CN109996175A - 室内定位系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种室内定位系统和方法，其中，室内定位系统包括：wifi指纹采集单元，配置为在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度；服务器，配置为将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图；以及，接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表，并根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点；毫米波雷达，设置于所述区域内，配置为采集疑似目标物的运动轨迹，并与wifi指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。通过所述系统和方法，可以平衡实现室内定位技术在定位精度和距离，施工难易，以及成本的综合最优。

Description

室内定位系统和方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术，特别是涉及一种室内定位系统和方法。
背景技术
目前室内定位的方法主要包括：通过射频信号强度定位；通过激光雷达定位；通过超宽带UWB定位。其中通过射频信号强度定位，又可分为三角定位法和指纹定位法。
以上的这些定位方法或多或少都存着技术以及应用方面的瓶颈。例如：
(1)射频信号强度三角定位法存在的缺点有：测量距离受限，需要将需定位的区域划分成若干小区域；精度差，受环境影响严重(温度，湿度，人流量都会影响同一定位点的信号强度)；额外施工成本较高，需要在终端设备上放置射频发射器，并在室内大规模部署信号接收机。
(2)射频信号强度指纹定位法具有无需额外施工，成本低的优点，但同样存在如三角定位法精度差，易受环境影响严重，以及不可控制周边点三方AP的增加与减少，只能定期现场测量并制作线下指纹地图，因而导致人工工作量极大等问题。
(3)激光雷达SLAM相对来说，精度高，是目前室内定位精度最高的方法之一，而且实时性好。但同时，其布置成本高昂，激光雷达的价格一直居高不下，且还存在定位距离短，对玻璃等透光材料没有反应等问题。
(4)UWB超宽带精度高，且定位距离远，但缺点在于造价昂贵，且易受遮挡物影响，这一点使其很难应用于人流量高，环境复杂的室内定位，而多只能用于空旷处定位。
综上所述，目前的室内定位方法或多或少都存在着各自的问题，而精度高，距离远，施工容易，低成本的室内定位方法才是市场真正需要的。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是如何平衡实现室内定位技术在定位精度和距离，施工难易，以及成本的综合最优。
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种室内定位系统，包括：wifi指纹采集单元，配置为在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度；服务器，配置为将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图；以及，接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表，并根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点；毫米波雷达，设置于所述区域内，配置为采集疑似目标物的运动轨迹，并与WIFI指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。
较优的，所述服务器还配置为再次划分各所述区域为多个次级区域；所述毫米波雷达还配置为在所述次级区域内采集疑似目标物的运动轨迹。
较优的，所述毫米波雷达对所述最接近的wifi指纹点相对应的距离门数据进行分析，并根据RCS数值判定是否是疑似目标物。
较优的，所述毫米波雷达根据真实目标的距离信息，速度信息以及角度信息，对真实目标进行跟踪；以及，通过卡尔曼滤波器对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
较优的，所述wifi指纹采集单元为包括wifi sta模块的终端设备。
本发明还公开了一种室内定位方法，通过上述的室内定位系统实施，包括：在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度；将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图；接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表；根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点；采集疑似目标物的运动轨迹，并与WIFI指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。
较优的，所述形成指纹地图后还包括：再次划分各所述区域为多个次级区域；所述采集疑似目标物的运动轨迹包括：在所述次级区域内采集疑似目标物的运动轨迹。
较优的，所述采集疑似目标物的运动轨迹前还包括：对所述最接近的wifi指纹点相对应的距离门数据进行分析，并根据RCS数值判定是否是疑似目标物。
较优的，所述判定真实目标物后还包括：根据真实目标的距离信息，速度信息以及角度信息，对真实目标进行跟踪；以及，通过卡尔曼滤波器对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
较优的，所述在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度，形成指纹地图，通过包括wifi sta模块的终端设备实施。
本发明的一种室内定位系统和方法，结合WIFI指纹加毫米波雷达的室内定位及跟踪方案，采取WIFI线下线上的定位方式，通过WIFI定位和毫米波可以协同锁定目标物，使之具有低成本，远距离，高精度，施工难度小等优点。
附图说明
图1是本发明室内定位方法一种实施例的流程图。
具体实施方式
目前室内定位的方法，如通过射频信号强度定位(包括三角定位法和指纹定位法)，通过激光雷达定位以及通过超宽带UWB定位，或多或少都存着技术以及应用方面的瓶颈，而能综合精度高，距离远，施工容易，低成本的室内定位方法才是市场真正需要的。
本发明实施例的一种室内定位系统和方法，结合WIFI指纹加毫米波雷达的室内定位及跟踪方案，采取WIFI线下线上的定位方式，通过WIFI定位和毫米波可以协同锁定目标物，使之具有低成本，远距离，高精度，施工难度小等优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例1
本实施例公开了一种室内定位系统。在本系统中，一样将定位方法分为线下以及线上两个阶段。在线下阶段，会将室内需定位的区域划分成若干个大的区域，这里的区域划分密度远远小于射频信号强度三角定位法的区域划分。约为边长100米左右的正方形区域，即一个区域占地约10000平方米，并在四角部署上毫米波雷达。对于一般的室内场景，如果面积没有达到这一要求的则无需划分。
本实施例的室内定位系统包括一wifi指纹采集单元，可以是一种包括wifi sta模块的终端设备，可在上述预设大小的区域内(100*100)收集wifi指纹点信号强度，进行线下wifi指纹采集，具体来说，可包括：
(1)每隔5米确定一个wifi指纹点，记录wifi sta模块收集到的周边wifi路由器的信号强度，并通过高斯模型得到较接近真实值的RSSI值(Received Signal StrengthIndication，接收的信号强度)，并对RSSI值进行排序，从中取出RSSI值较高的100个AP。
(2)室内定位系统还包括一服务器，可再次划分各所述区域为多个次级区域，如在上述边长五米的格子内再将每个格子分成25*25个小格子，即，每个小格为边长20厘米左右，并将其编号。比如说202.225代表第202个wifi指纹点以及该指纹点范围内的第225个小格。
服务器通过将这些数据与现场地图结合，生成wifi指纹地图，则此时线下制作部分工作完成。
在实际的线上定位阶段，首先，在需要定位的定位对象侧需要设置有wifi sta。如果是设备，需要设备具备WIFI功能；而如果是人，需要打开其终端设备，如手机WIFI，并安装相应的程序或者微信小程序，用以将接收到wifi ap rssi值列表发给服务器。
服务器在接收到定位对象侧终端设备上报的wifi ap rssi值后，对线下的指纹地图所有的数据做曲线拟合，找到最接近wifi ap rssi list的一个wifi指纹点。此时，服务器可以判定该设备或者人在哪个wifi指纹点区域，这时的定位精度为WIFI指纹点的地图制作精度，即5*5米的一个范围。但是由于受到如天气，湿度，人流，周边第三方AP的影响，此时的25平方米并不是一个确切的范围，会存在很大的跳点，偏离，误判的可能性。这也是WIFI指纹算法中最难解决的技术难点。
为此，本实施例的室内定位系统通过上述的在大范围的四角上的毫米波雷达进行进一步的目标锁定，目标识别和目标跟踪，从而实现更精准的定位。
目标识别和锁定：服务器告知毫米波雷达目标在第几个WIFI指纹点，由于当前WIFI指纹点受其他因素的影响所以不能确定该目标的确切指纹点。此时毫米波对该指纹点相对应的距离门数据进行分析，根据RCS(雷达散射截面)来分辨是目标物还是非目标物，这时候一般会有若干个疑似目标。此时毫米波雷达对这几个疑似目标在上述的次级区域内进行小格跟踪。然后将这几个疑似目标的运动轨迹和WIFI指纹点的轨迹纪录作对比，从而找出真实目标物。
目标跟踪：在目标识别阶段中完成了对目标的识别和锁定，因此WIFI指纹的工作已经完成了，接下来完全使用毫米波雷达进行目标跟踪。毫米波雷达可以区分出目标物的距离，速度，角度三方面信息，通过这三方面信息可以较容易的完成目标物体的跟踪。同时还可以通过卡尔曼滤波器对物体的运动轨迹进行预测与纠偏，从而达到目标物室内的定位和跟踪。
本实施例采用wifi指纹和毫米波雷达协同的方式进行精确室内定位，由于毫米波雷达拥有的优点包括：1.距离远，中心频率24GHz的毫米波雷达，一般可以测到150米以上；2.受环境影响小，天气，温度均不会影响到毫米波雷达信号；3.精度高，4G带宽下，毫米波雷达的分辨率可以达到3.5cm，因此使本实施例的技术方案在定位精度和距离，施工难易，以及成本达到综合最优。
实施例2
如图1所示，本实施例的一种室内定位方法可以通过实施例1所述的室内定位系统实施。具体来说，所述室内定位方法可包括如下步骤：
步骤S101，在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度。
可通过实施例1中的wifi指纹采集单元，如包括wifi sta模块的终端设备完成实施。
步骤S102，将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图。
服务器根据接收到的数据参数完成所述指纹地图的绘制后，还可再次划分各所述区域为多个次级区域。
步骤S103，接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表。
步骤S104，根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点。
步骤S105，采集疑似目标物的运动轨迹，并与WIFI指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。
可以通过毫米波雷达进行步骤S105的进一步判断，毫米波雷达首先对所述最接近的wifi指纹点相对应的距离门数据进行分析，并根据RCS数值判定是否是疑似目标物。在具体实施中，毫米波在所述次级区域内采集疑似目标物的运动轨迹，进行小格追踪。
步骤S106，对真实目标进行跟踪以及对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
所述毫米波雷达可以根据真实目标的距离信息，速度信息以及角度信息，对真实目标进行跟踪，并通过卡尔曼滤波器对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
本领域普通技术人员可以理解本实施例2与实施例1为基于同一发明构思，因此关于本实施例2的相关内容可以参照实施例1的相应内容，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种室内定位系统，其特征在于，包括：
wifi指纹采集单元，配置为在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度；
服务器，配置为将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图；以及，接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表，并根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点；
毫米波雷达，设置于所述区域内，配置为采集疑似目标物的运动轨迹，并与wifi指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。
2.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，
所述服务器还配置为再次划分各所述区域为多个次级区域；
所述毫米波雷达还配置为在所述次级区域内采集疑似目标物的运动轨迹。
3.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述毫米波雷达对所述最接近的wifi指纹点相对应的距离门数据进行分析，并根据RCS数值判定是否是疑似目标物。
4.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述毫米波雷达根据真实目标的距离信息，速度信息以及角度信息，对真实目标进行跟踪；以及，通过卡尔曼滤波器对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
5.如权利要求1所述的片上调试装置，其特征在于，所述wifi指纹采集单元为包括wifista模块的终端设备。
6.一种室内定位方法，其特征在于，通过如权利要求1所述的室内定位系统实施，包括：
在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度；
将所述wifi指纹点信号强度和现场地图结合，生成指纹地图；
接收定位对象侧发送的wifi信号强度列表；
根据所述wifi信号强度列表的数据在所述指纹地图上做曲线拟合，判定最接近的wifi指纹点；
采集疑似目标物的运动轨迹，并与wifi指纹点的轨迹纪录进行对比，进而判定真实目标物。
7.如权利要求6所述的室内定位方法，其特征在于，
所述形成指纹地图后还包括：再次划分各所述区域为多个次级区域；
所述采集疑似目标物的运动轨迹包括：在所述次级区域内采集疑似目标物的运动轨迹。
8.如权利要求6所述的室内定位方法，其特征在于，所述采集疑似目标物的运动轨迹前还包括：对所述最接近的wifi指纹点相对应的距离门数据进行分析，并根据RCS数值判定是否是疑似目标物。
9.如权利要求6所述的室内定位方法，其特征在于，所述判定真实目标物后还包括：根据真实目标的距离信息，速度信息以及角度信息，对真实目标进行跟踪；以及，通过卡尔曼滤波器对真实目标的运动轨迹进行预测与纠偏。
10.如权利要求6所述的室内定位方法，其特征在于，所述在预设大小的区域内收集wifi指纹点信号强度，形成指纹地图，通过包括wifi sta模块的终端设备实施。
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