CN104113912B - 一种移动设备的室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的移动设备的室内定位方法，包括步骤：A、预先设置室内各个特定位置为定位参考点，采集并存储各定位参考点的无线网络信号指纹；B、确定与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹所匹配的定位参考点的无线网络信号指纹；C、移动设备连续测量得到无线网络信号指纹，并依次计算对应的连续的各测量点与将要匹配的所述定位参考点间的电平距离；D、所述电平距离为最短时对应的所述移动设备所在的测量点为所匹配的所述定位参考点的所述特定位置。由上，仅需要在特定位置测量指纹，移动设备在行进中连续测量当前位置的信号的强度指示，连续与特定位置的无线网络信号指纹进行动态匹配。当移动设备经过该特定位置时，即可实现准确定位。

Description

一种移动设备的室内定位方法

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别涉及一种移动设备的室内定位方法。

背景技术

由于室内环境复杂并且无法利用卫星定位技术，从而导致常规的三边法，到达时延法(TOA)，到达角度法(AOA)等，都无法获得满意的精度。为了满足室内定位的市场需求，现有技术方案包括信标定位方法和无线信号指纹方法。

信标定位方法采用无线信标感应方式，在需要定位服务的场所安置无线信标，如RFID阅读器，当需要定位的移动设备携带RFID标签经过该装置附近时，装置可以通过无线方式感知识别并实现定位。比如目前很多地方采用的无线门禁装置。另外，无线信标还包括NFC技术，蓝牙技术等。但上述方案由于安装，电源，维护等问题，往往只适用于办公场所、机场或车站等少数特定场景，不便于推广。

无线信号指纹方法无需安装无线信标，其原理是利用无线网络信号在室内环境下的不均匀分布的特性实现，即无线网络信号指纹。如图1所示为现有基于无线网络信号指纹方法进行室内定位的原理示意图，以楼宇平面图为例，将其划分为A～X等28个网格，然后在每个网格内设置无线信号采集点，即无线网络信号指纹采集点，测量一组源于不同信号源的表示信号强度的电平向量集合{RSSI₁，RSSI₂，RSSI₃，...，}将每个网格及其对应的接收电平向量存储为无线网络信号指纹数据库。当移动设备测量到一组信号{rssi₁，rssi₂，rssi₃，...}，依据无线网络信号的ID标识(例如MAC地址或CELL ID信息)等将当移动设备所测量的无线网络信号与每个网格内设置无线信号采集点所采集的无线网络信号一一对应匹配，计算电平距离i表示不同网格，取值为A，..X；k表示无线网络信号的数量。取di_min，即测试值和指纹数据库距离最小的值，即最佳指纹匹配所对应的网格为移动设备所在位置。

上述方法的优点是无需在物业里安装任何设备，一般只要在智能手机内运行一个应用软件，用所测得的信号电平和指纹地图比对即可以完成定位。其缺点是建立指纹数据库需要进行大量现场勘查，而要得到较高的定位精度就需要网格尽量小，导致增加了数据测试量和匹配计算量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种移动设备的室内定位方法，仅需要在特定位置测量指纹，移动设备在行进中连续测量当前位置的信号的强度指示，连续地和特定位置的无线网络信号指纹进行动态匹配。当移动设备经过该特定位置时，即可获得最佳匹配的向量距离，从而实现准确定位。

该移动设备的室内定位方法包括步骤：

A、预先设置室内各个特定位置为定位参考点，采集并存储各定位参考点的无线网络信号指纹；

B、确定与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹所匹配的定位参考点的无线网络信号指纹；

C、移动设备连续测量得到无线网络信号指纹，并依次计算对应的连续的各测量点与将要匹配的所述定位参考点间的电平距离；

D、所述电平距离为最短时对应的所述移动设备所在的测量点为所匹配的所述定位参考点的所述特定位置。

由上，无需预先大量的网格测量，只需采集几个特定位置的无线网络信号指纹，大大减少指纹测试采集的工作量。同时也减少了匹配数据运算量，同时可提高定位的精度。

可选的，所述步骤B中所确定多个参考点的无线网络信号指纹均与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹所匹配时，

分别计算移动设备与所述各定位参考点的电平距离；

确定所述电平距离最短的定位参考点为与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹集合所匹配的定位参考点。

由上，当存在多个定位参考点均与移动设备匹配时，仅选择电平距离最短的定位参考点作为最优参考点，以提高定位精度。

可选的，步骤C中，所述连续测量包括：每间隔一定时间进行一次测量。

由上，可减少移动终端的能耗，避免其一直测量数据，同时减少定位的运算量。

可选的，步骤C中，所述连续测量，依次匹配包括：位置发生变化时的匹配。

可选的，判断位置每发生一次变化包括：

前后测量的无线网络信号指纹的变化量超过阈值，即判断位置发生变化。

由上，此可避免在静止状态下连续匹配从而造成无谓的功耗，也可避免移动设备实时上传数据从而造成服务器运算量增加。

可选的，步骤C中，依次计算对应的连续的各测量点与所匹配的所述定位参考点间的电平距离采用公式计算，式中rssi_i表示移动设备测量测量无线网络信号指纹；RSSI_i表示与移动设备匹配的定位参考点的无线网络信号指纹；k表示无线网络信号的数量。

可选的，所述各个特定位置间的间隔距离至少为10米。

由上，实现特定位置的无线网络信号指纹具有区别性。

可选的，所述无线网络信号至少包括以下之一：移动网络信号和无线局域网信号。

附图说明

图1为现有基于无线网络信号指纹方法进行室内定位技术的原理示意图；

图2为本发明流程图；

图3为不同间隔时间点，移动设备与同其匹配的定位参考点的电平距离参考示意图；

图4为采用现有室内定位技术的惯性导航的累积误差示意图；

图5为采用本发明技术的惯性导航示意图。

具体实施方式

本发明所提供的一种移动设备的室内定位方法，在无线网络信号指纹定位法中引入门禁式定位的概念，仅需要在特定位置，如门口，走廊等特定关键地点测量指纹，特定位置在行进中连续测量当前位置的信号的强度指示，连续地和特定位置的无线网络信号指纹进行动态匹配。当移动设备经过该特定位置时，即可获得最佳匹配的向量距离，从而实现准确定位，本发明的优异效果在于，一方面提高了定位精度，另一方面无需预先大量的网格测量，只需采集几个特定位置的无线网络信号指纹，大大减少指纹测试采集的工作量，同时也减少了匹配数据运算量。

图2为本发明的流程图，具体包括步骤：

S10：预先设置室内各个特定位置为定位参考点，采集并存储各定位参考点的无线网络信号指纹。

在建筑物内确定定位参考点的位置(x，y)_n，其中x、y分别表示定位参考点的横、纵坐标，n表示定位参考点的数量。所述定位参考点可选择如门口，走廊，楼梯口等。为保证定位参考点的指纹，即无线网络信号的电平向量集合{RSSI_i}有足够大差异，各定位参考点间的间距至少为10米。所测得的无线网络信号被上传至后台服务器。

所述无线网络信号包括移动网络信号和无线局域网信号(WLAN)等。各定位参考点测量的无线网络信号的电平向量集合表示为{RSSI_i}，i∈(1，k)，k表示无线网络信号的数量。

S20：将移动设备与定位参考点进行动态匹配。

具体包括步骤：

S201：将移动设备测量到的无线网络信号的电平向量集合，与各定位参考点所测量的无线网络信号的电平向量集合进行匹配。

在t₁时刻，移动设备测量到一组无线网络信号的电平向量集合{rssi_i}，i∈(1，k)。依据无线网络信号的ID标识，将移动设备测量到集合{rssi_i}与在先各定位参考点的测量的集合{RSSI_i}进行匹配。当集合{rssi_i}与集合{RSSI_i}相同，即无线网络信号指纹相同时，表示匹配成功。

当存在移动设备在某一时刻所测量到集合{rssi_i}与多个定位参考点的测量的集合{RSSI_i}均可匹配时，则分别计算移动设备在该时刻与同其匹配成功的多个定位参考点的电平距离，筛选出最短电平距离。该最短电平距离所对应的定位参考点选定为所匹配的最优定位参考点。

S202：计算移动设备与其匹配成功的定位参考点间的电平距离。

选定匹配成功的定位参考点，则计算在t₁时刻，移动设备与所匹配成功的定位参考点的电平距离 式中k表示无线网络信号的数量。

在随后的时间间隔点t₂，......，t_n时刻，重复上述步骤S202，分别计算出......，

上述步骤S201和步骤S202可通过服务器实现，亦可通过移动设备实现。

上述步骤S202中的时间间隔可预先设定，例如5秒或10秒，选择上述时间间隔依据人行走的经验值确定，进一步的，也可依据手持移动设备用户的性别、年龄等数值灵活设定。

另外，也可通过移动设备的移动位置发生变化而随机设定，所述移动位置发生变化依据移动设备测量到集合{rssi_i}进行判定，例如当所述集合{rssi_i}中，至少一无线网络信号的电平向量变化量超过阈值时，即认为移动设备位置发生变化，由此认为测量值有效，并以此上报新的测量集合{rssi_i}。由此可避免连续测量从而造成无谓的功耗。若上述步骤S201和步骤S202通过服务器实现时，也可避免移动设备实时上传数据从而造成服务器运算量增加。

S30：确定移动设备的位置。

一定时间后，列举出在各个时刻移动设备与同其匹配的定位参考点的距离。如图3所示，t₁～t₁₀时刻，移动设备与定位参考点的电平距离分别为8、8、7、5、4、2、3、5、6、9。由此判决：曲线中的最小电平距离d_min为最佳匹配，本实施例中，即t₆时刻为移动设备定位的位置，输出t₆时刻参与计算的定位参考点的坐标(x，y)。

另外，可依据上述......，的变化趋势确定移动设备定位的位置。例如，移动设备向同其匹配的定位参考点的距离由远及近运动时，其在图3所体现出的时间-电平距离图像的斜率向下，而移动设备向同其匹配的定位参考点的距离由近及远运动时，其在图3所体现出的时间-电平距离图像的斜率向上，由此便可以确定斜率发生变化的时刻为最佳匹配。

采用上述方法测量运动轨迹时，其使用效果类似于门禁，即当移动设备经过定位参考点时，产生最佳匹配值，由此实现精确定位。例如，基于无线网络信号指纹方法的惯性导航技术，其工作原理为：测量运动物体的运动变化后对时间积分估计其运动轨迹，从而获得位置信息。其实施方法是由位置传感器在空间3个正交方向(x，y，z)上采集3方向加速度变量，根据加速度合成矢量推估出当前的运动方向和速度，进而得到行进轨迹。其一个新的位置都是基于上一次的推估结果得到的。如果上一次推估产生的误差将不断的传递给其后的推估运算，结果是误差随行进距离不断增加。一般商用惯导装置的累积误差为距离的5％以上。在楼宇内如果行进距离超过100米，其定位精度下降就不具有实用价值了。例如图4所示为采用现有室内定位技术的惯性导航技术的累积误差示意图，图中虚线为惯导记录轨迹，实线为实际行进轨迹，实心箭头标出了惯导轨迹和实际轨迹的偏差，可见惯导误差的累积效应。

当采用本方法该和惯性导航装置结合，可以有效地校准惯性导航的累积误差。即图5所示情况，图中圆圈表示定位参考点，十字为在不同时刻移动设备距离定位参考点最近的位置。当移动设备经过该定位参考点位置时，即可获得最佳匹配的向量距离。从而实现准确定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种移动设备的室内定位方法，其特征在于，包括步骤：

A、预先设置室内各个特定位置为定位参考点，采集并存储各定位参考点的无线网络信号指纹；

B、确定与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹所匹配的定位参考点的无线网络信号指纹；

C、移动设备行进过程中连续测量得到无线网络信号指纹，并依次计算对应的连续的各测量点与将要匹配的所述定位参考点间的电平距离；

D、所述电平距离为最短时对应的所述移动设备所在的测量点为所匹配的所述定位参考点的所述特定位置；

所述步骤B包括：

分别计算移动设备与所述各定位参考点的电平距离；

确定所述电平距离最短的定位参考点为与移动设备当前所测量的无线网络信号指纹集合所匹配的定位参考点；

步骤C中，依次计算对应的连续的各测量点与所匹配的所述定位参考点间的电平距离采用公式计算，式中rssi_i表示移动设备测量无线网络信号指纹；RSSI_i表示与移动设备匹配的定位参考点的无线网络信号指纹；k表示无线网络信号的数量；

所述各个特定位置间的间隔距离至少为10米；

所述无线网络信号至少包括以下之一：移动网络信号和无线局域网信号；

步骤A中，所述室内各个特定位置包括门口，走廊，楼梯口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，所述连续测量包括：每间隔一定时间进行一次测量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，所述连续测量包括：判断位置发生变化时的测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断位置发生变化包括：

前后测量的无线网络信号指纹的变化量超过阈值，即判断位置发生变化。