CN109839613A - 一种使用路径信息校准的射频定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用路径信息校准的射频定位方法和装置，包括：在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，测量并记录射频信标部署的位置坐标；用户通过定位终端解析射频信标的无线报文，得到射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取描述信标位置信息的信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。由此本发明实现高精度的定位效果以及通过地图路径校准的方式可以将定位算法计算产生的定位结果输入到路径信息修正算法中进行定位坐标修正，改善用户体验。

Description

一种使用路径信息校准的射频定位方法和装置

技术领域

本发明涉及无线定位领域，特别涉及一种使用路径信息校准的射频定位方法和装置。

背景技术

近年来随着现代社会城市化进程的逐步推进和居民生活水平的不断提高，人们对于位置服务的需求比以往更为迫切，同时对定位精度、定位能耗、多方位性、全时空性(无缝隙,无死角,全天候定位)提出了更高的要求。近年来，基于位置的服务LBS(Location BasedService LBS)已经成为人们关注的重点和研究的热点，位置感知技术(即定位技术)作为基于位置服务的关键技术，受到了来自国内外的大型商业公司、科研院所、高校的重点关注，同时成为国防、经济建设和社会生活的重要组成部分。

现如今，以全球定位系统GPS为代表的室外定位技术发展日趋完善，作为最为成熟的无线定位技术，卫星定位技术已经成功实现了商业化的普及和应用，在室外定位上有着卓越的能力，然而由于城市中高楼大厦林立，卫星信号因遭受阻挡而难以穿透钢筋混凝土建筑捕捉到室内人们的位置坐标，因此在室内，由于各种环境因素的制约，传统的定位技术难以满足室内定位需求，对于室外诸如停车场区域，室外定位技术也无法满足精度需求。

随着移动智能终端技术的不断发展，以智能手机为代表的智能终端制作工艺相当成熟并已成功地在人们生活中普及，移动互联网时代的到来逐渐地改变着人们的工作、生活、学习方式。智能终端自身具有相当强大的信息计算处理能力，同时终端内置各种智能传感器可以实时了解用户行走过程中加速度、行走方向、用户所处环境地磁、气压、温湿度、Wi-Fi、蓝牙等信息，综合利用这些信息，可以构建室内用户与物理空间之间的映射关系，因此，基于智能终端带来的各种用户、环境信息，利用智能终端搭载室内定位系统实时了解用户室内位置成为可能。

此外，目前Android、iOS、Windows phone等主流的智能手机操作系统都提供了开放的射频信号接收接口，使用射频信号定位几乎覆盖了市场上所有的智能终端类型。成本低廉、部署方便、功耗极低、技术成熟使得射频定位技术在定位研究中得到越来越多的应用与推广。

现有技术存在的缺点包括：

1.定位算法基于信号传播模型推算距离，由于信号波动性、时变性较强，定位精度受到影响；此外，需要在部署阶段进行大量测量和计算，构建室内射频信号传播衰减模型，部署数据采集及训练工作量过大。

2.定位所使用的平面定位地图或立体定位地图中不包含有室内拓扑结构如路径、POI(Point Of Interest兴趣点)、不可达区域等信息标识，信息多样性不足。

3.定位结果没有结合地图信息进行修正，存在定位位置漂移、进入不可达区域或出现穿墙现象，用户体验较差。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于解决以下技术问题：

1.定位精度不高。由于射频信标设备发射的射频信号存在较强的波动性以及时变性，仅仅使用基于无线信号传播衰减模型进行测距定位推算或者质心定位均会产生较大位置跳动，导致定位精度不高。使用地图信息对定位结果进行校准，可有效消除由射频信号波动产生的定位结果穿墙、在路径上来回跳动、进入不可达区域等问题，提高定位精度和鲁棒性。

2.地图信息多样性不足。目前的射频定位技术中展示定位结果普遍使用平面图或立体图，这些图形展示了室内拓扑结构，并不包含室内路径、POI以及不可达区域等信息标注。

3.定位结果没有结合地图信息修正。目前的射频定位技术中所使用的定位结果是射频定位算法的输出结果，或者将算法输出结果与智能终端的移动速度、移动方向和历史轨迹结合进行坐标修正的结果，没有结合室内地图信息进行定位坐标修正，用户体验较差。

具体地说，本发明公开了一种使用路径信息校准的射频定位方法，其中包括：

部署步骤，在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件；

定位步骤，用户通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该定位步骤还包括：

定位信号观测步骤，在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并使用该接收信号强度或无线信号飞行时间信息的平均值计算该初始位置估计坐标。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该计算初始位置估计坐标的定位算法可以为基于RSSI的加权质心算法、基于RSSI的测距定位算法、基于TOA(Time Of Arrival)的测距定位算法、基于RSSI的指纹定位算法等，其中基于RSSI的加权质心算法具体为：

n代表定位终端在预设时间窗口内扫描到的所有射频信标个数，Rssi_i为定位终端观测到的对应射频信标的接收信号强度的平均值，Coor_i代表对应射频信标的位置坐标，使用上述公式计算出初始位置估计坐标result。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该定位步骤还包括：

加权平均步骤，使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该定位步骤还包括：

状态判断步骤，从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该定位步骤还包括：

校准路径选择步骤，根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计步骤，判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准步骤，否则执行路径校准步骤；

方向校准步骤，统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，若不是，则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标；

路径校准步骤，将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计步骤后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标。

该使用路径信息校准的射频定位方法，其中该地图信息还包括室内路径、兴趣点和不可达区域等信息。

本发明还公开了一种使用路径信息校准的射频定位装置，其中包括：

部署模块，用于在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件；

定位模块，用于通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。

该使用路径信息校准的射频定位装置，其中该定位模块还包括：

定位信号观测模块，用于在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并使用该接收信号强度或无线信号飞行时间信息的平均值计算该初始位置估计坐标。

该使用路径信息校准的射频定位装置，其中该定位模块还包括：

加权平均模块，使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列；

状态判断模块，用于从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果；

校准路径选择模块，用于根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计模块，用于判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准模块，否则执行路径校准模块；

方向校准模块，用于统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，若不是，则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标。

路径校准模块，用于将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计模块后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标；

综上，本发明技术方案带来的有益效果包括：

1.高精度。本发明联合采用基于滑动窗口加权平均的射频信标信号预处理方法、基于RSSI强度平方分之一加权的质心算法、基于时间序列空间约束方法、以及基于路径位置校准方法，可有效减少复杂室内环境射频无线信号多径传播、其他外界无线信号干扰等因素影响，实现高精度和高鲁棒性的室内目标定位，提升用户体验。

2.地图信息多样性。通过在原始定位地图上添加路径、POI、不可达区域等标记信息，丰富了地图包含信息的多样性，为定位算法的修正以及建筑内部物品分类信息提供支持。

3.可与现有定位算法实现无缝对接，改善用户体验。基于地图路径校准的方式可以与现有所有定位算法实现无缝对接，通过在定位地图上添加路径、POI、不可达区域等标记信息，任何定位装置可以将定位算法计算产生的定位结果输入到路径信息修正算法中进行定位坐标修正，改善用户体验。

附图说明

图1为本发明蓝牙定位框架图；

图2为本发明蓝牙信标数据采集单元的流程框图；

图3为本发明定位算法单元的流程框图；

图4为本发明地图信息修正单元的流程框图；

图5为路径信息添加示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和效果能阐述的更明确易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。需要说明的是，在本发明实施例中为了描述更加具体，特使用射频信标中的蓝牙信标进行描述，本发明并不以蓝牙信标为限。

本发明提出了一种使用路径信息校准的射频定位方法和装置可主要对室内用户进行定位，但本发明不以此为限也可用于室外定位。请参考图1，该装置由四个单元组成，分别为：蓝牙信标数据采集单元、定位算法单元、地图信息修正单元、结果展示单元。

本发明方法运行分为两个步骤：部署步骤与定位步骤。部署步骤，在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件。预先在定位场景中部署相应的蓝牙信标，生成蓝牙信标部署配置文件，记录信标的部署位置以及信标MAC(Media Access Control媒体访问控制)地址标识，所使用的蓝牙信标能够在极低的功耗下以恒定功率在一定范围内按照固定频率广播蓝牙报文；

定位步骤，用户通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。该蓝牙信标数据采集单元首先读取蓝牙信标部署配置文件，利用终端的蓝牙扫描功能扫描环境空间中蓝牙信标获取信标广播报文从而解析出信标对应MAC地址标识与接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication接收信号强度指示)信号信息，该定位算法单元通过使用加权质心定位算法或基于RSSI测距定位算法计算获取用户实时定位坐标，为了减少定位坐标漂移，提升定位精度和用户体验，该地图信息修正单元使用地图路径信息对定位坐标进行修正，定位坐标修正包括路径修正与方向修正两部分，路径修正用来解决用户定位所在路径变更的问题，减少定位结果跳跃到不同路径上；方向修正用来解决定位结果前进方向来回跳跃问题，即避免在同一路径行走，由于射频信号波动产生定位的结果在同一路径上前后来回跳动。

具体来说，该定位步骤由以下步骤组成：

定位信号观测步骤，在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度，并使用该接收信号强度的平均值计算该初始位置估计坐标。该定位算法使用蓝牙信标信息进行定位，智能终端开启蓝牙扫描，扫描环境中的蓝牙信标广播消息，如图2所示，对于蓝牙信标数据采集单元采集到的蓝牙信标信息进行解析从而得到对应蓝牙信标的MAC地址与RSSI信号强度，使用一个队列进行数据存储，每经过1秒将队列数据上传到该定位算法单元，上传时间间隔根据定位实时程度需要可以进行动态调整，清空存储队列并进行下一次数据存储，数据采集单元向定位算法单元提供原始数据，是整个系统的数据源所在。

定位数据采集及预处理步骤。蓝牙信标数据采集单元负责数据采集，对于1秒时间窗口内对同一蓝牙信标的多次观测，使用多次观测的信号强度平均值作为其RSSI值，每隔1秒会将采集数据上传至定位算法单元，时间间隔根据定位实时程度需要可以进行动态调整，定位算法是整个工程的核心部分之一，其利用蓝牙扫描采集到的蓝牙信标数据，完成初始定位坐标计算，并对初始定位坐标进行加权平均生成了加权定位坐标。

定位算法具体包括：在获得蓝牙信标RSSI预处理后的数据后，定位算法单元利用采集数据进行初始定位坐标计算，每秒进行一次定位结果更新，其中预处理指上一段中指出1秒时间窗口中每一个蓝牙信标会存在多次观测，预处理指的就是将多次观测的蓝牙信标信号强度值进行取平均的操作，最终使用多个观测的均值作为一个蓝牙信标的信号强度值。作为示例，公式1列出了加权质心算法，也可以采用基于RSSI的加权质心算法、基于RSSI的测距定位算法、基于TOA(Time Of Arrival)的测距定位算法或基于RSSI的指纹定位算法等。

其中n代表在1秒时间窗口内扫描到的所有蓝牙信标个数，Rssi_i代表每一个蓝牙信标的信号强度，对于1秒时间窗口中同一个蓝牙信标的多次观测值，使用多次观测的信号强度平均值作为其RSSI值，Coor_i代表蓝牙信标位置坐标，最终利用上述公式计算出初始位置估计result。

加权平均步骤，基于滑动窗口平均的定位结果后处理。使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列。状态判断步骤，从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果。具体包括：算法使用两个窗口长度为4的滑动窗口用来保存定位坐标，窗口长度可以动态调节，初始定位坐标窗口initialWindow用来存放该初始定位坐标，加权定位坐标窗口weightedWindow用来存放加权定位坐标，当initialWindow没有填满的时候使用所有定位坐标平均值作为加权定位结果送入weightedWindow中，当initialWindow填满的时候采用加权平均的方式计算加权定位结果，长度为4的加权定位坐标窗口中权值大小可以分别设置为0.1，0.2，0.2，0.5，也可以依据窗口长度的改变进行动态调整，即当initialWindow没有填满的时候使用所有定位坐标平均值作为加权定位结果送入weightedWindow中，initialWindow填满的时候就按照0.1,0.2,0.2,0.5的权值对initialWindow中的定位坐标进行加权处理，然后送到weightedWindow中，也就是说weightedWindow中的定位坐标来自于initialWindow中。采用滑动窗口的方式保存多次定位结果，可以有效记录并利用历史定位信息，通过对多次结果进行赋予不同权重，即距离当前较近的观测赋予更大权重，距离当前较远的观测赋予较小权重，通过更大程度利用当前观测，同时利用之前的观测对当前观测可能产生的较大波动进行抑制，从而使定位结果不会产生频繁的跳动，也有效避免了一次定位结果与实际位置偏差太大从而导致定位误差很高的风险产生。

基于定位结果时间序列空间约束的定位结果后处理。受多径传输及其它干扰因素影响，蓝牙射频信号会产生较大的波动性，往往造成当前定位结果相对上次定位结果产生较大的跳跃，为了减少蓝牙射频信号较大波动造成的定位跳跃，本发明利用定位结果时间序列的空间约束关系对当前定位结果进行处理，包括：

校准路径选择步骤，根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果。具体包括：根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以中间位置估计结果作为起点，向每一条路径做垂线，根据中间位置估计与路径表达式获得该中间位置估计与每条路径的距离，将中间位置估计结果与每条路径的距离按照距离从小到大的顺序进行排序，选取距离最短的路径，并判断该路径垂足是否位于路径上，若是，则把中间位置估计校准到该路径的垂足位置，如果该路径垂足位于路径的延长线上，则依次选取距离次短的下一条路径，直到满足垂足位于路径上，选取该路径作为目标校准路径，然后将中间位置估计结果校准到该路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计步骤，判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准步骤，否则执行路径校准步骤；

方向校准步骤，统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，若不是，则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标。

路径校准步骤，将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计步骤后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标；

下举实施例进一步详细描述上述步骤。对加权定位结果构建滑动窗口weightedWindow，每次产生定位结果之后，对相邻两次定位坐标进行比对，定位坐标的处理策略如下：如果两次定位坐标距离大于规定值比如4米，就使得定位坐标移动两次定位结果之间的1/3，定位坐标距离小于4米就使用当前坐标，使用4米作为阈值是考虑到两次定位坐标之间相距4米以上是很少发生的现象，由于两次定位结果之间距离较远，(人一秒内在室内走4米是很少见)那么最新的定位坐标可信度并不高，也就是说4米之外的定位坐标是正确定位坐标的概率比较小，因为为了保证用户体验，本发明让定位结果前移，前移1/3也是考虑到因为上一时刻的坐标相对更可信。接下来利用定位终端中的计步器根据两次定位请求之间用户行走步数是否发生变化，使用lastStep代表上次定位结果计算时用户行走步数，使用curStep代表本次定位结果计算时用户行走步数，通过对比lastStep取值与curStep取值是否相同判断用户处于静止状态还是运动状态，如果用户处于静止状态，那么对加权之后的坐标窗口weightedWindow内的数据进行求平均操作，返回平均之后的定位坐标，利用这种方式，有效地防止了两次加权定位坐标相差较大时产生的偏移现象，使得定位结果发生平稳过度，有效提升用户体验，并在判定用户处于静止状态时，通过采用更大窗口对定位结果进行平均，可有效提高定位精度，降低定位结果的来回跳动性，算法流程如图3所示。需要注意的是，通常来讲定位结果中可以包含定位坐标之外的信息比如楼层信息，但由于本发明的重点是一种定位方式，所以文中的定位坐标就是定位结果。

基于路径信息的位置修正。地图信息修正单元用来对定位算法单元计算产生的定位结果进行修正，地图信息修正算法是整个装置的核心之一，算法执行流程如下：首先将定位坐标校准到最近路径，按照每条路径的起点与终点坐标生成路径表达式，计算定位坐标与每一条路径的距离，将定位坐标校准到与其距离最近的路径上面，判断相邻两次定位结果是否在同一路径上，如果是在同一条路径上面，进行方向修正，判断两次定位结果行进方向是否相同，如果相同返回当前定位结果，如果连续三次方向不同，则返回与前一时刻方向不同的定位结果，否则继续使用上一次定位结果，如果是在不同路径上面，进行路径修正，如果连续三次在另外一条路径上面，就修正到另外一条路径上去，同时清空方向队列，否则使用上次定位结果，算法流程图如图4所示。

定位地图路径信息添加。请参考图5，由于蓝牙定位装置中对于定位算法单元输出的定位坐标进行了地图信息修正处理，因此需要在原始地图上面添加路径信息并进行存储，如图5所示，该平面图为某楼层的平面图，初始平面图上只有布局展示，没有相应的路径信息，在不经过路径信息修正的情况下，定位会出现乱跳、穿墙以及进入不可达区域等行为发生，因此在原始地图的基础之上，添加了路径信息，这些路径信息既可以用于定位算法中的地图修正，也同样应用于室内导航。

蓝牙扫描控制策略。包括SamsungS5、华为Mate8在内的多部手机出现持续开启蓝牙扫描，扫描经过一段不确定的时间之后无法获取蓝牙信息数据产生的现象，这与不同手机厂商为智能终端定制的操作装置有关，由于蓝牙长时间扫描却没有与其它蓝牙终端进行连接以及进行数据交换操作从而装置对蓝牙扫描进行了处理，导致产生无法获取蓝牙信息数据的现象，为了解决这个问题，使用两个定时器Timer1与Timer2，Timer1负责每隔5.2秒进行一次蓝牙扫描开启操作，Timer2负责每隔5.2秒进行一次蓝牙扫描关闭的操作，通过时间控制使得Timer1在Timer2工作之后200ms开启，这样使得蓝牙扫描连续工作5s，休息200ms，如此往复，蓝牙扫描工作时间与休息时间参数可根据实际需要进行动态调节，采用这种方式，保证了蓝牙扫描过程中一直有蓝牙信息数据产生，消除了无法获取蓝牙信息数据的现象。

以下为与上述方法实施例对应的装置实施例，本实施装置可与上述实施方式互相配合实施。上述实施方式中提到的相关技术细节在本实施装置中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施装置中提到的相关技术细节也可应用在上述实施方式中。

本发明还公开了一种使用路径信息校准的射频定位装置，其中包括：

部署模块，用于在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件；

定位模块，用于通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。

该使用路径信息校准的射频定位装置，其中该定位模块还包括：

定位信号观测模块，用于在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度，并使用该接收信号强度的平均值计算该初始位置估计坐标。

该使用路径信息校准的射频定位装置，其中该定位模块还包括：

加权平均模块，使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列；

状态判断模块，用于从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果；

校准路径选择模块，用于根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计模块，用于判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准模块，否则执行路径校准模块；

方向校准模块，用于统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，若不是，则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标；

路径校准模块，用于将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计模块后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标。

虽然本发明以上述实施例公开，但具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，任何本技术领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，可作一些的变更和完善，故本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，包括：

部署步骤，在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件；

定位步骤，用户通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。

2.如权利要求1所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，该定位步骤还包括：

定位信号观测步骤，在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并使用该接收信号强度或无线信号飞行时间的平均值作为对应信号强度值或无线信号飞行时间值计算该初始位置估计坐标。

3.如权利要求2所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，计算初始位置估计坐标的该定位算法为基于RSSI的加权质心算法、基于RSSI的测距定位算法、基于TOA的测距定位算法或基于RSSI的指纹定位算法，其中基于RSSI的加权质心算法具体为：

其中n代表定位终端在预设时间窗口内扫描到的所有射频信标个数，Rssi_i为定位终端观测到的对应射频信标的接收信号强度的平均值，Coor_i代表对应射频信标的位置坐标，使用上述公式计算出初始位置估计坐标result。

4.如权利要求2所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，该定位步骤还包括：

加权平均步骤，使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列。

5.如权利要求4所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，该定位步骤还包括：

状态判断步骤，从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果。

6.如权利要求5所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，该定位步骤还包括：

校准路径选择步骤，根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计步骤，判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准步骤，否则执行路径校准步骤；

方向校准步骤，统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，否则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标；

路径校准步骤，将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计步骤后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标。

7.如权利要求1所述的使用路径信息校准的射频定位方法，其特征在于，该地图信息还包括室内路径、兴趣点和不可达区域等信息。

8.一种使用路径信息校准的射频定位装置，其特征在于，包括：

部署模块，用于在定位区域及路径两侧均匀部署射频信标，并将各射频信标部署的位置坐标集合为信标部署文件；

定位模块，用于通过定位终端解析该射频信标的无线报文，得到该射频信标的信标标识以及接收信号强度或无线信号飞行时间信息，并通过读取该信标部署文件，获取各射频信标的位置坐标，使用定位算法得到用户的初始位置估计坐标，然后进一步根据地图信息中的路径信息对该初始位置估计坐标进行校准处理，得到最终位置坐标。

9.如权利要求8所述的使用路径信息校准的射频定位装置，其特征在于，该定位模块还包括：

定位信号观测模块，用于在预设时间窗口内对同一射频信标发射的无线报文进行多次观测，测量该接收信号强度或无线信号飞行时间，并使用该接收信号强度或无线信号飞行时间的平均值计算该初始位置估计坐标。

10.如权利要求9所述的使用路径信息校准的射频定位装置，其特征在于，该定位模块还包括：

加权平均模块，使用初始坐标滑动窗口队列存放该初始位置估计坐标，并对该初始坐标滑动窗口队列内保存的该初始位置估计坐标进行加权平均处理，得到加权定位坐标，并将该加权定位坐标存放至加权坐标滑动窗口队列；

状态判断模块，用于从该加权坐标滑动窗口队列取出当前定位时刻的加权定位坐标，并根据该定位终端中的运动检测模块判断用户是否处于静止状态，若是，则对该加权坐标滑动窗口队列内用户于当前定位时刻连续静止获得的加权定位坐标数据进行求平均操作，得到该定位终端的中间位置估计结果，否则，将当前定位时刻的该加权定位坐标作为该时刻的中间位置估计结果；

校准路径选择模块，用于根据该路径信息中每条路径的起点坐标与终点坐标，生成路径表达式，以该中间位置估计结果作为起点，向每条路径做垂线，根据该中间位置估计结果与路径表达式获得该中间位置估计结果与每条路径的距离，并根据该距离和该垂线的垂足位置，在该路径信息中选取目标校准路径，将该中间位置估计结果校准到该目标校准路径的垂足位置，作为路径校准后的初步位置估计结果；

运动方向估计模块，用于判断上一时刻的初步位置估计结果和当前时刻的初步位置估计结果是否位于相同路径，若是，由上一时刻路径校准后的初步位置估计指向当前时刻的初步位置估计，得到用户当前时刻的运动方向，将该运动方向存入方向队列，进而执行方向校准模块，否则执行路径校准模块；

方向校准模块，用于统计该运动方向队列中的运动方向，若当前时刻的运动方向与该方向队列中最多方向次数一致，则选择将当前基于路径校准后的初步位置估计作为移动终端的该最终位置坐标，否则使用前一时刻的路径校准后的初步位置估计作为终端用户的该最终位置坐标；

路径校准模块，用于将当前时刻的初步位置估计结果位于的路径，作为新路径，统计用户被连续定位到该新路径的次数，在每次执行完该运动方向估计模块后，判断定位到该新路径的次数是否大于预设阈值，若是，则使用该新路径上的当前时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标，同时清空该方向队列，否则保持原先路径上的上一时刻的初步位置估计结果，作为该最终位置坐标。