CN107064867A - 基于Wi‑Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统 - Google Patents

基于Wi‑Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的基于Wi‑Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统，其通过获取Wi‑Fi信号节点和蓝牙信号节点的RSSI信息，利用室内传播模型和RSSI信息分别测量移动端到Wi‑Fi信号节点的距离和蓝牙信号节点的距离，结合最小二乘法得到Wi‑Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量；然后随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；并对Wi‑Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；再根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi‑Fi和蓝牙融合后的坐标值；将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。本发明能够减弱高斯噪声和非视距离传播对Wi‑Fi信号和蓝牙信号的影响，提高室内定位系统的精准度和稳定性。

Description

基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统。
背景技术
GPS即全球定位系统已经大规模应用于个人定位、车辆导航、航海航空救援等场景中，可是在室内环境中由于卫星信号无法穿透建筑，GPS无法施展正常的功效。因此，在室内场景中需要使用更加契合的技术，例如红外线、超声波、射频识别、Wi-Fi、蓝牙等。Wi-Fi定位技术因其定位范围广和较好的定位精度成为了室内定位的热点技术。蓝牙定位技术发展迅速，苹果公司推出的蓝牙微定位技术(iBeacon技术)，在理想环境下可以达到1m以内的精确定位，最大可支持50m的传输距离。由于室内无线信号受到非视距及多径传播等因素的影响，Wi-Fi和蓝牙室内单独定位技术表现出定位精度不高和稳定性不强情况，有待于进一步研究和提高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统，能够减弱高斯噪声和非视距离传播对Wi-Fi信号和蓝牙信号的影响，提高室内定位系统的精准度和稳定性。
本发明提供的一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法，包括以下步骤：
S1、获取Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点的RSSI信息，根据室内传播模型和RSSI信息分别测量移动端到Wi-Fi信号节点的距离和蓝牙信号节点的距离，结合最小二乘法得到Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量；
S2、从Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量中随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；
S3、对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；
S4、根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值。
S5、将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。
进一步的，在S4中，确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值具体方法为：
S41、确定Wi-Fi信息源的融合可信度和蓝牙信息源的融合可信度；
S42确定Wi-Fi和蓝牙融合后的先验定位坐标数据的横坐标均值和纵坐标均值；
S43、确定Wi-Fi和蓝牙融合后横坐标偏差值和纵坐标偏差值；
S44、由Wi-Fi和蓝牙融合后的先验定位坐标数据的横、纵坐标均值和横、纵坐标偏差值得到Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标估计值。
一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，包括距离测量单元和后台终端，距离测量单元包括移动终端、多个Wi-Fi信号节点、多个蓝牙信号节点和控制管理端，移动终端内设置有蓝牙模块和Wi-Fi模块，移动终端接收Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点发送的RSSI信息，并返回Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点RSSI信息回复；Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点接收和转发移动终端的定位数据，并与控制管理端交互数据；控制管理端控制管理Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点收发信息，并对距离进行计算。
进一步的，后台终端包括：数据抽取单元、加权处理单元、融合分析单元和电子地图匹配单元；数据抽取单元用于从Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量中随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；加权处理单元用于对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；融合分析单元用于根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值；电子地图匹配单元用于将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。
进一步的，后台终端还包括记录单元，记录单元用于记录移动轨迹。
进一步的，后台终端还包括显示器，显示器与电子地图匹配单元连接，所述显示器用于后台终端查看实时位置。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提供一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法及系统，其通过获取Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点的RSSI信息，利用室内传播模型和RSSI信息分别测量移动端到Wi-Fi信号节点的距离和蓝牙信号节点的距离，结合最小二乘法得到Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量；然后随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；并对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；再根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值；将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。本发明能够减弱高斯噪声和非视距离传播对Wi-Fi信号和蓝牙信号的影响，提高室内定位系统的精准度和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法的步骤示意图。
图2为本发明基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统的原理示意图。
附图标记：
1-移动终端，2-Wi-Fi信号节点，3-蓝牙信号节点，4-控制管理端，5-数据抽取单元，6-加权处理单元，7-融合分析单元，8-电子地图匹配单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参阅图1至图2，本实施例提供的一种基于WI-FI和蓝牙融合的室内定位方法，包括以下步骤：
步骤一、获取Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点的RSSI信息，根据室内传播模型和RSSI信息分别测量移动端到Wi-Fi信号节点的距离和蓝牙信号节点的距离，结合最小二乘法得到WI-FI定位坐标值向量Zw＝[xw，yw]、蓝牙定位坐标值向量Zb＝[xb，yb]；
步骤二、从m个Wi-Fi定位坐标值向量Zw1，Zw2，…，Zwm和m个蓝牙定位坐标值向量Zb1，Zb2，…，Zbm中随机抽取n个定位坐标数据W1，W2，…，Wn作为贝叶斯现场样本信息，其中10≦n≦m；
步骤三、对定位的m个移动端到WI-FI发射节点的距离坐标和m个移动端到蓝牙发射节点的距离坐标进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；
由于室内定位环境的复杂性以及WI-FI信号节点和蓝牙信号节点信号强度值的测量误差，可能会为贝叶斯估计提供虚假或者劣质的定位数据。而高斯核函数中，定位目标上的每个点与目标中心位置的距离越小则权重越大，距离越大则权重越小。选用加权多宽度高斯核函数：
公式(1)中，Zi＝[xiyi]T,i＝1,2,…,m向量为定位结果的坐标值向量；ux和uy分别为横坐标和纵坐标的平均值，即为定义结果的中心位置；σx和σy分别为横坐标和纵坐标的标准偏差；C和M是加权多宽度高斯函数的可调参数，选取C＝1，m＝0.25。根据公式(1)可得WI-FI的加权系数K(Xwi)和蓝牙的加权系数K(Xbi)。
分别对WI-FI定位坐标值向量Zw1，Zw2，…，Zwm和蓝牙定位坐标值向量Zb1，Zb2，…，Zbm进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息：和
步骤四、根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定WiFi和蓝牙融合后的坐标值。具体方法为:
(1)确定WiFi信息源的融合可信度εw和蓝牙信息源的融合可信度εb：
分别将或者和W1，W2，…，Wn按照有小到大的顺序排列成一个混合样本，记为R；
设W1，W2，…，Wn在混合样本中的秩为r1，r2，…，rn，令T＝r1+r2+…+rn,称T为现场样本信息W的秩和；
当(m,n≥10)时，秩和T近似服从正太分布利用正态分布的μ检验法，在给定显著水平α时，检验规则为：
即，在Wi-Fi先验信息源条件下，得到Wi-Fi先验样本和现场样本信息同属一个分布的概率为不属于同一分布的概率为 在蓝牙先验信息源条件下，得到Wi-Fi先验样本和现场样本信息同属一个分布的概率为不属于同一分布的概率为可分别得到Wi-Fi信息源的融合可信度εw和蓝牙信息源的融合可信度εb为：
(2)确定Wi-Fi和蓝牙融合后的先验定位坐标数据的横坐标均值和纵坐标均值：
根据Wi-Fi和蓝牙可信度分别加权得Wi-Fi和蓝牙的先验坐标均值为
(3)确定Wi-Fi和蓝牙融合后横坐标偏差值和纵坐标偏差值：
根据公式(4)可知Wi-Fi和蓝牙偏差距离平方的先验分别为πw(θ)和πb(θ)，融合后的先验密度函数为：
π(θ)＝εwπw(θ)+εbπb(θ) (6)
由贝叶斯定理可得后验密度函数为:
即θ|D～1Γ(α+n/2,β+s/2)，其中,
在平方误差损失函数下，对后验分布求数学期望得θ的Bayes估计值：
其中
由公式(8)可分别得到Wi-Fi和蓝牙融合后横坐标估计偏差值和纵坐标偏差值
(4)由此Wi-Fi和蓝牙的先验坐标均值和Wi-Fi和蓝牙融合后横坐标偏差值和纵坐标偏差值可得到Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标估计值为：
步骤五、将公式(9)中的融合后的Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标估计值匹配到电子地图中，确定具体位置。
一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，包括距离测量单元和后台终端，距离测量单元包括移动终端、多个Wi-Fi信号节点、多个蓝牙信号节点和控制管理端，多个Wi-Fi信号节点和多个蓝牙信号节点分别设置在室内，移动终端内设置有蓝牙模块和Wi-Fi模块，移动终端接收Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点发送的RSSI信息，并返回Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点RSSI信息回复；Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点接收和转发移动终端的定位数据，并与控制管理端交互数据；控制管理端控制管理Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点收发信息，并对距离进行计算。
后台终端包括：数据抽取单元、加权处理单元、融合分析单元和电子地图匹配单元；数据抽取单元用于从Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量中随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；加权处理单元用于对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；融合分析单元用于根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值；电子地图匹配单元用于将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。后台终端还包括记录单元，记录单元用于记录移动轨迹。后台终端还包括显示器，显示器与电子地图匹配单元连接，所述显示器用于后台终端查看实时位置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、获取Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点的RSSI信息，根据室内传播模型和RSSI信息分别测量移动端到Wi-Fi信号节点的距离和蓝牙信号节点的距离，结合最小二乘法得到Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量；
S2、从Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量中随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；
S3、对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；
S4、根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值；
S5、将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。
2.根据权利要求1所述的基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位方法，其特征在于：在S4中，确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值具体方法为：
S41、确定Wi-Fi信息源的融合可信度和蓝牙信息源的融合可信度；
S42、确定Wi-Fi和蓝牙融合后的先验定位坐标数据的横坐标均值和纵坐标均值；
S43、确定Wi-Fi和蓝牙融合后横坐标偏差值和纵坐标偏差值；
S44、由Wi-Fi和蓝牙融合后的先验定位坐标数据的横、纵坐标均值和横、纵坐标偏差值得到Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标估计值。
3.一种基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，其特征在于：包括距离测量单元和后台终端，所述距离测量单元包括移动终端、Wi-Fi信号节点、蓝牙信号节点和控制管理端，所述移动终端内设置有蓝牙模块和Wi-Fi模块，所述移动终端接收Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点发送的RSSI信息，并回复Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点RSSI信息；所述Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点接收和转发移动终端的定位数据，并与控制管理端交互数据；所述控制管理端控制管理Wi-Fi信号节点和蓝牙信号节点收发信息，并对距离进行计算。
4.根据权利要求3所述的基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，其特征在于：所述后台终端包括：数据抽取单元、加权处理单元、融合分析单元和电子地图匹配单元；
所述数据抽取单元用于从Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量中随机抽取n个定位坐标数据作为贝叶斯现场样本信息；
所述加权处理单元用于对Wi-Fi定位坐标值向量和蓝牙定位坐标值向量进行加权处理，得到贝叶斯先验坐标样本信息；
所述融合分析单元用于根据贝叶斯现场样本信息和贝叶斯先验坐标样本信息确定Wi-Fi和蓝牙融合后的坐标值；
所述电子地图匹配单元用于将融合后的坐标值匹配到电子地图中，确定具体位置。
5.根据权利要求4所述的基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，其特征在于：所述后台终端还包括记录单元，所述记录单元用于记录移动轨迹。
6.根据权利要求5所述的基于Wi-Fi和蓝牙融合的室内定位系统，其特征在于：所述后台终端还包括显示器，所述显示器与电子地图匹配单元连接，所述显示器用于后台终端查看实时位置。
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