CN112135245B - 一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及室内定位领域，公开了一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，包括建立蓝牙节点网；对步行者航位推算系统进行参数初始化配置；得到每个可观测蓝牙节点的设备号及信号强度；根据加速度计数据进行步态识别；将可观测蓝牙节点的信号强度值分别与信号强度识别阈值进行比较；根据设备号获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置；对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离进行排序；进行可观测蓝牙距离逼近判别；进行参数更新；进行临近校正；判断是否继续定位。本发明不仅克服了现有技术中信号强度阈值法存在的校正误差较大且存在轨迹跳动的问题，而且本发明提升了PDR校正精度和可靠性。

Description

一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，具体地涉及一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法。
背景技术
目前针对步行者航位推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)中存在严重的累积误差问题，有不少研究团队结合室内环境特殊区域或者用户在某处的特定行为设置了地标位置，用于校正PDR过程中的累积误差问题。2012年Wang等人提出了UnLoc，它将特定位置的WiFi指纹和不同位置的传感器数据都作为地标，并且 UnLoc的地标会自动增加到系统中；Shen在2013年的文章中将室内电梯、扶梯和转角等处会引起传感器特殊变化的区域都作为虚拟地标，通过这些地标消除PDR 过程中的累积误差；在2015年Chen等人融合了WiFi、传感器数据和地标数据。但是基于WiFi或者特定传感器特征的地标识别往往在实际应用中是有一定难度的，而且地标的识别范围往往是房间级别的。
蓝牙临近的PDR校正法已被广泛用于室内定位应用。智能手机接收蓝牙信号，输出蓝牙信号强度。当智能手机靠近蓝牙设备时，将蓝牙设备位置作为智能手机的当前位置，从而重新初始化PDR算法的起算位置，实现PDR轨迹校正。经典蓝牙PDR校正方法根据手机观测的蓝牙信号强度，进行蓝牙临近判别。通过分析蓝牙信号传播模型，设定蓝牙信号强度阈值。当观测蓝牙信号强度大于阈值时，即将蓝牙位置作为智能手机的已知位置，校正PDR结果偏差。然而基于信号强度的蓝牙临近判别方法，在蓝牙临近判别中面临着判别阈值选取的困难问题。阈值设定过高时，缩小了校正范围，降低了用户进入校正区的可能性，存在校正点未被识别而错过校正的问题。当阈值设定过低，放大了校正范围，存在过早校正用户位置问题，出现校正误差偏大、校正时用户轨迹跳变明显、进入较大校正范围内用户轨迹停滞不动等问题。
发明内容
本发明提供一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，从而解决现有技术的上述问题。
一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，包括以下步骤：
S1)建立蓝牙节点网，所述蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，所述若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；
S2)对步行者航位推算系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0以及所述可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0进行初始化；
S3)步行者航位推算系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据、并进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度；
S4)步行者航位推算系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S5)；若否，则返回步骤S3)；
S5)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点的信号强度值分别与所述信号强度识别阈值进行比较，将信号强度值大于所述信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；
S6)获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的设备号，根据设备号获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置；
S7)根据所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置计算所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离，对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离进行排序，获得距离最小值D1以及与所述距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1；
S8)进行可观测蓝牙距离逼近判别，判断所述距离最小值D1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0，若是，则进入步骤S9)；若否，则进入步骤S10)；
S9)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0更新为可观测蓝牙节点B1，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0更新为距离最小值D1，返回步骤S3)；
S10)进行临近校正，将与距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对步行者航位推算系统的输出位置进行校正，步行者航位推算系统校正后的输出位置为可观测蓝牙节点B1的位置，进入步骤S11)；
S11)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。
在步骤S2)中，移动终端能接收到预设范围内的蓝牙信号强度，把能接收到预设范围内的蓝牙信号强度对应的蓝牙节点的作为可观测蓝牙节点。
进一步的，步骤S2)中，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0初始化为空值，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0初始化为100m。
进一步的，步骤S1)中，根据室内建筑物布局建立蓝牙节点网，建筑物的不同位置包括行人必经的门口、窗口、拐角和/或出入口。
进一步的，步骤S1)中，两个蓝牙节点之间的距离设置为20～30米。
进一步的，步骤S5)中，信号强度识别阈值设置为-38dB。对移动终端能接收到的蓝牙节点(即可观测蓝牙节点)进行临近范围识别，把能接收到识别阈值范围内的蓝牙信号强度对应的可观测蓝牙节点的作为临近范围内的可观测蓝牙节点。
在步骤S8)中，本发明进行了距离逼近判别，距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0被初始化为非常大的值，首次运行后D0 将被更新为步行者行走的前一步(如第r-1步)位置与所有可观测蓝牙节点位置之间距离的最小值，B0被更新为距离步行者行走的前一步(如第r-1步)位置最近的蓝牙节点的设备号B1。当步行者行走一步以后到当前步(即第r步)位置，将判断此刻位置与蓝牙节点位置的距离最小值S1是否小于第r-1步时的距离最小值S0，若否，说明前一步的位置与蓝牙节点B1之间的距离已达到最小，而此后移动终端与蓝牙节点B1的距离已开始增大，此刻移动终端的位置已成为最靠近蓝牙节点B1的位置，此时使用距离移动终端最近的蓝牙节点B1的位置作为校正后步行者当前位置；若否，则说明此刻移动终端的位置与蓝牙节点B1 的距离仍在减小，步行者仍在靠近蓝牙节点B1，并且尚未到达最近处。
在步骤S9)中，此刻距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的距离D0更新后， D0值实际已变成步行者前一步的位置与所有可观测蓝牙节点位置之间距离的最小值，步行者前一步位置与可观测蓝牙节点之间距离的最小值将继续用于判断步行者下一步是否靠近或者到达蓝牙节点的最近处。
本发明的有益效果是：
本发明克服了现有技术中的信号强度阈值法存在的校正误差较大问题，由于信号强度阈值法根据单一限值，判断是否进行校正，信号强度限值的距离范围即为校正误差。而本发明采用的距离逼近法不设限值，而是根据当前距离值与前一步距离值的动态比较，进行靠近过程判断，整个判别过程也是校正误差逐步缩小的过程。
本发明克服了信号强度阈值法存在的轨迹跳动问题。经典阈值法利用信号强度进行判别。而信号强度受信标发射功率的抖动性和信号传输中的动态遮挡等影响，信号强度值存在跳动现象。若信号强度值在阈值附近频繁跳动，导致 PDR结果被频繁错误校正，出现轨迹跳动问题。而本发明采用的距离临近判别法，利用每步的位置与蓝牙设备(即蓝牙节点)的距离进行判别，蓝牙设备到移动终端的距离值不会出现大幅抖动，从而避免了频繁错误校正和轨迹调动问题。
本发明提升了PDR校正精度和可靠性。本发明采用了距离临近校正法，取用户行进过程中距离蓝牙最近的位置，进行临近校正。通过校正误差最小化，从而提升了校正精度。本发明利用距离值进行临近判断，克服了信号强度判断法存在的跳动现象，提升了校正的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例一提供的基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一，一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1)根据室内建筑物布局建立蓝牙节点网，蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；建筑物的不同位置包括行人必经的门口、窗口、拐角或出入口等。两个蓝牙节点之间的距离设置为20～ 30米。
S2)对步行者航位推算系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0以及所述可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0进行初始化。
在步骤S2)中，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0初始化为空值，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0初始化为 100m。移动终端能接收到预设范围内的蓝牙信号强度，把能接收到预设范围内的蓝牙信号强度对应的蓝牙节点的作为可观测蓝牙节点。
S3)步行者航位推算系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据、并进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度；
S4)步行者航位推算系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S5)；若否，则返回步骤S3)；
S5)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点的信号强度值分别与所述信号强度识别阈值进行比较，将信号强度值大于所述信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；
S6)获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的设备号，根据设备号获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置；
S7)根据所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置计算所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离，对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离进行排序，获得距离最小值D1以及与所述距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1；
S8)进行可观测蓝牙距离逼近判别，判断所述距离最小值D1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0，若是，则进入步骤S9)；若否，则进入步骤S10)；
S9)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0更新为可观测蓝牙节点B1，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0更新为距离最小值D1，返回步骤S3)；
S10)进行临近校正，将与距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对步行者航位推算系统的输出位置进行校正，步行者航位推算系统校正后的输出位置为可观测蓝牙节点B1的位置，进入步骤S11)；
S11)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。
在步骤S8)中，本发明进行了可观测蓝牙距离逼近判别，距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0被初始化为非常大的值，首次运行后D0将被更新为步行者行走的前一步(如第r-1步)位置与所有可观测蓝牙节点位置之间距离的最小值，B0被更新为距离步行者行走的前一步(如第r-1 步)位置最近的蓝牙节点的设备号B1。当步行者行走一步以后到当前步(即第 r步)位置，将判断此刻位置与蓝牙节点位置的距离最小值S1是否小于第r-1步时的距离最小值S0，若否，说明前一步的位置与蓝牙节点B1之间的距离已达到最小，而此后移动终端与蓝牙节点B1的距离已开始增大，此刻移动终端的位置已成为最靠近蓝牙节点B1的位置，此时使用距离移动终端最近的蓝牙节点 B1的位置作为校正后步行者当前位置；若是 ，则说明此刻移动终端的位置与蓝牙节点B1的距离仍在减小，步行者仍在靠近蓝牙节点B1，并且尚未到达最近处。
在步骤S9)中，此刻距离移动终端最近的可观测蓝牙节点的距离D0更新后， D0值实际已变成步行者前一步的位置与所有可观测蓝牙节点位置之间距离的最小值，步行者前一步位置与可观测蓝牙节点之间距离的最小值将继续用于判断步行者下一步是否靠近或者到达蓝牙节点的最近处。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明克服了现有技术中的信号强度阈值法存在的校正误差较大问题，由于信号强度阈值法根据单一限值，判断是否进行校正，信号强度限值的距离范围即为校正误差。而本发明采用的距离逼近法不设限值，而是根据当前距离值与前一步距离值的动态比较，进行靠近过程判断，整个判别过程也是校正误差逐步缩小的过程。
本发明克服了信号强度阈值法存在的轨迹跳动问题。经典阈值法利用信号强度进行判别。而信号强度受信标发射功率的抖动性和信号传输中的动态遮挡等影响，信号强度值存在跳动现象。若信号强度值在阈值附近频繁跳动，导致 PDR结果被频繁错误校正，出现轨迹跳动问题。而本发明采用的距离临近判别法，利用每步的位置与蓝牙设备(即蓝牙节点)的距离进行判别，蓝牙设备到移动终端的距离值不会出现大幅抖动，从而避免了频繁错误校正和轨迹调动问题。
本发明提升了PDR校正精度和可靠性。本发明采用了距离临近校正法，取用户行进过程中距离蓝牙最近的位置，进行临近校正。通过校正误差最小化，从而提升了校正精度。本发明利用距离值进行临近判断，克服了信号强度判断法存在的跳动现象，提升了校正的可靠性。
以上仅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，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)建立蓝牙节点网，所述蓝牙节点网包括若干个蓝牙节点，所述若干个蓝牙节点分别位于建筑物的不同位置处；
S2)对步行者航位推算系统进行参数初始化配置，对距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0以及所述可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0进行初始化；步骤S2)中，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0初始化为空值，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0初始化为100m；
S3)步行者航位推算系统接收所有可观测蓝牙节点的蓝牙数据、并进行蓝牙数据解析，得到每个可观测蓝牙节点的设备号以及信号强度；
S4)步行者航位推算系统接收加速度计数据，并根据所述加速度计数据进行步态识别，判断用户是否行进了一步，若是，则进入步骤S5)；若否，则返回步骤S3)；
S5)设定信号强度识别阈值，将所有可观测蓝牙节点的信号强度值分别与所述信号强度识别阈值进行比较，将信号强度值大于所述信号强度识别阈值的可观测蓝牙节点作为移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点；步骤S5)中，信号强度识别阈值设置为-38dB；
S6)获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的设备号，根据设备号获取所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置；
S7)根据所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点的位置计算所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离，对所有进入移动终端临近范围内的可观测蓝牙节点到移动终端的距离进行排序，获得距离最小值D1以及与所述距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1；
S8)进行可观测蓝牙距离逼近判别，判断所述距离最小值D1是否小于距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0，若是，则说明此刻移动终端的位置与蓝牙节点B1的距离仍在减小，步行者仍在靠近蓝牙节点B1，并且尚未到达最近处，进入步骤S9)；若否，则说明前一步的位置与蓝牙节点B1之间的距离已达到最小，而此后移动终端与蓝牙节点B1的距离已开始增大，此刻移动终端的位置已成为最靠近蓝牙节点B1的位置，此时使用距离移动终端最近的蓝牙节点B1的位置作为校正后步行者当前位置，进入步骤S10)；
S9)进行参数更新，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0更新为可观测蓝牙节点B1，将距离移动终端最近的可观测蓝牙节点B0到移动终端的距离值D0更新为距离最小值D1，距离值D0已变成步行者前一步的位置与所有可观测蓝牙节点位置之间距离的最小值，步行者前一步位置与可观测蓝牙节点之间距离的最小值将继续用于判断步行者下一步是否靠近或者到达蓝牙节点的最近处，返回步骤S3)；
S10)进行临近校正，将与所述距离最小值D1对应的可观测蓝牙节点B1作为距离移动终端最近的可观测蓝牙节点、并对步行者航位推算系统的输出位置进行校正，步行者航位推算系统校正后的输出位置为可观测蓝牙节点B1的位置，进入步骤S11)；
S11)判断是否继续定位，若是，则返回步骤S2)；若否，则结束定位。
2.根据权利要求1所述的基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，其特征在于，步骤S1)中，根据室内建筑物布局建立蓝牙节点网，建筑物的不同位置包括行人必经的门口、窗口、拐角和/或出入口。
3.根据权利要求1所述的基于距离逼近判别蓝牙的行人定位校正方法，其特征在于，步骤S1)中，两个蓝牙节点之间的距离设置为20～30米。
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