CN108289282B - 一种较高精度的室内定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种较高精度的室内定位方法，是针对解决现有同类方法在室内较难通过WIFI精确定位，以及三个参考节点在同一直线上定位法的技术问题而设计。该室内定位方法基于WIFI的室内定位技术，数码产品设备的使用者在室内移动；其要点是该室内定位方法通过位于同一直线上三参考点的位置信息获取待测节点的位置坐标的多个估计值，并将估计值与待测节点的上个坐标比较，计算各估计值与上一节点位置坐标的距离并取一最优的距离，在通过迭代计算出新的估计值，由估计值与原有中的两个参考点反算出另一参考节点估计值，参考节点与原参考节点比较，距离最优的待测点估计值所在的位置即为最终的待测点。

Description

一种较高精度的室内定位方法
技术领域
本发明涉及无线技术的内定位方法，是一种较高精度的室内定位方法。
背景技术
定位服务是人们生活中必不可少的一项重要的功能。在室外环境中，无论是美国的全球定位导航系统(GPS)，还是中国最新研发的北斗导航系统，都提供了精确、快速的定位功能。然而，在室内环境下，由于卫星信号被物体阻挡，无线信号不能正常传输，GPS的导航功能无法正常实现定位功能。目前主要采用的室内定位技术有超声波定位技术、WIFI定位技术、射频识别定位技术和红外线定位技术等无线定位技术。随着无线网络的快速发展和智能终端的高度普及，基于WIFI的室内定位技术获得了青睐。根据测量原理将基于WIFI的室内定位技术主要有：三点定位法、三角定位算法、质心定位算法和指纹定位法。对于三点定位法、三角定位算法、质心定位算法都需要至少三个参考节点，同时需要满足三点不在同一直线上，否则该算法失效，无法实现定位。
发明内容
为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种基于WIFI技术的较高精度的室内定位方法，使其解决现有同类方法在室内较难通过WIFI精确定位，以及三个参考节点在同一直线上定位法的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。
一种较高精度的室内定位方法，该室内定位方法基于WIFI的室内定位技术，即手机、平板电脑等数码产品设备在利用室内的WIFI网络时，数码产品设备的使用者在室内移动；其特征在于该室内定位方法通过位于同一直线上三参考节点的位置信息获取待测节点的位置坐标的多个估计值，并将估计值与待测节点的上个坐标比较，计算各估计值与上一节点位置坐标的距离并取一最优的决策距离，在通过迭代计算出新的估计值，由估计值与原有中的两个参考节点反算出另一参考节点估计值，参考节点与原参考节点比较，距离最优的待测点估计值所在的位置即为最终的待测点。该室内定位方法在三点定位法、三角定位算法和/或质心定位算法因参考节点位于同一直线的情况下导致算法失效时，启动该室内定位方法。同时，根据上述同一直线上三参考节点的室内定位方法，亦可所述同一直线上三参考节点为三个在同一直线上的wifi信号设备。
该室内定位方法的具体流程如下：
S1：离线训练阶段，确定各个参考节点的位置坐标信息，并保存到数据库中；
S2：待测节点收到三个不同参考节点的信息时，判断各参考节点在实际的空间位置中是否处于同一直线上；若是则跳转到S21，否则跳转到S23；
S21：待测节点收到来自同一直线的三个参考节点；
S22：通过三个参考节点进行迭代，计算待测节点的坐标；从共线的三个参考节点中去除两组参考节点，每组包含两个参考节点，分为三组，利用公式求取待测点的坐标：
其中，a：计算横坐标：
Figure GSB0000189129610000021
其中
Figure GSB0000189129610000022
Figure GSB0000189129610000023
Figure GSB0000189129610000024
x1、x2为待测估计点的位置横坐标，xa、xb、ya、yb为对应参考节点的坐标；
b：计算纵坐标：
Figure GSB0000189129610000025
y1、y2为待测估计点的位置纵坐标；
由两组参考节点得到四个待测点的坐标，计算所述四个待测点的坐标与待测节点坐标的距离，选出与最优的决策距离之差绝对值最小的两个待测点Q1、Q2；
S23：利用S22中的两个待测点Q1、Q2分别与三个参考节点中的任意两个参考节点反算出第三个参考节点的位置；即所述S23利用S22中的两个待测点Q1、Q2分别与三个参考节点中的任意两个参考节点组成新的参考节点，利用原有的质心定位算法计算新参考节点下的坐标位置，各新参考节点所在圆的半径为测量到与新参考节点的距离，计算距离，其中距离与最优的决策距离绝对差值最小的所在的待测节点估计值即为现待测节点所在的坐标。从而上述S22获取最优决策的距离，再通过迭代计算及原有的质心定位算法反算出另一参考节点估计值，最终得出待测点的位置坐标。
本发明的室内定位方法可行，室内定位结果精确，定位方便、快捷，应用范围广；其适合作为同类产品通过WIFI技术实现室内定位方法的应用，以及同类定位方法的改进。
附图说明
图1是本发明的实施例为同一直线上参考节点位置示意图。
图2和图3是本发明的实施例为两个待测点与参考节点之间位置示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明结构和使用作进一步描述。该室内定位方法通过位于同一直线上三参考节点的位置信息获取待测节点的位置坐标的多个估计值，并将估计值与待测节点的上个坐标比较，计算各估计值与上一节点位置坐标的距离并取一最优的决策距离，在通过迭代计算出新的估计值，由估计值与原有中的两个参考节点反算出另一参考节点估计值，参考节点与原参考节点比较，距离最优的待测点估计值所在的位置即为最终的待测点。该室内定位方法在三点定位法、三角定位算法和/或质心定位算法三种定位算法因参考节点位于同一直线的情况下导致算法失效时，启动该室内定位方法。从而该室内定位方法在原有室内定位的技术方案基础上，增加对三点一线这种特殊情况的处理方法，减少定位失败，保证较高的定位精度及准确率。
该室内定位方法的具体流程如下：
S1：离线训练阶段，确定各个参考节点的位置坐标信息，并保存到数据库中；
S2：待测节点收到三个不同参考节点的信息时，判断各参考节点在实际的空间位置中是否处于同一直线上；若是则跳转到S21，否则跳转到S23；
S21：待测节点收到来自同一直线的三个参考节点。由于待测节点位于室内，节点的运动速度较慢，因此当前待测节点的位置与待测节点上一次定位的位置相距较近，同时由于待测点与各个参考节点的距离不同、待测节点处于运动状态，所以待测点收到各个参考节点的位置信息也会存在一定偏差；故将得到的待测节点的估计值与上一次定位位置进行运算，计算出各估计值与上一位置信息的距离，取其最短的距离为最优的决策距离。
如图1所示，A、B、C为同一直线上的参考节点，P为待测节点当前的位置，P0为待测节点上一次定位的位置，P1、P2为参考节点A、B计算出当前待测节点位置的估计值，P3、P4为参考节点B、C计算出当前待测节点位置的估计值。P1、P2、P3、P4到P0的距离记为：11、12、13、14，并取其最小的值(最短的距离)li为最优的决策距离。
S22：通过三个参考节点进行迭代，计算待测节点的坐标；从共线的三个参考节点中去除两组参考节点，每组包含两个参考节点，分为AB、AC、BC共三组，利用公式求取待测点的坐标：
其中，a：计算横坐标：
Figure GSB0000189129610000041
其中
Figure GSB0000189129610000042
Figure GSB0000189129610000043
Figure GSB0000189129610000044
x1、x2为待测估计点的位置横坐标，xa、xb、ya、yb为对应参考节点的坐标；
b：计算纵坐标：
Figure GSB0000189129610000045
y1、y2为待测估计点的位置纵坐标；
由两组参考节点得到四个待测点的坐标，计算所述四个待测点的坐标与待测节点坐标的距离，选出与最优的决策距离之差绝对值最小的两个待测点Q1、Q2。
S23：利用S22中的两个待测点Q1、Q2分别与三个参考节点中的任意两个参考节点反算出第三个参考节点的位置。如图2、图3所示，即假设与参考节点A、B组成新的参考节点A、B、Q1与A、B、Q2；利用原有的定位算法计算新参考节点下C的坐标位置C1、C2，各新参考节点所在圆的半径为测量到与C点的距离，计算C1、C2与C的距离，其中距离与最优的决策距离绝对差值最小的所在的待测节点估计值即为现待测节点所在的坐标。
该室内定位方法对于位于同一直线上的，通过三参考节点的位置信息计算待测节点的位置坐标的多个估计值，获取最优决策的距离，再通过迭代计算及原有的质心定位算法反算出另一参考节点估计值，最终得出待测点的位置坐标。上述迭代法是数值计算中一类典型方法，应用于方程求根，方程组求解，矩阵求特征值等方面；其基本思想是逐次逼近，先取一个粗糙的近似值，然后用同一个递推公式，反复校正此初值，直至达到预定精度要求为止。迭代计算次数指允许公式反复计算的次数，在Excel中通常只针对循环引用生效，其他公式在循环引用状态下不产生变化。

Claims (1)

1.一种较高精度的室内定位方法，该室内定位方法基于WIFI的室内定位技术，其特征在于该室内定位方法通过位于同一直线上三参考节点的位置信息获取待测节点的位置坐标的多个估计值，并将估计值与待测节点的上个坐标比较，计算各估计值与上一节点位置坐标的距离并取一最优的决策距离，取其最短的距离为最优的决策距离，在通过迭代计算出新的估计值，由估计值与原有中的两个参考节点反算出另一参考节点估计值，参考节点与原参考节点比较，距离最优的待测点估计值所在的位置即为最终的待测点；
该室内定位方法的具体流程如下：
S1：离线训练阶段，确定各个参考节点的位置坐标信息，并保存到数据库中；
S2：待测节点收到三个不同参考节点的信息时，判断各参考节点在实际的空间位置中是否处于同一直线上；若是则跳转到S21，否则跳转到S23；
S21：待测节点收到来自同一直线的三个参考节点；
S22：通过三个参考节点进行迭代，计算待测节点的坐标；从共线的三个参考节点中去除两组参考节点，每组包含两个参考节点，分为三组，利用公式求取待测点的坐标：
其中，a：计算横坐标：
Figure FSB0000189560070000011
其中
Figure FSB0000189560070000012
Figure FSB0000189560070000013
Figure FSB0000189560070000014
x1、x2为待测估计点的位置横坐标，xa、xb、ya、yb为对应参考节点的坐标；
b：计算纵坐标：
Figure FSB0000189560070000015
y1、y2为待测估计点的位置纵坐标；li为最优的决策距离；
由两组参考节点得到四个待测点的坐标，计算所述四个待测点的坐标与待测节点坐标的距离，选出与最优的决策距离之差绝对值最小的两个待测点Q1、Q2；
S23：利用S22中的两个待测点Q1、Q2分别与三个参考节点中的任意两个参考节点反算出第三个参考节点的位置；即假设与参考节点A、B组成新的参考节点A、B、Q1与A、B、Q2；利用原有的定位算法计算新参考节点下C的坐标位置C1、C2，各新参考节点所在圆的半径为测量到与C点的距离，计算C1、C2与C的距离，其中距离与最优的决策距离绝对差值最小的所在的待测节点估计值即为现待测节点所在的坐标；
该室内定位方法在三点定位法、三角定位算法和/或质心定位算法因参考节点位于同一直线的情况下导致算法失效时，启动该室内定位方法。
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