CN108834044B - 一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及共享单车通信定位领域，提供了一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，包括：共享单车投放前，进行AP三维标定，并建立AP信息数据库，共享单车投放后，通过WiFi定位模块获得区域内AP定位信息，并将获得的AP定位信息传递给处理器，所述处理器进行处理并控制GPRS模块将处理后的信息上传至服务器，服务器根据接收到的信息以及AP信息数据库，计算共享单车的当前位置，服务器对显示客户端的定位请求进行响应，根据定位请求进行数据筛选及计算，并将计算出的位置信息实时传送至定位显示客户端。本发明建立AP信息数据库时，只建立在区域内AP标签数量坐标信息的数据库，节约了工作量和减少服务器的负载。

Description

一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法

技术领域

本发明涉及共享单车通信定位领域，尤其涉及一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法。

背景技术

目前，共享单车出现井喷式发展，其中共享单车定位方式为共享单车核心竞争因素和限制因素，现有共享单车大多采用GPS物联网定位方案，如中国发明专利公开号为CN106892038A、名称为“共享单车车载GPS装置的电源管理方法”等专利技术方案。但是通过对GPS定位的研究，如何川等人发表的“城市峡谷”环境中的车载GPS精确定位技术研究，发现在城市峡谷和室内环境等情况下，GPS不能精确定位，甚至不能定位的情况，即无法满足在城市中此情况下的定位要求。基于WiFi芯片相关硬件设备的普及，WiFi定位算法的研究，如：三边定位、指纹数据库、三角定位等，利用WiFi定位技术可以在一定程度上满足在GPS定位情况较差的情况下的应用。

共享单车实际方案实施过程中，为减少工作量，提高定位精度，需要对AP标签信息进行数据库建立，即需要对AP信号源位置进行标定。但在传统WiFi定位应用中发现，为获得良好的定位精度，需要建立的服务器指纹数据库工作量较大，如SKYHOOK、百度等公司的指纹库建立，在一定区间内搜集指纹数据库数量大于幂次级，这无疑是巨大的工作量。

中国发明专利公开号为CN107087259A、名称为“基于手机的区域WiFi热点位置测定技术”，该发明通过信号源反向标定技术，主要基于信号传播特性的两圆模型，采用三点定位获得WiFi热点位置，但是在标定过程中只具体到信号源的二维坐标，并且采用的两圆模型计算量大。

中国发明专利公开号为CN106535099A、名称为“一种WiFi信号源定位方法”，该发明提出的定向天线角度测试方法，通过在不同位置对信号源的方位进行测试，得到不同方位时的交叉点作为信号源的位置，原理简单、操作简便且得到的位置精准，但是如上所检测的WiFi信号源位置同样只具体到二维坐标位置。同时WiFi定位技术通常应用在移动终端的定位，如：手机等，这意味着所谓的WiFi定位技术依托于强大的硬件设备和编程语言，定位端与定位结果查看端在一起。

综上所述，虽然现阶段WiFi定位技术在有了很快的发展，但是在共享单车定位领域尚未出现。并且现有的WiFi定位存在工作量大，依赖于较为强大的硬件设备，普及程度窄等缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，旨在解决AP信号源位置标定的问题以及WiFi定位信息的远程通信问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，所述共享单车上均安装有WiFi定位模块，所述定位方法具体如下：

共享单车投放前，进行AP三维标定，并建立AP信息数据库，具体为：

S1：首先将AP信号探测装置安装在与WiFi定位模块同一高度处，所述AP信号探测装置探测区域内AP信号强度和MAC地址，然后任意选取一个强度，利用GPS标定该强度对应的多个位置的二维坐标，标定位置的个数不小于三，最后利用中垂法，建立方程组，确定共享单车AP信号源二维坐标；

S2：将定位天线安装在与WiFi定位模块同一高度处；

S3：所述定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，确定AP强度最大的方向角α；

S4：再将定位天线重新安装在WiFi定位模块下方位置处，定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，确定AP强度最大的方向角β，根据α和β计算出AP所在的垂直高度，即垂直坐标；

S5：根据S1获得的AP信号源二维坐标以及S4获得的垂直坐标获得共享单车AP信号源的三维坐标；

S6：统计所有共享单车AP信号源的三维坐标，建立AP信息数据库；

共享单车投放后，通过WiFi定位模块获得区域内AP定位信息，所述WiFi定位模块将获得的AP定位信息传递给处理器，所述处理器对接收到的AP定位信息进行处理并控制GPRS模块将处理后的信息上传至服务器，所述服务器根据接收到的信息以及AP信息数据库，利用WiFi定位算法计算共享单车的当前位置，服务器对显示客户端的定位请求进行响应，根据定位请求进行数据筛选及计算，并将计算出的位置信息实时传送至定位显示客户端。

进一步地，所述WiFi定位模块获得的AP定位信息包括AP信号的强度和MAC地址。

进一步地，所述处理器对接收到的AP定位信息进行处理并控制GPRS模块将处理后的信息上传至服务器的具体过程为：所述处理器根据获得的AP定位信息完成识别MAC地址、数量和强度，处理器根据WiFi定位模块探测到的AP定位信息数据是否有更新，若有更新，控制GPRS模块将识别到的MAC地址和强度上传至服务器；否则，GPRS处于休眠模式。

进一步地，所述服务器为计算机或者虚拟云服务器。

进一步地，所述WiFi定位算法为三边定位算法。

进一步地，所述步骤S1中，利用GPS标定位置中每相邻两个位置连线，并建立连线的中垂线，选取任意三条中垂线两两相交的交点，所述交点的个数为三，连接三个交点形成三角形，然后确定所述三角形的质心，最后以所述质心位置对AP信号源二维坐标MAC(x,y)进行修正。

进一步地，所述定位显示客户端为基于手机或PDA的定位信息查看软件。

进一步地，所述步骤S6中建立AP信息数据库的具体过程为：服务器与GPRS通信模块达成传输协议，接收GPRS通信模块上传的数据。

本发明的有益效果：

1.本发明建立AP信息数据库时，只建立在区域内AP标签数量坐标信息的数据库。与传统的指纹数据库相比，节约了工作量和减少服务器的负载。并且利用本发明的开发公司可不依托于百度、SKYHOOK公司等的数据库，可按照实际要求进行数据库的简易，减少了成本，同时依托于数据库的唯一性提高市场竞争力。

2.本发明通过多测量反向标定和垂直距离角度标定，对于AP点的标定可以生成三维坐标，增加了精确度。

3.本发明实现独立WiFi定位模块与定位显示客户端分离，通过GPRS无线通讯模块进行数据的联网传输，为降低能耗通过处理器进行决定GPRS通讯模块是否处于“休眠”还是工作状态。

附图说明

图1为本发明所述三维标定的示意模型图。

图2为本发明所述一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法对应的定位装置的示意图。

图3为本发明实施例利用中垂法确定共享单车AP信号源二维坐标的原理图。

图4为本发明实施例对AP信号源二维坐标MAC(x,y)进行修正的原理图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，所述共享单车上均安装有WiFi定位模块，所述定位方法具体如下：

共享单车投放前，进行AP三维标定，并建立AP信息数据库。具体为：

S1：如图1所示，首先将AP信号探测装置安装在与WiFi定位模块同一高度H处，所述AP信号探测装置探测区域内AP信号强度和MAC地址，选择一个强度，然后利用GPS标定下该强度对应的一坐标位置(x1,y1)，按照当前强度再标定两个位置(x2,y2)，(x3,y3)，如图3所示，以(x1,y1)，(x2,y2)连接所在直线作中垂线，所得中垂线方程1：

以(x2,y2)，(x3,y3)连接所在直线做中垂线，所得中垂线方程2：

联立上述两中垂线方程1,2，建立方程组：

得到坐标(x,y)，即标定为共享单车AP信号源二维坐标MAC(x,y)；

S2：将定位天线安装在与WiFi定位模块同一高度处；

S3：所述定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，定向天线对WiFi信号强度进行解析，确定AP强度最大的方向角α；

S4：再将定位天线重新安装在WiFi定位模块下方位置n*H(0<n<1)处，定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，确定AP强度最大的方向角β，

根据α和β算出AP所在的垂直高度，即垂直坐标；

S5：根据S1获得的AP信号源二维坐标以及S4获得的垂直坐标获得共享单车AP信号源的三维坐标MAC(x,y,z)；

S6：统计所有共享单车AP信号源的三维坐标MAC(x,y,z)，利用GPRS无线数据传输模块进行联网通信，向服务器上传AP信号源的三维坐标MAC(x,y,z)，建立AP信息数据库；

共享单车投放后，如图2所示，WiFi定位模块获得区域内AP定位信息，包括AP信号的强度和MAC地址，所述WiFi定位模块将获得的AP定位信息传递给处理器，所述处理器根据获得的AP定位信息完成识别MAC地址、数量和强度，处理器控制GPRS数据传输模块，考虑到功耗问题，GPRS模块并非处于一直“开启”的状态，根据WiFi定位模块探测到的AP定位信息数据是否有更新，若有更新，控制GPRS模块将识别到的MAC地址和强度上传至服务器；否则，GPRS处于休眠模式，所述服务器根据接收到的信息以及AP信息数据库，利用三边定位算法计算共享单车的当前位置，服务器对显示客户端的定位请求进行响应，包括对单个车辆进行定位请求，服务器进行数据筛选及计算，并将计算出的位置信息实时传送至定位显示客户端，定位显示客户端结合软件显示，提供用户查看定位信息。

本发明的三维标定方法主要基于无线通信在自由空间传播的距离方法，垂直方向距离角度定向算法，结合WiFi的RSS强度在环境中分布情况：RSS＝-10nlog₁₀d+A。

其中，n为信号衰减因子，与硬件和环境有关，范围一般为2-4；d为定位节点与参考节点之间的距离；A为定位节点与参考节点之间的距离为1m时的RSS值。

如上所述信号强度模型，在自由空间内，AP强度在以AP信号发射装置为圆心，d为半径的圆上，强度大小唯一。

针对于现实环境中，由环境等因素带来的信号衰减及影响，导致信号模型图并非是一个圆，出现不规则的情况。步骤S1中，从选取的强度所对应的多个位置中选择四个位置，如图4所示，通过建立中垂线的方法使其中三条中垂线相交于三个节点，将上述三个节点连接成三角形，确定上述三角形的质心，以上述质心位置，对AP信号源二维坐标MAC(x,y)进行修正。

本发明服务器为计算机或者虚拟云服务器，本发明的定位显示客户端，主要是基于手机、PDA的定位信息查看软件，定位显示客户端具有联网的能力、与服务器通讯的能力以及信息交互的能力，包括发出定位请求。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述共享单车上均安装有WiFi定位模块，所述定位方法具体如下：

共享单车投放前，进行AP三维标定，并建立AP信息数据库，具体为：

S1：首先将AP信号探测装置安装在与WiFi定位模块同一高度H处，所述AP信号探测装置探测区域内AP信号强度和MAC地址，选择一个强度，然后利用GPS标定下该强度对应的一坐标位置(x1,y1)，按照当前强度再标定两个位置(x2,y2)，(x3,y3)，以(x1,y1)，(x2,y2)连接所在直线作中垂线，所得中垂线方程1：

以(x2,y2)，(x3,y3)连接所在直线做中垂线，所得中垂线方程2：

联立所述中垂线方程1和所述中垂线方程2，建立方程组：

得到坐标(x,y)，标定为共享单车AP信号源二维坐标MAC(x,y)；

S2：将定位天线安装在与WiFi定位模块同一高度处；

S3：所述定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，确定AP强度最大的方向角α；

S4：再将所述定位天线重新安装在WiFi定位模块下方位置n*H(0<n<1)处，定位天线以垂直方向为基点，按垂直地面方向360度匀速旋转，确定AP强度最大的方向角β，

根据α和β算出AP所在的垂直高度，即垂直坐标；

S5：根据S1获得的AP信号源二维坐标以及S4获得的垂直坐标获得共享单车AP信号源的三维坐标；

S6：统计所有共享单车AP信号源的三维坐标，建立AP信息数据库；

共享单车投放后，通过WiFi定位模块获得区域内AP定位信息，所述WiFi定位模块将获得的AP定位信息传递给处理器，所述处理器对接收到的AP定位信息进行处理并控制GPRS模块将处理后的信息上传至服务器，所述服务器根据接收到的信息以及AP信息数据库，利用WiFi定位算法计算共享单车的当前位置，服务器对显示客户端的定位请求进行响应，根据定位请求进行数据筛选及计算，并将计算出的位置信息实时传送至定位显示客户端。

2.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，的所述WiFi定位模块获得的AP定位信息包括AP信号的强度和MAC地址。

3.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述处理器对接收到的AP定位信息进行处理并控制GPRS模块将处理后的信息上传至服务器的具体过程为：所述处理器根据获得的AP定位信息完成识别MAC地址、数量和强度，处理器根据WiFi定位模块探测到的AP定位信息数据是否有更新，若有更新，控制GPRS模块将识别到的MAC地址和强度上传至服务器；否则，GPRS处于休眠模式。

4.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述服务器为计算机或者虚拟云服务器。

5.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述WiFi定位算法为三边定位算法。

6.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用GPS标定位置中每相邻两个位置连线，并建立连线的中垂线，选取任意三条中垂线两两相交的交点，所述交点的个数为三，连接三个交点形成三角形，然后确定所述三角形的质心，最后以所述质心位置对AP信号源二维坐标MAC(x,y)进行修正。

7.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述定位显示客户端为基于手机或PDA的定位信息查看软件。

8.根据权利要求1所述的基于三维标定的共享单车WiFi定位方法，其特征在于，所述步骤S6中建立AP信息数据库的具体过程为：服务器与GPRS通信模块达成传输协议，接收GPRS通信模块上传的数据。

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