CN113038357B

CN113038357B - 一种室内定位方法及电子设备

Info

Publication number: CN113038357B
Application number: CN201911249355.3A
Authority: CN
Inventors: 刘建宏; 丁源; 宋志强
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd; China Mobile IoT Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd; China Mobile IoT Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: CN113038357A

Abstract

本发明涉及物联网技术领域，提供一种室内定位方法及电子设备，所述方法包括：基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备；获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合；在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。本发明实施例能够提高定位的准确性。

Description

一种室内定位方法及电子设备

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种室内定位方法及电子设备。

背景技术

随着科技的发展和时代的进步，人们对于定位的需求也越来越高。由于室内环境复杂，定位精度要求高且定位需求强烈，因此，室内定位是定位技术发展的重要方向。

目前，可以结合气压测量进行室内定位，气压测量是基于气压阈值进行判断。气压阈值受温度及湿度等环境因素影响较大，因此，采用气压测量进行定位的准确性较低。

发明内容

本发明实施例提供一种室内定位方法及电子设备，以解决采用气压测量进行定位的准确性较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种室内定位方法，应用于电子设备，所述方法包括：

基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备；

获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；

基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合；

在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

第一获取模块，用于基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备；

第二获取模块，用于获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；

第三获取模块，用于基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合；

第一处理模块，用于在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，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程序，所述程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的室内定位方法中的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的室内定位方法中的步骤。

本发明实施例中，基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备；获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合；在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。这样，定位过程中能够避免受温度及湿度等环境因素影响，提高定位的准确性；根据信号强度获取的位置仅作为预估位置，避免由于室内环境变动引起信号强度波动而导致的定位精度下降；定位过程中最少仅需要两台网络设备，相对于现有技术中每一楼层均需两台网络设备而言，能够节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种室内定位方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种室内定位方法的流程图，所述方法应用于电子设备，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101、基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备。

其中，所述待定位楼可以包括多个区域，所述多个区域可以依据信号强度划分。所述网络设备可以为WIFI、GPRS、3G、4G及5G等通讯设备。网络设备在待定位楼内的位置没有特定要求。所述电子设备包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载移动终端、可穿戴设备、以及手持设备等，可以与网络设备进行通信的设备均可以作为本发明实施例中的电子设备。

另外，所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，可以是，可以获取所述多个区域中每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度，并获取所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度，采用K-MODES聚类算法对所述第一信号强度和所述第二信号强度进行聚类分析，在进行聚类分析过程中采用欧式公式对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离，在所述等效距离中确定最小等效距离，将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置；或者，

所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，还可以是，在所述待定位楼内每一楼层选取多个位置，可以在每一楼层均匀分布地选取多个位置，获取多个位置中每个位置与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第三信号强度，可以将与第一信号强度相近的第三信号强度对应的位置作为所述电子设备的预估位置，以两台网络设备为例进行说明，所述两台网络设备可以包括第一网络设备和第二网络设备，第三信号强度与第一信号强度相近，可以是，第一网络设备对应的第三信号强度与第一网络设备对应的第一信号强度的差值的绝对值，与第二网络设备对应的第三信号强度与第二网络设备对应的第一信号强度的差值的绝对值之和小于预设值。

步骤102、获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA。

其中，电子设备在所述待定位楼内的某个位置，可以依据电子设备接收到网络设备发出的无线信号确定所述电子设备所在的位置。可以建立第一信号强度与TOA(Time OfArrival，到达时间)之间的对应关系，以n台网络设备为例，n为正整数，可以对所述n台网络设备从1至n进行编号，对应关系如下：

其中，RSSI_n为电子设备与编号为n的网络设备间的信号强度，t_n为编号为n的网络设备间发出的无线信号到达电子设备所在位置的传输时长。所述电子设备与每台网络设备之间的第一信号强度为RSSI₁至RSSI_n。

步骤103、基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合。

其中，所述到达时间TOA、所述每台网络设备的位置及所述电子设备的位置满足如下公式：

其中，(x_n,y_n,z_n)为编号为n的网络设备的坐标，t_n为电子设备与编号为n的网络设备之间的TOA，c为光速，(x,y,z)为电子设备的坐标。若n＝2，则可以直接计算，因TOA测量不可能出现负误差，所以n＝2时，可以有唯一解或无穷解，若有唯一解，可以将该唯一解直接作为解集；若有无穷解，可以取z为整数的解作为解集。若n≥3，则选取RSSI₁至RSSI_n中最大的三项所对应的TOA带入上述公式进行计算，因TOA测量不可能出现负误差，所以n＝3时，可以有有限解，将n＝3时的解作为解集。

获得的解集可以作为目标位置集合，解集可以如下：

其中，β为正整数。

步骤104、在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。

其中，所述预估位置可以用坐标(x_r,y_r,z_r)表示，z_r为楼层编号，(x_r,y_r)为第r个区域在z_r层的平面位置坐标，r为正整数。可以将预估位置作为聚类中心，进行K-MODES聚类计算，计算所述目标位置集合中每个目标位置与所述预估位置的距离，以目标位置的坐标为(x_β,y_β,z_β)为例，可以采用如下公式计算：

其中，L_βr为聚类中心(x_r,y_r,z_r)与目标位置(x_β,y_β,z_β)的距离，基于目标位置集合FTOA中各个目标位置的坐标可以得到各个目标位置对应的距离值，L_1r为聚类中心(x_r,y_r,z_r)与目标位置(x₁,y1,z₁)的距离，可以将L_1r至L_βr中最小的距离值对应的目标位置作为电子设备的位置。

可选的，所述待定位楼包括多个区域，所述多个区域依据信号强度划分，所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置之前，所述方法还包括：

获取所述多个区域中每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度；

所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，包括：

获取所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度；

基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置。

其中，所述待定位楼可以包括多个楼层，由于室内环境较为复杂，同一楼层的不同位置信号的隔离情况可能不同，可以基于信号强度对待定位楼进行区域划分，可以认为区域内的任意一点与网络设备之间的信号强度基本相同。可以采用坐标表示区域位置，i个区域的坐标集合可以如下：

其中，i为正整数，F为多个区域的坐标集合，z_i为楼层编号，(x_i,y_i)为第i个区域在z_i层的平面位置坐标。

另外，可以采用测试终端测试各个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度。为保持测试数据的一致性，提高定位精度，可以采用本发明实施例的电子设备作为测试终端。基于各个区域的区域位置与对应的第二信号强度可以建立各个区域的RSSI的对应指纹库，以n台网络设备为例，指纹库中的数据构成可以为：

其中，z_i为楼层编号，(x_i,y_i)为第i个区域在z_i层的平面位置坐标，RSSI_in为测试终端在z_i层坐标为(x_i,y_i)的i区域与编号为n的网络设备间的信号强度，每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度可以为：RSSI₁₁至RSSI_in。

进一步的，所述基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置，可以是，采用K-MODES聚类算法对所述第一信号强度和所述第二信号强度进行聚类分析，在进行聚类分析过程中采用欧式公式对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离，在所述等效距离中确定最小等效距离，将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置；或者，还可以采用其他聚类算法对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离，在所述等效距离中确定最小等效距离，将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置。

该实施方式中，获取所述多个区域中每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度，获取所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度，基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置，这样，得到的电子设备的预估位置较为靠近电子设备的真实位置，能够提高定位精度。

可选的，所述将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置，包括：

计算所述目标位置集合中每个目标位置与所述预估位置的距离值；

在所述距离值中确定最小距离值；

若所述最小距离值小于或等于所述待定位楼内楼层的高度，则将所述最小距离值对应的目标位置作为所述电子设备的位置。

其中，距离值L_1r至L_βr中最小的距离值可以为L_βrmin，若L_βrmin≤h，则L_βrmin所对应的目标位置可以作为所述电子设备的位置，可以完成电子设备的楼层定位，h为楼层高度；若L_βrmin＞h，可以丢弃目标位置集合的数据，重新计算第一信号强度及TOA。

该实施方式中，计算所述目标位置集合中每个目标位置与所述预估位置的距离值，在所述距离值中确定最小距离值，若所述最小距离值小于或等于所述待定位楼内楼层的高度，则将所述最小距离值对应的目标位置作为所述电子设备的位置，这样，能够剔除不符合实际的目标位置，进一步提高定位精度。

可选的，所述基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置，包括：

采用K-MODES聚类算法对所述第一信号强度和所述第二信号强度进行聚类分析，在进行聚类分析过程中采用欧式公式对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离；

在所述等效距离中确定最小等效距离；

将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置。

其中，采用欧式公式对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，可以采用如下计算公式：

其中，RSSI₁至RSSI_n为所述电子设备与每台网络设备之间的第一信号强度，RSSI_j1至RSSI_jn为指纹库中j区域的区域位置与每台网络设备之间的第二信号强度。l_j为电子设备在待测位置与指纹库中j区域的区域位置的信号强度的等效距离，j为正整数。

另外，可以通过K-MODES聚类算法，得出l_j最小的区域位置作为所述电子设备的预估位置：

FRSSI(l→0)＝(x_r,y_r,z_r)

其中，可以将j从1至i进行取值，计算得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离，将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置，所述预估位置为(x_r,y_r,z_r)。

该实施方式中，采用K-MODES聚类算法对所述第一信号强度和所述第二信号强度进行聚类分析，在进行聚类分析过程中采用欧式公式对所述第一信号强度和每个区域的区域位置的第二信号强度进行计算，得到所述电子设备与每个区域的区域位置之间的等效距离，在所述等效距离中确定最小等效距离，将所述最小等效距离对应的区域位置作为所述电子设备的预估位置，这样，得到的电子设备的预估位置较为靠近电子设备的真实位置，能够进一步提高定位精度。

可选的，所述方法还包括：

在所述目标位置集合中仅包括一个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中的目标位置作为所述电子设备的位置。

其中，所述目标位置集合中仅包括一个目标位置，也就是，FTOA中仅有唯一解，则可以将该唯一解作为所述电子设备的位置。

该实施方式中，在所述目标位置集合中仅包括一个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中的目标位置作为所述电子设备的位置，这样，可以较快地定位所述电子设备所在的位置。

参见图2，图2是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图2所示，所述电子设备200包括：

第一获取模块201，用于基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，所述至少两台网络设备为待定位楼内的网络设备；

第二获取模块202，用于获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；

第三获取模块203，用于基于所述到达时间TOA以及所述每台网络设备的位置获取所述电子设备的目标位置集合；

第一处理模块204，用于在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置。

可选的，所述待定位楼包括多个区域，所述多个区域依据信号强度划分，如图3所示，所述电子设备200还包括：

第四获取模块205，用于获取所述多个区域中每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度；

所述第一获取模块201包括：

第一获取单元2011，用于获取所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度；

第二获取单元2012，用于基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置。

可选的，所述第一处理模块204具体用于：

在所述距离值中确定最小距离值；

可选的，所述第二获取单元2012具体用于：

在所述等效距离中确定最小等效距离；

可选的，如图4所示，所述电子设备200还包括：

第二处理模块206，用于在所述目标位置集合中仅包括一个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中的目标位置作为所述电子设备的位置。

电子设备能够实现图1的方法实施例中电子设备实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

参见图5，图5是本发明实施例提供的另一种电子设备的结构示意图，如图5所示，电子设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存储器302上并可在所述处理器301上运行的程序，其中：

所述处理器301读取存储器302中的程序，用于执行：

获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；

可选的，所述待定位楼包括多个区域，所述多个区域依据信号强度划分，所述处理器301还用于执行：

所述处理器301执行的所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置，包括：

可选的，所述处理器301执行的所述将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置，包括：

在所述距离值中确定最小距离值；

可选的，所述处理器301执行的所述基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置，包括：

在所述等效距离中确定最小等效距离；

可选的，所述处理器301还用于执行：

在图5中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器301代表的一个或多个处理器和存储器302代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。

处理器301负责管理总线架构和通常的处理，存储器302可以存储处理器301在执行操作时所使用的数据。

需要说明的是，本发明实施例的方法实施例中的任意实施方式都可以被本实施例中的上述电子设备所实现，以及达到相同的有益效果，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述室内定位方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种室内定位方法，应用于电子设备，其特征在于，所述方法包括：

获取所述电子设备与所述每台网络设备之间的到达时间TOA；

在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置；

所述待定位楼包括多个区域，所述多个区域依据信号强度划分，所述基于所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度获取所述电子设备的预估位置之前，所述方法还包括：

基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置；

所述基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置，包括：

在所述等效距离中确定最小等效距离；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置，包括：

在所述距离值中确定最小距离值；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

第一处理模块，用于在所述目标位置集合中包括至少两个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中与所述预估位置距离最小的目标位置作为所述电子设备的位置；

所述待定位楼包括多个区域，所述多个区域依据信号强度划分，所述电子设备还包括：

第四获取模块，用于获取所述多个区域中每个区域的区域位置与所述每台网络设备之间的第二信号强度；

所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取所述电子设备与至少两台网络设备中每台网络设备之间的第一信号强度；

第二获取单元，用于基于所述第一信号强度及所述第二信号强度获取所述电子设备的预估位置；

所述第二获取单元具体用于：

在所述等效距离中确定最小等效距离；

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述第一处理模块具体用于：

在所述距离值中确定最小距离值；

6.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：

第二处理模块，用于在所述目标位置集合中仅包括一个目标位置的情况下，将所述目标位置集合中的目标位置作为所述电子设备的位置。

7.一种电子设备，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程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的室内定位方法中的步骤。