CN109756970A

CN109756970A - 临近关系无线信号定位方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN109756970A
Application number: CN201910139231.3A
Authority: CN
Inventors: 王周红; 张弢; 陈辞; 卢志豪; 高民
Original assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Current assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-05-14
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109756970B

Abstract

本发明公开了一种临近关系无线信号定位方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置，通过构造出的基站间的临近关系对基站进行筛选，确定有效基站对待定位终端进行定位，本发明可以在不增加定位实现难度的前提下，有效去除无线信号的干扰，取得稳定、较小的定位误差，提高定位精度。

Description

临近关系无线信号定位方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种临近关系无线信号定位方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

现有的无线信号定位的方法有很多种，比如利用三角定位法，AOA定位方法，指纹定位方法等。三角定位法是通过多个基站发射信号，接收器通过接收到的信号强度，来计算接收器离基站的距离，在接收到三个以上的不同基站的信号时即可计算出接收器距离基站的距离，从而利用三角定位方法，计算出该接收器的位置。这种方法，依赖于信号衰减的稳定性以及由信号强度来计算距离的准确性，在两种都理想的情况下，可以取得较好的结果，然而现实中所使用的设备诸如wifi，蓝牙等利用信号衰减模型来计算距离误差很大，导致估计出的位置有较大误差，同时，位置的方差也较大，导致用户体验很差。AOA方法通过计算接收器到各个基站的发射角度来估计接收器的位置，这种方法误差较小，但对基站的要求较高，因为要估算出角度，需要有阵列天线，这限制了这种方法的应用，在消费类电子设备中，基本是不支持阵列天线的。指纹定位是通过预先采集不同位置的接收器接收到的信号，并将信号组合，然后利用机器学习等数学方法，训练这些数据，从而得到指纹，在实际定位中，通过现场采集到的信号与预先训练出来的指纹做比较，进而估计出接收器当前的位置，但是预先处理数据的工作量很大，为取得很好的定位精度，必须花费大量的人力物力去预先采集处理信号数据，限制了其在实际中的使用。

由此可以看出来，采用现有的定位算法进行定位，要不难以在实际中使用，试验难度较大，要不误差较大，定位精准度低。

发明内容

基于此，本发明提供了一种临近关系无线信号定位方法、装置、设备及存储介质，其能在不增加定位实现难度的前提下，有效提高定位精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种临近关系无线信号定位方法，包括以下步骤：

根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；

根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；

根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；

根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置。

优选地，所述根据基站的位置，构建所述基站的临近关系，具体包括：

根据基站的位置，计算各基站之间的距离；

根据各基站之间的距离以及预设的临近规则，构建各基站的临近关系；其中，符合所述临近规则的各基站之间的距离小于预设的第一距离阈值且各基站之间的空间位置通过估计所得。

优选地，所述根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站，具体包括：

根据所述有效基站的信号强度，按照预设的强度顺序对所述基站进行排序；

根据所述临近关系，依次对排序后的所述基站构造分组；

当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站。

优选地，所述根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置，具体包括：

根据所述有效基站的权重，计算所述有效基站的总权重；

根据所述有效基站的权重以及所述总权重，对各有效基站的权重进行归一化处理，计算各有效基站的最终权重；

根据各有效基站的最终权重及其位置，计算待定位终端的位置。

优选地，所述当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站，包括：

按照预设的筛选顺序依次对各分组进行选取；

当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站，并停止选取；

当当前分组中的基站数目小于N时，按照所述筛选顺序继续对各分组进行选取直至当前选取的分组中基站数目大于或等于N。

优选地，所述临近规则包括：当基站间的距离小于预设的第一距离阈值时，确定互为临近基站；当基站间的距离大于预设的第二距离阈值时，确定不互为临近基站；当基站间的距离小于预设的第一距离阈值，但各基站之间的空间为定位盲区，确定不互为临近基站。

第二方面，本发明实施例提供了一种临近关系无线信号定位装置，包括：

临近关系构建模块，用于根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；

有效基站获取模块，用于根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；

权重分配模块，用于根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；

位置计算模块，用于根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置。

优选地，所述临近关系构建模块包括：

距离计算单元，用于根据基站的位置，计算各基站之间的距离；

基站临近关系构建单元，用于根据各基站之间的距离以及预设的临近规则，构建各基站的临近关系；其中，符合所述临近规则的各基站之间的距离小于预设的第一距离阈值且各基站之间的空间位置通过估计所得。

第三方面，本发明实施例提供了一种临近关系无线信号定位设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的临近关系无线信号定位方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一方面所述的临近关系无线信号定位方法。

相对于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

通过根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置，通过构造出的基站间的临近关系对基站进行筛选，确定有效基站对待定位终端进行定位，可以在不增加定位实现难度的前提下，有效去除无线信号的干扰，从而使得定位误差稳定、较小，提高定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的临近关系无线信号定位方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的基站间的临近关系的示意图；

图3是本发明第二实施例提供的临近关系无线信号定位装置的结构示意图；

图4是本发明第三实施例提供的临近关系无线信号定位设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明第一实施例提供了一种临近关系无线信号定位方法，其可由临近关系无线信号定位设备来执行，并包括以下步骤：

S11：根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；

S12：根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；

S13：根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；

在本发明实施例中，按照有效基站的RSSI从大到小进行排序并按照预设的权重分配规则分配权重。

S14：根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置。

在一种可选的实施例中，S11：根据基站的位置，构建所述基站的临近关系，具体包括：

根据基站的位置，计算各基站之间的距离；

如图2所述，根据基站的位置关系构造基站间的临近关系，先对基站进行编号，0-6代表7个不同的无线信号发送基站，通过预设的临近规则构造基站的临近关系，封闭线内的基站形成临近关系，该临近关系的构造过程简单，容易实现。图2所示的基站的临近关系数据结构如下所示：

基站编号	临近基站编号
		0	2、3
1	3、4
		2	0、3
3	0、2、1、4
		4	5、6
5	4、6
		6	4、5

在一种可选的实施例中，S12：根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站，具体包括：

根据所述临近关系，依次对排序后的所述基站构造分组；

在一种可选的实施例中，所述当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站，包括：

按照预设的筛选顺序依次对各分组进行选取；

在本发明实施例中，N＝3。

为例方便理解，下面举例对有效基站的筛选步骤进行说明：

当待定位终端进入图2中所示的区域时，假设收到的RSSI如下表所示：

基站编号	RSSI
		0	-60
2	-68
		3	-80
6	-40

(1)对接收器接收到的RSSI按从大到小的顺序进行排序，得到：

基站编号	RSSI
		6	-40
0	-60
		2	-68
3	-80

(2)对排序后的基站再计算分组，并计算分组中基站的数目将互相属于临近基站分组，如下表所示：

组编号	组中基站编号	基站数目
			0	6	1
1	2、3、0	3
			2	3、0、2	3
3	0、2、3	3

(3)按步骤(2)的结果对分组进行选择，当发现分组的基站数目大于等于3则停止并选中该组，该组中的基站即为有效基站。

由于1、2、3号组内基站数量最多，均为3，但1号组的顺序最靠前，则取1号组用来计算，该组内的基站编号即为选中的用来进行下一步计算的有效基站。

通过构造出的基站间的临近关系，并通过该临近关系来对基站进行筛选，能够有效的去除无线信号干扰，取得稳定的误差较小的位置估计结果。

进一步地，一般步骤(3)确定的一组有效基站为例，对步骤S13的基站赋权的过程进行说明：

选中的基站编号为：0、2、3。

对该选中分组内的基站根据RSSI大小进行排序，排序结果为：0、2、3；

所述预设的权重分配规则为：RSSI最强的分配权重值为0.6；以该最强RSSI值为参考值，计算其他有效基站的RSSI值与该参考值的差值，当该差值小于5db，则其他有效基站的权重为0.6；当该差值大于或等于5db且小于10db，则其他有效基站的权重分配为0.3；当该差值大于或等于10db，则权重分配为0。

则所述预设的权重分配规则，则上述0、2、3号基站分别得到权重0.6，0.3，0。

在一种可选的实施例中，S14：根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置，具体包括：

根据所述有效基站的权重，计算所述有效基站的总权重；

例如，通过步骤S12确定有效基站为0、2、3号的基站，其对应的位置分表为(x0,y0),(x2,y2),(x3,y3)；

通过步骤S13确定有效基站0、2、3的权重分别为w0,w2,w3

则待定位终端的最终位置估计用以下公式计算：

总权重W＝w0+w2+w3，0、2、3号基站的最终权重分别为w0/W、w2/W、w3/W。

X＝w0*x0/W+w2*x2/W+w3*x3/W，

Y＝w0*y0/W+w2*y2/W+w3*y3/W，

则待定位终端的的位置估计结果为(X,Y)。

本发明实施例中，该临近关系的构造过程简单，容易实现，简化了定位计算，提高定位效率。

在一种可选的实施例中，所述临近规则包括：当基站间的距离小于预设的第一距离阈值时，确定互为临近基站；当基站间的距离大于预设的第二距离阈值时，确定不互为临近基站；当基站间的距离小于预设的第一距离阈值，但各基站之间的空间为定位盲区，确定不互为临近基站。

在本方实施例中，所述第一距离阈值为5m，所述第二距离阈值为15m。即构建临近关系的原则为：

原则1：基站间距离小于5米的，一定是互为临近基站；

原则2：基站间距离大于15米的，一定不是互为临近基站；

原则3：基站间距离符合原则1，但是基站之间的空间为定位盲区，即基站之间的空间不需要位置估计的，不是互为临近基站。

相对于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

请参阅图3，本发明第二实施例提供了一种临近关系无线信号定位装置，包括：

临近关系构建模1，用于根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；

有效基站获取模块2，用于根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站；

权重分配模块3，用于根据所述有效基站的信号强度，按照预设的权重分配规则对所述有效基站赋权；

位置计算模块4，用于根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置。

在一种可选的实施例中，所述临近关系构建模块1包括：

在一种可选的实施例中，所述有效基站获取模块2包括：

基站排序单元，用于根据所述有效基站的信号强度，按照预设的强度顺序对所述基站进行排序；

分组构造单元，用于根据所述临近关系，依次对排序后的所述基站构造分组；

基站获取单元，用于当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站。

在一种可选的实施例中，所述位置计算模块4包括：

总权重计算单元，用于根据所述有效基站的权重，计算所述有效基站的总权重；

最终权重计算单元，用于根据所述有效基站的权重以及所述总权重，对各有效基站的权重进行归一化处理，计算各有效基站的最终权重；

最终位置计算单元，用于根据各有效基站的最终权重及其位置，计算待定位终端的位置。

在一种可选的实施例中，所述基站获取单元包括：

分组选取单元，用于按照预设的筛选顺序依次对各分组进行选取；

第一数目判断单元，用于当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站，并停止选取；

第二数目判断单元，用于当当前分组中的基站数目小于N时，按照所述筛选顺序继续对各分组进行选取直至当前选取的分组中基站数目大于或等于N。

在一种可选的实施例中，所述临近规则包括：当基站间的距离小于预设的第一距离阈值时，确定互为临近基站；当基站间的距离大于预设的第二距离阈值时，确定不互为临近基站；当基站间的距离小于预设的第一距离阈值，但各基站之间的空间为定位盲区时，确定不互为临近基站。

需说明的是，以上所描述的装置实施例与第一实施例中的方法的原理相同，在此不在重复说明。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

参见图4，是本发明第三实施例提供的临近关系无线信号定位设备的示意图。如图4所示，该临近关系无线信号定位设备包括：至少一个处理器11，例如CPU，至少一个网络接口14或者其他用户接口13，存储器15，至少一个通信总线12，通信总线12用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口13可选的可以包括USB接口以及其他标准接口、有线接口。网络接口14可选的可以包括Wi-Fi接口以及其他无线接口。存储器15可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器15可选的可以包含至少一个位于远离前述处理器11的存储装置。

在一些实施方式中，存储器15存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:

操作系统151，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；

程序152。

具体地，处理器11用于调用存储器15中存储的程序152，执行上述实施例所述的临近关系无线信号定位方法，例如图1所示的步骤S11。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如临近关系构建模。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述临近关系无线信号定位设备中的执行过程。

所述临近关系无线信号定位设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述临近关系无线信号定位设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是临近关系无线信号定位设备的示例，并不构成对临近关系无线信号定位设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

所称处理器11可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述临近关系无线信号定位设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个临近关系无线信号定位设备的各个部分。

所述存储器15可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述临近关系无线信号定位设备的各种功能。所述存储器15可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器15可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述临近关系无线信号定位设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明第四实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一实施例所述的临近关系无线信号定位方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种临近关系无线信号定位方法，其特征在于，包括：

根据基站的位置，构建所述基站的临近关系；

2.如权利要求1所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述根据基站的位置，构建所述基站的临近关系，具体包括：

根据基站的位置，计算各基站之间的距离；

3.如权利要求1或2所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述根据接收到的信号强度以及所述临近关系，从所述基站中获取至少N个有效基站，具体包括：

根据所述临近关系，依次对排序后的所述基站构造分组；

4.如权利要求1所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述根据所述有效基站的位置及其对应的权重，计算待定位终端的位置，具体包括：

根据所述有效基站的权重，计算所述有效基站的总权重；

5.如权利要求3所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述当当前分组中的基站数目大于或等于N时，获取当前分组中的基站，作为有效基站，包括：

按照预设的筛选顺序依次对各分组进行选取；

6.如权利要求2所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述临近规则包括：当基站间的距离小于预设的第一距离阈值时，确定互为临近基站；当基站间的距离大于预设的第二距离阈值时，确定不互为临近基站；当基站间的距离小于预设的第一距离阈值，但各基站之间的空间为定位盲区时，确定不互为临近基站。

7.一种临近关系无线信号定位装置，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的临近关系无线信号定位方法，其特征在于，所述临近关系构建模块包括：

9.一种临近关系无线信号定位设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的临近关系无线信号定位方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的临近关系无线信号定位方法。