CN106461786A - 室内全球定位系统 - Google Patents

Abstract

在一个方面中，接收并存储多个锚点的信息。每个锚点的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于该特定位置的装置获得的射频(RF)数据。基于在室内位置获得的RF数据和锚点的信息对于室内位置确定地理坐标。各种实施例属于关于锚点和/或位置的地理坐标的获得的软件、系统、装置和方法。

Description

室内全球定位系统

技术领域

本发明涉及用于确定位置的技术。更具体地，本发明的各种实施例涉及确定室内位置的地理坐标。

背景技术

许多现代的智能电话和移动装置可以使用全球定位系统(GPS)确定它们自己的位置。在典型的实现中，智能电话从多个GPS卫星接收信号。GPS信号帮助指示智能电话和卫星之间的距离。智能电话然后使用该GPS信号以确定它的位置，该位置典型地表示为地理坐标或者GPS坐标(例如，一对经度和纬度坐标)。GPS坐标系的优点在于其被广泛地采用并与大批的位置感知应用兼容。

但是，GPS系统的一个缺点在于因为建筑物的墙壁和天花板可能阻挡卫星信号，所以其在室内环境中无效或者实质上效果差。因此，已经存在开发室内GPS系统的各种努力。

发明内容

将描述用于确定室内位置的地理坐标的方法。接收并存储多个锚点的信息。每个锚点的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于特定位置的(移动)装置获得的射频(RF)数据。基于在室内位置获得的RF数据和多个锚点的信息来对于室内位置确定地理坐标(例如，GPS坐标)。

附图说明

可以通过参考结合附图进行的以下描述最好地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是图示根据本发明的特定实施例的通信系统的框图。

图2是根据本发明的特定实施例的用于获得锚点和GPS坐标的方法的流程图。

图3是根据本发明的特定实施例的用于选择锚点的子集的方法的流程图。

图4是根据本发明的特定实施例的用于限制或者控制GPS坐标的获得的方法的流程图。

图5是根据本发明的特定实施例的建筑物和各种锚点的顶视图。

图6是图示根据本发明的特定实施例的RF数据相似性和物理距离之间的关系的曲线图。

图7是图示根据本发明的特定实施例的锚点可以怎样用于确定室内位置的GPS坐标的图。

图8是根据本发明的另一实施例的建筑物和各种锚点的顶视图。

图9A-图9D是根据本发明的各种实施例的锚点和室内RF信号点的图。

图10是根据本发明的特定实施例的装置的框图。

图11是根据本发明的特定实施例的服务器的框图。

在图中，类似的附图标记有时用于指定类似的结构元件。此外应该理解图中的描绘是图解的而并非按比例的。

具体实施方式

在一个方面中，将描述一种用于确定室内位置的地理坐标的方法。接收并存储多个锚点的信息。每个锚点的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于特定位置的(移动)装置获得的射频(RF)数据。基于在室内位置获得的RF数据和多个锚点的信息来对于室内位置确定地理坐标(例如，GPS坐标)。

在各种实施例中，执行以上方法以提供用于多个室内位置的新锚点。这些新锚点然后被用于生成更多的室内锚点。因此，即使在那些位置难以或者不可能从GPS卫星直接接收GPS信号，也可以确定多个室内位置的地理坐标。

在另一方面中，将描述一种装置。在各种实施例中，该装置被布置为调节或者控制地理坐标的获得以减小功耗。该装置可以是移动电话、智能手表、智能眼镜、可穿戴装置、计算机平板或者任何其他适当的计算装置。该装置包括一个或多个处理器和一个或多个存储器单元。一个或多个存储器单元包括包含计算机代码的计算机可读存储介质。当计算机代码由一个或多个处理器执行时，该代码使得装置获得指示从封闭空间(例如，诸如建筑物、购物中心或者其他结构)中的一个或多个RF信号发射装置(例如，WiFi接入点)接收到的RF信号的RF数据。该装置然后基于RF数据确定是否获得地理坐标。

在各种实施例中，该装置被布置为当条件适当时获得地理坐标，例如，当装置处于或者接近封闭空间的周界时，当装置处于从GPS卫星接收GPS信号的位置时，等等。举例来说，装置的一些实现仅当装置已经运动了一时间段时获得地理坐标。这可以有助于防止装置在相同位置两次获得地理坐标。

各种其他实施例属于执行以上操作的装置、软件、方法和系统。

实施方式

各种实施例涉及用于确定室内位置或者不能可靠地接收GPS信号的任何位置的地理坐标(例如，GPS坐标)的方法、系统和装置。在一些实现中，装置在建筑物或者其他结构周围的各种位置收集GPS和射频(例如，WiFi)信号。对于每个位置，关联地理坐标和射频(RF)数据以形成在这里所称为的锚点。在一些实现中，多个锚点由一个装置收集或者从多个装置众包(crowdsource)。锚点然后被用于确定建筑物或者任何(部分)封闭空间内部的位置的地理坐标。以该方式确定的锚点然后可以用于产生深入穿透建筑物中的额外锚点。

室内位置的地理坐标或者GPS坐标的了解对于广泛的多种导航、地图和定位应用是有用的。地理坐标是帮助标识或者指向特定位置的一个或多个代码、序列、坐标、符号或者机制。在各种实现中，地理坐标是映射或者覆盖目标区域的较大坐标/映射系统的一部分。例如，纬度-经度坐标是覆盖整个世界的地理坐标系的一部分。在该系统中，每个特定地理坐标精确定点世界上的特定点或者位置，且可以基于从GPS卫星接收到的数据而确定。GPS坐标系是用于跨越全球映射几乎任何位置、地标或者结构的相对位置的广泛使用的可靠系统。本发明的各种实现帮助将GPS坐标系扩展到室内位置，以使得它们可以被容易地集成到大批的新的和现有的位置感知技术中。

最初参考图1，将描述根据本发明的特定实施例的通信系统100。该系统包括多个装置104a-104d和服务器110。装置104a-104d和服务器110使用一个或多个网络108彼此通信。装置104a-104d还配置为从GPS卫星112接收GPS信号。

任何适当的网络108可以用于连接装置104a-104d和服务器110。在各种实施例中，网络108涉及但不限于基于CDMA或者GSM的蜂窝网络、因特网或者任何其他适当的协议或者任何其他通信网络。

如图1所示的实施例示出以下实示例情景。装置104a的用户正在访问特定的建筑物116。该装置104a可以是任何适当的计算装置，包括但不限于智能电话、智能眼镜、智能手表、计算机平板和膝上型电脑。该建筑物116可以是难以和/或不可能从GPS卫星直接接收GPS信号的任何结构、(部分)封闭空间或者区域。总的来说，这是由于建筑物的墙壁和结构阻挡GPS信号。举例来说，建筑物116可以是购物中心、购物区、办公楼或者任何其他适当的结构。

在建筑物116中存在多个射频(RF)信号发射装置114。每个装置114可以是适于发射任何已知类型的RF信号(例如，蓝牙、WiFi等)的任何装置。在图示的实施例中，例如，RF信号发射装置114是WiFi接入点。虽然图1中仅示出三个这种装置114，但是建筑物可以包含几打甚至几百个装置114。位于建筑物116内或者建筑物116附近(例如，紧挨着建筑物外部)的装置104a应该能够从一个或多个发射装置114接收RF信号。

因此，在建筑物116附近的某些点(例如，在建筑物的边界或者边界附近，紧挨着建筑物外部，在窗户或者开口附近的室内位置)，装置104a可以获得对从建筑物116发出的RF信号和从GPS卫星112发射的GPS信号两者的访问。在本发明的各种实现中，在这种位置接收的信号用于帮助确定不能直接接收GPS信号的建筑物内的室内位置的地理坐标。特定位置的RF和地理坐标/GPS数据之间的关联在这里被称为锚点。

一些实现涉及众包技术。也就是，当用户围绕建筑物116的周界走动、接近和离开建筑物116的周界时，多个用户的装置104a-104d自动地发送锚点到服务器110。服务器110然后使用锚点来确定建筑物内的位置的地理坐标。一旦对于室内位置获得了地理坐标，就可以形成另一锚点。以该方式形成的该锚点及其他锚点可用于确定可能深入穿透到建筑物中的更多室内位置的地理坐标。该处理可以继续直到地理坐标对于建筑物中的许多或者几乎所有位置已知为止。以下将更详细地描述以上处理的各种实现。

接下来参考图2，将描述根据本发明的特定实施例的用于确定室内位置的地理坐标的方法。最初，在步骤202，装置104a获得锚点数据。如先前讨论的，锚点涉及地理坐标/GPS数据和射频(RF)数据之间的关联。

总的来说，RF数据指示当装置104a处于特定的关联位置时从一个或多个RF信号发射装置114(例如，WiFi接入点、蓝牙信号发射装置等)在该装置接收的信号。在一些实施例中，RF数据指示从每个RF信号发射装置114接收到的信号的强度(例如，其信号可以由装置104a接收的每个RF信号发射装置的接收信号强度指示符(RSSI))。RF数据也可以单独地标识这些RF信号发射装置中的每一个(例如，使用MAC地址或者某些其它标识符)。

总的来说，GPS数据包括指示装置104a的地理位置的地理坐标或者GPS坐标(例如，一对经度和纬度坐标)。在一些实施例中，GPS数据还提供指示地理坐标的可靠性或者精度的参数，例如，其是否具有较大或者小的误差容限。在步骤202，装置基于从多个GPS卫星接收到的信号确定GPS数据。

随着时间，装置104a可以收集多个锚点。也就是，当装置104a到达特定位置时，对于该位置获得关联的RF和GPS数据。随着装置104a从一处移动到另一处，对于多个其他位置重复该处理。总的来说，装置104a趋向于当它在建筑物116的边界或者周界周围移动时收集更多的锚点。在这种位置，该装置更有可能访问从建筑物116内发射的RF信号以及从GPS卫星接收到的GPS信号两者。但是，在有些情况下，锚点也可以在建筑物116内的位置(例如，刚好在建筑物116的入口或者出口内部或者窗户附近)获取。

在步骤203，装置104a还获得室内RF信号点的RF数据。RF信号点与不能直接从GPS卫星接收到GPS信号的位置相关联，比如在建筑物116内部的室内位置。每个RF信号点与RF数据相关联。如上所述，在各种实施例中，RF数据指示当装置104a处于RF信号点的位置时在装置104a从建筑物116中的一个或多个RF信号发射装置接收的信号的强度或者其他特性。RF数据也可以单独地标识这些发射装置，例如通过MAC地址或者任何其他适当的标识符。

以上操作的示例在图5中示出。图5图示建筑物116以及多个锚点504和室内RF信号点502。一个或多个装置104a-104d已经收集了建筑物116的周界附近或者刚好在建筑物116外部的锚点504。如上所述，每个锚点504与特定位置相关联，并关联GPS和RF数据。在该阶段，锚点不非常远地扩展到建筑物中，因为在该示例中，在建筑物内深处阻挡GPS信号。

在如图5所示的示例中，当装置104a-104d穿过建筑物的内部时，丢失GPS卫星接入。但是，装置104a-104d仍然能够从建筑物116中的各种RF信号发射装置接收RF信号。因此，装置104a-104d收集建筑物116内部的各种位置的RF数据。对于各种室内位置获得的RF数据由室内RF信号点502表示。如之后将在本申请中讨论的，锚点504也可用于将室内RF信号点502也转换为锚点，这在各种实施例中能够将GPS坐标系进一步扩展到建筑物116中。

之后，装置104a-104d发射室内RF信号点和锚点到服务器110。服务器110接收该数据(图2的步骤204)。在各种实施例中，服务器110从许多装置众包锚点和室内RF信号点，所述许多装置每个都已经执行了上述步骤202和203。在步骤206，服务器110在数据库存储众包的锚点和室内RF信号点。

服务器110然后开始确定特定室内RF信号点(例如，图5的室内RF信号点502之一)的地理坐标的处理。在该处理的准备中，服务器110选择在数据库中存储的锚点的子集(步骤208)。该选择可以取决于特定的应用的需要，以广泛的多种方式执行。在各种实施例中，例如，服务器110仅选择充分地类似于或者紧密接近于目标室内RF信号点的锚点的子集。在其他实施例中，服务器110基于每个锚点和室内RF信号点之间重叠的RF信号发射装置的数目选择锚点的子集。一些实现涉及选择空间地围绕室内RF信号点的锚点。也可以基于锚点的关联GPS数据的精度选择锚点。将在之后结合图3描述步骤208的选择处理的更具体示例。

在步骤209，做出关于是否存在满足以上选择处理的标准的足够锚点的确定。在各种实施例中，例如，需要至少三个或者四个满足以上选择标准的锚点。如果没有足够的锚点来确定室内位置的地理坐标，则方法200返回到步骤202。重复方法200并产生更多锚点。因此，在将来的某点，可能有足够数目的锚点来继续方法200。如果在步骤208选择了足够数目的锚点，则方法进行到步骤210。

在步骤210，一旦选择了锚点的适当的子集，则服务器110确定每个锚点和目标室内RF信号点之间的距离(步骤210)。该距离计算可以使用任何适当的技术执行。在一些实施例中，例如，每个锚点和室内RF信号点之间的距离基于它们的关联RF数据的相似性来确定。可以使用用于确定每个锚点的RF数据和室内RF信号点的RF数据的相似性的任何适当的算法。例如，一个方法是使用Tanimoto相似性，其可以如下描述：

假定A是锚点且B是室内RF信号点。A和B的RF数据表征如下：

A＝{ap1:rss1,ap2:rss2,api:rssi,…}

B＝{ap1:rss1,ap2:rss2,apj:rssj,…}

其中ap1...api和ap1...apj表示发射WiFi信号的建筑物116内的WiFi接入点。RSS1...RSSi和RSS1...RSSj表示当装置104a分别处于A和B时在装置104a从ap1...api和ap1...apj接收的信号的对应强度。(虽然为了该示例的目的，使用WiFi接入点和WiFi信号，但是应该理解也可以使用任何适当的RF信号发射装置或者RF信号。)

A和B的Tanimoto相似性可以使用以下公式计算：

为了减小噪声效应，在一些实施例中，不仅在特定的锚点和室内RF信号点之间计算Tanimoto相似性，而是代替地也考虑紧密接近于锚点(例如，在锚点的预定半径内)的多个锚点。也就是，某些实现涉及计算不仅在A与B之间，而是也在...中的每一个和B之间的Tanimoto相似性，其中...包括A以及紧密接近于A的一个或多个锚点。...和B的Tanimoto相似性然后被平均并用于表示A和B的Tanimoto相似性。

一旦计算了所选的锚点中的每一个和室内RF信号点之间的相似性，则每个这种相似性被转换为物理距离。这可以以多种方式执行。在一些实施例中，例如，使用将距离与RF数据相似性相关的通用模型。该通用模型可以应用于广泛的多种不同建筑物和物理环境。在其他实施例中，对于特定位置和特定类型的位置训练模型。因此这种模型可以考虑能够影响信号传播和距离计算的建筑物或者结构的特定结构和材料。一个方法涉及在建筑物内的多个位置接收RF信号和获得RF数据(例如，WiFi指纹)。RF数据然后可以用于产生将物理距离与RF数据相似性相关的模型。

这种模型的简化示例在图6中图示。图6图示指示作为RF(例如，WiFi)数据相似性(例如，如上所述的Tanimoto相似性)的函数的物理距离的曲线图。曲线图中的每个数据点602表示在建筑物116的训练操作的结果。典型的测试可以如下执行。装置(例如，装置104a)用于在测试建筑物中的两个不同位置接收RF信号和获得RF数据。计算在两个位置获得的RF数据之间的Tanimoto相似性。测量两个位置之间的物理距离。该数据然后被用于形成曲线图中的数据点602之一。对于多个位置和RF数据相似性重复该处理以形成曲线图中的多个数据点602。数据点602然后可以被外推为曲线，如图6中的曲线604所示。该曲线604可用于将几乎任何RF数据相似性转换为物理距离。应该理解以上技术仅表示用于将RF数据相似性转换为物理距离的一个方法，且可以使用任何适当的算法或者模型。

返回到图2，一旦确定每个所选的锚点和室内RF信号点之间的距离(步骤210)，服务器就确定室内RF信号点的地理坐标(步骤212)。任何适当的技术可以用于确定地理坐标。在某些实现中，例如，三角测量用于确定地理坐标。这种方法的示例如图7中所示。图7图示位于建筑物116的周界的三个示例锚点702。在每个锚点702周围绘出基准圆。每个基准圆的半径是在步骤210计算的距离(即，每个锚点和室内RF信号点704之间的物理距离)。因此室内RF信号点704的位置是圆的交点。服务器110然后基于室内RF信号点704的三角测量的位置和已知的锚点702的地理坐标来确定室内RF信号点704的新地理坐标。在该示例中，新地理坐标使用GPS坐标系指示室内RF信号点704的地理位置。

应该理解上述的三角测量可以使用任何已知的三角测量算法或者技术(例如，最小二乘法等)以任何适当的方式实现。例如，某些方法可以平衡(leverage)锚点和室内位置之间的距离以估计室内位置的地理坐标。其他方法可以平衡锚点和室内位置之间的角度以估计室内位置的地理坐标。任何适当的三角测量或者非三角测量技术可以用于确定室内位置的地理坐标。

返回到图2，一旦已知室内RF信号点的地理坐标，则可以提供新锚点(步骤214)。也就是，新地理坐标和室内RF信号点的RF数据可以被相关联以形成新的室内锚点。基于位于建筑物的外围附近或者位于建筑物的外围的锚点，步骤202、203、204、206、208、210、212和214可以重复多次以形成多个室内锚点。步骤208、210、212和214可以再次重复以基于先前创建的锚点形成更多的室内锚点(步骤216)。以这种方式，服务器110可以确定更深地扩展到建筑物中的室内位置的地理坐标，直到建筑物中许多或者所有感兴趣的位置与地理坐标相关联为止。

图8图示以上处理的示例。图8图示建筑物116和也在图5中示出的一组锚点504。如先前讨论的，锚点504使用图2的步骤202、203和204生成。也就是，在该示例中，锚点504通常位于建筑物的外围外部和/或建筑物的外围附近，在仍然能够从GPS卫星直接接收到GPS信号的位置。

锚点504然后被用于生成额外锚点508(例如，使用图2的步骤204、206、208、210、212和214)。也就是，图5的室内RF信号点502被转换为锚点508。这些锚点508然后又用于形成更深地位于建筑物116内的又一锚点510(例如，使用步骤208、210、212和214)。

返回到图2，在步骤218，服务器110发送锚点和/或一个或多个室内位置的地理坐标到装置104a。装置104a可以以广泛的多种方式基于地理坐标/锚点使用或者显示数据(步骤220)。在一些实施例中，例如，装置104a基于所接收的一个或多个地理坐标显示指示各种室内位置的地点的地图。替代地或者另外地，装置104a可以基于所接收的一个或多个地理坐标提供到特定的室内位置的方向。在其他的实施例中，装置104a的用户接口使用所接收的一个或多个地理坐标显示室内区域或者地标的位置的指示。某些实现涉及当装置104a接近或者进入特定的室内区域时装置104a显示警报或者生成音频警报。基于在步骤218接收的地理坐标触发这种警报。

应该理解图2的以上方法200可以使用任何适当的RF信号或者RF数据实现。在以上描述中，已经提到了使用WiFi信号、WiFi数据和WiFi接入点的各种实现。但是，也可以使用除了WiFi之外的广泛的多种技术。在一些实施例中，例如，使用蓝牙。这可以以各种方式实现。

蓝牙实现的简单示例可以如下描述。建筑物(例如，图1的建筑物116)包括发送蓝牙信号的发射装置114。这种发射装置114可以为了多种目的置于建筑物116中。在一些实施例中，例如，建筑物116是购物中心且发射装置114位于特定的商店、产品或者其他感兴趣的区域附近。当用户接近那些区域时，发射装置114发送数据到由用户携带的邻近的移动装置。基于所接收的数据，移动装置布置以显示关于特定产品、销售、事件、对象、主题的信息或者与那些感兴趣的区域相关联的任何其他适当的信息。当然，蓝牙信号发射装置114可以(代替地)向商场中的顾客或者购物者提供各种其他服务。

本发明的各种实现能够利用这种蓝牙信号发射装置。考虑以下示例。具有移动装置(例如，图1的装置104a-104d)的用户进入购物中心。该购物中心包括多个蓝牙信号发射装置。在该示例中，当用户在购物中心四处移动时，每个移动装置从一个或多个蓝牙信号发射装置接收信号。在各种实施例中，移动装置存储基于这些信号的蓝牙数据，例如，指示信号的强度和/或标识从其接收到它们的发射装置的蓝牙数据。移动装置使用该蓝牙数据来获得锚点数据(例如，如关于图2的步骤202、204和206描述的)。该移动装置也可以使用这种数据来获得室内RF信号点(例如，图2的步骤203)。通常，蓝牙数据可以以使用RF数据的任何方式使用(例如，如关于图2-4的方法200、300和400的任何步骤等描述的)。

接下来参考图3，将描述选择锚点的子集的示例方法300。方法300属于图2的步骤208的选择操作。更具体地，方法300帮助选择可用于帮助确定特定的室内RF信号点(例如，图5的室内RF信号点502)的地理坐标的锚点的特定子集。在各种实施例中，不是所有锚点用于帮助确定地理坐标。而是，基于特定的标准选择某些锚点和/或过滤掉其它的锚点。方法300描述某些可能的标准和选择操作的示例。应该理解不是该方法的所有步骤需要被执行和/或可以以不同于如图所示的次序执行各步骤。

方法在图2的步骤208开始，其涉及选择可用的锚点的子集。方法继续到图3的步骤304，其中服务器110基于锚点到特定的室内RF信号点(例如，图5的室内RF信号点502)的距离或者相似性来选择锚点。通常，期望选择位置更接近室内RF信号点的锚点。每个锚点到室内RF信号点的距离或者相似性可以以任何适当的方式确定，例如，Tanimoto相似性，物理距离计算等。

在某些实现中，RF信号发射装置中的重叠量用作用于选择锚点的标准(步骤306)。也就是，如先前结合图2的步骤202和203讨论的，与室内RF信号点相关联的RF数据可以标识一个或多个RF信号发射装置。与每个锚点相关联的RF数据也指示一个或多个RF信号发射装置。通常，RF信号发射装置中的重叠量越大(即，它们共同共享的RF信号发射装置的数目越大)，两点越近。在一些实施例中，仅具有多于RF信号发射装置的预定重叠量的锚点用于方法300的下一步骤。例如，在某些应用中，仅如果锚点与室内RF信号点共同共享至少两个RF信号发射装置才选择该锚点。具有不足的重叠的锚点被过滤掉且不用于方法300的下一步骤。

在步骤308，服务器110基于它们相对于室内RF信号点的估计的位置或者布置来选择一个或多个剩余锚点。在各种实施例中，例如，应该有散布在室内RF信号点周围和/或没有不成比例地集中在室内RF信号点的一侧的至少三个锚点。某些实现涉及选择当由基准线连接时形成完全围绕室内RF信号点的几何形状的至少三个锚点。在各种实现中，围绕室内RF信号点的空间被划分为以室内RF信号点为中心的四个象限。所选的锚点必须分布在至少三个象限中。不满足以上空间标准的其他锚点被丢弃和/或不用于方法300的下一步骤。

在步骤310，服务器基于GPS信号/数据精度选择一个或多个剩余锚点。具有GPS接收器的许多装置，比如运行Android和iOS操作系统的智能电话，布置为指示任何接收的GPS信号和相应的地理坐标的估计精度。在各种实施例中，这种精度数据也与每个锚点相关联。某些实现仅涉及选择其关联的GPS精度超过预定级别的那些锚点。在涉及上述象限的使用的某些实现中(例如，如步骤308描述的)，仅选择每个象限中具有最高GPS精度的一个或多个锚点。其他锚点被丢弃和/或不用于方法300的下一步骤。

在有些情况下，在步骤304、306、308和310应用于过滤可用的锚点之后，将剩余不足数目的锚点。举例来说，各种实现要求在应用以上步骤的标准之后剩余至少三个或者四个锚点。如果不能发现必需数目的锚点，则方法进行到步骤209并回到图2的步骤202，以使得可以收集额外锚点。

否则，如果使用步骤304、306、308和310已经选择了足够数目的锚点，则适当地在图2的步骤209、210和212中使用所选的锚点。也就是，所选的锚点用于确定特定室内位置的地理坐标。

在图9A-图9C中提供以上选择处理的说明性示例。图9A是指示室内RF信号点902和多个锚点904的图。在各种实施例中，锚点904是从多个装置收集并存储在数据库中的锚点，如图2的步骤204和206描述的。

服务器110然后尝试确定室内RF信号点902的地理坐标。在为此的准备中，服务器110选择可用的锚点的子集。在该示例中，服务器110确定每个锚点和室内RF信号点之间的相似性(例如，如在图3的步骤304中讨论的)。服务器110分析每个锚点以确定是否存在RF信号发射装置与室内RF信号点的足够重叠(例如，如在图3的步骤306中讨论的)。由于它们不能满足该标准而丢弃几个锚点。也就是，丢弃的锚点和室内RF信号点902的每一个不涉及或者不与足够大数目的相同RF信号发射装置(例如，小于两个或三个共同的装置)相关联。剩余的未过滤掉的锚点如图9B所示。

在图9B中，剩余锚点904在位于室内RF信号点902周围的四个基准象限906当中分布。在该示例中，四个基准象限906在形状上是矩形或者正方形且是相等大小。服务器110然后仅选择每个象限中具有最精确的GPS信号的锚点(例如，如图3的步骤310中描述的)。丢弃其他锚点，这导致如图9C所示的布置。

在图9C中，存在三个象限中的每一个中剩余的一个锚点。服务器110然后确定锚点是否充分地围绕室内RF信号点902(例如，如图3的步骤308描述的)。例如，一个测试涉及通过以基准线连接不同锚点而绘出基准几何形状。在该示例中，因为锚点帮助形成完全围绕室内RF信号点的形状，所以锚点在方法200的之后的步骤(例如，图2的步骤210、212、214和216中)用于确定新的地理坐标。

图9D表示替代的结果，其中上述选择标准的应用也导致仅三个锚点。另外，该三个锚点当由基准线联结时，不形成围绕室内RF信号点902的几何形状，这指示它们不正确地定位。在另一替代结果中，以上选择标准的应用能够导致甚至更少的剩余锚点(例如，小于三个锚点)，这在一些实施例中被认为是确定新地理坐标的不充分基础。也就是，在某些实现中，如果所选的锚点的数目小于三个、四个或者某一其它预定数目，则不确定室内位置的地理坐标。在任何一个以上情况下，图2的方法200然后回到步骤202，以使得可以获得额外锚点。

接下来参考图4，将描述根据本发明的特定实施例的在装置104a管理GPS的使用的方法400。在各种实施例中，由从GPS卫星获得GPS信号(例如，如先前结合图2的步骤202讨论的)的装置(例如，图1的装置104a)执行方法400。产生的GPS数据可用于形成锚点，锚点又可用于确定室内位置的地理坐标，如图2的方法200描述的。

图4描述用于在装置调节地理坐标的获得的示例方法400。获得地理坐标可能耗费显著量的功率。例如，在某些装置中，功率必须应用于GPS天线以使得可以从GPS卫星接收到GPS信号。需要额外功率来基于所接收的信号计算地理坐标。为了减小功耗，可能期望消除相同地理坐标的冗余请求和/或仅在适宜条件下，即，当装置接近建筑物的周界时获得地理坐标，以使得可以获得GPS信号和锚点。方法400提供用于帮助控制地理坐标的获得的示例技术。

最初，在图4的步骤402，装置104a接收RF数据。通常，该步骤可以以如图2的步骤202中描述的相同或者类似的方式执行。在各种实施例中，周期性地获得RF数据，例如，每10-40秒采样一次。RF数据指示当装置104a处于特定的关联位置时，在装置104a从一个或多个RF信号发射装置接收的RF信号的强度和/或其他特性。当装置104a从一处移动到另一处时，对于装置104a随时间穿过的多个位置获得RF数据。

在步骤404，装置104a确定装置是否移动。该确定可以以任何适当的方式做出。在各种实现中，例如，以上RF数据周期性地获得并存储在缓冲器中。缓冲器的长度可以是固定的。因此，当新RF数据被放置在满的缓冲器中时，除去旧的RF数据。缓冲器有效地存储RF数据的最近历史，即，在预定时间段内从RF信号发射装置接收到的信号的强度的历史。

装置104a是否正在移动的确定可以基于在缓冲器中存储的RF数据。例如，如果在缓冲器中RF数据正在改变(即，如果接受信号的强度在预定时间段内在改变，或者如果在一时间段从RF信号发射装置的不同组合接收到信号，等等)，则可以假定用户正在移动。如果所接收的数据不在与缓冲器相关联的时间段改变，则可以假定用户通常是静止的。

应该理解也可以以其他方式执行移动确定。在一些实施例中，例如，传感器数据用于确定装置在特定的时间段是否正在移动。也就是，在一时间段收集来自运动传感器(例如，加速度计)的数据，并且该数据用于确定装置在该时段期间是否在移动。

如果确定装置104a已经在运动中，则方法进行到步骤408。如果确定装置104a未处于运动中，则方法进行到步骤414。应当注意在一些实施例中，仅当检测到至少特定量的活动时，即，当RF数据的改变超过特定阈值时或者当感测到的运动超过特定阈值时，方法进行到步骤408。否则，方法进行到步骤414。

在该示例实现中，当装置104a在一时间段未移动时，因为产生的GPS数据可能是冗余的，所以装置104a不获得GPS信号。也就是，将与不久前在相同位置获得的地理坐标相同。消除这种冗余请求可以帮助减小功耗。

如果确定装置还未(充分地)处于运动中，则方法进行到步骤414。在步骤414，装置104a存储在步骤404获得的某些或者全部RF数据(例如，最新在缓冲器中存储的RF数据)作为建筑物指纹(building fingerprint)。在各种实施例中，当装置104a确定在该时间期间其在建筑物116或者建筑物116内时执行该步骤。(这种确定可以以任何适当的方式做出。例如，该确定可以基于由于来自建筑物结构的阻挡，最近不能接收GPS信号的事实；或者它可以基于装置104a上的光、声和磁传感器。)如以下将讨论的，该建筑物指纹之后将用作基准点来推断装置104a的近似位置。在步骤416，该装置在预定时间段未获得地理坐标(例如，为施加功率到GPS天线)。之后，方法400返回到步骤402。

返回到步骤404，如果装置104a确定已经(充分地)处于运动中，则方法进行到步骤408。在步骤408，装置104a确定建筑物指纹和最近获得的RF数据之间的相似性。建筑物指纹例如可能是在步骤414存储的RF数据。建筑物指纹也可以是对于建筑物内的位置获得的任何RF数据。最近获得的RF数据可以是最新存储在缓冲器中的数据(例如，如步骤402描述的)。替代地，可能是任何最近收集的RF数据(例如，在过去两分钟、一分钟、60秒，等等)。可以使用任何已知的技术或算法执行相似性计算。举例来说，在一些实施例中，在建筑物指纹和最近获得的RF数据之间计算Tanimoto相似性(例如，如上结合图2的步骤210所述的)。

步骤408的示例实现可以如下描述。假定最新获得的RF数据包括RFdata1、RFdata2和RFdata3，其中RFdata1、RFdata2和RFdata3中的每一个表示在不同时间可能对于不同位置顺序地获得的RF数据。在一些实施例中，RFdata1、RFdata2和RFdata3是最新存储在上述缓冲器中的RF数据。在建筑物指纹(即，对于建筑物116内的位置获得的RF数据)和RFdata1、RFdata2和RFdata3中的每一个之间确定Tanimoto相似性。结果，可以观察到建筑物指纹和最近获得的RF数据之间随着时间的相似性改变。

在步骤409，做出关于以上相似性随着时间正在增大或者减小的确定。如果正在增大或者减小，则方法进行到步骤410。如果相似性没有正在增大或者减小而是通常保持恒定，则方法进行到步骤312。通常，相似性估计帮助指示装置和其用户移出建筑物116或者向着建筑物116移动。假定如果该情况发生，则装置104a可以在建筑物的周界附近，在那里可以更容易地获得GPS信号和锚点。应该理解任何其他适当的算法或者技术可以用于替代以上相似性确定，来确定是否可以获得GPS信号和/或装置接近于建筑物116的周界，在建筑物116的周界和/或刚好在建筑物116的周界外部。

如果确定相似性正在增大或者减小(例如，如果相似性在预定时间段增大或者减小多于预定量)，则该方法进行到步骤410。在步骤410，适当地耗费功率以从GPS卫星获得GPS信号和获得表示当前位置的地理坐标。方法400然后进行到图2的步骤202和/或204，其中地理坐标与RF数据相关联以形成锚点并被发送到服务器110。

如果确定相似性没有正在增大或者减小(例如，如果相似性在一时间段内不增大或者减小多于预定量和/或在时间段内实质上恒定)，则方法进行到步骤413。在步骤413，装置在预定时间段不获得地理坐标。之后，方法返回到步骤402。

获得GPS信号的该决定(例如，是否进行到步骤410或者413)也可以基于其他因素。在某些实现中，例如，该决定基于装置的当前位置、装置的电池状态、由装置检测或者感测到的环境条件/参数，等等。例如，如果电池电量低，则装置可以趋向于降低从GPS卫星获得GPS信号的频率以保存功率。某些实现允许用户选择性地确定或者调整装置从GPS卫星获得GPS信号和/或获得地理坐标的定时或者频率。在一些实施例中，用户可以手动地调整关于控制何时和在什么条件下从GPS卫星获得信号的装置的设置。

接下来参考图10，将描述根据本发明的特定实施例的装置104a。举例来说，装置104a可以是图1的装置104a-104d中的任一。装置104a包括包含一个或多个处理器的处理器单元1004，存储单元1002，传感器单元1016，用户接口单元1006，GPS数据收集模块1008，锚点管理模块1020和网络接口单元1012。装置104a可以是任何适当的计算装置，包括但不限于智能电话、计算机平板、计算机眼镜、智能手表和/或任何其他类型的可穿戴技术。

网络接口单元1012包括适于使装置104a能够与射频信号发射装置、WiFi接入点、GPS卫星、服务器110和任何其他适当的外部装置或者网络通信的任何硬件或者软件。例如，网络接口单元1012布置以接收GPS和RF信号。这些信号之后可以用于提供锚点(例如，如结合图2的方法200讨论的)。网络接口单元1012还用于发送锚点(即，相关联的RF和GPS数据)到服务器110以用于进一步的处理。网络接口单元1012布置为使用任何适当的网络(例如，LAN、因特网等)或者通信协议(例如，蓝牙，WiFi等)发送和接收数据。

存储单元1002是适于存储数据或者可执行计算机代码的任何硬件。存储单元1002可以包括但不限于硬盘驱动器、闪存驱动器、非易失性存储器、易失性存储器或者任何其他类型的计算机可读存储介质。本申请中描述的装置104a的任何操作或者方法(例如，图2-4的方法200、300和400)可以以可执行计算机代码或者指令的形式存储在存储单元1002中。通过处理器单元1004的计算机代码或者指令的执行使得装置104a执行任何上述操作或者方法。

传感器单元1016包括适于感测温度、光、声音、磁场、方向、运动、速度或者任何其他适当的环境参数的任何硬件或者软件。在各种实施例中，传感器单元1016包括加速度计、磁强计、罗盘、温度传感器、光传感器、运动传感器、音频传感器或者任何其他适当类型的传感器。各种实现涉及使用传感器单元1016收集传感器数据，其用于确定装置104a是否在运动中(例如，如图4的步骤404描述的)。

锚点管理模块1020是配置为帮助收集、处理和/或发送锚点相关数据的任何软件或者硬件。在各种实施例中，例如，锚点管理模块1020是布置为执行图2的步骤202和203以及图4的步骤402的软件模块。也就是，锚点管理模块布置为获得通过网络接口单元1012从一个或多个RF信号发射装置接收到的RF信号。该模块1020布置为使用RF信号来生成RF数据。RF数据可以指示在特定位置接收的信号的特性(例如，信号强度，其信号被接收的每个RF信号发射装置的标识，等等)。锚点管理模块1020进一步布置为基于从GPS卫星接收到的GPS信号获得相同位置的地理坐标。模块1020的某些实现涉及配对或者关联该地理坐标和RF数据以形成锚点。模块1020布置为发送锚点到服务器110，和对于多个其他位置重复以上操作。应该理解在一些实施例中，装置104a和/或锚点管理模块1020不布置为标识、创建或者识别锚点和/或简单地收集锚点相关数据(例如，地理坐标，RF数据)，并将其发送到服务器110。

GPS数据收集模块1008是配置为帮助调节或者控制地理坐标的获得的任何软件或者硬件。在各种实施例中，例如，GPS数据收集模块与锚点管理模块1020合作以帮助限制获取地理坐标的频率，因为这种操作可能耗费大量功率。GPS数据收集模块1008布置为执行图4的方法400中描述的任何步骤。在某些实现中，GPS数据收集模块1008布置为仅当它确定(1)装置104a最近或者已经处于运动中；(2)确定装置104a在建筑物或者封闭空间的周界附近或者在建筑物或者封闭空间的周界处；和/或(3)装置可能能够获得地理坐标时(例如，当装置在室外或者在建筑物的外边时)，允许地理坐标的获得。

用户接口单元1006是用于向装置104a的用户呈现交互式用户接口的任何硬件或者软件。在各种实施例中，用户接口单元包括但不限于触敏(电容式)屏幕、视频显示器、电子墨水显示器、LCD屏幕、OLED屏幕和抬头显示器。用户接口1006也可以能够接收音频命令和做出音频声明。用户接口单元布置为显示地图、方向、图、指南或者利用或者基于从服务器110接收到的地理坐标的任何其他应用(例如，如图2的步骤218和220描述的)。应该理解，用户接口单元1006是可选的且在一些实施例中，用户不需要对于要获得的新锚点/GPS坐标输入数据到装置104a中(例如，如图2的步骤212、214和216描述的)。

接下来参考图11，将描述根据本发明的特定实施例的服务器110。服务器110包括包含一个或多个处理器的处理器单元1104、存储单元1102、锚点数据库1114、锚点管理模块1110和网络接口单元1112。服务器110例如可以是如图1所示的服务器110。

网络接口单元1112包括适于使服务器110能够与装置104a-104d通信的任何硬件或者软件。例如，网络接口单元1112布置为从装置104a-104d接收GPS数据、射频(RF)数据、锚点和任何其他适当的数据(例如，如在图2的步骤204讨论的)。该数据然后传递到服务器110中的其他组件上(例如，锚点数据库1114，锚点管理模块1114)以用于进一步的分析和处理。网络接口单元1112还用于发送数据(例如，锚点数据、地理坐标，如图2的步骤218和220描述的)到装置104a-104d。网络接口单元1112布置为使用任何适当的网络(例如，LAN、因特网等)或者通信协议(例如，蓝牙，WiFi等)发送和接收数据。

存储单元1102是适于存储数据或者可执行计算机代码的任何硬件。存储单元1102可以包括但不限于硬盘驱动器、闪存驱动器、非易失性存储器、易失性存储器或者任何其他类型的计算机可读存储介质。本申请中描述的服务器110的任何操作或者方法(例如，图2和图4的方法200和400)可以以可执行计算机代码或者指令的形式存储在存储单元1102中。通过处理器单元1104的计算机代码或者指令的执行使得服务器110执行任何上述操作或者方法。

锚点数据库1114是用于存储从多个装置(例如，装置104a-104d)接收到的锚点相关数据(例如，特定位置的相关联RF数据和地理坐标)的任何硬件或软件。在一些实施例中，锚点数据库1114存储随着时间由大量装置获得的许多锚点。可以如图2的步骤206描述地存储该数据。

锚点管理模块1110是布置为使用数据库1114中存储的锚点以确定室内位置的地理坐标的任何软件或者硬件。锚点管理模块1110可以使用地理坐标以形成新室内锚点，该新室内锚点又可以用于形成更多的室内锚点。模块1110布置为发送以上室内锚点和/或地理坐标到装置104a-104d，以使得它们可以由广泛的多种定位、地图和导航应用使用。在各种实施例中，锚点管理模块布置为执行图2和4的方法200和400中描述的任何服务器操作。

在这里描述的任何方法或操作可以以可执行软件代码的形式存储在有形的计算机可读介质中。该代码然后可以由一个或多个处理器执行。代码的执行使得相应的装置(例如，装置104a-104d或者服务器110)执行描述的操作。

本申请分别描述了各种方法(例如，图2、3和4的方法200、300和400)。应该理解这些方法仅表示示例实现且可以对于各种不同应用适当地修改。举例来说，任何以上方法的一个或多个步骤可以被除去、替换、修改和/或重新排序。

虽然仅已经具体描述了本发明的一些实施例，但是应该理解本发明可以以许多其他形式实现而不脱离本发明的精神或者范围。例如，本申请中存在对“封闭空间”“建筑物”或者“室内位置”的引用。这种术语可以指至少部分地覆盖或者围绕和/或难以或者不可能从GPS卫星接收GPS信号的任何建筑物、空间、结构或者区域。另外，在权利要求和说明书中存在对GPS信号和GPS数据的各种引用。应该理解术语“GPS”不意在将权利要求和申请仅限于GPS系统的特定实现，且意在可应用于适当的(基于卫星的)定位/导航系统，包括还未运营的系统，例如，Compass导航系统、Galileo定位系统等。本申请有时描述由装置或者服务器执行的各种方法和操作。但是，在某些实现中，在这里描述为由装置执行的操作可以代替地由服务器执行，反之亦然。通常，在这里描述的任何操作或者方法不限于特定类型的装置且可以由任何适当的装置实现。因此，本实施例应该被认为是说明性的而并非限制性的，且本发明不限于在这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等效物内修改。

Claims (17)

1.一种用于确定室内位置的地理坐标的方法，所述方法包括：

接收和存储多个锚点的信息，其中，每个锚点的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于所述特定位置的装置获得的射频(RF)数据；和

基于在第一室内位置获得的第一RF数据和多个锚点的信息来确定第一室内位置的第一地理坐标。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

提供第一室内锚点的信息，其中，所述第一室内锚点的信息包括第一地理坐标和在第一室内位置获得的第一RF数据；和

至少部分地基于第一室内锚点的信息确定第二室内位置的第二地理坐标。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

第二室内位置比第一室内位置更深地位于封闭空间内。

4.如权利要求1所述的方法，其中：

所述GPS数据包括指示装置的地理地点的地理坐标；和

所述RF数据指示在装置从一个或多个RF信号发射装置接收的信号的强度。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

接收和存储许多锚点的信息，其中，所述许多锚点中的每一个的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于所述特定位置的装置获得的射频(RF)数据，其中，所述许多锚点包括所述多个锚点；和

从所述许多锚点选择所述多个锚点。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：

确定所述许多锚点中的每一个的RF数据和对于第一室内位置获得的第一RF数据之间的相似性，其中，所述多个锚点的选择至少部分地基于相似性确定。

7.如权利要求6所述的方法，其中：

所述许多锚点之一的RF数据指示在锚点之一从第一组一个或多个RF信号发射装置接收信号；

在第一室内位置获得的第一RF数据指示在第一室内位置从第二组一个或多个RF信号发射装置接收信号；和

相似性确定涉及确定第一组和第二组之间的RF信号发射装置的重叠量。

8.如权利要求5所述的方法，其中：

所选的多个锚点包括至少三个锚点；

选择所述至少三个锚点，以使得当与所述至少三个锚点相关联的位置由基准线链接以形成基准几何结构时，所述基准几何结构围绕所述第一室内位置。

9.如权利要求5所述的方法，其中，所述许多锚点中的每一个的GPS数据指示相关联的地理坐标，且其中，至少部分地基于与所述许多锚点中的每一个相关联的地理坐标的估计精度选择所述多个锚点。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定每个锚点和第一室内位置之间的距离，其中，第一地理坐标的确定基于距离确定。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

发送第一地理坐标到装置，以使得可以基于第一地理坐标在装置显示导航信息。

12.一种装置，包括：

至少一个处理器；和

至少一个存储器，包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括以有形形式存储的计算机代码，其中，所述计算机代码当由所述至少一个处理器执行时，使得所述装置：

获得指示在所述装置从封闭空间中的一个或多个射频(RF)信号发射装置接收的RF信号的RF数据；和

基于RF数据确定是否获得地理坐标。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述计算机代码进一步使得所述装置：

当所述RF数据指示所述装置已经静止一时间段时，在一时间段不获得地理坐标。

14.如权利要求12所述的装置，其中，所述计算机代码进一步使得所述装置：

当RF数据指示装置处于1)向着封闭空间移动；2)移动离开封闭空间；和3)在封闭空间的边界处中的至少一个时，获得地理坐标。

15.如权利要求12所述的装置，其中，所述计算机代码进一步使得所述装置：

比较所述RF数据与建筑物指纹；和

当比较指示RF数据和和建筑物指纹之间的相似性正在增大或者减小时，获得地理坐标。

16.如权利要求12所述的装置，其中：

所述RF数据指示从一个或多个RF信号发射装置接收到的RF信号的强度；和

所述封闭空间是建筑物、商店、购物中心、购物区、部分封闭的空间和结构中的至少一个。

17.一种包括可执行计算机代码的计算机可读存储介质，以有形形式体现的所述可执行计算机代码可操作来确定室内位置的地理坐标，其中，所述计算机可读存储介质包括：

可执行计算机代码，其可操作来接收和存储多个锚点的信息，其中，每个锚点的信息包括特定位置的全球定位系统(GPS)数据和在处于所述特定位置的装置获得的射频(RF)数据；和

可执行计算机代码，其可操作来基于在第一室内位置获得的第一RF数据和多个锚点的信息来确定第一室内位置的第一地理坐标。