CN107567092A - 一种室内位置定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内位置定位方法及装置，用以解决现有的室内定位方法在基站信号受到遮挡时出现大的定位结果误差偏大的问题。包括如下步骤：S01、接收端接收室内基站的信号，并计算基站的信号强度。从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前的基站。S02、选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，接收端与选定的基站之间的距离，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置。采用未选定的基站，在选定的遮挡率下，对接收端的位置进行验证。若验证通过，则以接收端的位置作为定位结果。若验证未通过，则选定其他遮挡率，再次执行S02直至获得定位结果。

Description

一种室内位置定位方法及装置

技术领域

本发明涉及导航定位技术领域，具体涉及一种室内位置定位方法及装置。

背景技术

在导航定位技术迅速发展的今天，比较常用的导航定位技术包括 GPS、北斗等卫星导航定位技术。而就目前的导航定位发展，室内定位技术成为已成为导航定位的热点。

由于信号遮挡等原因，GPS，北斗等卫星导航定位技术无法直接应用于室内定位。目前主流室内定位技术包括基于WIFI的室内定位技术、基于蓝牙的室内定位技术，基于RFID的室内定位技术、基于UWB(超宽带)的室内定位技等。从定位原理角度，室内定位方法包括基于信号强度指纹定位方法和基于信号接收端与信号发射基站空间相对位置的定位方法。从定位方式角度，室内定位可以分为主动定位和被动定位两种。其中，主动定位基本原理是在室内部署一系列定位信号发射基站(如蓝牙信号发射基站)，通过接收端接收到的信号强度及基站位置，计算出接收端的位置。被动定位技术的基本原理是被定位终端发送信号，基站接收被定位终端发来的信号，将其传输到服务器，由服务器通过各基站接收到的信号强度及基站位置，推算出被定位终端位置。

基于空间相对位置的定位方法的两个关键分别是信号接收端与发射端空间距离计算及基于多个相对空间距离的空间位置解算，即(1)将信号接收端收到的信号强度转换为接收端与信号发射基站的相对距离及(2)通过接收端与多个基站的距离计算接收端的空间位置。现有基于空间相对位置的室内定位方法通常通过使用各种数学模型尽量准确描述信号强度衰减与距离关系，从而提高信号强度反演距离精度。但由于信号源发射功率不稳定等因素，在同一位置接收到的信号会在一定范围内随机变化，从而造成现有方法无法准确描述信号强度随距离衰减规律。其次，但由于建筑物结构复杂、人员密集等因素，基站发射的信号通常经过墙体、人员等多重遮挡后到达接收端。现有方法技术没有将信号多重遮挡因素考虑在内。在基站信号受到遮挡时，现有方法空间位置计算结果误差偏大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室内位置定位方法及装置，用以解决现有的室内定位方法在基站信号受到遮挡时出现大的定位结果误差偏大的问题。

为实现上述目的，本发明提供的室内位置定位方法包括如下步骤：

一种室内位置定位方法，包括：

S01、接收端接收室内基站的信号，并计算基站的信号强度。

从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前的基站。

S02、针对每一个选定的基站选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，接收端与选定的基站之间的距离，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置。

S03、采用未选定的基站，在每一种选定的遮挡率下，对接收端的位置进行验证。

若验证通过，则以接收端的位置作为定位结果。

若验证未通过，则选定其他遮挡率，再次执行S02直至获得定位结果。

进一步地，选定强度排序在前设定位的多个基站的信号，具体为：

选定强度排序在前三位的基站的信号。

进一步地，本方法包括遮挡率从1～N共N种遮挡率中顺次选择。

进一步地，计算在选定的遮挡率下，接收端与选定的基站之间的距离，包括：

选定的遮挡率为n，选定的基站为A，选定的基站的信号强度为RSS_A，则接收端与选定的基站之间的距离为：

d_A,n＝Dist(RSS_A)

其中Dist为基于接收的信号强度指示RSSI的定位算法。

进一步地，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置，包括：

设定置信区间l。

接收端与选定的基站之间的距离为d_n，以选定的基站为圆心、以d_n-l 为内圆半径、以d_n+l为外圆半径的圆环为选定的基站的置信区域。

取所有选定的基站的置信区域的重叠区域的中心点作为接收端的位置。

进一步地，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置，包括：

选定的基站至少包括A、B和C三个基站；所述选定的基站对应的所述选定的遮挡率分别为a、b、c。

设定置信区间l；

接收端与选定的基站A之间的距离为d_Aa，以A为圆心、以d_Aa-l为内圆半径、以d_Aa+l为外圆半径的圆环为A的置信区域。

接收端与选定的基站B之间的距离为d_Bb，以B为圆心、以d_Bb-l为内圆半径、以d_Bb+l为外圆半径的圆环为B的置信区域。

接收端与选定的基站C之间的距离为d_Cc，以C为圆心、以d_Cc-l为内圆半径、以d_Cc+l为外圆半径的圆环为C的置信区域。

取A的置信区域、B的置信区域和C的置信区域的重叠区域的中心点为接收端的位置。

进一步地，采用未选定的基站，在每一种选定的遮挡率下，对接收端的位置进行验证，包括：

未选定的基站为D，选定的遮挡率为d；d的取值分别为a、b、c。

接收端与所述未选定的基站D之间的距离为d_Dd，以D为圆心、以 d_Dd-l为内圆半径、以d_Dd+l为外圆半径的圆环为D的验证区域；当d的取值分别为a、b、c时，得到三个验证区域。

若接收端的位置落入D的验证区域内，则验证通过。

若接收端的位置未落入D的验证区域内，则验证未通过。

本发明实施例还提供了一种室内位置定位装置，包括接收端和处理器；

接收端，用于接收室内基站的信号。

处理器，用于从接收端处获取基站的信号，并计算基站的信号强度；从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前设定位的基站。

还用于选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，接收端与选定的基站之间的距离，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置。

采用未选定的基站，在选定的遮挡率下，对接收端的位置进行验证。

若验证通过，则以接收端的位置作为定位结果。

若验证未通过，则选定其他遮挡率，再次计算接收端的位置并进行验证，直至获得定位结果。

本发明方法具有如下优点：

1、本发明通过基于多重信号遮挡率剔除的室内定位方法，解决室内定位由于信号不稳定及信号多重遮挡而造成的室内定位位置解算误差较大问题，提高现有室内定位技术的定位精度。

2、本发明在计算置信区间时，采用了多个置信区间叠加的空间位置计算法，解决室内定位由于信号不稳定而造成的室内定位位置解算误差较大问题，提高现有室内定位技术的定位精度。

附图说明

图1本发明一个实施例中提供的室内位置定位方法的流程图。

图2本发明另外一个实施例中提供的室内位置定位方法的流程图。

图3本发明一个实施例提供的计算接收端位置的方法原理图。

图4(a)和图4(b)为本发明实施例提供的室内位置定位方法的原理图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种室内位置定位方法，如图1所示，包括：

S01、接收端接收室内基站的信号，并计算基站的信号强度；

从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前设定位的基站；

S02、选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，接收端与选定的基站之间的距离，依据接收端与选定的基站之间的距离计算接收端的位置。

若选定的遮挡率为n，选定的基站为A，选定的基站的信号强度为 RSS_A，则接收端与选定的基站A之间的距离为：

d_An＝Dist(RSS_A)

其中Dist为基于接收的信号强度指示RSSI的定位算法。

接收端与选定的基站之间的距离为d_n，以选定的基站为圆心、以d_n-l 为内圆半径、以d_n+l为外圆半径的圆环为选定的基站的置信区域。l为设定的置信区间，l可以根据经验进行设定，是考虑到由于接收灵敏度、转换误差等因素，对基站位置所在区域一种估计。

取所有选定的基站的置信区域的重叠区域的中心点作为接收端的位置。该种多个置信区间叠加的空间位置计算法，解决了室内定位由于信号不稳定而造成的室内定位位置解算误差较大问题，提高现有室内定位技术的定位精度。

具体地如图3所示，选定的基站至少包括A、B和C三个基站；所述选定的基站对应的所述选定的遮挡率分别为a、b、c。

设定置信区间l。

接收端与选定的基站A之间的距离为d_Aa，以A为圆心、以d_Aa-l为内圆半径、以d_Aa+l为外圆半径的圆环为A的置信区域。

接收端与选定的基站B之间的距离为d_Bb，以B为圆心、以d_Bb-l为内圆半径、以d_Bb+l为外圆半径的圆环为B的置信区域。

接收端与选定的基站C之间的距离为d_Cc，以C为圆心、以d_Cc-l为内圆半径、以d_Cc+l为外圆半径的圆环为C的置信区域。

取A的置信区域、B的置信区域和C的置信区域的重叠区域的中心点为接收端的位置。

S03、采用未选定的基站，在选定的遮挡率下，对接收端的位置进行验证。

未选定的基站为D，选定的遮挡率为d；d的取值分别为a、b、c。

接收端与未选定的基站D之间的距离为d_Dd，以D为圆心、以d_Dd-l 为内圆半径、以d_Dd+l为外圆半径的圆环为D的验证区域。当d的取值分别为a、b、c时，得到三个验证区域。

若接收端的位置落入D的任一个验证区域内，则验证通过。

若接收端的位置未落入D的任一个验证区域内，则验证未通过。

S03、若验证通过，则以接收端的位置作为定位结果；

若验证未通过，则选定其他遮挡率，返回S02，直至获得定位结果。

由于选定了多种遮挡率，并进行剔除，因此该方法能够解决室内定位由于信号被多重遮挡造成的室内定位位置偏差较大的问题，从而提高了定位精度。

实施例2

本发明实施例提供了如下流程来实现实施例1给出的室内定位方法，具体流程如图2所示，包括如下步骤：

第1步：接收周围基站的信号。

第2步：计算接收到的信号的强度。

第3步：从接收到的所有信号中，选择多个(本实施例中可以选择三个以上)最强信号。

第4步：对选定信号，计算不同遮挡率下的信号强度对应的接收端与基站距离。

第5步：选取一种遮挡情况。

第6步：计算选定遮挡率下信号接收端位置。

第7步：对位置计算结果进行验证。

第8步：判断是否通过验证，如果没通过，则返回地5步，处理下一种遮挡情况；如果验证通过，则进行下一步。

第9步：返回定位结果。

实施例3

本实施例给出一个具体实例：如图4(a)和图4(b)所示，信号接收端P接收到A、B、C、D四个定位基站的信号。其中，A、B、C信号最强，用于解算P点位置，D点信号用于结果验证。设基于遮挡的信号转换为距离公式为：Dist(RSS)＝{d_i,0,d_i,1,...,d_i,n}，其中，i为基站n为遮挡率。d_n为当接收端接收的信号强度为RSS，遮挡率为n时，接收端与信号发射基站之间的距离。考虑到距离计算误差因素，接收端位置落入以 r_n＝d_n+l和r_n'＝d_n+l的圆环内。如图4(a)和图4(b)所示，设被信号接收端接收到基站A、B、C、D的信号强度值分别为RSS_A、RSS_B、RSS_C、 RSS_D。

第一步：基于不同遮挡率n，计算接收端与A、B、C、D的距离：

Dist(RSS_A)＝{d_A,0,d_A,1,...,d_A,n}，

Dist(RSS_B)＝{d_B，0,d_B，1,...,d_B，n}，

Dist(RSS_C)＝{d_C,0,d_C,1,...,d_C,n}，

Dist(RSS_D)＝{d_D,0,d_D,1,...,d_D,n}

第二步：计算当A，B,C遮挡率均为0时，接收端位置

如图4(a)所示。当A，B,C遮挡率均为0，接收端到基站A、B、 C距离分别为d_A,0、d_B,0、d_C,0时，基于三角定位算法计算得到接收端位置计为

第三步：基于D点验证对验证。

如图4(a)所示，当D点遮挡为0时，并未落入验证区间内，则说明接收端位置为的概率为0，即：

第四步：计算当A，B,C遮挡率n为其他值时，接收端位置，并通过 D点进行验证。

如图4(b)所示，为当A，B遮挡为1，C遮挡为0时，接收端P到基站A、B、C距离分别为d_A,1、d_B,1、d_C,0时，基于位置置信区的算法，获得接收端P定位结果为通过D点验证，当D点遮挡分别为0、 1时，并为落入验证区间内，即接收端位置为的概率为

第五步：根据概率，确定接收端位置点为

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种室内位置定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

S01、接收端接收室内基站的信号，并计算所述基站的信号强度；

从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前设定位的基站；

S02、针对每一个选定的基站选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，所述接收端与所述选定的基站之间的距离，依据所述接收端与所述选定的基站之间的距离计算接收端的位置；

S03、采用未选定的基站，在每一种选定的遮挡率下，对所述接收端的位置进行验证；

若验证通过，则以所述接收端的位置作为定位结果；

若验证未通过，则选定其他遮挡率，再次执行S02直至获得定位结果。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述选定强度排序在前的多个基站的信号，具体为：

选定强度排序在前三位的基站的信号。

3.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述遮挡率从1～N共N种遮挡率中顺次选择。

4.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述计算在选定的遮挡率下，所述接收端与所述选定的基站之间的距离，包括：

所述选定的遮挡率为n，所述选定的基站为A，所述选定的基站的信号强度为RSS_A，则所述接收端与所述选定的基站之间的距离为：

d_A,n＝Dist(RSS_A)

其中Dist为基于接收的信号强度指示RSSI的定位算法。

5.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述依据所述接收端与所述选定的基站之间的距离计算接收端的位置，包括：

设定置信区间l；

所述接收端与所述选定的基站之间的距离为d_n，以选定的基站为圆心、以d_n-l为内圆半径、以d_n+l为外圆半径的圆环为所述选定的基站的置信区域；

取所有所述选定的基站的置信区域的重叠区域的中心点作为所述接收端的位置。

6.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述依据所述接收端与所述选定的基站之间的距离计算接收端的位置，包括：

所述选定的基站至少包括A、B和C三个基站；所述选定的基站对应的所述选定的遮挡率分别为a、b、c；

设定置信区间l；

所述接收端与所述选定的基站A之间的距离为d_Aa，以A为圆心、以d_Aa-l为内圆半径、以d_Aa+l为外圆半径的圆环为A的置信区域；

所述接收端与所述选定的基站B之间的距离为d_Bb，以B为圆心、以d_Bb-l为内圆半径、以d_Bb+l为外圆半径的圆环为B的置信区域；

所述接收端与所述选定的基站C之间的距离为d_Cc，以C为圆心、以d_Cc-l为内圆半径、以d_Cc+l为外圆半径的圆环为C的置信区域；

取A的置信区域、B的置信区域和C的置信区域的重叠区域的中心点为所述接收端的位置。

7.如权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述采用未选定的基站，在每一种选定的遮挡率下，对所述接收端的位置进行验证，包括：

所述未选定的基站为D，所述选定的遮挡率为d；d的取值分别为a、b、c；

所述接收端与所述未选定的基站D之间的距离为d_Dd，以D为圆心、以d_Dd-l为内圆半径、以d_Dd+l为外圆半径的圆环为D的验证区域；当d的取值分别为a、b、c时，得到三个验证区域；

若所述接收端的位置落入所述D的任一个验证区域内，则验证通过；

若所述接收端的位置未落入所述D的任一个验证区域内，则验证未通过。

8.一种室内位置定位装置，其特征在于，包括接收端和处理器；

所述接收端，用于接收室内基站的信号；

所述处理器，用于从所述接收端处获取所述基站的信号，并计算所述基站的信号强度；从接收到的所有基站的信号中，选定信号强度排序在前设定位的基站；

还用于选定一种遮挡率，依据选定的基站，计算在选定的遮挡率下，所述接收端与所述选定的基站之间的距离，依据所述接收端与所述选定的基站之间的距离计算接收端的位置；

采用未选定的基站，在选定的遮挡率下，对所述接收端的位置进行验证；

若验证通过，则以所述接收端的位置作为定位结果；

若验证未通过，则选定其他遮挡率，再次计算接收端的位置并进行验证，直至获得定位结果。