CN108495261B - 一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法及系统，通过套接字的方式将矢量化标记上传给服务器并存储到矢量化标记数据库中；整个过程管理人员规划好矢量化标记间隔后通过客户端采集矢量化标记后就可自动完成矢量化标记的上传；用户手持装有本系统开发的客户端软件的无线终端设备后,点击前台客户端中相应按钮就可获得实时的楼层位置信息；不需要使用操作，完全自动运行；用户除了携带WIFI终端，不需要其他任何操作携带其他附属装置即可反向定位用户坐标；适用于多种复杂地形，例如中空中岛，多楼层信号传播造成的信号定位误差；整套方法及系统提供的数据为消费者动线分析，室内导航等应用提供精准基础数据。

Description

一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法和系统

技术领域

本发明涉及一种对个体在室内的定位及楼层的定位的方法及系统，尤其涉及一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法及系统。

背景技术

室内用户分层定位对运营商进行楼层级网络覆盖评估和优化具有重大意义，同一楼宇不同楼层之间因楼层结构不同可能存在巨大的网络质量差异。基于用户经纬度信息通过国际移动用户识别码(International Mobile Subscriber Identification Number，IMSI)+小区(CELL)+时间(TIME)方式与测量报告(Measurement Report，MR)无线网络关联，将MR采样点定位到楼宇建筑内，可以进行楼宇网络质量评估，楼层级评估则需要进一步将用户位置按楼层进行分层定位。

目前，现有无线网络(WIFI)定位采用与用户终端介质访问控制(Media AccessControl，MAC)关联的方式，从用户类和认证类日志中提取用户上网连接设备(AP)，用户账号及设备的MAC、接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)值，与现有资源数据中AP设备实际经纬度进行匹配，利用信号传播模型，进行RSSI方式用户定位，或者通过多个WIFI网络的RSSI取值及AP设备经纬度，进行混合方式定位。

但现有的WIFI定位方式高度依赖于准确、完备的WIFI网络资源数据，需要有明确的室内AP设备安装位置及楼层，因此，在实际使用中，存在资源数据不足、资源数据采集困难，耗费巨大等问题。

现有的室内定位技术，在理想平面内可得到良好的数据结果，但在应对实际的商场、购物中心中的各类异性大小店铺阻隔时，无法得到精确数据；对于多楼层建筑，现有的定位技术由于对跨楼层信号无法有效处理，出现大量的无效结果数据。

本发明通过优化部署数据采集，采用自创的无源方向定位算法，通过系统化的方法提高数据结果精度。

发明内容

本发明是为解决上述所提到问题而提出的，其目的在于提出一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法和系统，用于处理位置识别中特别是楼层高度识别的相关问题。

本发明的目的并不局限于此，对于未提及的其他目的，本领域技术人员可以通过以下记载明确理解。

本发明首先保护一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法，其特征在于，包括：

A. 准备阶段：对检测区域进行矢量化标记采集,构建矢量化标记数据库,利用无线信号对环境的依赖性进行定位,事先选好检测区域来采集矢量化标记；通过套接字的方式将矢量化标记上传给Locator服务器,Locator服务器再将矢量化标记存储到矢量化标记数据库中；整个过程管理人员规划好矢量化标记间隔后通过后台客户端采集矢量化标记后就可由后台客户端自动完成矢量化标记的上传；

B：定位阶段：对处于检测区域中的用户进行定位。用户手持装有本系统开发的客户端软件的无线终端设备后,点击前台客户端中相应按钮就可获得实时的楼层位置信息。

本发明还请求保护一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，包括：

客端和Locator服务器端，其中客户端分为前台客户端和后台客户端；后台客户端实时采集在某一位置采集来自周围邻近基站的RSRP值及该位置的物理坐标,并上传给Locator服务器;前台客户端用于在线阶段为用户提供位置矢量化标记定位的服务；Locator服务器运行在PC机上,其拥有强大的存储能力以及计算能力；Locator服务器功能分为两类:响应后台客户端的矢量化标记存储请求,响应前台客户端的定位请求。

本发明中，部署WIFI终端识别设备以内部一个分析区域为部署目标，对于单个识别设备无法覆盖区域，通过多个设备的部署完成覆盖；对于终端定位所在的区域地图进行矢量化处理标记，以做定位数据准备；WIFI终端设备在区域内时，通过三点定位优化算法实现区域内的精准定位；本发明中，采用了多路径逻辑判断定位方法排除噪音数据对定位算法的干扰。此方法中，判定一个终端设备只会出现在一个物理空间内，即通过大量的多定位实时计算，将坐标定位于单个物理空间内；通过对定位坐标的时间序列的异常检测，对多次定位结果进行基于是空上的异常检测，对于异常点做排除及平滑处理；楼层的基准定位基于矢量化处理标记和气压表数据判定方法进行，给予精准的定位坐标。

本申请所涉及的整套方法及系统，包括WIFI网络终端识别设备，计算系统，在部署完成后，不需要使用操作，完全自动运行；用户除了携带WIFI终端，不需要其他任何操作携带其他附属装置即可反向定位用户坐标；适用于多种复杂地形，例如中空中岛，多楼层信号传播造成的信号定位误差；整套方法及系统提供的数据为消费者动线分析，室内导航等应用提供精准基础数据。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

附图1为本发明所涉及的方法的工作流程图；

附图2为本发明所涉及的系统的模块构成图。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

参照附图1，本发明首先保护一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法，其特征在于，包括：

A. 准备阶段：对检测区域进行矢量化标记采集,构建矢量化标记数据库,利用无线信号对环境的依赖性进行定位,事先选好检测区域来采集矢量化标记；通过套接字的方式将矢量化标记上传给Locator服务器,Locator服务器再将矢量化标记存储到矢量化标记数据库中；整个过程管理人员规划好矢量化标记间隔后通过后台客户端采集矢量化标记后就可由后台客户端自动完成矢量化标记的上传；

B：定位阶段：对处于检测区域中的用户进行定位。用户手持装有本系统开发的客户端软件的无线终端设备后,点击前台客户端中相应按钮就可获得实时的楼层位置信息。

优选的，所述准备阶段对检测区域进行矢量化标记采集,构建矢量化标记数据库,利用无线信号对环境的依赖性进行定位,所需耍事先选好检测区域来采集矢量化标记还包括：

对于终端定位所在的区域地图进行矢量化处理标记，以做定位数据准备，管理员针对某一区域设定采集的路线及采集方法,将某一位置处的经纬度坐标及一组来自邻近基站的信号强度值作为一个矢量化标记,矢量化标记经预处理后通过网络上传给Locator服务器并存入矢量化标记数据库中；在定位阶段,前台客户端实时采集某一未知位置的邻近基站信号强度和气压高度表上的强度值,同样经过预处理后通过网络上传给Locator服务器,Locator服务器选取相应的匹配定位算法进行计算,然后将位置估计结果通过网络下发给前台客户端。

优选的，所述准备阶段通过套接字的方式将矢量化标记上传给Locator服务器,Locator服务器再将矢量化标记存储到矢量化标记数据库中还包括：

使用TCP/IP协议中的Socket套接字接入无线网；使用包含java.util.dll包内的SocketServer和SocketClient类分别实例化Socket服务器和客户端。

优选的，所述定位阶段还包括：

当无线终端设备在区域内时，通过三点定位优化算法实现区域内的精准定位。

优选的，所述定位阶段还包括：

通过对定位坐标的时间序列的异常检测，对多次定位结果进行基于是空上的异常检测，对于异常点做排除及平滑处理。

优选的，所述定位阶段还包括：

采用了多路径逻辑判断定位方法排除噪音数据对定位算法的干扰；判定一个终端设备只会出现在一个物理空间内，即通过大量的多定位实时计算，将坐标定位于单个物理空间内。

优选的，所述定位阶段还包括：

Locator服务器在接收到来自前台客户端的信号矢量化标记信息和定位请求时,连接矢量化标记数据库,根据动态二次搜索算法读取矢量化标记数据库中有用的矢量化标记和气压高度表数值,然后执行改进的匹配定位算法,得出待定位点坐标值,最后发送给前台客户端使其显示定位结果。

参照附图2，本发明还请求保护一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，包括：客户端和Locator服务器端，其中客户端分为前台客户端和后台客户端；后台客户端实时采集在某一位置采集来自周围邻近基站的RSRP值及该位置的物理坐标,并上传给Locator服务器;前台客户端用于在线阶段为用户提供位置矢量化标记定位的服务；Locator服务器运行在PC机上,其拥有强大的存储能力以及计算能力；Locator服务器功能分为两类:响应后台客户端的矢量化标记存储请求,响应前台客户端的定位请求。

优选的，所述后台客户端还包括：

信号抽取与处理模块，对于终端定位所在的区域地图进行矢量化处理标记，以做定位数据准备，管理员针对某一区域设定采集的路线及采集方法,将某一位置处的经纬度坐标及一组来自邻近基站的信号强度值作为一个矢量化标记,矢量化标记经预处理后通过网络上传给Locator服务器并存入矢量化标记数据库中；在定位阶段,前台客户端实时采集某一未知位置的邻近基站信号强度值和气压高度表上的强度值,同样经过预处理后通过网络上传给Locator服务器,Locator服务器选取相应的匹配定位算法进行计算,然后将位置估计结果通过网络下发给前台客户端。优选的，所述后台客户端还包括：

无线通信模块，使用TCP/IP协议中的Socket套接字接入无线网；使用包含java.util.dll包内的SocketServer和SocketClient类分别实例化Socket服务器和客户端。

优选的，所述前台客户端还包括：

定位模块，当无线终端设备在区域内时，通过三点定位优化算法实现区域内的精准定位。

优选的，所述前台客户端还包括：

时间序列检测模块，通过对定位坐标的时间序列的异常检测，对多次定位结果进行基于是空上的异常检测，对于异常点做排除及平滑处理。

优选的，所述前台客户端还包括：

路径判断模块，采用多路径逻辑判断定位方法排除噪音数据对定位算法的干扰；判定一个终端设备只会出现在一个物理空间内，即通过大量的多定位实时计算，将坐标定位于单个物理空间内。

优选的，所述前台客户端还包括：

Locator服务器在接收到来自前台客户端的信号矢量化标记信息和定位请求时,连接矢量化标记数据库,根据动态二次搜索算法读取矢量化标记数据库中有用的矢量化标记和气压高度表数值,然后执行改进的匹配定位算法,得出待定位点坐标值,最后发送给前台客户端使其显示定位结果。

Claims (8)

1.一种基于无线传感器的室内位置精准定位方法，其特征在于，包括：

A.准备阶段：对检测区域进行矢量化标记采集，构建矢量化标记数据库，利用无线信号对环境的依赖性进行定位，事先选好检测区域来采集矢量化标记；通过套接字的方式将矢量化标记上传给Locator服务器，Locator服务器再将矢量化标记存储到矢量化标记数据库中；整个过程管理人员规划好矢量化标记间隔后通过后台客户端采集矢量化标记后就可由后台客户端自动完成矢量化标记的上传；

B：定位阶段：对处于检测区域中的用户进行定位，用户手持装有本系统开发的客户端软件的无线终端设备后，点击前台客户端中相应按钮就可获得实时的楼层位置信息；

所述准备阶段对检测区域进行矢量化标记采集，构建矢量化标记数据库，利用无线信号对环境的依赖性进行定位，所需要事先选好检测区域来采集矢量化标记还包括：

对于终端定位所在的区域地图进行矢量化处理标记，以做定位数据准备，管理员针对某一区域设定采集的路线及采集方法，将某一位置处的经纬度坐标及一组来自邻近基站的信号强度值作为一个矢量化标记，矢量化标记经预处理后通过网络上传给Locator服务器并存入矢量化标记数据库中；在定位阶段，前台客户端实时采集某一未知位置的邻近基站信号强度和气压高度表上的强度值，同样经过预处理后通过网络上传给Locator服务器，Locator服务器选取相应的匹配定位算法进行计算，然后将位置估计结果通过网络下发给前台客户端；

所述定位阶段还包括：通过对定位坐标的时间序列的异常检测，对多次定位结果进行基于时空上的异常检测，对于异常点做排除及平滑处理；采用了多路径逻辑判断定位方法排除噪音数据对定位算法的干扰；判定一个终端设备只会出现在一个物理空间内，即通过大量的多定位实时计算，将坐标定位于单个物理空间内。

2.如权利要求1所述的基于无线传感器的室内位置精准定位方法，所述准备阶段通过套接字的方式将矢量化标记上传给Locator服务器，Locator服务器再将矢量化标记存储到矢量化标记数据库中还包括：

使用TCP/IP协议中的Socket套接字接入无线网；使用包含java.util.dll包内的SocketServer和SocketClient类分别实例化Socket服务器和客户端。

3.如权利要求1所述的基于无线传感器的室内位置精准定位方法，所述定位阶段还包括：

当无线终端设备在区域内时，通过三点定位优化算法实现区域内的精准定位。

4.如权利要求1所述的基于无线传感器的室内位置精准定位方法，所述定位阶段还包括：

Locator服务器在接收到来自前台客户端的信号矢量化标记信息和定位请求时，连接矢量化标记数据库，根据动态二次搜索算法读取矢量化标记数据库中有用的矢量化标记和气压高度表数值，然后执行改进的匹配定位算法，得出待定位点坐标值，最后发送给前台客户端使其显示定位结果。

5.一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，包括：客户端和Locator服务器端，其中客户端分为前台客户端和后台客户端；后台客户端实时采集在某一位置采集来自周围邻近基站的RSRP值及该位置的物理坐标，并上传给Locator服务器；前台客户端用于在线阶段为用户提供位置矢量化标记定位的服务；Locator服务器运行在PC机上，其拥有强大的存储能力以及计算能力；Locator服务器功能分为两类：响应后台客户端的矢量化标记存储请求，响应前台客户端的定位请求；

所述后台客户端还包括：

信号抽取与处理模块，对于终端定位所在的区域地图进行矢量化处理标记，以做定位数据准备，管理员针对某一区域设定采集的路线及采集方法，将某一位置处的经纬度坐标及一组来自邻近基站的信号强度值作为一个矢量化标记，矢量化标记经预处理后通过网络上传给Locator服务器并存入矢量化标记数据库中；在定位阶段，前台客户端实时采集某一未知位置的邻近基站信号强度值和气压高度表上的强度值，同样经过预处理后通过网络上传给Locator服务器，Locator服务器选取相应的匹配定位算法进行计算，然后将位置估计结果通过网络下发给前台客户端；

所述前台客户端还包括：

时间序列检测模块，通过对定位坐标的时间序列的异常检测，对多次定位结果进行基于时空上的异常检测，对于异常点做排除及平滑处理；

路径判断模块，采用多路径逻辑判断定位方法排除噪音数据对定位算法的干扰；判定一个终端设备只会出现在一个物理空间内，即通过大量的多定位实时计算，将坐标定位于单个物理空间内。

6.如权利要求5所述的一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，所述后台客户端还包括：

无线通信模块，使用TCP/IP协议中的Socket套接字接入无线网；使用包含java.util.dll包内的SocketServer和SocketClient类分别实例化Socket服务器和客户端。

7.如权利要求5所述的一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，所述前台客户端还包括：

定位模块，当无线终端设备在区域内时，通过三点定位优化算法实现区域内的精准定位。

8.如权利要求5所述的一种基于无线传感器的室内位置精准定位系统，其特征在于，所述前台客户端还包括：

Locator服务器在接收到来自前台客户端的信号矢量化标记信息和定位请求时，连接矢量化标记数据库，根据动态二次搜索算法读取矢量化标记数据库中有用的矢量化标记和气压高度表数值，然后执行改进的匹配定位算法，得出待定位点坐标值，最后发送给前台客户端使其显示定位结果。