频率都最大的窗口，获取所述最大的窗口的中心点位置，根据所述中心点位置确定所述数字标牌所处的位置。

5.根据权利要求4所述的数字标牌的定位系统，其特征在于，所述测量单元还用于根据如下计算式测量所述数字标牌与WIFI热点之间的距离：

Pr(d)＝K-10εlg(d)(dBm)

其中，d代表数字标牌与WIFI热点之间的距离，Pr(d)表示接收信号功率，单位为dBm，K为一常数，ε为自由空间的损耗系数。

6.根据权利要求4所述的数字标牌的定位系统，其特征在于，所述定位模块还用于根据所述WIFI热点信号数据和WIFI热点地理位置通过指纹模型或者到达时间差定位所述数字标牌的位置。