CN104135330B

CN104135330B - 一种弯角检测方法及系统

Info

Publication number: CN104135330B
Application number: CN201410401663.4A
Authority: CN
Inventors: 王羽西; 伍楷舜; 倪明选
Original assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Current assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2034-08-14
Also published as: CN104135330A

Abstract

本发明公开了一种弯角检测方法，其特征在于，包括：S1、发射器在有效区域发射信道状态信息CSI；S2、移动设备沿着弯角的轨迹匀速移动，并不断接收CSI；S3、移动设备对CSI进行处理，获得CSI与弯角轨迹的关系变化值；S4、移动设备根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，构建CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型；S5、移动设备根据皮尔逊积矩相关系数比较法，计算关系变化值与每种关系变化模型的相关性，确定关系变化值对应的弯角轨迹。相应地，本发明还公开了一种弯角检测系统。采用本发明实施例，能够利用无线网络信号和移动设备实现对室内弯角轨迹的检测，高效低能且便利。

Description

一种弯角检测方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种弯角检测方法及系统。

背景技术

世界上大多数人口的大部分时间都是在室内度过的，因此室内行人追踪技术成为在移动计算时代发展各种基于室内定位技术的关键。发展基于室内定位的技术，需要楼层平面图作为基础。然而，现有建筑很少储存有楼层平面图，并且由于室内建筑结构会随使用者的需求而改变，人们很难将建筑初始楼层平面图作为发展室内定位技术的参考。因此，需要找到一种能够方便并有效的还原出现有楼层平面图的方法。

为了实现对楼层平面图的准确还原，人们提出了利用移动设备传感器来还原室内平面图的方法。然而，采用这些方法搭建的平面图还原系统本身存在着种种不足。移动设备上的传感器在测量方面存在较大误差，使得现有基于传感器和无线信号的楼层平面图还原方法无法准确的还原出走廊转弯处的形状，甚至错误的构建出房间与走廊的构图，从而导致平面图还原产生严重误差。此外，利用传感器的楼层平面图还原方法需要长时间使用传感器，耗能高，使得成本提高。

随着无线通信技术的发展，越来越多的无线设备被人们应用到生活当中。因此，利用无线通信技术来进行室内楼层平面图的还原被认作是一种有效可行的方法。然而，到目前为止，利用无线通信技术对楼层平面图还原的系统无法实现对弯角的真实形状进行准确的还原，只能将所有的弯角按照直角形进行还原。

申请号为20091016519.6的国家发明专利申请公开了一种开阔区域地图相关联的系统和方法。该方法包括获得布局的图像，在该图像上应用网格，该网格包括填充该图像的地面区域的方格，以及作为该网格的函数而生产科选择路线的地图。该可选择路线的地图鱼开阔区域地图相关联实现对地图的构建。但使用该方法，只能对比较开阔的区域进行一部分地图还原。

发明内容

本发明实施例提出一种弯角检测方法及系统，能够利用无线网络信号和移动设备实现对室内弯角轨迹的检测，高效低能且便利。

本发明实施例提供一种弯角检测方法，包括：

S1、发射器在有效区域发射信道状态信息CSI(Channel State Information)；

S2、移动设备沿着弯角的轨迹匀速移动，并不断接收所述CSI；

S3、所述移动设备对所述CSI进行处理，获得所述CSI与所述弯角轨迹的关系变化值；

S4、所述移动设备根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，构建CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型；

S5、所述移动设备根据皮尔逊积矩相关系数比较法，计算所述关系变化值与每种关系变化模型的相关性，确定所述关系变化值对应的弯角轨迹。

相应地，本发明实施例还提供一种弯角检测系统，包括发射器和移动终端；所述移动终端包括无线接收模块、数据处理模块、模型构建模块和形状决定模块；

所述发射器用于在有效区域发射信道状态信息CSI；

所述无线接收模块用于沿着弯角的轨迹不断接收所述CSI；

所述数据处理模块用于对所述CSI进行处理，获得所述CSI与所述弯角轨迹的关系变化值；

所述模型构建模块用于根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，构建CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型；

所述形状决定模块用于根据皮尔逊积矩相关系数比较法，计算所述关系变化值与每种关系变化模型的相关性，确定所述关系变化值对应的弯角轨迹。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的弯角检测方法及系统能够利用无线网络信号和移动设备检测室内弯角的轨迹，无需使用传感器，耗能低，且成本低；基于室内环境下无线网络信号传播的自由传播损耗模型，建立CSI变化与弯角轨迹的关系，因而只需对待测弯角轨迹对无线信号传播影响所造成的CSI变化进行分析，即可检测出弯角轨迹，克服了传统系统无法还原弯角真实轨迹的局限性，从而为基于无线通信的楼层平面图还原的发展提供可行性，且检测方便，准确性高。

附图说明

图1是本发明提供的弯角检测方法的一个实施例的流程示意图；

图2是图1所示实施例中的步骤S3的一个实施例的流程示意图；

图3是本发明提供的弯角检测系统的第一个实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的弯角检测系统的第二个实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的弯角检测系统的第三个实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的弯角检测系统的第四个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的弯角检测方法的一个实施例的流程示意图，包括步骤S1至步骤S5，具体如下：

S1、发射器在有效区域发射信道状态信息CSI。其中，发射器的有效区域是根据理论模型和实验数据分析而得出的。CSI能够描述出在时间延迟、振幅衰减和相位转移的共同影响之下信号的传播途径。

S2、移动设备沿着弯角的轨迹匀速移动，并不断接收CSI。

S3、移动设备对CSI进行处理，获得CSI与弯角轨迹的关系变化值。

S4、移动设备根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，构建CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型。

根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，计算发射器在有效区域发射CSI的理论变化模型，并归纳出发射器在不同位置点对各种弯角轨迹发射CSI的变化规律，从而总结出CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型。

需要说明的是，CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型还可以预先保存在移动设备中。在实际检测时，直接调用关系变化模型即可。

S5、移动设备根据皮尔逊积矩相关系数比较法，计算关系变化值与每种关系变化模型的相关性，确定关系变化值对应的弯角轨迹。

皮尔逊积矩相关系数比较法是一种度量两个变量间相关程度的最基本的方法。皮尔逊积矩相关系数是介于1和-1之间的值，其中，1表示变量完全正相关，0表示无关，-1表示完全负相关。将检测的关系变化值与每种关系变化模型进行相关性计算，其中，相关系数最接近1的关系变化模型所对应的弯道轨迹即为检测的弯道轨迹。

需要说明的是，在一个特定的室内环境(如一个房间)中，存在一个主要传播路径和多个因为周围环境(天花板、地板和墙等)的影响而产生的反射路径。不同轨迹的弯角由于墙体结构的构造不同，会对无线网络信号的传播产生不同的影响，从而导致在不同时间点接收端距发射端的距离改变。当移动设备以相同的速度在具有不同轨迹的室内弯角处移动时，弯角轨迹影响移动设备与发射器的距离，由室内无线传播模型可以得出，弯角轨迹对CSI值产生不同的影响，而在不同的时间点，对于每种弯角的CSI值变化会形成一种特定的变化模式。通过分析该变化模式，即可得出准确的弯角轨迹。

进一步地，在步骤S3之后，还包括：

移动设备基于高斯过滤法，对关系变化值进行过滤。

环境的因素(如温度，房间的设置等)会对接收的CSI有所影响。为了减小环境因素的干扰，采用高斯过滤法对变化值进行过滤，从而减少数据中的噪声。

进一步地，步骤S1具体包括：

发射器采用正交频分载波复用，在有效区域发射以子载波形式存在的信道状态信息CSI。建立以子载波形式存在的CSI与弯角轨迹之间的联系会提高对弯角真实轨迹判断的准确率。

进一步地，步骤S3具体包括：

S31、采用多入多出技术，将CSI分成9个CSI流；其中，每个CSI流具有30个子载波；

S32、在同一时间点的每个CSI流中，计算连续5个子载波的平均值；平均值即为每个CSI流在同一时间点的CSI值；

S33、在每个时间点，计算9个CSI流的CSI值的平均值；每个时间点的平均值即为CSI与弯角轨迹的关系变化值。

本发明实施例还提供一种弯角检测系统，能够实施上述弯角检测方法的所有流程。

参见图3，是本发明提供的弯角检测系统的第一个实施例的结构示意图，包括发射器和移动终端；移动终端包括无线接收模块、数据处理模块、模型构建模块和形状决定模块；

发射器用于在有效区域发射信道状态信息CSI；

无线接收模块用于沿着弯角的轨迹不断接收CSI；

数据处理模块用于对CSI进行处理，获得CSI与弯角轨迹的关系变化值；

模型构建模块用于根据无线网络信号传播的自由传播损耗模型和CSI的无线传播模型，构建CSI与各种弯角轨迹的关系变化模型；

形状决定模块用于根据皮尔逊积矩相关系数比较法，计算关系变化值与每种关系变化模型的相关性，确定关系变化值对应的弯角轨迹。

优选地，无线接收模块为无线网卡。

进一步地，移动终端还包括过滤模块；

过滤模块用于基于高斯过滤法，对关系变化值进行过滤。

参见图4，是本发明提供的弯角检测系统的第二个实施例的结构示意图,包括发射器41和移动设备43。在具体实施时，发射器41放置于有限区域42处，并发射CSI，用户携带移动设备43以正常步行速度沿着直角形弯角44的轨迹从A点匀速移动至B点，并不断接收来自发射器的CSI，从而从CSI的变化中判断被检测弯角的轨迹。

需要说明的是，本发明提供的弯角检测系统不仅可以检测出常见的直角形弯角44的轨迹，还可检测出其他不同类型的弯角轨迹，如图5和图6所示的直线形弯角46和圆弧形弯角47等，具有良好的实用性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种弯角检测方法，其特征在于，包括：

S1、发射器在有效区域发射信道状态信息CSI；

S3、所述移动设备对所述CSI进行处理，获得所述CSI与所述弯角的轨迹的关系变化值；

2.如权利要求1所述的弯角检测方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，还包括：

所述移动设备基于高斯过滤法，对所述关系变化值进行过滤。

3.如权利要求1或2所述的弯角检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

发射器采用正交频分载波复用，在有效区域发射以子载波形式存在的信道状态信息CSI。

4.如权利要求3所述的弯角检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、采用多入多出技术，将所述CSI分成9个CSI流；其中，每个CSI流具有30个子载波；

S32、在同一时间点的每个CSI流中，计算连续5个子载波的平均值；所述平均值即为每个CSI流在同一时间点的CSI值；

5.一种弯角检测系统，其特征在于，包括发射器和移动终端；所述移动终端包括无线接收模块、数据处理模块、模型构建模块和形状决定模块；

所述发射器用于在有效区域发射信道状态信息CSI；

所述无线接收模块用于沿着弯角的轨迹不断接收所述CSI；

所述数据处理模块用于对所述CSI进行处理，获得所述CSI与所述弯角的轨迹的关系变化值；

6.如权利要求5所述的弯角检测系统，其特征在于，所述移动终端还包括过滤模块；

所述过滤模块用于基于高斯过滤法，对所述关系变化值进行过滤。