CN105025439B - 室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置，定位范围内部署第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备，其中，定位范围内设有多个预设位置点，各第二类无线设备一一部署于其中部分预设位置点，而各音频设备部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据，且按照电子设备及定位设备不同而根据通信数据分别生成多种定位参考信息和当前定位信息，将两者进行匹配以获取多组定位结果后加以融合来获得最终定位结果；本发明既达到了良好的室内定位精确性及稳定性，又采用了相对少且廉价的的设备，成本相对较低，应用室内场所广泛。

Description

室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，特别是涉及室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置。

背景技术

室内定位技术，是相对于室外卫星定位技术而言的一种定位方案，它指的是在室内环境中，采用无线信号、电信基站、传感器等多种技术集成形成一套室内位置定位系统，用于实现位置定位，从而确定人员或物体等在室内空间中的位置。

当前的卫星定位技术已经十分成熟，包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导航定位系统都已经实现了民用。它们在室外的定位精度也可以达到10-50米。但是，由于卫星定位系统使用的无线信号是L波段，频率大概在1-2GHz内，对于建筑物的穿透性比较差，信号衰减就会很快，特别是对于现代钢筋混凝土结构的建筑物，卫星信号衰减十分厉害。所以，在众多的室内环境中，设备能接收到的卫星信号是十分弱的，甚至无任何信号，难以进行定位，需要加入其它的辅助手段，才能确定人员或者物体在室内环境中的位置。

然而，各种定位方法各有其优劣，某些部署成本低的方法，精度难以达到一个满意的结果，如WIFI定位，利用室内环境中现有的WIFI设备就可以实施定位，但是定位精度难以达到5米以内，而且定位可靠性依赖于无线AP部署的密度，因此可能出现定位盲点区域；而定位精度高的方法，其需要的成本也比较昂贵，如蓝牙、超声波、RFID等，虽然可以达到厘米级别的定位，但是需要额外部署大量的设备，在大规模工程使用的情况下成本十分巨大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置，解决现有技术中室内定位技术方案中存在定位效果不佳或成本高等问题。

为实现上所述目标及其他相关目标，本发明提供一种室内定位系统，包括：部署于定位范围内的第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备；其中，所述定位范围内设有多个已知位置信息的预设位置点，各所述第二类无线设备一一部署于其中部分预设位置点，而各所述音频设备部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；所述第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据。

可选的，所述第一类无线设备包括：WiFi通信设备，所述第二类无线设备包括：蓝牙通信设备。

为实现上所述目标及其他相关目标，本发明提供一种定位信息数据库系统，应用如上所述的室内定位系统而建立，该定位信息数据库系统存储有包括：第一类定位参考信息，至少包含：与各所述预设位置点一一对应的多个指纹信息：其中，每个指纹信息，是根据在所对应的预设位置点通过采集设备采集的由各所述第一类无线设备接收到的第一类参考无线信号强度值集合、及对应预设位置点的位置信息相关联生成的；第二类定位参考信息，至少包含：各所述第二类无线设备的无线覆盖范围信息、及与所述无线覆盖范围的预定边缘对应的第二参考无线信号强度值；第三类定位参考信息，至少包含：各所述音频设备分别独有的至少一组音频编码、及相关联的音频设备所在预设位置点的位置信息；其中，各所述音频设备至少外发与其独有的音频编码对应的音频信号。

可选的，所述一组音频编码具有一或多位数值，且不同数值分别对应不同频率，以令所述音频编码对应于单个所述频率的音频或多个所述频率的音频组合。

可选的，各所述频率均高于预设声音频率，所述预设声音频率的取值范围包括：大于16kHz。

可选的，每组音频编码包含识别编码，所述识别编码对应唯一识别频率，包含具有所述识别频率的音频作为所述音频信号被解码的条件。

为实现上所述目标及其他相关目标，本发明提供一种定位指纹生成方法，应用于所述的定位信息数据库系统中第一类定位参考信息的指纹信息的生成，所述方法包括：将具有第一类无线通信功能的参考设备载入所述定位范围所在室内场所的电子地图；在所述参考设备所载入地图指定本次标注需要通过的路径，所述路径经过至少部分所述预设位置点；在所述参考设备沿所述路径移动时，扫描来自于所收到的第一类无线设备的信号及相应的扫描时间信息；将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点；对每个预设位置点的所有第一类无线信号强度值进行训练，以供生成所述指纹信息。

可选的，所述将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点，包括：若得到的第一类无线信号强度值集合的数量和经过的预设位置点数量相同时，一对一进行对应；若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量少，则在所述扫描时间上相邻的每两个第一类无线信号强度集合之间增加它们平均值集合；若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量多，则将扫描时间分为与经过预设位置点数量相同的时间区间，把各第一类无线信号强度值按照各自扫描时间所在时间区间分为对应数量份，每份第一类无线信号强度值集合对应一个位置点的指纹信息。。

为实现上所述目标及其他相关目标，本发明提供一种室内定位方法，应用所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述方法包括：采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果。

可选的，将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果，包括：将根据第二类当前定位信息和/或第三类当前定位信息的所述匹配生成的定位结果作为限制参数，或者将第二类当前定位信息和第三类当前定位信息的其中一个经所述匹配生成的定位结果作为另一个的限定而得到的定位结果作为限制参数在考虑该限制参数的情况下进行第一类当前定位信息的所述匹配，以得到的定位结果为最终定位结果。

可选的，所述根据第二类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果，包括：判断各所述第二类当前无线信号强度值是否高于预设阈值；若是，则将高于预设阈值的第二类当前无线信号强度值所对应的相关第二类无线设备所在位置信息作为定位结果；若否，则根据第二类当前无线信号强度值与各相关第二类无线设备的第二类参考无线信号强度值比较，并据以获取各相关第二类无线设备的无线覆盖范围来确定待定位设备所在区域作为定位结果。

可选的，所述根据第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成定位结果，包括：将通过所述音频解码获得的音频编码同定位信息数据库系统内的第三类定位参考信息中的音频编码进行匹配；在匹配一致时，将匹配到的音频编码所关联的预设位置点的位置信息作为定位结果。

可选的，所述第三类定位参考信息中的每组音频编码具有一或多位数值，且不同数值分别对应不同频率，以令所述音频编码对应于单个所述频率的音频或多个所述频率的音频组合；所述音频解码前包括：对音频信号进行变换以获取其频域信息；对所述频域信息进行滤波以滤除小于预设声音频率以下的信息，以供对滤波后的频域信息进行解码，其中，所述预设声音频率的取值范围包括：大于16kHz。

可选的，所述的室内定位方法，包括：在所述定位结果的融合时，加入所述定位范围所在室内场所的信息作为约束规则。

为实现上所述目标及其他相关目标，本发明提供一种室内定位装置，应用所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述装置包括：定位信息采集模块，用于采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；融合定位模块，用于将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果。

可选的，所述室内定位装置设置于所述待定位设备。

如上所述，本发明提供室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置，通过部署于定位范围内的第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备；其中，所述定位范围内设有多个已知位置信息的预设位置点，各所述第二类无线设备一一部署于其中部分预设位置点，而各所述音频设备部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；所述第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据，且按照电子设备及定位设备不同而根据通信数据分别生成多种定位参考信息和当前定位信息，将两者进行匹配以获取多组定位结果后加以融合来获得最终定位结果；本发明既达到了良好的室内定位精确性及稳定性，又采用了相对少且廉价的的设备，成本相对较低，应用室内场所广泛。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中室内定位系统的结构示意图。

图2显示为本发明一实施例中室内定位方法的流程示意图。

图3显示为本发明一实施例中利用第二类无线设备进行定位的流程示意图。

图4显示为本发明一实施例中利用音频设备进行定位的流程示意图。

图5显示为本发明一实施例中室内定位装置的结构示意图。

元件标号说明

1 第一类无线设备

2 第二类无线设备

3 音频设备

4 室内定位装置

S1～S2 方法步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明提供一种室内定位系统，包括：部署于定位范围内的第一类无线设备1、第二类无线设备2、及音频设备3；其中，所述定位范围内设有多个已知位置信息的预设位置点，各所述第二类无线设备2一一部署于其中部分预设位置点，而各所述音频设备3部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；所述第一类无线设备1、第二类无线设备2、及音频设备3与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据。

在一实施例中，所述第一类无线设备1包括：WiFi通信设备(AP)，所述第二类无线设备2包括：蓝牙通信设备(iBeacon)，所述音频设备3为至少具有音频外放功能的设备；所述预设位置点的位置信息可以是坐标信息，例如，在所述室内的定位范围建立坐标平面，而在所述坐标平面内的每个点位均具有自身的坐标信息，所述预设位置点也不例外；并且优选的，所述位置信息还可包含定位范围所在室内场所的信息，例如大楼名称、楼层等。

通过采集设备在所述室内定位系统中进行参考用途的定位数据的采集可形成定位信息数据库系统，该定位信息数据库系统存储有包括：第一类定位参考信息、第二类定位参考信息及第三类定位参考信息。

所述第一类定位参考信息，至少包含：与各所述预设位置点一一对应的多个指纹信息：其中，每个指纹信息，是根据在所对应的预设位置点通过采集设备采集的由各所述第一类无线设备1接收到的第一类参考无线信号强度值集合、及对应预设位置点的位置信息相关联生成的。在一实施例中，具体来说，所述第一无线设备例如为WiFi设备(各自形成WiFi接入点，即AP)，则所述第一类参考无线信号强度值则为WiFi RSSI值，而所述采集设备优选为至少具有第一类无线通信功能的如具有WiFi模块的手机、平板电脑、或笔记本电脑等便携终端，将采集设备设于各个预设位置点，在每个预设位置点均采集每个WiFi接入点接收到的与其通信的信号RSSI值，例如WiFi接入点有N个，则每个所形成的第一类参考无线信号强度值集合均包含了从AP(1)～AP(N)的RSSI值，其可以是向量形式的，且所述向量中还可包含各第一类参考无线设备的物理地址(MAC地址)；然后以相同的预设位置点作为联系，将在该预设位置点测得的所述第一类参考无线信号强度值集合同该预设位置点的位置信息(例如坐标信息)关联起来而形成了一个对应的指纹信息，也就是说，每个指纹信息至少包含有第一类参考无线信号强度值集合分量、和对应预设位置点位置信息分量。

在所述定位信息数据库系统中，指纹信息的查找可根据定位范围内的预设位置点的位置信息进行查找，也可根据定位范围所在室内场景的信息(楼层、区域等信息)进行查找，比如查找预设位置点1，2，3各自对应的WIFI指纹信息或者查找楼层2中的所有WIFI指纹信息。第二类定位参考信息的查找根据第二类无线设备的蓝牙MAC地址作为关键字进行；第三类定位参考信息的查找根据音频编码作为关键字进行。

优选的，本发明可提供一种定位指纹生成方法，应用于所述的定位信息数据库系统中第一类定位参考信息的指纹信息的生成，所述方法包括：

a)将具有第一类无线通信功能的参考设备载入所述定位范围所在室内场所的电子地图；在一实施例中，所述参考设备可安装有实现该方法各功能的APP软件，在该步骤中为利用该APP软件导入该室内场所的电子地图。

b)在所述参考设备所载入地图指定本次标注需要通过的路径，所述路径经过至少部分所述预设位置点；在一实施例中，例如该APP软件在参考设备的显示界面提供“启动标注”按钮供按下，按下后则开始扫描周围的第一类无线设备1，即WiFI接入点。

c)在所述参考设备沿所述路径移动时，扫描来自于所收到的第一类无线设备1的信号及相应的扫描时间信息；在一实施例中，所述沿路径移动优选为匀速完成，且按照预定的频率(尽量快，例如xx毫秒一次)不间断地扫描WiFi接入点，将WiFi接入点信息、相应的RSSI值和扫描完成时的时间戳记录下来；优选的，在所述路径行进至最后一个预设位置点时，可在参考设备的显示界面显示“停止标注”按钮，供按下来结束扫描工作

d)将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点；在一实施例中，所述APP调用WIFI RSSI数据填充算法，将在各预设位置点采集到的各WiFi接入点的WIFI RSSI数据填充(即分配到、或关联到)到经过的所有预设位置点中。

e)对每个预设位置点的所有第一类无线信号强度值进行训练，以供生成所述指纹信息。在一实施例中，即利用各预设位置点所填充的数据样本经过预定方式的训练来形成所述“第一类无线信号强度值集合”，来和所对应预设位置点的位置信息(如坐标等)生成指纹信息。

在一实施例中，优选的，所述将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点，包括：

i)若得到的第一类无线信号强度值集合的数量和经过的预设位置点数量相同时，一对一进行对应；

ii)若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量少，则在所述扫描时间上相邻的每两个第一类无线信号强度集合之间增加它们平均值集合；

iii)若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量多，则将扫描时间分为与经过预设位置点数量相同的时间区间，把各第一类无线信号强度值按照各自扫描时间所在时间区间分为对应数量份，每份第一类无线信号强度值集合对应一个位置点的指纹信息。

举例来说，假设共有3个时间区间，分别是[0,179],[180,359]，[360,539]。各第一类无线信号强度集合对应的时间例如为：

集合1：50；集合2：100；集合3：150；集合4：200；集合5：250；集合6：300；集合7：400；集合8：450

那么，区间1分配得到集合1，2，3；区间2分配得到集合4，5，6；区间3分配得到集合7，8.；根据集合1，2，3生成第一个指纹，根据集合4，5，6生成第二个指纹，根据集合7、8生成第三个指纹。

其中，情况ii)处理之后可能进入情况i)和iii)的处理。

所述第二类定位参考信息，至少包含：各所述第二类无线设备2的无线覆盖范围信息、及与所述无线覆盖范围的预定边缘对应的第二参考无线信号强度值。在一实施例中，各所述预设位置点在设置时根据室内定位精度的需求，优选以3～5米的间隔进行分布，并且优选的，采集数据时，每个预设位置点停留15-20秒进行采集；所述第二类无线设备2可以是蓝牙设备，其无线覆盖范围是已知的，在知道了预设位置点的间隔后(例如3～5米)，可以将蓝牙设备周围5米采集到的蓝牙信号强度值作为所述第二参考无线信号强度值。

所述第三类定位参考信息，至少包含：各所述音频设备3分别独有的至少一组音频编码、及相关联的音频设备3所在预设位置点的位置信息；其中，各所述音频设备3至少外发与其独有的音频编码对应的音频信号。在一实施例中，所述一组音频编码具有一或多位数值，且不同数值分别对应不同频率，以令所述音频编码对应于单个所述频率的音频或多个所述频率的音频组合；在一实施例中，各所述频率均高于预设声音频率，所述预设声音频率的取值范围包括：大于16kHz；在一实施例中，每组音频编码包含识别编码，所述识别编码对应唯一识别频率，包含具有所述识别频率的音频作为所述音频信号被解码的条件。

举例来说，可按例如下表所示的音频编码方案对高频音频进行编码。

如上表所示，每个编码数值对应于一个频率值，并对应有根据所对应频率值生成的一段音频，而音频编码可以由一串编码数值所构成，从而可对应多段音频组合而成的音频信号；而所述音频设备3即生成对应其音频编码的音频信号外放。

如图2所示，本发明提供一种室内定位方法，应用所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述方法包括：

步骤S1：采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；

步骤S2：将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果。

需说明的是，所述待定位设备要与所述第一类无线设备、第二类无线设备及音频设备间进行通信，则其至少应当具有对应的三种通信模块，例如WiFi模块、蓝牙模块及拾音设备(如麦克风等)，优选的，所述待定位设备为手机或平板电脑等便携终端，众所周知，该等现有便携终端即具有上述硬件模块。

在一实施例中，将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果，包括：将根据第二类当前定位信息和/或第三类当前定位信息的所述匹配生成的定位结果作为限制参数，或者将第二类当前定位信息和第三类当前定位信息的其中一个经所述匹配生成的定位结果作为另一个的限定而得到的定位结果作为限制参数在考虑该限制参数的情况下进行第一类当前定位信息的所述匹配，以得到的定位结果为最终定位结果。

具体来说，通过第一类无线设备(如WiFi接入点)进行定位，主要通过实时扫描获得的WIFI RSSI信号强度集合，保存在指纹数据库中的WIFI指纹信息进行相似度匹配，以得到最相似的一个或多个位置点。所述相似度匹配算法例如采用余弦相似性，通过公式：

计算得到实时采集信号与指纹库中每一个预设位置点对应的指纹信息的相似度。式中两个WIFI RSSI集合(例如向量形式)分别表示为A和B，A_i表示向量A中的第i个AP的RSSI值，B_i表示向量B中的第i个AP的RSSI值；p为两个向量中，相同的AP出现的次数；m表示向量A中AP的个数，n表示向量B中AP的个数。相似度的值越接近1，表示两个向量越相似。为了得到更准确的坐标，优选可在此基础上进行了优化。采用K-近邻算法(K NearestNeighbor,简称KNN)，每次匹配时找出相似度最高的K个位置，然后利用下面公式，对这K个位置求加权平均，得到计算后的定位坐标。

其中n为找到的最相似的n个位置点，即KNN中的K，x_i和y_i是其中的第i个位置的二维坐标，sim_i是当前WIFI RSSI信息与第i个位置的指纹信息的相似度，simTotal为n个位置相似度之和。

在一实施例中，所述根据第二类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果，包括：判断各所述第二类当前无线信号强度值是否高于预设阈值；若是，则将高于预设阈值的第二类当前无线信号强度值所对应的相关第二类无线设备所在位置信息作为定位结果；若否，则根据第二类当前无线信号强度值与各相关第二类无线设备的第二类参考无线信号强度值比较，并据以获取各相关第二类无线设备的无线覆盖范围来确定待定位设备所在区域作为定位结果。

具体来说，图3展示了一种利用第二类当前定位信息(即蓝牙定位)的具体实施流程；从图示流程可知，利用第二类当前定位信息进行定位(即蓝牙定位)分为两种：点定位和区域定位。点定位，即定位到某一个预设位置点坐标上。当待定位设备移动到(例如由用户携带而移动)第二类无线设备(即蓝牙无线设备，iBeacon)附近时，收到的RSSI信号很强，大于某个阈值，即认为用户的位置在iBeacon部署的位置上，该阈值是可配置的，阈值决定该情况下的定位误差，一般可根据iBeacon的发射功率进行实测后配置；而所述区域定位，即确定某个定位区域，并把区域中的预设位置点作为参数传递给前述利用指纹定位进行处理(即所述融合的一部分)，当搜索到某个iBeacon的信号，但是信号强度没有达到点定位的阈值时，就可以利用待定位设备所得到的第二类无线信号强度值在所述定位信息数据库系统中匹配，从而确定待定位设备所位于的各第二类无线设备的无线信号覆盖区域的信息，从而确定该待定位设备所在大致区域。

这意味着就在该iBeacon的覆盖范围内，而所述融合之下，前述WiFi指纹信息定位只需要计算该区域中的所有位置点的指纹信息，大大减少计算量，并能限制最大误差不超过这个iBeacon的覆盖范围；优选的，定位系统不断扫描附近的iBeacon，当一次扫描结束后，如果扫描得到附近有iBeacon，则根据iBeacon的蓝牙信号强度值，确定需要进行点定位还是区域定位；当然，该图示实施例仅为举例，并非以此为限。

在一实施例中，所述根据第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成定位结果，包括：将通过所述音频解码获得的音频编码同定位信息数据库系统内的第三类定位参考信息中的音频编码进行匹配；在匹配一致时，将匹配到的音频编码所关联的预设位置点的位置信息作为定位结果。

具体来说，如图4所示，提供了一个音频定位具体实现的实施例，所述音频解码的过程为：待定位设备实时检测拾音设备(如图示的“听筒”)，获取来自音频设备的音频信息，并对音频信息进行变换(例如快速傅里叶变换(FFT))，得到频域的信息。由于得到的频域信息包含了普通的语音信息，音频解码之前需要把高频的编码信息从所有的音频信息中分离出来，所以解码前需要先进行高通滤波，把低频的语音信息过滤了，保留频率在16kHz(优选为图示的17kHz)以上的数据，之所以选择这样的取值范围是因为声音频率大于该数值的音频信号已无法为大部分人的人耳所感知，为了加强效果，亦可采用17kHz以上的频率生成音频信号。而根据前述列表中的标识位的说明，对音频信号进行分析的过程中，当且仅当检测到的频率为17500Hz时才进入解码流程，从而防止多组编码混淆而带来的解码错误。进入解码流程后，逐位进行定长解码，最后得到一串5位的编码数据，该编码与位置进行绑定。最后通过该编码查找数据库，最终得到定位的坐标；当然，该图示实施例仅为举例，并非以此为限。

从上述的利用第一类定位参考信息进行定位(WiFi指纹定位)和利用第二类定位参考信息进行定位(蓝牙定位)的定位结果融合的实施内容可知，是以蓝牙定位的定位结果作为WiFi指纹定位的限制参数，以减少资源浪费，而WiFi指纹定位、蓝牙定位、及音频定位的定位结果的融合则是以作为蓝牙定位和/或音频定位结果作为WiFi指纹定位的限制参数，或者，是以蓝牙定位和音频定位其中一个的定位结果作为另一个的限定而获得的定位结果作为WiFi指纹定位的限制参数，来获取最终定位结果；也就是说，以WiFi指纹定位为主，蓝牙定位和音频定位为辅。

优选的，是以音频定位的定位结果限定蓝牙定位，进而产生的定位结果再限定WiFi指纹定位，其中，最优先的优先级最高的是音频定位，因为其部署密度最低，单个设备的覆盖范围最小，所以当检测到音频设备并解码成功时，能以较大的可能性认为用户就在音频设备附近，第二优先级是iBeacon定位，iBeacon定位通过控制阈值，把功能一分为二，当接收到的某个iBeacon的RSSI大于阈值的时候，用户距离iBeacon的部署位置很近，其功能可以跟音频定位类似，把用户的位置确定在iBeacon的部署位置；另外，当RSSI小于阈值的时候，其对于WIFI指纹定位具有约束和限制的作用，限制指纹匹配的搜索区间；WIFI指纹定位作为主要定位方式，其覆盖范围和稳定程度都是可以依靠的，在前两者都无法使用的情况下，WIFI指纹定位能在一定程度上对整体的定位效果有一个保障；而如果前两者可用，又能对WIFI指纹定位精确度的提高提供很大帮助。该融合策略能最大程度地发挥各种定位方式的优势。对于音频定位，能发挥其精度优势；对于iBeacon定位，则最能体现它有着与WIFI类似的特性而又能比WIFI提供更高的精度的优势；而WIFI指纹定位则发挥着高覆盖率的特性，为最终定位结果提供保障。另外，采用该融合定位策略，能很好地解决楼层定位可能出现的问题。当前大多数WIFI指纹室内定位方案的楼层定位存在的主要问题是查找楼层时间过长或者查找错误。因为其中部分方案的楼层确定过程是通过普通的指纹定位进行的，需要遍历所有楼层中的指纹点进行相似度匹配，效率较差；而另外有一部分方案通过楼层中WiFi接入点(AP)的分布特征进行楼层确定，然后再对估测的楼层中的指纹点进行相似度匹配，这一类方案的主要问题在于楼层特征匹配错误会造成定位结果完全错误。而对于本文的融合定位策略，音频定位和iBeacon定位步骤中都能以较低的代价确定楼层，而且准确性也能够保证。而WIFI指纹定位阶段的查找范围仅仅是上一次成功定位结果的楼层。由于楼层的出入口位置(如楼梯、电梯)都会部署音频音源和iBeacon，所以使用过程中楼层间的切换可以快速、准确地进行。

优选的，所述的室内定位方法，包括：在所述定位结果的融合时，加入所述定位范围所在室内场所的信息作为约束规则；具体的，可以把现实生活中的约束条件加入到定位系统中，而这些约束条件可能会不断增多。因此，在设计中，主要考虑它的可扩展性，也就是需要可以很方便地增删其中的约束条件。

如图5所示，为了实现上述方法实施例，本发明提供一种室内定位装置4，应用所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述装置包括：定位信息采集模块41、及融合定位模块42等。优选的，所述室内定位装置4是可以通过APP软件实现，而安装于所述待定位设备(例如手机或平板电脑等)，所述待定位设备还可以接入远程网络，来下载所述APP软件实现；由于该室内定位装置4定位功能上的技术原理与上述方法实施例类似，因此相同的技术细节不再重复赘述。

所述定位信息采集模块41，用于采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码。

在一实施例中，由于技术原理与之前的实施例相近，因此重复的技术细节不再多作赘述，然需特别说明的是，由于例如手机、平板电脑等电子设备具有WiFi模块、蓝牙模块及麦克风及存储器等硬件模块，因此，所述定位信息采集模块41即可控制该些硬件模块来完成所述第一类至第三类当前定位信息的采集及数据处理作业，在具体实现上，所述定位信息采集模块41，包括：硬件设备数据读取模块、系统数据接口和WIFI指纹移动采集模块，硬件设备数据读取模块可用于从待定位设备的硬件存储器中读取包括WIFI设备数据、蓝牙数据和麦克风数据等，以提供待定位设备某时刻的环境无线信号特征情况；而系统数据接口，则由对应的待定位设备的操作系统(如安卓、IOS等)API(Application ProgrammingInterface,应用程序编程接口)提供，可以通过编程获取相应的数据。

在一实施例中，优选的，所述定位装置的APP还可以安装在所述参考设备用作生成指纹信息数据库使用，则所述数据采集模块还可用于采集第一至第三类定位参考信息，需说明的是，所述参考设备和待定位设备实际可以是相对的，根据某一次的待定位设备所采集的数据或可成为下一次的待定位设备的定位参考信息；为实现之前所述的数据训练功能，该装置还可包括：数据训练模块，主要是对某个预设位置点中定位信息采集模块41得到的多组定位信息进行训练，训练方式包括键值对映射、均值处理以及使用机器学习的方法对数据进行学习和归类，数据训练模块的训练结果与预设位置点的位置信息一同存储到指纹数据库中，而生成定位参考信息。

在一实施例中，所述装置还可包括：室内地图模块，主要是负责前述电子地图数据的渲染工作，使定位过程和定位结果的信息能反映到电子地图上。该模块的设计中，考虑到数据的多变以及需要对多种数据格式进行兼容，因此采取了数据/配置与显示分离的设计方式，把数据的读取解析操作以及对地图参数的修改操作放到MapDecorator中进行，而地图信息的绘制放在MapView类中进行。采取这样的方式对MapView进行抽象，使之可以兼容多种数据格式，增强了该模块的扩展性和可移植性。同时，对MapSymbol进行抽象，使MapView仅仅依赖于MapSymbol，而无论地图上需要显示的标记物采用何种数据结构，都能把它显示到地图中。另外，在MapSymbol的基础上，继续扩展MapShape，预定义一系列常用的标记物，方便进行重用。

在一实施例中，所述装置还可包括：数据存取模块，可用于接口所述指纹信息数据库及其他数据库来存取信息，存取的内容包括WIFI RSSI指纹信息、蓝牙部署坐标信息以及覆盖范围、音频设备部署坐标信息、室内地图信息以及地图中的POI信息。

融合定位模块42，用于将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果，优选的，可通过所述室内地图模块显示在室内电子地图中。

综上所述，本发明提供室内定位系统及所应用的数据库、方法和装置，通过部署于定位范围内的第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备；其中，所述定位范围内设有多个已知位置信息的预设位置点，各所述第二类无线设备一一部署于其中部分预设位置点，而各所述音频设备部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；所述第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据，且按照电子设备及定位设备不同而根据通信数据分别生成多种定位参考信息和当前定位信息，将两者进行匹配以获取多组定位结果后加以融合来获得最终定位结果；本发明既达到了良好的室内定位精确性及稳定性，又采用了相对少且廉价的的设备，成本相对较低，应用室内场所广泛。

上所述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上所述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种室内定位系统，其特征在于，包括：部署于定位范围内的第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备；其中，所述定位范围内设有多个已知位置信息的预设位置点，各所述第二类无线设备一一部署于其中部分预设位置点，而各所述音频设备部署于该部分预设位置点以外的预设位置点；所述第一类无线设备、第二类无线设备、及音频设备与定位范围内的电子设备进行通信交互以提供定位用途的通信数据；

所述通信数据包括：第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；

所述电子设备将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在定位信息数据库系统中匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果，其包括：将根据第二类当前定位信息和/或第三类当前定位信息的所述匹配生成的定位结果作为限制参数，或者将第二类当前定位信息和第三类当前定位信息的其中一个经所述匹配生成的定位结果作为另一个的限定而得到的定位结果作为限制参数在考虑该限制参数的情况下进行第一类当前定位信息的所述匹配，以得到的定位结果为最终定位结果。

2.根据权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述第一类无线设备包括：WiFi通信设备，所述第二类无线设备包括：蓝牙通信设备。

3.一种定位信息数据库系统，其特征在于，应用如权利要求1所述的室内定位系统而建立，该定位信息数据库系统存储有包括：

第一类定位参考信息，至少包含：与各所述预设位置点一一对应的多个指纹信息：其中，每个指纹信息，是根据在所对应的预设位置点通过采集设备采集的由各所述第一类无线设备接收到的第一类参考无线信号强度值集合、及对应预设位置点的位置信息相关联生成的；

第二类定位参考信息，至少包含：各所述第二类无线设备的无线覆盖范围信息、及与所述无线覆盖范围的预定边缘对应的第二参考无线信号强度值；

第三类定位参考信息，至少包含：各所述音频设备分别独有的至少一组音频编码、及相关联的音频设备所在预设位置点的位置信息；其中，各所述音频设备至少外发与其独有的音频编码对应的音频信号。

4.根据权利要求3所述的定位信息数据库系统，其特征在于，所述一组音频编码具有一或多位数值，且不同数值分别对应不同频率，以令所述音频编码对应于具有单个或多个频率的音频特征。

5.根据权利要求4所述的定位信息数据库系统，其特征在于，各所述频率均高于预设声音频率，所述预设声音频率的取值范围包括：大于16kHz。

6.根据权利要求4所述的定位信息数据库系统，其特征在于，每组音频编码包含识别编码，所述识别编码对应唯一识别频率，包含具有所述识别频率的音频作为所述音频信号被解码的条件。

7.一种定位指纹生成方法，其特征在于，应用于如权利要求3所述的定位信息数据库系统中第一类定位参考信息的指纹信息的生成，所述方法包括：

将具有第一类无线通信功能的参考设备载入所述定位范围所在室内场所的电子地图；

在所述参考设备所载入地图指定本次标注需要通过的路径，所述路径经过至少部分所述预设位置点；

在所述参考设备沿所述路径移动时，扫描来自于所收到的第一类无线设备的信号及相应的扫描时间信息；

将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点；

对每个预设位置点的所有第一类无线信号强度值进行训练，以供生成所述指纹信息。

8.根据权利要求7所述的定位指纹生成方法，其特征在于，所述将根据所述扫描到的信号生成的各第一类无线信号强度值集合对应到所述路径经过的各预设位置点，包括：

若得到的第一类无线信号强度值集合的数量和经过的预设位置点数量相同时，一对一进行对应；

若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量少，则在所述扫描时间上相邻的每两个第一类无线信号强度集合之间增加它们平均值集合；

若得到的第一类无线信号强度值集合的数量比经过的预设位置点数量多，则将扫描时间分为与经过预设位置点数量相同的时间区间，把各第一类无线信号强度值按照各自扫描时间所在时间区间分为对应数量份，每份第一类无线信号强度值集合对应一个位置点的指纹信息。

9.一种室内定位方法，其特征在于，应用如权利要求3所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述方法包括：

采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；

将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果，包括：将根据第二类当前定位信息和/或第三类当前定位信息的所述匹配生成的定位结果作为限制参数，或者将第二类当前定位信息和第三类当前定位信息的其中一个经所述匹配生成的定位结果作为另一个的限定而得到的定位结果作为限制参数，在考虑该限制参数的情况下进行第一类当前定位信息的所述匹配，以得到的定位结果为最终定位结果。

10.根据权利要求9所述的室内定位方法，其特征在于，所述根据第二类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果，包括：

判断各所述第二类当前无线信号强度值是否高于预设阈值；

若是，则将高于预设阈值的第二类当前无线信号强度值所对应的相关第二类无线设备所在位置信息作为定位结果；

若否，则根据第二类当前无线信号强度值与各相关第二类无线设备的第二类参考无线信号强度值比较，并据以获取各相关第二类无线设备的无线覆盖范围来确定待定位设备所在区域作为定位结果。

11.根据权利要求9所述的室内定位方法，其特征在于，所述根据第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成定位结果，包括：

将通过所述音频解码获得的音频编码同定位信息数据库系统内的第三类定位参考信息中的音频编码进行匹配；

在匹配一致时，将匹配到的音频编码所关联的预设位置点的位置信息作为定位结果。

12.根据权利要求11所述的室内定位方法，其特征在于，所述第三类定位参考信息中的每组音频编码具有一或多位数值，且不同数值分别对应不同频率，以令所述音频编码对应于单个所述频率的音频或多个所述频率的音频组合；所述音频解码前包括：

对音频信号进行变换以获取其频域信息；

对所述频域信息进行滤波以滤除小于预设声音频率以下的信息，以供对滤波后的频域信息进行解码，其中，所述预设声音频率的取值范围包括：大于16kHz。

13.根据权利要求9所述的室内定位方法，其特征在于，包括：在所述定位结果的融合时，加入所述定位范围所在室内场所的信息作为约束规则。

14.一种室内定位装置，其特征在于，应用如权利要求3所述的定位信息数据库系统对位于所述定位范围内的待定位设备进行定位，所述装置包括：

定位信息采集模块，用于采集并生成第一类当前定位信息、第二类当前定位信息、及第三类当前定位信息，其中，所述第一类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置采集到的由各第一类无线设备接收到的第一类当前无线信号强度值集合；所述第二类当前定位信息包含：在所述待定位设备的位置所采集的：由覆盖范围包含所述待定位设备所在位置的各相关第二类无线设备发出的各第二类当前无线信号强度值；所述第三类当前定位信息包含：根据在所述待定位设备的位置采集各所述音频设备发出的音频信号解码所生成的音频编码；

融合定位模块，用于将所述第一类当前定位信息、第二类当前定位信息及第三类当前定位信息在所述定位信息数据库系统内匹配而生成的定位结果加以融合，以得到最终定位结果。

15.根据权利要求14所述的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置设置于所述待定位设备。