CN107426685B - 一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置 - Google Patents

一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置，该方法包括：S1，采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；S2，根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格。通过判断栅格内是否存在非蜂窝接入点来进行相应地操作，能够根据待定位区域内信号密度来动态调整栅格划分粒度，使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例，且多模定位指纹数据库具有较高精度的同时具有较低的运维成本。

Description

一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线定位技术领域，具体涉及一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置。
背景技术
室内定位技术指，当人或物在室内环境时，获取其位置的定位技术。由于全球定位系统(GPS，Global Positioning System)的普及，室外定位技术非常成熟。但是，在室内环境中接受的GPS信号非常微弱，甚至接收不到，因此，在室内环境下，需要采用新的定位技术。
室内定位技术总体分为三类：几何定位法、附近定位法和位置指纹法。其中，位置指纹法是将定位环境进行抽象化、形式化和离散化，用无线方面的特征的指标参数来描述定位环境中的各个位置。这些指标参数信息是具体的、可量的和易计算的，它如同指纹对于人一样，在不同位置间具有身份识别的功能，因此称这些参数信息为位置指纹。用一个数据库来存储这些位置指纹，建立一个指纹空间，与真实环境中的地理空间相对应。用户定位时，通过在定位点采集的位置指纹与指纹数据库中的指纹进行匹配来确定用户的位置。
指纹定位算法按照无线信号来源的区分，可以分为单模指纹定位技术和多模指纹定位技术。单模指纹定位技术仅采集单一无线信号作为位置指纹；多模指纹定位技术采集多种无线信号(蜂窝信号和非蜂窝信号)作为位置指纹。相较于单模指纹定位技术，多模指纹定位技术对于单一信号的强度变化具有较强的鲁棒性，因此，在实际应用中，通常采用多模指纹定位技术。
现有技术中的室内多模指纹定位算法都是基于在室内环境下多模信号的覆盖是均匀的假设前提。即在每个室内定位栅格里，都能采集到相同维度的多模信号。因此，这些方法均是将待定位区域进行均匀栅格划分，而均匀栅格划分实际上是平面区域的均匀量化(将整个栅格区域内任一点的坐标等效为栅格中心点的坐标)。
但是，在实际室内环境下，不同制式的信号的覆盖是非均匀的。具体表现在：首先，在室内环境下，不同制式蜂窝信号的覆盖是非均匀的。其中，蜂窝网络包括，第四代移动通信(4G，Four Generation)网络，第三代移动通信(3G，Three Generation)网络和第二代移动通信(2G，Two Generation)网络。2G网络以及3G网络一般工作在低频段(1.9GHz-2.1GHz)，其射频信号的穿透损耗较小；4G网络一般工作在高频段(2.1GHz-2.4GHz)，其射频信号的穿透损耗较大。因此，任意室内栅格内，一般有2G基站和3G基站的信号覆盖，而可能没有4G基站的信号覆盖。其次，蜂窝信号和非蜂窝信号的覆盖也是非均匀的。蜂窝基站一般部署在室外环境，也有部分室内环境会部署蜂窝中继器，而非蜂窝接入点一般是部署在室内环境。因此，室内栅格里，则可能同时有蜂窝基站以及非蜂窝接入点信号覆盖。
因此，在实际的多模信号非均匀覆盖的情况下，均匀量化定位区域的方法存在以下缺陷：第一，难以确定栅格划分粒度。如果按照较粗的粒度进行栅格划分，会导致栅格内有非蜂窝信号的覆盖空洞；如果按照较细的粒度进行栅格划分，会导致定位指纹的采集量突增，使得室内定位系统部署复杂费时，运营维护成本较高；第二，定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度不成比例。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种获取多模定位指纹数据库的方法和装置。
本发明的一方面提供一种获取多模定位指纹数据库的方法，包括：S1，采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；S2，根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格。
其中，所述方法还包括：S3，基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。
其中，所述步骤S2进一步包括：若判断所述初始栅格内存在所述非蜂窝接入点，则采用第二粒度进一步划分所述初始栅格，划分得到的栅格为所述二级栅格；若判断所述初始栅格内不存在所述非蜂窝接入点，则合并多个所述初始栅格，合并得到的栅格为所述二级栅格。
其中，所述步骤S3进一步包括：以所述二级栅格为单位，基于高精度地图，采用射线传播模型获取所述定位参考点处的多模信号强度；将所述多模信号强度作为所述二级栅格的特征指纹向量，所述定位区域内的所述特征指纹向量组成所述多模定位指纹数据库。
其中，所述定位参考点为所述二级栅格的形心。
其中，所述多模信号强度包括蜂窝基站的参考信号接收功率及非蜂窝接入点的接收信号强度指示。
其中，所述特征指纹向量具体为：
其中，RSRP2G为2G基站的信号强度，RSRP3G为3G基站的信号强度，RSRP4G为4G基站的信号强度，RSSIWiFi为非蜂窝接入点的信号强度。
其中，所述方法还包括：根据实际数据对所述多模定位指纹库进行校准；其中，所述实际数据包括路测数据和扫频数据。
本发明的另一方面还提供一种获取多模定位指纹数据库的装置，包括：划分模块，用于采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；处理模块，用于根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格。
其中，所述装置还包括：获取模块，用于基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。
本发明提供的获取多模定位指纹数据库的方法和装置，通过判断栅格内是否存在非蜂窝接入点来进行相应地操作，能够根据待定位区域内信号密度来动态调整栅格划分粒度，使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例，且多模定位指纹数据库具有较高精度的同时具有较低的运维成本。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的定位栅格划分的示意图；
图3为本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
多模指纹室内定位技术大致分为两个阶段：离线采样阶段和在线定位阶段(或者实时定位阶段)。本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的方法和装置是针对离线采样阶段。
离线采样阶段的目标是构建一个关于信号强度与采样点位置关系的数据库，也就是位置指纹的数据库或无线电地图。为了生成该数据库，操作人员需要在被定位环境里确定若干采样点，然后遍历所有采样点，记录下在每个采样点测量的无线信号特征，即来自所有接入点的信号强度，最后将它们以某种方式保存在数据库中。
图1为本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S1，采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；S2，根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格。
在步骤S1中，定位区域是指待获取多模定位指纹数据库的区域。在本步骤中，采用第一粒度对定位区域进行初步划分，得到的栅格为初始栅格。例如，第一粒度可以设置为5m*5m，划分后得到的大小为5m*5m的栅格为初始栅格，初始栅格的定位参考点为其几何中心。
在步骤S2中，由于室内栅格中通常有蜂窝信号覆盖，而不一定有非蜂窝信号覆盖。因此，步骤S1中获取的初始栅格中，具有非蜂窝接入点(AP，Access Point)覆盖的初始栅格的信号密度比不具有非蜂窝接入点覆盖的初始栅格的信号密度大。其中，非蜂窝AP指无线保真(WiFi，Wireless Fidelity)AP。因此，可以通过判断初始栅格中是否存在非蜂窝接入点对初始栅格的划分进行进一步处理，获取信号密度差异较小的二级栅格。
本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的方法，通过判断栅格内是否存在非蜂窝接入点来进行相应地操作，能够根据待定位区域内信号密度来动态调整栅格划分粒度，使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例，且多模定位指纹数据库具有较高精度的同时具有较低的运维成本。
基于上述实施例，所述方法还包括：S3，基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。具体地，根据步骤S2中获取的二级栅格，获取该二级栅格定位参考点处的多模信号强度，根据各个定位参考点出的多模信号强度可以获取定位区域的多模定位指纹数据库。
图2为本发明实施例提供的定位栅格划分的示意图，如图2所示，基于上述实施例，所述步骤S2进一步包括：若判断所述初始栅格内存在所述非蜂窝接入点，则采用第二粒度进一步划分所述初始栅格，划分得到的栅格为所述二级栅格；若判断所述初始栅格内不存在所述非蜂窝接入点，则合并多个所述初始栅格，合并得到的栅格为所述二级栅格。
具体地，如果初始栅格中存在非蜂窝AP覆盖，则表明该栅格中信号密度较大，可以使用第二粒度将初始栅格进行进一步划分。例如，当第一粒度为5m*5m时，可以选用1m*1m作为第二粒度。将5m*5m的初始栅格进一步划分为25个1m*1m的二级栅格。
具体地，如果初始栅格中不存在非蜂窝AP覆盖，则表明该栅格中信号密度较小，可以将多个不存在非蜂窝AP覆盖的初始栅格进行合并，得到的栅格为二级栅格。
通过对具有不同信号密度的栅格调整划分粒度，能够使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例，使得在定位精度和运行维护成本之间取得平衡。
基于上述实施例，所述步骤S3进一步包括：以所述二级栅格为单位，基于高精度地图，采用射线传播模型获取所述定位参考点处的多模信号强度；将所述多模信号强度作为所述二级栅格的特征指纹向量，所述定位区域内的所述特征指纹向量组成所述多模定位指纹数据库。
其中，高精度地图是与普通地图相比，具有更高的精度，展示的位置信息更加丰富和细致；射线传播是一种被广泛用于移动通信和个人通信环境中的预测无线电波传播特性的技术，可以用来辨认出多径信道中收发之间所有可能的射线路径。
基于上述实施例，所述定位参考点为所述二级栅格的形心，即以栅格的形心作为栅格强度的定位参考点。
基于上述实施例，所述多模信号强度包括蜂窝基站的参考信号接收功率及非蜂窝接入点的接收信号强度指示。具体地，定位参考点的信号强度包括：定位参考点处接收到的蜂窝基站的参考信号接收功率(RSRP，Reference Signal Received Power)以及定位参考点处接收到的非蜂窝AP的接收信号强度指示(RSSI，Received Signal StrengthIndication)。
基于上述实施例，所述特征指纹向量具体为：
其中，RSRP2G为2G基站的信号强度，RSRP3G为3G基站的信号强度，RSRP4G为4G基站的信号强度，RSSIWiFi为非蜂窝接入点的信号强度。具体地，特征指纹向量包括蜂窝信号强度和非蜂窝AP信号的信号强度；其中，蜂窝信号强度包括2G、3G和4G基站的信号强度。
基于上述实施例，所述方法还包括：根据实际数据对所述多模定位指纹库进行校准；其中，所述实际数据包括路测数据和扫频数据。具体地，上述步骤基于射线传播模型生成多模定位指纹库后，后续可以基于实际数据校准多模定位指纹数据库。路测通常是检测人员坐在汽车中，用仪表对整个定位区域进行测试；扫频可以看到接受范围内其他信号的覆盖情况以及干扰情况。通过路测数据和扫频数据能够对多模定位指纹数据库进行校准，使数据库数据更加精确。
图3为本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：划分模块301，用于采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；处理模块302，用于根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格。
具体地，划分模块301采用第一粒度对定位区域进行初步划分，得到的栅格为初始栅格。例如，第一粒度可以设置为5m*5m，划分后得到的大小为5m*5m的栅格为初始栅格，初始栅格的定位参考点为其几何中心。
由于室内栅格中通常有蜂窝信号覆盖，而不一定有非蜂窝信号覆盖。因此，划分模块301中获取的初始栅格中，具有非蜂窝接入点(AP，Access Point)覆盖的初始栅格的信号密度比不具有非蜂窝接入点覆盖的初始栅格的信号密度大。其中，非蜂窝AP指无线保真(WiFi，Wireless Fidelity)AP。因此，处理模块302可以通过判断初始栅格中是否存在非蜂窝接入点对初始栅格的划分进行进一步处理，获取信号密度差异较小的二级栅格。
本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的装置，通过判断栅格内是否存在非蜂窝接入点来进行相应地操作，能够根据待定位区域内信号密度来动态调整栅格划分粒度，使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例，且多模定位指纹数据库具有较高精度的同时具有较低的运维成本。
基于上述实施例，所述装置还包括：获取模块，用于基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。根据处理模块302中获取的二级栅格，获取模块获取该二级栅格定位参考点处的多模信号强度，并根据各个定位参考点出的多模信号强度可以获取定位区域的多模定位指纹数据库。
本发明实施例提供的获取多模定位指纹数据库的方法和装置，根据待定位区域的定位指纹信号的密度来确定区域的栅格划分粒度，使得定位栅格的量化噪声与该栅格的信号覆盖密度成比例。多模信号密集的区域有较小的量化噪声(即定位精度较高)，而在多模信号稀疏的区域有较大的量化噪声(即定位精度较大)，能够在定位精度和运行维护成本之间取得平衡。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种获取多模定位指纹数据库的方法，其特征在于，包括：
S1，采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；
S2，根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格；步骤S2进一步包括若判断所述初始栅格内存在所述非蜂窝接入点，则采用第二粒度进一步划分所述初始栅格，划分得到的栅格为所述二级栅格；若判断所述初始栅格内不存在所述非蜂窝接入点，则合并多个所述初始栅格，合并得到的栅格为所述二级栅格；
S3，基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：
以所述二级栅格为单位，基于高精度地图，采用射线传播模型获取所述定位参考点处的多模信号强度；
将所述多模信号强度作为所述二级栅格的特征指纹向量，所述定位区域内的所述特征指纹向量组成所述多模定位指纹数据库。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位参考点为所述二级栅格的形心。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多模信号强度包括蜂窝基站的参考信号接收功率及非蜂窝接入点的接收信号强度指示。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特征指纹向量具体为：
其中，RSRP2G为2G基站的信号强度，RSRP3G为3G基站的信号强度，RSRP4G为4G基站的信号强度，RSSIWiFi为非蜂窝接入点的信号强度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据实际数据对所述多模定位指纹库进行校准；其中，所述实际数据包括路测数据和扫频数据。
7.一种获取多模定位指纹数据库的装置，其特征在于，包括：
划分模块，用于采用第一粒度划分定位区域，获取初始栅格；
处理模块，用于根据判断所述初始栅格内是否存在非蜂窝接入点的结果，对所述初始栅格进行相应的处理，获取二级栅格；所述处理模块进一步用于若判断所述初始栅格内存在所述非蜂窝接入点，则采用第二粒度进一步划分所述初始栅格，划分得到的栅格为所述二级栅格；若判断所述初始栅格内不存在所述非蜂窝接入点，则合并多个所述初始栅格，合并得到的栅格为所述二级栅格；
获取模块，用于基于所述二级栅格的定位参考点处获取的多模信号强度，获取多模定位指纹数据库。
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