CN112637765B - 一种城市地下综合管廊的无线ap定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法，定位方法包括离线采集阶段和在线定位阶段；离线采集阶段为：从多个无线AP中选取一个作为基准无线AP，将基准无线AP的覆盖范围对称分为A区和B区，对A区的多个采集点进行位置指纹信息采集，并根据对称性获得B区各采集点的位置指纹信息，从而获得基准无线AP覆盖范围内的位置指纹信息；其余无线AP覆盖范围的位置指纹信息则根据各无线AP与基准无线AP的实际距离获得，从而获得离线位置指纹库；在线定位阶段采用K近邻算法获得定位坐标。离线采集阶段将基准无线AP的覆盖范围分为A区和B区，只需采集A区的位置指纹信息即可，极大了地减少了采集的工作量。

Description

一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法。
背景技术
基于位置指纹的WLAN室内定位技术利用离线阶段建立的位置指纹数据库，即位置指纹图(Radio-map)描述从RSS信号空间到物理空间的映射关系。在线阶段利用位置指纹定位算法计算定位结果。该技术能在非视距(Non Line of Sight,NLOS)条件下，可实现较高的定位精度，能够满足室内环境下大多数LBS(基于位置的服务)的需求，而且不需要额外的硬件设备。
因此，基于位置指纹的WLAN室内定位技术已经成为普适计算中位置感知领域的主要研究方向。国内外很多研究机构先后提出了具有不同特点的基于位置指纹的WLAN室内定位系统，例如：Horus、Nibble和WILL等定位系统。这些系统具有一定的实际意义和应用价值，在很大程度上推动了WLAN位置指纹室内定位技术的发展，但是目前该技术仍然不够成熟，存在一些亟待解决的问题。
在地下综合管廊环境中，由于在管廊内无法接收到运营商的手机信号和GPS卫星定位信号，WLAN室内定位技术被广泛使用。管廊内一个分区长约200米，安装有3-5个无线AP，呈分布式布局。在该地下管廊环境中若采用一般的位置指纹方法，在离线阶段需要大量的工作量来采集离线训练点，不仅如此，在该环境内无法同时采集多个AP的信号强度信息存入离线位置指纹库，对于最终的定位效果有很大的影响，所以一般的位置指纹法不适用于此。
综上所述，急需一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法，旨在解决在管廊环境内一般的位置指纹法在离线采集阶段采集工作量大、定位效果差的问题，具体技术方案如下：
一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法，城市地下综合管廊沿着纵向排列分布有多个无线AP，所述定位方法包括离线采集阶段和在线定位阶段；
所述离线采集阶段为：
步骤1：从多个无线AP中选取一个作为基准无线AP，将基准无线AP的覆盖范围对称分为A区和B区，对A区的多个采集点进行位置指纹信息采集，并根据对称性获得B区各采集点的位置指纹信息，从而获得基准无线AP覆盖范围内的位置指纹信息；
步骤2：其余无线AP覆盖范围的位置指纹信息则根据各无线AP与基准无线AP的实际距离获得，从而获得管廊内包括所有无线AP位置指纹信息的离线位置指纹库；
所述在线定位阶段为：
步骤S1：工作人员手持终端设备进入管廊内，根据终端设备获得的MAC地址信息判断所连接的无线AP；
步骤S2：根据信号强度判断工作人员是否进入无信号区，若处于无信号区则以无信号区的实际位置作为最终定位坐标，若不是处于无信号区则进入下一步；
步骤S3：判断工作人员处于A区还是B区；若处于A区，则将终端设备获得的信息代入算法得出坐标；若处于B区，则将终端设备获得的信息代入算法处理后再经过对称运算得出坐标；
步骤S4：根据步骤S1的MAC地址信息进行不同处理：若连接的无线AP为基准无线AP，步骤S3得出的坐标为最终定位坐标；若连接的无线AP不是基准无线AP，则步骤S3得出的坐标需要加上连接的无线AP与基准无线AP间的实际距离为最终定位坐标。
以上技术方案中优选的，在单个无线AP的覆盖范围中，根据该无线AP信号强度最大处轴对称分为A区和B区，A区和B区中越靠近该无线AP信号强度值越大。
以上技术方案中优选的，所述步骤1具体是：
步骤1.1：在A区实际测量后，手动输入当前采集点的位置坐标(X，Y)；
步骤1.2：实时读取当前基准无线AP的信号强度和MAC地址；
步骤1.3：将步骤1.2获得的数据存入到数据库里，单个采集点的位置指纹信息采集完成；
步骤1.4：重复步骤1.1-步骤1.3，直至完成A区内所有采集点的采集工作；
步骤1.5：根据A区各采集点的位置指纹信息，利用对称性得到B区各采集点的位置指纹信息，从而得到基准无线AP覆盖范围内全部采集点的位置指纹信息。
以上技术方案中优选的，所述步骤1中各采集点形成的采集网格为1×1m。
以上技术方案中优选的，所述无信号区为：相邻无线AP间，两个无线AP的信号强度均低于-70dBm的区间。
以上技术方案中优选的，所述步骤S2中若处于无信号区，具体处理方式是：根据终端设备与无线AP断开前的MAC地址以及工作人员的移动方向判断工作人员目前所处的无信号区，将该无信号区的实际位置作为最终定位坐标。
以上技术方案中优选的，所述步骤S3中判断工作人员处于A区还是B区具体方法是：实时采集工作人员移动一段时间内的信号强度信息，对这段时间内的信号强度取平均值，将平均值与移动后实时读取的当前信号强度做比较；若平均值比当前信号强度值小，则工作人员处于A区；若平均值比当前信号强度大，则说明工作人员处于B区。
以上技术方案中优选的，所述步骤S3中的算法为K近邻算法。
以上技术方案中优选的，所述步骤S3中，若处于B区，将终端设备获得的信息代入算法处理后，再根据连接的无线AP信号强度最大处轴对称得出坐标。
以上技术方案中优选的，以管廊入口处的第一个无线AP为基准无线AP。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明针对城市地下综合管廊环境的无线AP定位方法，能够实现高性能的定位效果，相比于一般的位置指纹定位算法，离线采集阶段将基准无线AP的覆盖范围分为A区和B区，只需采集A区的位置指纹信息即可，极大了地减少了采集的工作量，同时在在线定位阶段以K近邻算法为核心，根据实时读取AP的信号强度、MAC地址等信息作为综合判断条件，保证了整个算法的定位性能，定位性能较好，最终实现了城市地下综合管廊环境内的无线定位。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例1中无线AP分布示意图；
图2是本发明实施例1中离线采集阶段流程图；
图3是本发明实施例1中在线定位阶段流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法，城市地下综合管廊沿着纵向排列分布有多个无线AP，所述定位方法包括离线采集阶段和在线定位阶段；
所述离线采集阶段为：
步骤1：从多个无线AP中选取一个作为基准无线AP，将基准无线AP的覆盖范围对称分为A区和B区，对A区的多个采集点进行位置指纹信息采集，并根据对称性获得B区各采集点的位置指纹信息，从而获得基准无线AP覆盖范围内的位置指纹信息；
在单个无线AP的覆盖范围中，可根据该无线AP信号强度最大处轴对称分为A区和B区，A区和B区中越靠近该无线AP信号强度值越大。
进一步的，所述步骤1具体是：
步骤1.1：在A区实际测量后，手动输入当前采集点的位置坐标(X，Y)；
步骤1.2：实时读取当前基准无线AP的信号强度和MAC地址，即RSS信息；
步骤1.3：将步骤1.2获得的数据存入到数据库里，单个采集点的位置指纹信息采集完成；
步骤1.4：重复步骤1.1-步骤1.3，直至完成A区内所有采集点的采集工作；
步骤1.5：根据A区各采集点的位置指纹信息，利用对称性得到B区各采集点的位置指纹信息，从而得到基准无线AP覆盖范围内全部采集点的位置指纹信息。
优选的，所述步骤1中各采集点形成的采集网格为1×1m。
步骤2：其余无线AP覆盖范围的位置指纹信息则根据各无线AP与基准无线AP的实际距离获得，从而获得管廊内包括所有无线AP位置指纹信息的离线位置指纹库；
进一步的，所述在线定位阶段为：
步骤S1：工作人员手持终端设备进入管廊内，根据终端设备获得的MAC地址信息判断所连接的无线AP；
步骤S2：根据信号强度判断工作人员是否进入无信号区，若处于无信号区则以无信号区的实际位置作为最终定位坐标，若不是处于无信号区则进入下一步；
所述步骤S2中若处于无信号区，具体处理方式是：根据终端设备与无线AP断开前的MAC地址以及工作人员的移动方向判断工作人员目前所处的无信号区，将该无信号区的实际位置作为最终定位坐标。
所述无信号区为：相邻无线AP间，两个无线AP的信号强度均低于-70dBm的区间，在无信号区内终端设备会与无线AP断开连接。
在管廊内，无信号区的位置以及各无线AP的位置均是已知的，即可以直接测量出来。
步骤S3：判断工作人员处于A区还是B区；若处于A区，则将终端设备获得的信息代入算法得出坐标；若处于B区，则将终端设备获得的信息代入算法处理后再经过对称运算得出坐标；
所述步骤S3中判断工作人员处于A区还是B区具体方法是：实时采集工作人员移动一段时间内的信号强度信息，对这段时间内的信号强度取平均值，将平均值与移动后实时读取的当前信号强度做比较；若平均值比当前信号强度值小，则工作人员处于A区；若平均值比当前信号强度大，则说明工作人员处于B区。
优选的，所述步骤S3中，若处于B区，将终端设备获得的信息代入算法处理后，再根据连接的无线AP信号强度最大处轴对称得出坐标。
优选的，所述步骤S3中的算法为K近邻算法。
步骤S4：根据步骤S1的MAC地址信息进行不同处理：若连接的无线AP为基准无线AP，步骤S3得出的坐标为最终定位坐标；若连接的无线AP不是基准无线AP，则步骤S3得出的坐标需要加上连接的无线AP与基准无线AP间的实际距离为最终定位坐标。
优选的，为了方便各无线AP的坐标换算，以管廊入口处的第一个无线AP为基准无线AP。
参见图1-图3，针对以上方法本实施例提供一种具体的应用案例，该案例以上湾中路603分区为例，如图1所示，603分区一共有3个无线AP呈分布式排列，分别为AP1、AP2和AP3，每个AP间隔距离约为50m，这三个AP的WiFi名称均相同，仅MAC地址不同，工作人员在分区内移动时，仅会接收到某一个AP的WiFi信号，不存在同时接收到两个AP信号的可能；经过实际测试，工作人员在走到两个AP的信号交汇处时，移动设备会自动断开与AP的信号连接，出现无信号状态，这个区域称为无信号区。整个分区有两个无信号区，一个无信号区的长度约为10-20cm。当工作人员沿分区方向走过此区域后，移动设备便可自动连接到下一个AP。
在本案例中，以AP1为基准无线AP，所述AP1位于管廊的入口处。参见图1，各AP的信号强度成正态分布，越靠近无线AP处信号强度越大。
参见图2和图3，定位方法包括离线采集阶段和在线定位阶段两个部分，离线采集阶段主要进行RSS数据的采集工作，建立离线位置指纹库。以603分区为例，在该区建立二维笛卡尔坐标系，离线采集步骤如下：
步骤A1：在AP1的A区实际测量后，在终端设备的APP中手动输入当前位置的坐标(X，Y)；
步骤A2：通过终端设备实时读取当前AP1的信号强度、MAC地址；
步骤A3：点击APP的“保存”按钮，将数据存入到数据库里，单个离线指纹点采集完成；
步骤A4：重复步骤A1-A3，采集网格为1X1米(即每个采集点间隔为1米)，对各个采集点进行采集，直至完成该AP1覆盖范围内A区内所有采集点的采集工作。
步骤A5：根据A区各采集点的位置指纹信息，利用对称性得到B区各采集点的位置指纹信息，从而得到AP1覆盖范围内全部采集点的位置指纹信息，离线位置指纹库建立完成。
在线定位阶段主要进行定位算法的执行和最终定位坐标的显示。
在离线位置指纹库建立完成后，工作人员手持终端设备进入各分区内部，通过APP点击开始定位按钮，此终端设备系统开始工作，定位步骤如下：
步骤B1：根据MAC地址判断所连的AP；
步骤B2：根据所连AP的信号强度判断是否进入无信号区，若进入无信号区执行步骤B2.1，若不是无信号区执行步骤B2.2；
步骤B2.1：若进入无信号区，则根据终端设备与无线AP断开前的MAC地址判断是AP1与AP2的无信号区还是AP2与AP3的无信号区；若进入AP1与AP2的无信号区，则用该无信号区与入口的实际距离当成此时的定位坐标；若进入AP2与AP3的无信号区，则用该无信号区与入口的实际距离当成此时的定位坐标；
步骤B2.2：若进入有信号区，则判断进入该AP覆盖范围内的A区还是B区；
步骤B2.2.1：若进入A区，直接执行定位算法得出定位坐标；若进入B区，执行定位算法得出定位坐标后关于该AP信号最强处中线轴对称后的坐标即为定位坐标；
步骤B3：根据所连AP对此定位进行修正，若是AP1，则该定位坐标为最终定位坐标；若是AP2，则该坐标加上AP2与AP1的实际距离后为最终定位坐标；若是AP3，则该坐标加上AP3与AP1的实际距离后为最终定位坐标。
步骤B4：得出最终定位坐标，本次定位结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，城市地下综合管廊沿着纵向排列分布有多个无线AP，所述定位方法包括离线采集阶段和在线定位阶段；
所述离线采集阶段为：
步骤1：从多个无线AP中选取一个作为基准无线AP，将基准无线AP的覆盖范围对称分为A区和B区，对A区的多个采集点进行位置指纹信息采集，并根据对称性获得B区各采集点的位置指纹信息，从而获得基准无线AP覆盖范围内的位置指纹信息；
步骤2：其余无线AP覆盖范围的位置指纹信息则根据各无线AP与基准无线AP的实际距离获得，从而获得管廊内包括所有无线AP位置指纹信息的离线位置指纹库；
所述在线定位阶段为：
步骤S1：工作人员手持终端设备进入管廊内，根据终端设备获得的MAC地址信息判断所连接的无线AP；
步骤S2：根据信号强度判断工作人员是否进入无信号区，若处于无信号区则以无信号区的实际位置作为最终定位坐标，若不是处于无信号区则进入下一步；
步骤S3：判断工作人员处于该AP覆盖范围内的A区还是B区；若处于A区，则将终端设备获得的信息代入算法得出坐标；若处于B区，则将终端设备获得的信息代入算法处理后再经过对称运算得出坐标；
步骤S4：根据步骤S1的MAC地址信息进行不同处理：若连接的无线AP为基准无线AP，步骤S3得出的坐标为最终定位坐标；若连接的无线AP不是基准无线AP，则步骤S3得出的坐标需要加上连接的无线AP与基准无线AP间的实际距离为最终定位坐标。
2.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，在单个无线AP的覆盖范围中，根据该无线AP信号强度最大处轴对称分为A区和B区，A区和B区中越靠近该无线AP信号强度值越大。
3.根据权利要求2所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤1具体是：
步骤1.1：在A区实际测量后，手动输入当前采集点的位置坐标（X，Y）；
步骤1.2：实时读取当前基准无线AP的信号强度和MAC地址；
步骤1.3：将步骤1.2获得的数据存入到数据库里，单个采集点的位置指纹信息采集完成；
步骤1.4：重复步骤1.1-步骤1.3，直至完成A区内所有采集点的采集工作；
步骤1.5：根据A区各采集点的位置指纹信息，利用对称性得到B区各采集点的位置指纹信息，从而得到基准无线AP覆盖范围内全部采集点的位置指纹信息。
4.根据权利要求3所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤1中各采集点形成的采集网格为1×1m。
5.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述无信号区为：相邻无线AP间，两个无线AP的信号强度均低于-70dBm的区间。
6.根据权利要求5所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤S2中若处于无信号区，具体处理方式是：根据终端设备与无线AP断开前的MAC地址以及工作人员的移动方向判断工作人员目前所处的无信号区，将该无信号区的实际位置作为最终定位坐标。
7.根据权利要求2所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤S3中判断工作人员处于A区还是B区具体方法是：实时采集工作人员移动一段时间内的信号强度信息，对这段时间内的信号强度取平均值，将平均值与移动后实时读取的当前信号强度做比较；若平均值比当前信号强度值小，则工作人员处于A区；若平均值比当前信号强度大，则说明工作人员处于B区。
8.根据权利要求7所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤S3中的算法为K近邻算法。
9.根据权利要求8所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，若处于B区，将终端设备获得的信息代入算法处理后，再根据连接的无线AP信号强度最大处轴对称得出坐标。
10.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊的无线AP定位方法，其特征在于，以管廊入口处的第一个无线AP为基准无线AP。
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