CN105554879A - 一种室内区域定位优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内区域定位优化方法及系统。采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；将采集的移动节点唯一标识、信号强度指示值、本网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，发送给定位服务器；定位服务器根据接收到的数据包对信号强度指示值进行平滑处理；根据平滑过后的强度值进行正逻辑判断，得到移动节点可能的区域位置列表；根据平滑过后的强度值进行反逻辑判断，得到移动节点不可能在的区域位置列表；从可能在的区域列表中去除不可能在的区域，得到最后的区域列表；通过可信度计算方法，选择区域列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。本方法通过引入混合逻辑，用于室内区域定位，提高了室内区域定位的准确率。

Description

一种室内区域定位优化方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种室内区域定位优化方法及系统。

背景技术

定位主要分为室内定位与室外定位，室内环境复杂不能直接使用一些成熟的室外定位技术如GPS。目前的室内定位技术主要分为基于传播模型与基于指纹模型两种。

基于传播模型的定位依靠分析信号传播过程中的特性来推算传播距离。常用的特性包括:RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，信号强度指示值)，AOA(AngelofArrival，到达角度)，TOA(TimeofArrival，到达时间)。这种定位方法定位精确度不高。

基于指纹模型的定位是一种基于学习的模型，运用模式匹配的技术，根据所在位置的测量值跟已经采集的测量值作比较，根据匹配情况确定位置。一般可以分为两个阶段：离线采样阶段和在线定位阶段。第一阶段为训练/离线阶段，主要工作是采集所需定位区域各参考节点位置的信号特征参数,例如信号场强、多径相角分量功率等，将一组指纹信息对应一个特定的位置形成位置指纹数据库。第二阶段为定位/在线阶段，利用接收机测定接收信号的参数,采用匹配算法来确定与数据库中哪一组数据相匹配，从而得出用户的实际位置。这种定位方法采集过程复杂。

本专利面向区域级的室内定位，提出一种混合逻辑的室内区域定位优化算法，提高了室内区域定位准确率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种室内区域定位优化方法及系统。

本发明使用RSSI信号强度指示值，设计提出一种基于混合逻辑的室内区域定位算法，从而提升室内区域定位准确率。这里混合逻辑指的是：正向判断可能区域逻辑、逆向判断不可能区域逻辑以及区域可信度判断逻辑。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种室内区域定位优化方法，采用混合逻辑算法定位，具体步骤包括：

步骤1，传感器网关节点采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；

步骤2，传感器网关节点将采集的待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

步骤3，定位服务器根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理；

步骤4，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；

步骤5，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；

步骤6，从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到待定位传感器移动节点的最终区域位置列表；

步骤7，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。

本发明的有益效果是：本发明所述的区域定位方法，采集过程简单，采用数据平滑技术，利用混合逻辑算法，结合区域可信度判定，最终提高了室内区域定位准确率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1中传感器网关节点作为定位基准节点，搭载双定向天线，得到网关正面和网关负面，环境中部署多个传感器网关节点，多个待定位传感器移动节点广播包含信号强度指示值的数据包，每个传感器网关节点捕获其通信范围内的所有可捕获的数据包，从而获得其通信范围内的待定位传感器移动节点信号强度指示值。

进一步，所述步骤2中，每个传感器网关节点及待定位传感器移动节点都有其在整个定位系统中的唯一标识，待定位传感器移动节点广播的数据包中包含其唯一标识，传感器网关节点在接收到待定位传感器移动节点广播的数据包时，将接收时间、本传感器网关节点唯一标识与接收的数据包重新组包，并以一定的时间间隔向定位服务器发送。

进一步，所述步骤3中定位服务器在接收到传感器网关节点上传的实时数据时，将其与已经存储的前n秒的数据进行平均平滑处理，所述n的取值范围为2-4，所述n的优选取值为3。

采用上述进一步方案的有益效果：减少信号抖动不稳定带来的定位偏差。

进一步，所述步骤4中采用了正逻辑判断传感器移动节点可能在的区域位置列表，具体为基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表。

进一步，基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表的具体实现为：

定位服务器对接收到的信号强度指示值进行平滑处理，得到两个二维数组r1和r2，其中r1代表所有网关正面的信号强度指示值与对应的网关数组，r2代表所有网关背面的信号强度指示值与对应的网关数组；

将r1、r2按照信号强度指示值从大到小排序，根据r1、r2信号强度指示值判断待定位传感器移动节点可能在的区域；

a.当r1、r2最大信号强度指示值属于同一网关时，该网关较大信号强度指示值所指向的区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

b.当最大值指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

c.当r1最大值比r2最大值大于一个阈值时，使用r1数组判断定位区域,选取r1最大值所在区域作为待定位传感器移动节点可能在的区域；

d.当r2最大值比r1最大值大于一个阈值时，使用r2数组判断定位区域；

e.当r1最大与r2第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

f.当r2最大与r1第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

g.如果上述判断都失败，表示未找到待定位传感器移动节点可能在的区域，算法结束。

进一步，所述步骤5中采用了反逻辑判断传感器移动节点不可能在的区域位置列表，具体为：循环读取系统中网关，将网关信号强度较小的一面对应的区域id加入到不可能区域列表。

进一步，所述步骤7的具体实现为：

步骤7.1，循环读入最终区域位置列表；

步骤7.2，遍历所有网关，判断网关正面是否为可能区域，如果是则读取网关正面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则执行步骤7.3；

步骤7.3，判断网关的负面是否为可能区域，如果是则读取网关负面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则判断网关列表是否完全读取，如果是则结束流程，否则返回步骤7.1；

步骤7.4，判断读取的信号强度值是否为0，如果是则区域可信度为0，如果不是则根据可信度计算公式计算可信度；

步骤7.5，选择可信度最高的区域位置为最终的定位位置，结束处理流程。

进一步，所述数学计算采用公式其中r代表可信度，rssi_r指采集到的信号强度指示值，指最大的信号强度指示值。

一种室内区域定位优化系统，包括多个传感器网关节点、多个待定位传感器移动节点和定位服务器，所述传感器网关节点两面分别装有定向天线，指向该传感器网关节点连通的两个区域，得到网关正面和网关负面；

所述待定位传感器移动节点，其用于向所在空间区域内发射信号强度指示信号；

所述传感器网关节点，其用于采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；并将待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

所述定位服务器，其用于根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理，根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到最终区域位置列表，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。

附图说明

图1为本发明所述室内区域定位优化方法流程图；

图2为本专利混合逻辑定位方法中，正向逻辑判断可能区域算法流程图；

图3为本专利混合逻辑定位方法中，逆向逻辑判断不在区域算法流程图；

图4为本专利混合逻辑定位方法中，区域可信度计算算法流程图；

图5为本专利混合逻辑定位方法中，正向逻辑、逆向逻辑、区域可信度计算三种算法融合流程图；

图6为发明所述室内区域定位优化系统图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明公开了一种室内区域定位优化方法及系统，包括以下步骤：传感器网关节点采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；网关节点将采集的移动节点唯一标识，信号强度指示值，本网关节点唯一标识，当前时间组装成数据包，发送给定位服务器；定位服务器根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理；定位服务器根据平滑过后的强度值进行正逻辑判断，得到移动节点可能的区域位置列表；定位服务器根据平滑过后的强度值进行反逻辑判断，得到移动节点不可能在的区域位置列表；从可能在的区域列表中去除不可能在的区域，得到最后的区域列表；最后通过一种可信度的计算方法，选择区域列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。本方法通过引入混合逻辑，用于室内区域定位，提高了室内区域定位的准确率。

如图1一种室内区域定位优化方法，采用混合逻辑算法定位，具体步骤包括：

步骤1，传感器网关节点采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；

步骤2，传感器网关节点将采集的待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

步骤3，定位服务器根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理；

步骤4，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；

步骤5，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；

步骤6，从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到待定位传感器移动节点的最终区域位置列表；

步骤7，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。

所述步骤1中传感器网关节点作为定位基准节点，搭载双定向天线，得到网关正面和网关负面，环境中部署多个传感器网关节点，多个待定位传感器移动节点广播包含信号强度指示值的数据包，每个传感器网关节点捕获其通信范围内的所有可捕获的数据包，从而获得其通信范围内的待定位传感器移动节点信号强度指示值。

所述步骤2中，每个传感器网关节点及待定位传感器移动节点都有其在整个定位系统中的唯一标识，待定位传感器移动节点广播的数据包中包含其唯一标识，传感器网关节点在接收到待定位传感器移动节点广播的数据包时，将接收时间、本传感器网关节点唯一标识与接收的数据包重新组包，并以一定的时间间隔向定位服务器发送。

所述步骤3中定位服务器在接收到传感器网关节点上传的实时数据时，将其与已经存储的前n秒的数据进行平均平滑处理，所述n的取值范围为2-4，所述n的优选取值为3。

如图2所示，所述步骤4中采用了正逻辑判断传感器移动节点可能在的区域位置列表，具体为基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表。

基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表的具体实现为：

定位服务器对接收到的信号强度指示值进行平滑处理，得到两个二维数组r1和r2，其中r1代表所有网关正面的信号强度指示值与对应的网关数组，r2代表所有网关背面的信号强度指示值与对应的网关数组；

将r1、r2按照信号强度指示值从大到小排序，根据r1、r2信号强度指示值判断待定位传感器移动节点可能在的区域；

a.当r1、r2最大信号强度指示值属于同一网关时，该网关较大信号强度指示值所指向的区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

b.当最大值指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

c.当r1最大值比r2最大值大于一个阈值时，使用r1数组判断定位区域,选取r1最大值所在区域作为待定位传感器移动节点可能在的区域；

d.当r2最大值比r1最大值大于一个阈值时，使用r2数组判断定位区域；

e.当r1最大与r2第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

f.当r2最大与r1第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

g.如果上述判断都失败，表示未找到待定位传感器移动节点可能在的区域，算法结束。

如图3所示，所述步骤5中采用了反逻辑判断传感器移动节点不可能在的区域位置列表，具体为：循环读取系统中网关，将网关信号强度较小的一面对应的区域id加入到不可能区域列表。

如图4所示，所述步骤7的具体实现为：

步骤7.1，循环读入最终区域位置列表；

步骤7.2，遍历所有网关，判断网关正面是否为可能区域，如果是则读取网关正面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则执行步骤7.3；

步骤7.3，判断网关的负面是否为可能区域，如果是则读取网关负面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则判断网关列表是否完全读取，如果是则结束流程，否则返回步骤7.1；

步骤7.4，判断读取的信号强度值是否为0，如果是则区域可信度为0，如果不是则根据可信度计算公式计算可信度；

步骤7.5，选择可信度最高的区域位置为最终的定位位置，结束处理流程。

所述数学计算采用公式其中r代表可信度，rssi_r指采集到的信号强度指示值，指最大的信号强度指示值

当定位服务器收到最新的数据包时，将得到的瞬时信号强度指示值，与之前存储的记录进行平滑处理，得到两个二维数组r1、r2。其中r1代表所有网关正面的信号强度指示值与对应的网关数组，r2代表所有网关背面的信号强度指示值与对应的网关数组。将r1、r2按照信号强度指示值从大到小排序，得到最后的输入数组。

一、正向判断可能区域

将得到的根据信号强度大小的已排序数组输入到正向判断算法中。正向判断算法启动，算法流程如图2。

本算法的主要思想是根据信号强度指示值的大小，联合多网关的信号数据进行区域位置判定。主要的判断依据有：当r1、r2最大信号是同一网关时，定位区域是该网关较大信号值所指向的区域；当最大值指向同一区域时，最终定位区域即是该区域；当r1最大值比r2最大值大于一个阈值时，使用r1数组判断区域；当r2最大值比r1最大值大于一个阈值时，使用r2数组判断区域；当r1最大与r2第1或第2大指向同一区域时，该区域即为最终定位区域；当r2最大与r1第1或第2大指向同一区域时，该区域即为最终定位区域；如果上述都失败，算法结束。

二、逆向判断不可能区域

将得到的根据信号强度大小的已排序数组输入到逆向判断算法中。逆向判断算法启动，算法流程如图3。

本算法的主要思想是根据信号强度指示值，得到待定位移动节点不可能存在的区域。主要的流程有：循环读取系统中已有网关；将网关信号值较弱一侧对应区域加入不在的区域列表。

三、区域可信度判断

将需要计算的可信度的区域作为算法输入，算法启动，算法流程如图4。

本算法的主要思想是根据传入的区域，读取指向该区域的所有网关的信号强度指示值，根据定义的数学公式计算出可信度。

最后采用图5的方式，将上述三种算法融合，最终得出定位结果。

如图6所示，一种室内区域定位优化系统，包括多个传感器网关节点1、多个待定位传感器移动节点2和定位服务器3，所述传感器网关节点1两面分别装有定向天线，指向该传感器网关节点连通的两个区域，得到网关正面和网关负面；

所述待定位传感器移动节点2，其用于向所在空间区域内发射信号强度指示信号；

所述传感器网关节点1，其用于采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；并将待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

所述定位服务器3，其用于根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理，根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到最终区域位置列表，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种室内区域定位优化方法，其特征在于，采用混合逻辑算法定位，具体步骤包括：

步骤1，传感器网关节点采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；

步骤2，传感器网关节点将采集的待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

步骤3，定位服务器根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理；

步骤4，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；

步骤5，定位服务器根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；

步骤6，从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到待定位传感器移动节点的最终区域位置列表；

步骤7，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。

2.根据权利要求1所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤1中传感器网关节点作为定位基准节点，搭载双定向天线，得到网关正面和网关负面，环境中部署多个传感器网关节点，多个待定位传感器移动节点广播包含信号强度指示值的数据包，每个传感器网关节点捕获其通信范围内的所有可捕获的数据包，从而获得其通信范围内的待定位传感器移动节点信号强度指示值。

3.根据权利要求2所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤2中，每个传感器网关节点及待定位传感器移动节点都有其在整个定位系统中的唯一标识，待定位传感器移动节点广播的数据包中包含其唯一标识，传感器网关节点在接收到待定位传感器移动节点广播的数据包时，将接收时间、本传感器网关节点唯一标识与接收的数据包重新组包，并以一定的时间间隔向定位服务器发送。

4.根据权利要求1所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤3中定位服务器在接收到传感器网关节点上传的实时数据时，将其与已经存储的前n秒的数据进行平均平滑处理，所述n的取值范围为2-4，所述n的优选取值为3。

5.根据权利要求4所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤4中采用了正逻辑判断传感器移动节点可能在的区域位置列表，具体为基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表。

6.根据权利要求5所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，基于信号强度指示值大小，采用多网关联合判断，得出一个待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表的具体实现为：

定位服务器对接收到的信号强度指示值进行平滑处理，得到两个二维数组r1和r2，其中r1代表所有网关正面的信号强度指示值与对应的网关数组，r2代表所有网关背面的信号强度指示值与对应的网关数组；

将r1、r2按照信号强度指示值从大到小排序，根据r1、r2信号强度指示值判断待定位传感器移动节点可能在的区域；

a.当r1、r2最大信号强度指示值属于同一网关时，该网关较大信号强度指示值所指向的区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

b.当最大值指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

c.当r1最大值比r2最大值大于一个阈值时，使用r1数组判断定位区域,选取r1最大值所在区域作为待定位传感器移动节点可能在的区域；

d.当r2最大值比r1最大值大于一个阈值时，使用r2数组判断定位区域；

e.当r1最大与r2第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

f.当r2最大与r1第1或第2大指向同一区域时，该区域为待定位传感器移动节点可能在的区域；

g.如果上述判断都失败，表示未找到待定位传感器移动节点可能在的区域，算法结束。

7.根据权利要求1所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤5中采用了反逻辑判断传感器移动节点不可能在的区域位置列表，具体为：循环读取系统中网关，将网关信号强度较小的一面对应的区域id加入到不可能区域列表。

8.根据权利要求2所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述步骤7的具体实现为：

步骤7.1，循环读入最终区域位置列表；

步骤7.2，遍历所有网关，判断网关正面是否为可能区域，如果是则读取网关正面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则执行步骤7.3；

步骤7.3，判断网关的负面是否为可能区域，如果是则读取网关负面区域收到的信号强度值，执行步骤7.4，否则判断网关列表是否完全读取，如果是则结束流程，否则返回步骤7.1；

步骤7.4，判断读取的信号强度值是否为0，如果是则区域可信度为0，如果不是则根据可信度计算公式计算可信度；

步骤7.5，选择可信度最高的区域位置为最终的定位位置，结束处理流程。

9.根据权利要求8所述一种室内区域定位优化方法，其特征在于，所述数学计算采用公式其中r代表可信度，rssi_r指采集到的信号强度指示值，指最大的信号强度指示值。

10.一种室内区域定位优化系统，其特征在于，包括多个传感器网关节点、多个待定位传感器移动节点和定位服务器，所述传感器网关节点两面分别装有定向天线，指向该传感器网关节点连通的两个区域，得到网关正面和网关负面；

所述待定位传感器移动节点，其用于向所在空间区域内发射信号强度指示信号；

所述传感器网关节点，其用于采集通信范围内多个待定位传感器移动节点信号强度指示值；并将待定位传感器移动节点唯一标识、信号强度指示值、本传感器网关节点唯一标识和当前时间组装成数据包，并发送给定位服务器；

所述定位服务器，其用于根据当前接收到的数据包，对信号强度指示值进行平滑处理，根据平滑过后的信号强度指示值进行正逻辑判断，得到待定位传感器移动节点可能在的区域位置列表；根据平滑过后的信号强度指示值进行反逻辑判断，得到待定位传感器移动节点不可能在的区域位置列表；从可能在的区域位置列表中去除不可能在的区域位置列表，得到最终区域位置列表，通过一种可信度的计算方法，选择最终区域位置列表中可信度最高的区域位置为最终的定位位置。