CN109688542A - 一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法 - Google Patents

一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法 Download PDF

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王存威
陈荣军
谢舜道
汤俊杰
朱雄泳
曾衍瀚
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Sun Yat Sen University
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Abstract

本发明公开了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，包括以下步骤：当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标；通过结合待定位点周围的WiFi信号和基站信号对待定位点进行定位，可将定位误差大大减小，并且无需额外部署硬件设备，保证定位精确度的同时也降低成本。

Description

一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法
技术领域
本发明涉及一种信息技术领域，特别是一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法。
背景技术
目前，基于WiFi的定位是室内定位技术领域中比较流行的一种技术，此种定位是根据路由器所在位置和WiFi热点AP的信号强度进行定位，这种定位精度比较高，但不可靠，因为包括google、Apple等定位服务提供商没有办法记录下地球上每个路由器的位置，所以不时有定位到其他地方、甚至其他省市的现象；还有一些其他技术，如用蓝牙、RFID等也可实现室内定位，但设备成本较高，设备部署麻烦。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，通过结合待定位点周围的WiFi信号和基站对待定位点进行定位，可将定位误差大大减小，并且无需额外部署硬件设备，保证定位精确度的同时也降低成本。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，包括以下步骤：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息，包括以下步骤：
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFi AP的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
进一步，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
第二方面，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，包括：
扫描模块，当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
接收模块，用于获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
处理模块，用于筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
第一运算模块，用于将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
第二运算模块，用于用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息，包括以下步骤：
获取模块，获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
第一查询模块，通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFi AP的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
第二查询模块，通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
进一步，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
预处理模块，对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
计算模块，对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
第三方面，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的设备，包括处理器和存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
第四方面，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的存储介质，存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
本发明的有益效果是：通过结合待定位点周围的WiFi信号和基站对待定位点进行定位，可将定位误差大大减小，并且无需额外部署硬件设备，保证定位精确度的同时也降低成本。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的简要流程示意图；
图2是本发明的模块连接关系示意图；
图3是本发明的筛选WiFi AP示意图；
图4是本发明的RSSI值加权示意图。
具体实施方式
参照图1－图4，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，包括以下步骤：
S1，当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
待定位点具有信号扫描功能，能对周围信号进行扫描，得到所能接入的无线接入点WiFi AP的信息列表和所能接入的基站的信息列表。
S2，获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
通过获取所述待定位点所能接入的WiFi AP和所能接入的基站的位置信息，可实现WiFi AP和基站的定位，同时，获取所能接入的WiFi AP的接收信号强度指示RSSI值。
S3，筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
以每个基站为原点，每个基站到待定位点的距离为半径作圆，可得出每个基站的覆盖范围；其中，基站到待定位点的距离计算的原理是依据无线信号传播路径损耗模型进行节点间距离的估计；同时，根据无线信号传播原理，去掉基站重合覆盖范围以外的以及RSSI信号强度较弱的(即距离待定位点较远)的WiFi AP，得到k个根据具体环境自选的无线接入点WiFi AP，以提高定位的精确度。
S4，将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
在已知信号频率的前提下，无线信号的RSSI值与距离的关系是：d＝10[(abs(RSSI)-A)/(10*n)]。其中，d为距离，单位为：米，RSSI为接受信号强度，A为信号发射端和接收端相隔1米时的信号强度，n为环境衰减因子。
假设环境衰减因子为2，对RSSI转换后的距离值乘以对应RSSI所在范围的权重系数可以得到修正的距离值。
S5，用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
通过前面步骤筛选出的k个AP，并得出这k个AP中每个AP的物理位置坐标，以及经过加权处理后得出这k个AP中每个AP到待定位点的距离；假设在这k个AP中，第k个AP的物理位置坐标为(Xk，Yk)，第k个AP到待定位点的距离为dk，k为大于0的正整数，这(Xk，Yk)和dk满足以下方程：
将上述方程组表示成Ax＝b的形式，其中由于实际测量中存在测量误差，假设测量误差为e(x)，根据最小二乘法原理得到：e(x)＝||b-Ax||2，再对测量误差求导。假设方程有解，那么得到的x＝(AAT)-1Ab就是待定位点的物理位置坐标的解。
进一步，所述获取待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息，包括以下步骤：
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFi AP的物理位置坐标。
获取的MAC地址是对应的WiFi AP的物理地址，MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡；一台设备若有一个或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址；另外，目前已有Google、Apple等数据库对WiFi AP的MAC地址进行具体物理位置坐标匹配，只需通过API接口查询便可获取到所述MAC地址对应的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
目前已有Google、Apple等数据库对基站信息进行具体物理位置坐标匹配，只需通过API接口查询便可获取到所述基站对应的物理位置坐标。
进一步，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
本发明采用自适应卡尔曼滤波算法对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理，卡尔曼滤波是一种最优线性状态估计方法，即在最小均方误差准则下的最佳线性滤波器，滤波器的参数在滤波的同时可以自动地按照某种准则调整到最佳滤波。
对k个AP的RSSI值按区域划分，给每个区域赋予一个权重系数；由于在实际室内环境中，无线信号传播的衰减有一定的规律，在制定各区域的权重系数前，先对室内环境进行大量的实验测试，再根据实际测试结果对每个RSSI值的范围赋予一个合适的权重系数，以提高计算k个AP分别到待定位点的距离的准确性。
另外，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，包括：
扫描模块，当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
接收模块，用于获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
处理模块，用于筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
第一运算模块，用于将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
第二运算模块，用于用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息，包括以下步骤：
获取模块，获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
第一查询模块，通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFi AP的物理位置坐标。
进一步，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
第二查询模块，通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
进一步，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
预处理模块，对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
计算模块，对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
另外，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的设备，包括处理器和存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
另外，本发明提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的存储介质，存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
另外参照图1－图4，其中图3中的g代表待定位点，f代表基站，e代表WiFi AP，a代表过滤掉的WiFi AP，b代表筛选后且在基站覆盖范围内RSSI值最强的前k个WiFi AP，r代表基站信号覆盖范围的半径，本发明的一个实施例提供了一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，包括以下步骤：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFiAP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
通过接口查询所述待定位点所能接入WiFi AP的物理位置坐标和所能接入的基站的物理位置坐标；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
采用自适应卡尔曼滤波算法对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
在本实施例中，待定位点具有信号扫描功能，能对周围信号进行扫描，得到所能接入WiFi AP的信息列表和所能接入的基站的信息列表；获取的MAC地址是对应的WiFi AP的物理地址，MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡；一台设备若有一个或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址；另外，目前已有Google、Apple等数据库对WiFiAP的MAC地址进行具体物理位置坐标匹配，只需通过API接口查询便可获取到所述MAC地址和所述基站位置信息对应的物理位置坐标。
以每个基站为原点，每个基站到待定位点的距离为半径作圆，可得出每个基站的覆盖范围；其中，基站到待定位点的距离计算的原理是依据无线信号传播路径损耗模型进行节点间距离的估计；同时，根据无线信号传播原理，去掉基站重合覆盖范围以外的以及RSSI信号强度较弱的(即距离待定位点较远)的WiFi AP，以提高定位的精确度。
在已知信号频率的前提下，无线信号的RSSI值与距离的关系是：d＝10[(abs(RSSI)-A)/(10*n)]。其中，d为距离，单位为：米，RSSI为接受信号强度，A为信号发射端和接收端相隔1米时的信号强度，n为环境衰减因子，假设环境衰减因子为2，对RSSI转换后的距离值乘以对应RSSI所在范围的权重系数可以得到修正的距离值；
对k个AP的RSSI值按区域划分，给每个区域赋予一个权重系数；由于在实际室内环境中，无线信号传播的衰减有一定的规律，在制定各区域的权重系数前，先对室内环境进行大量的实验测试，再根据实际测试结果对每个RSSI值的范围赋予一个合适的权重系数，以提高计算k个AP分别到待定位点的距离的准确性；在本实施例中，RSSI值在－40dBm到－30dBm的区域时，权重系数为w2；根据公式d＝10[(abs(RSSI)-A)/(10*n)]可计算出当RSSI值为－30dBm时，距离d为2米，再乘以权重系数w2，便可得出修正后的距离值。
用最大似然估计法得出定位点的物理位置坐标，可尽量减少误差。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，其特征在于，所述获取待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息，包括以下步骤：
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFi AP的物理位置坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，其特征在于，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位方法，其特征在于，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
5.一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，其特征在于，包括：
扫描模块，当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
接收模块，用于获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
处理模块，用于筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
第一运算模块，用于将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
第二运算模块，用于用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
6.根据权利要求5所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，其特征在于，所述获取待定位点所能接入的WiFiAP的位置信息，包括以下步骤：
获取模块，用于获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的MAC信息；
第一查询模块，用于通过接口查询所述待定位点所能接入的WiFiAP的物理位置坐标。
7.根据权利要求5所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，其特征在于，所述获取待定位点所能接入的基站的位置信息，包括：
第二查询模块，通过接口查询所述待定位点所能接入的基站的物理位置坐标。
8.根据权利要求5所述的一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的装置，其特征在于，所述对k个AP的RSSI值进行加权处理，包括以下步骤：
预处理模块，对所述k个AP的RSSI值进行滤波处理；
计算模块，对滤波后的k个AP的RSSI值按区域划分，每个区域赋予一个权重系数，进行加权。
9.一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的设备，其特征在于，包括处理器和存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
10.一种基于WiFi与移动通信基站的自适应室内定位的存储介质，其特征在于，存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行：
当待定位点处于室内某一位置时，扫描所述待定位点在该位置所能接入的WiFi AP和所能接入的基站；
获取所述待定位点所能接入的WiFi AP的位置信息和RSSI值，以及所能接入的基站的位置信息；
筛选出在所述所能接入的基站的重合覆盖范围内的RSSI值由大到小排列的前k个AP；
将所述k个AP的RSSI值进行加权处理，转换成每个AP到待定位点的距离；
用最大似然估计法得出待定位点的物理位置坐标。
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