CN104320848A - 基于云计算实现室内定位的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于云计算实现室内定位的系统及方法，其中系统包括客户终端，用以获取用户的请求以及获取用户的位置信息；服务端，所述的服务端包括：云计算基础设施平台，用以提供计算、存储和网络服务；数据记录模块，用以记录地图相关数据和用户轨迹数据；数据处理模块；算法引擎模块，用以为位置搜索算法提供引擎；交互模块，用以接收所述的客户终端的位置信息和请求。采用该种结构的基于云计算实现室内定位的系统及方法，实现了布置简单灵活，提供按需的位置计算能力，提供综合位置服务，为位置服务业务发展提供技术平台支持，能够快速、方便聚合各类基于位置的延伸服务，大大提高位置服务的效率，具有更广泛应用范围。

Description

基于云计算实现室内定位的系统及方法

技术领域

本发明涉及云计算领域，尤其涉及云计算数据处理领域，具体是指一种基于云计算实现室内定位的系统及方法。

背景技术

随着互联网和移动互联网的高速发展，中国的位置服务迎来快速发展时期。(1)运营商投资增大，移动网络发展迅速，3G、4G-LTE业务迅猛发展，消费需求形成意识形态。(2)另外，移动互联网的高速发展，特别在用户对交通出行、定位、生活服务、移动电子商务、O2O(Online 2Offline，线下电子商务)、移动社交网络等旺盛的需求驱动下，位置服务与几乎所有的移动互联网细分产业的横向融合进程都在加速。比如，在复杂环境下的大型商场、机场大厅、图书馆、超市、地下停车场、仓库、矿井等环境中，快速准确地获得移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息，并提供位置服务的需求已成为刚性需求，这种需求将进一步加快了国内位置服务产业的发展，使其呈现出巨大的市场潜力。

基于GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)的室外定位导航技术已相当成熟。由于卫星信号在室内受到建筑物的极大衰减，基于GNSS的室内定位技术无法提供可靠的位置信息。然而，据美国环境保护署(Environmental Protection Agency，EPA)统计数据显示，人们大约87％的时间都是在室内度过，室内定位具有了更加特别的意义。十多年以来，为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题，科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究，新技术不断涌现，当前室内定位技术主要有以下几类：(1)基于通信的定位技术-GPS，2G-4G/LTE，wifi/BT，UWB(Ultra-wide Bandwidth，超宽带)，Zigbee等；(2)基于射频的定位技术包括RFID(Radio frequency identification devices，无线射频系统)；(3)地磁定位；(4)信标定位，如二维码；(5)计算机视觉技术定位；(6)LED灯光定位；(7)超声波定位。其中基于wifi的室内定位技术最为成熟，但其他方法也有各自的优点。

移动互联网结合精准空间位置数据，给用户带来全新的基于位置的服务体验。同时，作为位置服务的“副产品”，用户位置信息和行为数据，也蕴涵着巨大的价值。如何发掘基于位置服务的数据价值，预测用户行为，为客户提供更加贴切的服务，为商家带来更真实的需求，为商场提供更合理的业态规划和布局及对销售收入的影响等提供更加精细的数据支持，成为当前BI(Business Intelligence，商业智能)分析的重点和难点之一。

综上所述，当前基于室内定位的位置服务迫切需要解决以下问题：(1)室内环境复杂，信号覆盖率低，定位不够准确，且室内立体地图数据量大，需要频繁更新，导致建设成本高；(2)数据不能共享，不同公司，不同地方均各自掌握一套GIS(Geographic Information System，地理信息系统)数据和用户行为数据；(3)布置不够灵活，不同区域需要单独部署独立系统；(4)不能很好的提供即时、按需位置服务；(5)服务单一，不能提供基于位置的综合位置服务，不适宜当前移动互联网的需求，特别在新的电子商务模式O2O模式迅速崛起之际，迫切需要基于位置的智能推送；(6)针对位置服务日志的智能BI分析较薄弱，面对海量数据尚不能高效的挖掘其蕴含的价值。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现布置简单灵活、提供按需的位置计算能力、提供综合位置服务、大大提高位置服务的效率、具有更广泛应用范围的基于云计算实现室内定位的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的基于云计算实现室内定位的系统及方法具有如下构成：

该基于云计算实现室内定位的系统，其主要特点是，所述的系统包括：

客户终端，用以获取用户的请求以及获取用户的位置信息；

服务端，所述的服务端包括：

云计算基础设施平台，用以提供计算、存储和网络服务；

数据记录模块，用以记录地图相关数据和用户轨迹数据；

数据处理模块，用以进行室内定位服务的数据处理；

算法引擎模块，用以为位置搜索算法提供引擎；

交互模块，用以接收所述的客户终端的位置信息和请求。

较佳地，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和位置导航算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括定位导航服务单元。

较佳地，所述的客户终端包括智能移动用户终端、位置服务运营者终端和位置服务租赁商家终端。

更佳地，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和基于位置服务的推荐算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括相关位置推荐服务单元。

更进一步地，所述的算法引擎模块还包括用户行为和模式分析算法引擎单元以及位置关联服务模式数据挖掘算法引擎单元，所述的应用模块还包括用户行为和模式分析服务单元。

本发明还涉及一种通过所述的系统基于云计算实现室内定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的客户终端将定位请求发送至所述的服务端；

(2)所述的客户终端采集用户当前的位置信息并发送至所述的服务端；

(3)所述的服务端采用位置搜索算法获得用户当前相对位置的坐标信息；

(4)所述的服务端根据所述的坐标信息检索地图相关数据并定位用户当前位置；

(5)所述的服务端将定位结果发送至所述的客户终端。

较佳地，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和位置导航算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括定位导航服务单元，所述的步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(6a)所述的客户终端将导航服务请求发送至所述的服务端；

(6b)所述的服务端采用位置导航引擎算法查询导航路线；

(6c)所述的服务端将导航路线查询结果发送至所述的客户终端。

较佳地，所述的客户终端包括智能移动用户终端、位置服务运营者终端和位置服务租赁商家终端，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和基于位置服务的推荐算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括相关位置推荐服务单元，所述的步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(7a)所述的客户终端将室内位置服务请求发送至所述的服务端；

(7b)所述的服务端解析所述的室内位置服务请求的服务类型；

(7c)所述的服务端采用基于位置服务的推荐算法预测用户行为模式并得到用户相关位置服务的最佳推荐结果；

(7d)所述的服务端将用户相关位置服务的最佳推荐结果发送至所述的客户终端。

更佳地，所述的算法引擎模块还包括用户行为和模式分析算法引擎单元以及位置关联服务模式数据挖掘算法引擎单元，所述的应用模块还包括用户行为和模式分析服务单元，所述的步骤(7d)之后，还包括以下步骤：

(8a)所述的服务端记录用户轨迹和用户行为数据；

(8b)所述的服务端采用用户行为和模式分析算法提取用户行为特征并分析所属行为模式；

(8c)所述的服务端采用位置关联服务模式数据挖掘算法挖掘位置和服务的关联关系；

(8d)所述的服务端学习用户的行为模式和关联服务模式并记录。

采用了该发明中的基于云计算实现室内定位的系统及方法，具有如下有益效果：

本发明在室内定位系统中采用云计算技术，大大提高了位置服务的效率，节约计算和存储资源，为位置服务业务发展提供技术平台支持，能够快速、方便聚合各类基于位置的延伸服务，提供综合位置服务；其次云计算分布式架构能够很好地支持大数据存储和处理需求，为基于位置信息的商业BI分析和数据挖掘提供处理分析平台，提供更加智能的位置服务，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的基于云计算实现室内定位的系统的结构示意图。

图2为本发明的基于云计算实现室内定位的方法和导航服务的方法应用于具体实施例的流程图。

图3为本发明的基于云计算实现室内服务的方法的流程图。

图4为本发明的基于云计算实现基于位置的用户行为分析的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

针对背景技术中的问题我们提出了基于云计算的室内定位系统及方法，属于图像处理、多媒体信息检索、数据挖掘和云计算领域。本发明的室内定位系统及方法利用云计算的动态的、可伸缩的计算、存储能力可以为室内定位算法提供强大的支持，使数据共享不再困难，布置简单灵活，提供按需的位置计算能力；云计算技术可以方便的聚合各类基于位置的延伸服务，提供综合位置服务；云计算分布式架构能够很好地支持大数据存储和处理需求，为基于位置信息的商业BI分析和数据挖掘提供处理分析平台。云计算、移动互联网、室内定位三者相结合衍生出智能位置服务，把定位导航、电子商务、移动社交网络推向智能化应用的新时代。

云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式，其计算资源，无论是计算能力、存储能力还是交互能力，都将是动态的、可伸缩的、被序列化的，可以方便地实现分享和交互；另一方面，云计算又是面向服务的计算模式，具有按需付费、前期低投资等几大特点，使得云计算成为灵活部署各种应用首选方式。

位置服务系统中采用云计算的结构将大大提高位置服务系统的效率，节约计算和存储资源，为位置服务业务发展提供技术平台支持。云计算把原来核心简单、边缘复杂、千人一面的互联网形态，改造得网络丰富、边缘简单、交互智能，尤其是在网络中心的云计算，支持社会化、集约化和专业化的信息服务，一个个孤立的地理信息系统开始联合起来，实现了跨越界限、柔性重组和价值共享。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

为了提供室内定位服务，本发明的基于云计算实现室内定位的系统包括：

客户终端，用以获取用户的请求以及获取用户的位置信息；在具体应用中，客户终端可以采用各种移动终端或电脑等电子设备；

服务端，基于云计算为用户提供各种服务，如定位、导航和位置服务，同时根据用户的使用记录进行用户的行为模式分析和用户的行为模式预测；

服务端包括：

云计算基础设施平台，用以提供计算、存储和网络服务，基于云计算架构建立，大大提高了提供各项服务的效率，加强数据共享性；

数据记录模块，用以记录地图相关数据和用户轨迹数据；

数据处理模块，用以进行室内定位服务的数据处理；

算法引擎模块，用以为位置搜索算法提供引擎；

交互模块，用以接收客户终端的位置信息和请求。

在一种优选的实施方式中，为了提供导航服务，算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和位置导航算法引擎单元，服务端还包括应用模块，应用模块包括定位导航服务单元。

在一种优选的实施方式中，客户终端为包含惯性传感器的移动终端，客户终端可以包括智能移动用户终端、位置服务运营者终端和位置服务租赁商家终端。

进一步地，为了提供位置服务，算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和基于位置服务的推荐算法引擎单元，服务端还包括应用模块，应用模块包括相关位置推荐服务单元。

在一种更优选的实施方式中，为了提供用户行为和模式分析服务，算法引擎模块还包括用户行为和模式分析算法引擎单元以及位置关联服务模式数据挖掘算法引擎单元，应用模块还包括用户行为和模式分析服务单元。

为了提供室内定位服务，本发明的基于云计算实现室内定位的方法包括以下步骤：

(1)客户终端将定位请求发送至服务端；

(2)客户终端采集用户当前的位置信息并发送至服务端；

(3)服务端采用位置搜索算法获得用户当前相对位置的坐标信息；

(4)服务端根据坐标信息检索地图相关数据并定位用户当前位置；

(5)服务端将定位结果发送至客户终端。

在一种优选的实施方式中，为了提供导航服务，步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(6a)客户终端将导航服务请求发送至服务端；

(6b)服务端采用位置导航引擎算法查询导航路线；

(6c)服务端将导航路线查询结果发送至客户终端。

在一种优选的实施方式中，为了提供位置服务，步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(7a)客户终端将室内位置服务请求发送至服务端；

(7b)服务端解析室内位置服务请求的服务类型；

(7c)服务端采用基于位置服务的推荐算法预测用户行为模式并得到用户相关位置服务的最佳推荐结果；

(7d)服务端将用户相关位置服务的最佳推荐结果发送至客户终端。

在一种更优选的实施方式中，为了提供用户行为和模式分析服务，步骤(7d)之后，还包括以下步骤：

(8a)服务端记录用户轨迹和用户行为数据；

(8b)服务端采用用户行为和模式分析算法提取用户行为特征并分析所属行为模式；

(8c)服务端采用位置关联服务模式数据挖掘算法挖掘位置和服务的关联关系；

(8d)服务端学习用户的行为模式和关联服务模式并记录。

下面以图1中的一个具体实施例来进行详细介绍。

如图1所示，其中TDOA：Time Difference Of Arrival，到达时间差，RSSI：Received SignalStrength Indicator，信号接收强度指示，AOA：信号到达角度。

本实施例中的基于云计算实现室内定位的系统主要由移动终端和服务端构成，服务端主要由6个模块构成：

(1)云计算基础设施平台(Iaas平台，Infrastructure As A Service，基础设施即服务)；

(2)数据记录模块：基于HDFS(Hadoop Distributed File System，Hadoop分布式文件系统)分布式文件系统的地图相关数据和用户轨迹数据记录模块；

(3)大规模数据并行处理模块，包括数据并行化处理和并行化机器学习部分；

(4)算法引擎模块，包括室内定位、导航算法引擎和用户行为分析算法引擎；

(5)应用模块，包括位置服务及相关的广告服务和用户行为分析服务；

(6)交互模块，包括位置感知和接收终端。

如图2所示，本实施例的方案的实施步骤如下：

1、室内定位方法：

(1)智能移动终端用户，发出定位导航请求；

(2)智能终端惯性传感器采集数据，发送到服务端；

(3)通过无线通信定位算法，如基于wifi的定位算法，计算当前相对位置信息；

(4)根据相对位置的坐标信息，检索GIS地理位置信息系统数据库，确定当前位置；

(5)返回用户当前位置，同时等待用户导航请求，为导航加载相关GIS资源；

(6)通过导航算法为用户选择最佳路线；

(7)返回导航结果。

2、基于位置的服务方法：

(1)用户发出位置服务请求，比如希望获取当前位置距离最近的咖啡厅在哪一层，或者附近有没有好看的电影在放映。

(2)提取服务请求的关键词，解析位置服务请求的服务类别；

(3)查询相关位置服务数据库，根据用户行为记录，预测用户行为模式和位置服务偏好。比如有两家咖啡厅，一个偏怀旧，一个偏现代时尚，根据用户行为记录和位置服务类型，判别用户偏好。

(4)返回用户相关位置服务的最佳推荐结果。

(5)根据用户选择的结果，修正行为分析和推荐算法。

3、基于位置的用户行为分析方法：

(1)从分布式存储系统，提取局部地理位置的用户行为数据和关联的位置服务数据；

(2)分析用户行为模式，分析用户行为在时间序列上的关联性，比如多少用户是先“逛商场”，再“看电影”，然后去“吃饭”，多少用户先“看电影”，再“逛商场”，然后去“吃饭”的；建立用户行为模型，为不同用户分类；

(3)利用数据挖掘算法挖掘位置和服务的关联关系。比如同一位置，什么时间选择了哪些服务，哪些服务选择的最多，它是在空间相对固定的情况下时间和服务的联合概率分布，该分布可以帮助及时发现新的服务需求，分析客户动态；

(4)利用Spark平台提供机器学习算法，学习行为模式和关联服务模式，预测用户行为需求和关联服务需求。

采用了该发明中的基于云计算实现室内定位的系统及方法，具有如下有益效果：

本发明在室内定位系统中采用云计算技术，大大提高了位置服务的效率，节约计算和存储资源，为位置服务业务发展提供技术平台支持，能够快速、方便聚合各类基于位置的延伸服务，提供综合位置服务；其次云计算分布式架构能够很好地支持大数据存储和处理需求，为基于位置信息的商业BI分析和数据挖掘提供处理分析平台，提供更加智能的位置服务，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种基于云计算实现室内定位的系统，其特征在于，所述的系统包括：

客户终端，用以获取用户的请求以及获取用户的位置信息；

服务端，所述的服务端包括：

云计算基础设施平台，用以提供计算、存储和网络服务；

数据记录模块，用以记录地图相关数据和用户轨迹数据；

数据处理模块，用以进行室内定位服务的数据处理；

算法引擎模块，用以为位置搜索算法提供引擎；

交互模块，用以接收所述的客户终端的位置信息和请求。

2.根据权利要求1所述的基于云计算实现室内定位的系统，其特征在于，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和位置导航算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括定位导航服务单元。

3.根据权利要求1所述的基于云计算实现室内定位的系统，其特征在于，所述的客户终端包括智能移动用户终端、位置服务运营者终端和位置服务租赁商家终端。

4.根据权利要求3所述的基于云计算实现室内定位的系统，其特征在于，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和基于位置服务的推荐算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括相关位置推荐服务单元。

5.根据权利要求4所述的基于云计算实现室内定位的系统，其特征在于，所述的算法引擎模块还包括用户行为和模式分析算法引擎单元以及位置关联服务模式数据挖掘算法引擎单元，所述的应用模块还包括用户行为和模式分析服务单元。

6.一种通过权利要求1至5中任一项所述的系统基于云计算实现室内定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的客户终端将定位请求发送至所述的服务端；

(2)所述的客户终端采集用户当前的位置信息并发送至所述的服务端；

(3)所述的服务端采用位置搜索算法获得用户当前相对位置的坐标信息；

(4)所述的服务端根据所述的坐标信息检索地图相关数据并定位用户当前位置；

(5)所述的服务端将定位结果发送至所述的客户终端。

7.根据权利要求6所述的基于云计算实现室内定位的方法，其特征在于，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和位置导航算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括定位导航服务单元，所述的步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(6a)所述的客户终端将导航服务请求发送至所述的服务端；

(6b)所述的服务端采用位置导航引擎算法查询导航路线；

(6c)所述的服务端将导航路线查询结果发送至所述的客户终端。

8.根据权利要求6所述的基于云计算实现室内定位的方法，其特征在于，所述的客户终端包括智能移动用户终端、位置服务运营者终端和位置服务租赁商家终端，所述的算法引擎模块包括位置搜索算法引擎单元和基于位置服务的推荐算法引擎单元，所述的服务端还包括应用模块，所述的应用模块包括相关位置推荐服务单元，所述的步骤(5)之后，还包括以下步骤：

(7a)所述的客户终端将室内位置服务请求发送至所述的服务端；

(7b)所述的服务端解析所述的室内位置服务请求的服务类型；

(7c)所述的服务端采用基于位置服务的推荐算法预测用户行为模式并得到用户相关位置服务的最佳推荐结果；

(7d)所述的服务端将用户相关位置服务的最佳推荐结果发送至所述的客户终端。

9.根据权利要求8所述的基于云计算实现室内定位的方法，其特征在于，所述的算法引擎模块还包括用户行为和模式分析算法引擎单元以及位置关联服务模式数据挖掘算法引擎单元，所述的应用模块还包括用户行为和模式分析服务单元，所述的步骤(7d)之后，还包括以下步骤：

(8a)所述的服务端记录用户轨迹和用户行为数据；

(8b)所述的服务端采用用户行为和模式分析算法提取用户行为特征并分析所属行为模式；

(8c)所述的服务端采用位置关联服务模式数据挖掘算法挖掘位置和服务的关联关系；

(8d)所述的服务端学习用户的行为模式和关联服务模式并记录。