CN110826524B - 指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：获取采样频率、采集路径和采集方向；根据采样频率和采集方向对采集路径进行正反路径的重复采集，以在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹；将多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。由此，解决了在有限特征维度或存在一定噪声的条件下，降低了指纹的辨识度，导致指纹库的可靠性较低、指纹匹配的精确度较低，影响定位的准确性，无法满足使用要求等问题。

Description

指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

相关技术中，指纹匹配作为基于非测距条件下的室内定位模式，以其良好的稳定性得到了在各个领域的广泛应用。

具体地，在基于UWB(Ultra Wide Band，超宽带)定位中，相对于基站和标签之间的测量RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示)，由于基站与标签之间的ToA(Time of Arrival，到达时间)，下行TDoA(Time Difference of Arrival，到达时间差)系统中，两个基站到标签的TDoA均表现出对距离的敏感性，表示时间指纹一定层面上，匹配性能优于RSSI。

在实际应用中，通常根据采集的指纹点构造指纹库，但是，在指纹采集过程中，伴随着噪声，相邻指纹之间存在一定相似性，一旦噪声达到一定程度，指纹的辨识度较低，造成匹配性能降低，而且当指纹中包含的有效信息维度不够时，即构造指纹的基本特征维度较少，也会降低指纹的辨识度，导致指纹库的可靠性较低，降低指纹匹配的精确度，进而降低定位的准确性，无法满足使用要求。

发明内容

本发明提供一种指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质，以解决在有限特征维度或存在一定噪声的条件下，降低了指纹的辨识度，导致指纹库的可靠性较低、指纹匹配的精确度较低，影响定位的准确性，无法满足使用要求等问题。

本发明第一方面实施例提供一种指纹库生成方法，包括以下步骤：获取采样频率、采集路径和采集方向；根据所述采样频率和所述采集方向对所述采集路径进行正反路径的重复采集，以在所述采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹；将所述多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。

本发明第二方面实施例提供一种指纹库生成装置，包括：获取模块，用于获取采样频率、采集路径和采集方向；采集模块，用于根据所述采样频率和所述采集方向对所述采集路径进行正反路径的重复采集，以在所述采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹；生成模块，用于将所述多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。

本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的指纹库生成方法。

本发明第四方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，所述非临时性计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的指纹库生成方法。

在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，以在有限特征维度，或存在一定噪声的条件下，构造连续时间指纹，其中，使用连续点路径指纹进行匹配，即多点匹配的方式，有效地规避离散点指纹采集误差带来的匹配准确性的降低，并且在有限的空间内，连续时间指纹可增强指纹之间的辨识度，提高指纹库的可靠性，进而提升指纹匹配的准确性，保证定位的准确性，有效满足使用要求。由此，解决了在有限特征维度或存在一定噪声的条件下，降低指纹的辨识度，导致指纹库的可靠性较低、指纹匹配的精确度较低，影响定位的准确性，无法满足使用要求等问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的指纹库生成方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的独立型路径的划分示意图；

图3为根据本发明一个实施例的交叉路径的划分示意图；

图4为根据本发明一个具体实施例的指纹库生成方法的流程图；

图5为根据本发明实施例的指纹库生成装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的指纹库生成方法、装置、电子设备及存储介质。针对上述背景技术中心提到的在指纹采集过程中，伴随着噪声，相邻指纹之间存在一定相似性，一旦噪声达到一定程度，指纹的辨识度较低，造成匹配性能降低，而且当指纹中包含的有效信息维度不够时，即构造指纹的基本特征维度较少，也会降低指纹的辨识度的问题，本发明提出了一种指纹库生成方法。在该方法中，在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，以在有限特征维度，或存在一定噪声的条件下，构造连续时间指纹，其中，使用连续点路径指纹进行匹配，即多点匹配的方式，有效地规避离散点指纹采集误差带来的匹配准确性的降低，并且在有限的空间内，连续时间指纹可增强指纹之间的辨识度，提高指纹库的可靠性，进而提升指纹匹配的准确性，保证定位的准确性，有效满足使用要求。由此，解决了在有限特征维度或存在一定噪声的条件下，降低了指纹的辨识度，导致指纹库的可靠性较低、指纹匹配的精确度较低，影响定位的准确性，无法满足使用要求等问题。

具体而言，图1为本发明实施例所提供的一种指纹库生成方法的流程示意图。

如图1所示，该指纹库生成方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取采样频率、采集路径和采集方向。

需要说明的是，当环境噪声增大时，离散点指纹的辨识度降低，易带来区域模糊，而且指纹构造的特征维度不够时，离散点指纹的构造方式匹配准确性降低。因此，相比于现有技术，本发明实施例可以设定采样频率、采集路径和采集方向，从而采集规划的采集路径下的连续指纹特征。

在步骤S102中，根据采样频率和采集方向对采集路径进行正反路径的重复采集，以在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹。

需要说明的是，连续时间指纹的特征选取可利用单点指纹前后之间的时间指纹差分作为基本组成特征，下面进行详细描述。

可选地，在本发明的一个实施例中，在对采集路径进行正反路径的重复采集之前，还包括：判断采集路径的类型；若类型为独立型路径，则以第一采集规则采集连续时间指纹；若类型为交叉型路径，则以第二采集规则采集连续时间指纹。

可以理解的是，根据路径类型设置相应的采集规则，其包括连续指纹的采集规则、正反采集和随机起始点采集。具体地，因连续时间指纹采取的是连续指纹点的特征采集，受限于采集初始位置、采集时间间隔的误差，采集间隔时间过小带来的指纹库的扩大，增大存储空间和匹配复杂度，而采集间隔过大则带来指纹特征的不完善，造成匹配准确率的降低。故需要在尽量保证采集时间间隔的条件下，选取多点初始位置与结束位置(但需大于匹配长度)，对路径的多次重复采集，正反路径方向的重复的采集，以保证对采集路径的全覆盖。

具体地，如图2和图3所示，路径类型分为封闭型，半封闭性，开放型。设路径时间长度L，匹配长度l。路径时间长度应远大于匹配长度，即满足L>>l。基本路径划分分为两类：独立型路径和交叉型路径。

其中，独立型路径划分规则如图2所示，交叉型路径的划分规则如图3所示，举例而言，交叉型路径包含多路径的交叉重叠，可以对交叉口处进行全排列组合式采集，对交叉路径进行拆分，由上述三类基本路径组合而成。同时带来指纹库呈倍数扩大，故在实际过程中，应尽量避免路径的交叉，路径长度过短。或者，借助于其他判断手段，识别行走方位，针对指纹库路径进行拆分，以顺时针或逆时针作为方位判断标准，将连续指纹库划分成方位一致型，顺90、顺180、逆90、逆180等多种类型的指纹类型组合，具体可以以实际路径的方位角度作为依据，在此不做具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，连续时间指纹包括ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹，其中，根据采样频率和采集方向对采集路径进行正反路径的重复采集，包括：连续测量当前位置的ToA和/或TDoA，得到当前位置的ToA信息和TDoA信息；根据ToA信息和TDoA信息生成当前位置的ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹。

如图4所示，图左侧表示指纹库的构造方式，图右侧表示连续时间指纹的构造过程。

结合图4所示，下面对ToA时间指纹和TDoA时间指纹的构造进行举例描述。

对于ToA时间指纹的构造，连续ToA时间指纹由多点ToA指纹矢量构成的多维ToA特征。设参与指纹构造基准数为M，单点ToA指纹矢量维度最大为M，即在视距条件下，指纹可达到的最大维度。单次单点指纹记为τ_ToA＝[τ₁,τ₂,…,τ_i,…,τ_m]，其中m≤M。单条连续路径ToA指纹包含n个点特征指纹，各点指纹维度分别为[m₁,m₂,…,m_j,…,m_n]，m_j≤M。设定路径指纹的点指纹长度指定为M，当由测距，视距等因素造成的指纹丢失，以0作为替代。例如：当构建路径指纹中，第k个点指纹出现非视距影响，造成标签与基站i之间的指纹丢失，则连续路径指纹一般形式如下：

点指纹特征维度为点指纹长度去除0点后的长度。多次路径采集后，对路径指纹进行均值化处理。从而完成连续路径指纹的构造采集。

相对于ToA时间指纹构造，连续TDoA时间指纹由多点TDoA指纹矢量构成的多维TDoA特征。不同的是，TDoA单点指纹中，各个维度具有一定的关联度，即参考基站的确定。在TDoA定位系统中，当标签未与基站进行时钟同步时，标签基站间的测量无法直接得到ToA测量值，参考基站的选取方法，决定TDoA时间指纹的特征形式。当参考基站选取基站i时，TDoA时间指纹一般形式如下：

其中，τ_ij＝τ_i-τ_j,1≤i≤M,1≤j≤M,i≠j表示基站i,j到标签的时间差。

当标签与基站间存在时钟同步处理，则先可直接依据ToA时间指纹的构造。其次，进行参考基站选取，如同样选定基站i作为参考基站，构造连续TDoA时间指纹，一般形式如下：

其中，在未出现采集过程中的指纹特征丢失情况下，TDoA时间指纹维度为n*(M-1)。

一般情况下，在采集指纹的过程中，如出现一些异常情况，例如，硬件设备异常，突发遮挡，丢帧等情况，上述连续指纹中，在某一点特征中的指纹元素会出现丢失，如ToA时间指纹采集过程中，第k个点指纹中基站i指纹的丢失。

当基站i为参考基站时，在丢失后，进行重新参考基站选取，重新进行点指纹的重构。即当参考基站换至基站k，基本指纹特征

且

若非参考基站，则类似ToA时间指纹的处理方式，将丢失基站对应指纹位置可以置零，保证组成连续指纹的各单点指纹的长度一致。则连续TDoA时间指纹基本形式如下：

另外，在本发明的一个实施例中，在得到多个连续时间指纹之后，本发明实施例的方法还包括：对多个连续时间指纹进行去随机性处理，筛选满足预设条件的连续时间指纹。

可以理解的是，在多次路径采集后进行连续指纹的去随机性处理，消除部分随机误差的引入，本发明实施例通过连续时间指纹的构造，即使用连续点路径指纹进行匹配，多点匹配的方式有效的规避离散点指纹采集误差带来的匹配准确性的降低，且在有限的空间内，当指纹特征中所包含有用信息不足时，连续路径指纹可增强指纹之间的辨识度，提升指纹匹配准确性。

需要说明的是，连续时间指纹最基本单元为基站标签之间的测量时间特征，若精度要求不高，或者通过其他手段可以获取较好的RSSI测量信息，则可用RSSI强度特征替代上述的时间特征，而且路径划分可依赖外界手段协助路径的划分，例如：行走方位，进而将指纹进行分类细化，提高匹配效率。

在步骤S103中，将多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。

其中，在本发明的一个实施例中，在获取采样频率、采集路径和采集方向之后，还包括：确定匹配时间长度，以对采集路径进行时间段划分，生成采集子路径。

具体地，如图4所示，设置匹配时间长度，对采集路径进行时间段划分，形成诸多子路径，将连续时间指纹与位置进行一一匹配映射，并将其存入数据库，形成指纹库。另外，当测量时间与位置信息存在一定的关联度时，如激光、超声波、蓝牙、WiFi等皆可使用。

综上，本发明实施例可以分为连续路径指纹的构造和指纹库的采集。其中，连续指纹构造，即多个离散指纹点的组合构造。连续路径指纹的构造包含基于ToA时间指纹和TDoA时间指纹的构造方法，连续路径指纹库采集过程包含路径的采集、子路径划分和位置点与指纹的映射。实时指纹构造即对起始与结束时间段内的离散指纹采集，且连续指纹匹配包含指纹的一致化处理、相似度匹配，可增强指纹之间的辨识度，提升指纹匹配准确性，使得与辨识度高的指纹匹配，输出更准确的坐标。

根据本发明实施例的指纹库生成方法，在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，以在有限特征维度，或存在一定噪声的条件下，构造连续时间指纹，其中，使用连续点路径指纹进行匹配，即多点匹配的方式，有效地规避离散点指纹采集误差带来的匹配准确性的降低，并且在有限的空间内，连续时间指纹可增强指纹之间的辨识度，提高指纹库的可靠性，进而提升指纹匹配的准确性，保证定位的准确性，有效满足使用要求。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的指纹库生成装置。

图5是本发明实施例的指纹库生成装置的方框示意图。

如图5所示，该指纹库生成装置10包括：获取模块100、采集模块200和生成模块300。

其中，获取模块100用于获取采样频率、采集路径和采集方向。

采集模块200用于根据采样频率和采集方向对采集路径进行正反路径的重复采集，以在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹。

生成模块300用于将多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。

可选地，在本发明的一个实施例中，连续时间指纹包括ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹，其中，采集模块200包括：测量单元和生成单元。

其中，测量单元用于连续测量当前位置的ToA和/或TDoA，得到当前位置的ToA信息和TDoA信息。

生成单元用于根据ToA信息和TDoA信息生成当前位置的ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：判断模块。其中，判断模块用于判断采集路径的类型，以在类型为独立型路径时，采集模块200以第一采集规则采集连续时间指纹，且在类型为交叉型路径时，采集模块200以第二采集规则采集连续时间指纹。

需要说明的是，前述对指纹库生成方法实施例的解释说明也适用于该实施例的指纹库生成装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例的指纹库生成装置，在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，以在有限特征维度，或存在一定噪声的条件下，构造连续时间指纹，其中，使用连续点路径指纹进行匹配，即多点匹配的方式，有效地规避离散点指纹采集误差带来的匹配准确性的降低，并且在有限的空间内，连续时间指纹可增强指纹之间的辨识度，提高指纹库的可靠性，进而提升指纹匹配的准确性，保证定位的准确性，有效满足使用要求。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器。其中，存储器与至少一个处理器通信连接，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被设置为用于执行上述实施例的指纹库生成方法，如以用于：

获取采样频率、采集路径和采集方向。

根据采样频率和采集方向对采集路径进行正反路径的重复采集，以在采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹。

将多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述实施例的指纹库生成方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种指纹库生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取采样频率、采集路径和采集方向；

根据所述采样频率和所述采集方向对所述采集路径进行正反路径的重复采集，以在所述采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，其中，连续时间指纹采取的是连续指纹点的特征，所述连续指纹点的特征选取利用单点指纹前后之间的时间指纹差分作为基本组成特征；以及

将所述多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库；

其中，在对所述采集路径进行正反路径的重复采集之前，还包括：判断所述采集路径的类型；若所述类型为独立型路径，则以第一采集规则采集连续时间指纹；若所述类型为交叉型路径，则以第二采集规则采集所述连续时间指纹；

在获取所述采样频率、所述采集路径和所述采集方向之后，还包括：确定匹配时间长度，以对所述采集路径进行时间段划分，生成采集子路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续时间指纹包括ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹，其中，所述根据所述采样频率和所述采集方向对所述采集路径进行正反路径的重复采集，包括：

连续测量当前位置的ToA和/或TDoA，得到所述当前位置的ToA信息和TDoA信息；

根据所述ToA信息和所述TDoA信息生成当前位置的ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述多个连续时间指纹之后，还包括：

对所述多个连续时间指纹进行去随机性处理，筛选满足预设条件的连续时间指纹。

4.一种指纹库生成装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取采样频率、采集路径和采集方向；

采集模块，用于根据所述采样频率和所述采集方向对所述采集路径进行正反路径的重复采集，以在所述采集路径上单次单点时间指纹得到多个连续时间指纹，其中，连续时间指纹采取的是连续指纹点的特征，所述连续指纹点的特征选取利用单点指纹前后之间的时间指纹差分作为基本组成特征；以及

生成模块，用于将所述多个连续时间指纹的每个指纹与室内的每个位置进行一一匹配映射，生成指纹库；

判断模块，用于判断所述采集路径的类型，以在所述类型为独立型路径时，所述采集模块以第一采集规则采集连续时间指纹，且在所述类型为交叉型路径时，所述采集模块以第二采集规则采集所述连续时间指纹；

在获取所述采样频率、所述采集路径和所述采集方向之后，所述获取模块还用于：确定匹配时间长度，以对所述采集路径进行时间段划分，生成采集子路径。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述连续时间指纹包括ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹，其中，所述采集模块包括：

测量单元，用于连续测量当前位置的ToA和/或TDoA，得到所述当前位置的ToA信息和TDoA信息；

生成单元，用于根据所述ToA信息和所述TDoA信息生成当前位置的ToA时间指纹和/或TDoA时间指纹。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-3任一项所述的指纹库生成方法。

7.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-3任一项所述的指纹库生成方法。

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