CN109275106B - 一种基于无线接收信号强度的室内定位方法 - Google Patents

一种基于无线接收信号强度的室内定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线接收信号强度的室内定位方法，首选确定室内各个参考点，通过选定的各个参考点与待定位人员的位置处获取的无线路由器的接收信号强度值的差异来确定两个物理距离的权重，然后对两个物理距离的权重进行融合，通过两个物理距离和两个物理距离的权重得到最终权重，并基于最终权重计算得到一个位置坐标，把该位置坐标所处位置作为待定位人员的定位位置；优点是在定位过程中，充分利用了各个参考点采集的无线路由器的接收信号强度值，确立接收信号强度与物理距离之间的指数关系，克服采集无线路由器的接收信号强度值过程中wifi空间分辨率不均匀的问题，使得定位具有更高的定位精度。

Description

一种基于无线接收信号强度的室内定位方法
技术领域
本发明涉及一种室内定位方法，尤其是涉及一种基于无线接收信号强度的室内定位方法。
背景技术
当前，在无线局域网环境下的室内定位方法将待定位人员随身携带的带有wifi模块的NB-IOT手表的位置作为其位置，使用信号空间中的最近邻居技术(NNSS)获取NB-IOT手表的位置，从而得到待定位人员的位置，实现室内定位。该室内定位方法主要包括以下三个阶段：环境搭建、数据库建立和定位。在环境搭建阶段，首先以待定位的室内的一个墙角作为原点，相互垂直的两个墙边分别作为x轴和y轴构建的一个二维坐标系，在原点处放置一个无线路由器，然后在x轴和y轴方向每隔2米放置一个无线路由器，直至x轴和y轴方向不足2米，每个无线路由器均是一个无线接入点，并且在室外监测室设置一台电脑；然后，在室内随机选取一定数量的位置作为参考点，一名测试人员携带带有wifi模块的NB-IOT手表依次在各个在参考点处用移动设备收集每个无线路由器发射的无线信号，并将接收到的每个无线路由器发射的无线信号通过NB-IOT手表传输给监测室的电脑。在数据库建立阶段，监测室的工作人员对电脑接收的各个参考点处的无线信号分别进行处理，每个参考点得到一组接收信号强度指示值
Figure GDA0002493599310000012
其中
Figure GDA0002493599310000011
为第j个参考点接收到的第i个无线路由器发射的无线信号强度指示值，n为室内设置的无线路由器的数量，i为大于等于1且小于等于n的整数，m表示参考点数量，j为大于等于1且小于等于m的整数，然后将每个参考点的样本数据保存在数据库中。在定位阶段，监测室的工作人员通过电脑获取到待定位人员携带的带有wifi模块的NB-IOT手表收到的无线信号，获得一组信号强度指示值RSSIi，其中RSSIi表示带有wifi模块的NB-IOT手表接收到的第i个无线路由器发射的无线信号强度指示值；接着计算欧几里得距离最小值，用数学公式表示为:min(D)，其中
Figure GDA0002493599310000021
最后，将D值最小的参考点的坐标作为待定位人员携带的NB-IOT手表的位置坐标，即待定位人员的位置坐标。
上述在无线局域网环境下的室内定位方法采用的是最近邻居方法，缺点是待测点的估计坐标只能选择参考点的坐标，这会导致定位结果呈离散状，定位精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种定位精度较高的基于无线接收信号强度的室内定位方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于无线接收信号强度的室内定位方法，包括以下步骤：
(1)在监测室设置一台终端处理设备，在待定位室内布置一组无线接入点，具体过程为：将待定位的室内的任意一个墙角作为原点，相交与该墙角且相互垂直的两个墙边分别作为x轴和y轴构建的一个二维坐标系，在原点处放置一个无线路由器，然后以原点为起始点在x轴和y轴方向每隔3米放置一个无线路由器，直至沿x轴和y轴方向的墙边长度不足3米，将每个无线路由器作为一个无线接入点；
(2)将室内布置的无线路由器的总数量记为M；在室内地面随机间隔选取k个位置，将这k个位置作为k个参考点，其中，
Figure GDA0002493599310000023
为向上取整符号，将第i个参考点在二维坐标系中的坐标记作(xi,yi)，i＝1,2,…,k；
(3)将一个具有wifi模块的NB-IOT手表依次放在上述k个参考点处，该具有wifi模块的NB-IOT手表与终端处理设备之间通过无线网络进行通讯，该带有wifi模块的NB-IOT手表分别获取每个位置处M个无线接入点的接收信号强度值，操作人员通过终端处理设备获取该具有wifi模块的NB-IOT手表将获取的所有接收信号强度值并保存，将该具有wifi模块的NB-IOT手表在第i个参考点处获取的第j个无线接入点的接收信号强度值记为
Figure GDA0002493599310000022
(4)当佩戴有具有wifi模块的NB-IOT手表的待定位人员位于待定位室内时，待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表分别获取其当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，监控室的工作人员通过终端处理设备获取待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，将待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处第j个无线接入点的接收信号强度值记为P(dj)；
(5)设定第i个位置处的两个物理距离以及两个物理距离的权重，将第i个位置处与待定位人员之间的距离作为第一个物理距离，记为Di，将第i个位置处的基于第一个物理距离Di的权重记为DDWi，将第i个位置处与所有无线接入点之间的距离之和作为第二个物理距离，记为Ri，将第i个位置处的基于第二个物理距离Ri的权重记为RPDWi；
(6)采用公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)计算得到Di、DDWi、Ri和RPDWi：
Figure GDA0002493599310000031
Figure GDA0002493599310000032
Figure GDA0002493599310000033
Figure GDA0002493599310000034
公式(1)～公式(4)中，∑为累加符号；
(7)将第i个参考点的最终权重记为ωi，采用公式(5)计算得到ωi：
Figure GDA0002493599310000041
(8)将待定位人员当前所处位置坐标记为(x',y')，采用公式(6)和公式(7)分别计算得到x'和y'：
Figure GDA0002493599310000042
Figure GDA0002493599310000043
(9)步骤(8)计算得到的x'为定位位置处的横坐标，y'为定位位置处的纵坐标。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过选定的各个参考点与待定位人员的位置处获取的无线路由器的接收信号强度值的差异来确定两个物理距离的权重，然后对两个物理距离的权重进行融合，通过两个物理距离和两个物理距离的权重得到最终权重，并基于最终权重计算得到一个位置坐标，把该位置坐标所处位置作为待定位人员的定位位置，在定位过程中，充分利用了各个参考点采集的无线路由器的接收信号强度值，确立接收信号强度与物理距离之间的指数关系，克服采集无线路由器的接收信号强度值过程中wifi空间分辨率不均匀的问题，使得定位具有更高的定位精度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：一种基于无线接收信号强度的室内定位方法，包括以下步骤：
(1)在监测室设置一台终端处理设备，在待定位室内布置一组无线接入点，具体过程为：将待定位的室内的任意一个墙角作为原点，相交与该墙角且相互垂直的两个墙边分别作为x轴和y轴构建的一个二维坐标系，在原点处放置一个无线路由器，然后以原点为起始点在x轴和y轴方向每隔3米放置一个无线路由器，直至沿x轴和y轴方向的墙边长度不足3米，将每个无线路由器作为一个无线接入点；
(2)将室内布置的无线路由器的总数量记为M；在室内地面随机间隔选取k个位置，将这k个位置作为k个参考点，其中，
Figure GDA0002493599310000053
为向上取整符号，将第i个参考点在二维坐标系中的坐标记作(xi,yi)，i＝1,2,…,k；
(3)将一个具有wifi模块的NB-IOT手表依次放在上述k个参考点处，该具有wifi模块的NB-IOT手表与终端处理设备之间通过无线网络进行通讯，该带有wifi模块的NB-IOT手表分别获取每个位置处M个无线接入点的接收信号强度值，操作人员通过终端处理设备获取该具有wifi模块的NB-IOT手表将获取的所有接收信号强度值并保存，将该具有wifi模块的NB-IOT手表在第i个参考点处获取的第j个无线接入点的接收信号强度值记为
Figure GDA0002493599310000051
(4)当佩戴有具有wifi模块的NB-IOT手表的待定位人员位于待定位室内时，待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表分别获取其当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，监控室的工作人员通过终端处理设备获取待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，将待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处第j个无线接入点的接收信号强度值记为P(dj)；
(5)设定第i个位置处的两个物理距离以及两个物理距离的权重，将第i个位置处与待定位人员之间的距离作为第一个物理距离，记为Di，将第i个位置处的基于第一个物理距离Di的权重记为DDWi，将第i个位置处与所有无线接入点之间的距离之和作为第二个物理距离，记为Ri，将第i个位置处的基于第二个物理距离Ri的权重记为RPDWi；
(6)采用公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)计算得到Di、DDWi、Ri和RPDWi：
Figure GDA0002493599310000052
Figure GDA0002493599310000061
Figure GDA0002493599310000062
Figure GDA0002493599310000063
公式(1)～公式(4)中，∑为累加符号；
(7)将第i个参考点的最终权重记为ωi，采用公式(5)计算得到ωi：
Figure GDA0002493599310000064
(8)将待定位人员当前所处位置坐标记为(x',y')，采用公式(6)和公式(7)分别计算得到x'和y'：
Figure GDA0002493599310000065
Figure GDA0002493599310000066
(9)步骤(8)计算得到的x'为定位位置处的横坐标，y'为定位位置处的纵坐标。

Claims (1)

1.一种基于无线接收信号强度的室内定位方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在监测室设置一台终端处理设备，在待定位室内布置一组无线接入点，具体过程为：将待定位的室内的任意一个墙角作为原点，相交与该墙角且相互垂直的两个墙边分别作为x轴和y轴构建的一个二维坐标系，在原点处放置一个无线路由器，然后以原点为起始点在x轴和y轴方向每隔3米放置一个无线路由器，直至沿x轴和y轴方向的墙边长度不足3米，将每个无线路由器作为一个无线接入点；
(2)将室内布置的无线路由器的总数量记为M；在室内地面随机间隔选取k个位置，将这k个位置作为k个参考点，其中，
Figure FDA0002493599300000011
Figure FDA0002493599300000012
为向上取整符号，将第i个参考点在二维坐标系中的坐标记作(xi,yi)，i＝1,2,…,k；
(3)将一个具有wifi模块的NB-IOT手表依次放在上述k个参考点处，该具有wifi模块的NB-IOT手表与终端处理设备之间通过无线网络进行通讯，该带有wifi模块的NB-IOT手表分别获取每个位置处M个无线接入点的接收信号强度值，操作人员通过终端处理设备获取该具有wifi模块的NB-IOT手表将获取的所有接收信号强度值并保存，将该具有wifi模块的NB-IOT手表在第i个参考点处获取的第j个无线接入点的接收信号强度值记为
Figure FDA0002493599300000013
(4)当佩戴有具有wifi模块的NB-IOT手表的待定位人员位于待定位室内时，待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表分别获取其当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，监控室的工作人员通过终端处理设备获取待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处M个无线接入点的接收信号强度值，将待定位人员佩戴的具有wifi模块的NB-IOT手表获取的当前所处位置处第j个无线接入点的接收信号强度值记为P(dj)；
(5)设定第i个位置处的两个物理距离以及两个物理距离的权重，将第i个位置处与待定位人员之间的距离作为第一个物理距离，记为Di，将第i个位置处的基于第一个物理距离Di的权重记为DDWi，将第i个位置处与所有无线接入点之间的距离之和作为第二个物理距离，记为Ri，将第i个位置处的基于第二个物理距离Ri的权重记为RPDWi；
(6)采用公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)计算得到Di、DDWi、Ri和RPDWi：
Figure FDA0002493599300000021
Figure FDA0002493599300000022
Figure FDA0002493599300000023
Figure FDA0002493599300000024
公式(1)～公式(4)中，∑为累加符号；
(7)将第i个参考点的最终权重记为ωi，采用公式(5)计算得到ωi：
Figure FDA0002493599300000025
(8)将待定位人员当前所处位置坐标记为(x',y')，采用公式(6)和公式(7)分别计算得到x'和y'：
Figure FDA0002493599300000026
Figure FDA0002493599300000027
(9)步骤(8)计算得到的x'为定位位置处的横坐标，y'为定位位置处的纵坐标。
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