CN106488554A - 一种指纹数据库建立方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹数据库建立方法和系统，本发明实施例通过在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样；根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联；选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库，从而完成对无线接入点的筛选，选择接收信号强度好且稳定性高的无线接入点建立指纹数据库，从而提高指纹定位的精度。

Description

一种指纹数据库建立方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种指纹数据库建立方法和系统。

背景技术

在基于指纹的无线室内定位技术中，指纹库中接入点(AccessPoint，AP)的选择直接影响定位结果的精度。虽然在通常情况下，选择的AP越多，越有利于提高定位精度，但过多的AP在增加定位算法复杂度的同时还会带入大量的噪声从而降低定位精度。主流的AP选择算法，以接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)均值或者信息增益为标准，但室内复杂的环境对AP的RSS数据稳定性影响较大，RSS不稳定的AP在定位计算中会引入噪声，影响定位精度。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：选择接收信号强度不稳定的AP进行定位影响定位精度的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供的一种指纹数据库建立方法，包括：在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样；根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联；选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

在一个实施例中，根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度的步骤包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(AP_i)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)；根据A(AP_i)和M(AP_i)计算第i个无线接入点的可信度C(AP_i)，其中C(AP_i)＝A(AP_i)/M(AP_i)。

在一个实施例中，计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)的步骤包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)。

在一个实施例中，

其中在采样结果中，R_j为第i个无线接入点的第j个采样值，R表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

在一个实施例中，根据可信度最高的k个无线接入点建立指纹库后，还包括：将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。

根据本发明实施例的再一个方面，提供的一种指纹数据库建立的系统，包括：采样单元，用于在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样；计算单元，用于根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联；指纹数据库单元，选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

在一个实施例中，计算单元，具体计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(AP_i)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)；并根据A(AP_i)和M(AP_i)计算第i个无线接入点的可信度C(AP_i)，其中C(AP_i)＝A(AP_i)/M(AP_i)。

在一个实施例中，计算单元计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)的操作包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)。

在一个实施例中，

其中在采样结果中，R_j为第i个无线接入点的第j个采样值，表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

在一个实施例中，指纹数据库建立的系统还包括：匹配单元，用于将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。

本发明的实施例通过对各无线接入点的接收信号强度值进行采样，并根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，通过可信度反映接收信号强度的稳定性，选择可信度最高的无线接入点以建立指纹数据库，从而完成对无线接入点的筛选，选择接收信号强度好且稳定性高的无线接入点建立指纹数据库，从而提高指纹定位的精度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明的指纹数据库建立方法的一个实施例的流程示意图。

图2示出本发明的指纹数据库建立方法的计算每个无线接入点的可信度的流程示意图。

图3示出本发明的指纹数据库建立方法的再一个实施例的流程示意图。

图4示出本发明的指纹数据库建立系统的一个实施例的结构示意图。

图5示出本发明的指纹数据库建立系统的再一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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明的指纹数据库建立方法的一个实施例的流程示意图。参考图1，本实施例的方法包括：

步骤S102，在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样。

步骤S104，根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联。

步骤S106，选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

本发明的实施例通过对各无线接入点的接收信号强度值进行采样，并根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，通过可信度反映接收信号强度的稳定性，选择可信度最高的无线接入点以建立指纹数据库，从而完成对无线接入点的筛选，选择接收信号强度好且稳定性高的无线接入点建立指纹数据库，从而提高指纹定位的精度。

在一个实施例中，在步骤S104中，参考图2，根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度的步骤包括：

步骤S202，计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(APi)，其中1≤i≤M，其中，M为无线接入点总数。

步骤S204，计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)。

步骤S206，根据A(APi)和M(APi)计算第i个无线接入点的可信度C(APi)，其中C(APi)＝A(APi)/M(APi)。

在一个实施例中，在步骤S206中，计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)的步骤包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)。

在一个实施例中，可通过马氏距离(Mahalanobis Distance)的公式计算接收信号强度，其公式如下：

其中在采样结果中，Rj为第i个无线接入点的第j个采样值，R表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。本领域技术人员可以了解的是，计算无线接入点的接收信号强度稳定性的方法不限于本申请中提供的方法，还可通过其他算法计算接收信号强度稳定性。

图3为本发明的指纹数据库建立方法的一个实施例的流程示意图。参考图3，本实施例的方法包括：

步骤S302，在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样。

步骤S304，根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联。

步骤S306，选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

步骤S308，将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。

在一个实施例中，在步骤304中，根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度的步骤可以包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(AP_i)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)；根据A(AP_i)和M(AP_i)计算第i个无线接入点的可信度C(AP_i)，其中C(AP_i)＝A(AP_i)/M(AP_i)。

在一个实施例中，在步骤S304中，计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)的步骤包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)。

在一个实施例中，计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)，可以通过马氏距离计算，其公式如下：

其中在采样结果中，Rj为第i个无线接入点的第j个采样值，表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

下面通过以计算AP₁的可信度为例说明指纹数据库建立的方法。

步骤一，在采样点(a，b，c，…，m)上对各AP进行采样，其中，例如：在采样点a对AP1-AP6上进行采样。其中，由于采样点的位置关系，每一个采样点并不能采样到所有AP的接收信号强度，因此对于采样点a可能只能采样到AP1-AP3的接收信号强度值，而在采样点b只能采样到AP4-AP6的接收信号强度值。因此，在采样点a的第一次对AP1-AP3进行采样的采样值为由于在采样点a采样20次，因此在采样点a的采样值是一个20×3的矩阵，其中中的a表示采样点a，中的1表示无线接入点AP₁。

步骤二，根据采样结果，计算采样结果的平均值，例如计算AP₁的平均值时，由于只有采样点a只可以采样到AP₁的接收信号强度，因此采样点a需要对AP₁进行n次采样，并对n次采样的数据计算AP₁的接收信号强度平均值。其中，采样次数n可以设置为20次，通常情况下，采样次数越多，计算得到的平均值越精确，但同时也提高了计算的复杂度。

步骤三，根据AP₁的接收信号强度平均值，计算AP₁的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以此作为AP₁的接收信号强度稳定性M(AP₁)。其中，接收信号强度稳定性M(AP₁)可以通过马氏距离(Mahalanobis Distance)来计算，通过马氏距离，可以有效地反映接收信号强度这一随机变量的离散程度。

马氏距离的公式为：

在采样结果中，R_i为第1个无线接入点的第j个采样值，表示AP₁的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤20。

步骤四，根据A(AP₁)和M(AP₁)计算AP₁的可信度C(AP₁)，其中C(AP₁)＝A(AP₁)/M(AP₁)。

步骤五，按照上述步骤，继续计算AP₂-AP₆的可信度C(AP₂)-C(AP₂)，并根据计算得到的可信度的大小对AP₁-AP₆进行排序得到AP优先权列表，其中接入点优先权列表包括AP和AP对应的可信力。

在AP优先权表中，AP所对应的可信力越大，表明该AP的接收信号强度大并且稳定性高。

步骤六，在AP优先权表中选择前适当数量的AP，并根据其接收信号强度值建立指纹数据库。

步骤七，在选择信号稳定性高的AP建立指纹数据库后，指纹数据库对待测位置进行定位，将待测位置与实时接收到的接收信号强度与指纹数据库中AP的接收信号强度进行匹配，从而实现指纹定位。

图4为本发明的指纹数据库建立系统的一个实施例的结构示意图，参考图4，本实施的系统包括：采样单元402、计算单元404和指纹数据库单元406。

采样单元402，用于在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样。

计算单元404，用于根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联。

指纹数据库单元406，选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

在一个实施例中，计算单元402，具体计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(APi)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)；并根据A(APi)和M(APi)计算第i个无线接入点的可信度C(APi)，其中C(APi)＝A(APi)/M(APi)。

在一个实施例中，计算单元402计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)的操作包括：计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(APi)。

在一个实施例中，

其中在采样结果中，Rj为第i个无线接入点的第j个采样值，表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

在一个实施例中，参考图5，指纹数据库建立系统可以还包括：匹配单元408，用于将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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)

1.一种指纹数据库建立方法，其特征在于，包括：

在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样；

根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联；

选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度的步骤包括：

计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(AP_i)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；

计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)；

根据A(AP_i)和M(AP_i)计算第i个无线接入点的可信度C(AP_i)，其中C(AP_i)＝A(AP_i)/M(AP_i)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)的步骤包括：

计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

$M\left({\mathrm{AP}}_i\right)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(R_i-\stackrel{\‾}{R})}^T{\Σ}^{-1}(R_i-\stackrel{\‾}{R})$

其中在采样结果中，R_j为第i个无线接入点的第j个采样值，表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

5.根据权利要求1所述的方法，

根据可信度最高的k个无线接入点建立指纹库后，还包括：

将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。

6.一种指纹数据库建立系统，其特征在于，包括采样单元、计算单元和指纹数据库单元，其中：

采样单元，用于在每个采样点，对各无线接入点的接收信号强度值进行n次采样；

计算单元，用于根据采样结果，计算每个无线接入点的可信度，其中每个无线接入点的可信度与该无线接入点的接收信号强度平均值及接收信号强度稳定性相关联；

指纹数据库单元，选择可信度最高的k个无线接入点以建立指纹数据库。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

计算单元具体计算第i个无线接入点的接收信号强度平均值A(AP_i)，其中1≤i≤M，M为无线接入点总数；计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)；并根据A(AP_i)和M(AP_i)计算第i个无线接入点的可信度C(AP_i)，其中C(AP_i)＝A(AP_i)/M(AP_i)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

计算单元计算第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)的操作包括：

计算第i个无线接入点的接收信号强度在采样结果中的数据波动幅度，以作为第i个无线接入点的接收信号强度稳定性M(AP_i)。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

$M\left({\mathrm{AP}}_i\right)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(R_i-\stackrel{\‾}{R})}^T{\Σ}^{-1}(R_i-\stackrel{\‾}{R}),$

其中在采样结果中，R_j为第i个无线接入点的第j个采样值，表示第i个无线接入点的采样平均值，∑表示协方差矩阵，1≤j≤n。

10.根据权利要求6所述的系统，还包括匹配单元，其中：

匹配单元，用于将待测位置实时接收到的接收信号强度值与指纹数据库中各接入点的接收信号强度值进行匹配，从而实现定位。