CN113573231A - 一种基于改进三边测量法的室内rssi多点定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法，先计算待测节点与信标节点距离，然后使用相应距离经过基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法反算出待测节点坐标；对于计算待测节点与信标节点距离，依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理，可利用公式将RSSI信号转换为相应的距离；对于形成最终定位位置，按照RSSI值前三大、距离前三小、RSSI值最大及其附近两节点选取三组信标节点数据，由三边测量法得到三个定位粗坐标；通过取三个定位粗坐标对应三角形的几何中心得到未知节点坐标，形成最终定位位置。本发明减小定位误差，有效提升了室内多点定位的精度，提高了室内多点定位结果的可信度。
Description
技术领域
本发明属于区域定位、多点定位领域，涉及一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法。
背景技术
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。目前，实现室内定位的技术方法有很多，利用RSSI测距信息进行定位就是其主要方式之一。
传统的室内定位方法主要有三边测量法，但是该方法仅采用单一策略仅仅选取一次信标节点，因而该方法的精度在一些情况下不够理想，难以达到所需的要求。因此推进区域定位、多点定位领域进行更加科学、有效的工作，准确地定位室内多个节点具有重要意义。
发明内容
为了克服现有区域定位、多点定位方法的问题，本发明提供一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法，提升定位精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1.通过RSSI测距公式及数据集中待测位置节点的RSSI数据可得出待测位置节点与四个信标节点间的距离，RSSI测距公式如公式(1)所示。
其中d为欧式距离，单位是米，RSSI是对应的信号强度，是一个负数，A为距离探测设备1m时RSSI的绝对值，n为环境衰减因子；考虑到不同信标节点的个体差异性，即每个信标节点由于自身发送无线电波的微小差异导致其信号损失函数中常参数的不同，故对于四个不同的信标节点，利用数据集中对应的已知位置节点相关数据，对于四个信标节点的测距公式参数进行最小二乘拟合，得出对应于每一个信标节点自身的A、n测距公式参数；
步骤2.根据待测节点与信标节点的距离以及待测节点接受信标节点RSSI信号强度，对所有可能用来定位计算的信标进行筛选，过程如下：
2.1)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI前三大的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K1；
2.2)根据数据集，从所有的信标节点中选取离待测节点欧式距离前三小的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K2；
2.3)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI最大的信标节点以及离它欧式距离最小的两个信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K3；
步骤3.在步骤2的基础上得到待测节点最终的定位坐标，利用步骤2获得的三个待测节点粗坐标K1、K2、K3，构成了一个三角形，根据公式(2)求得三角形的几何中心即为待测节点最终的定位坐标(x,y)：
其中三个待测节点粗坐标K1、K2、K3分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)。
进一步，所述步骤1中，要求室内的信标节点数量大于等于4个，上文的步骤中以4个信标节点为例叙述。
本发明中，先计算待测节点与信标节点距离，然后使用相应距离经过基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法反算出待测节点坐标。对于计算待测节点与信标节点距离，依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理，可利用公式将RSSI信号转换为相应的距离。对于形成最终定位位置，按照RSSI值前三大、距离前三小、RSSI值最大及其附近两节点选取三组信标节点数据，由三边测量法得到三个定位粗坐标；通过取三个定位粗坐标对应三角形的几何中心得到未知节点坐标，形成最终定位位置。
本发明的有益效果主要表现在：相比于传统三边测量法仅采用单一策略仅仅选取一次信标节点，本发明方法在定位方法中组合利用多种策略选取信标节点，减小定位误差，有效提升了室内多点定位的精度，提高了室内多点定位结果的可信度。
附图说明
图1是本发明方法的室内RSSI多点定位流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法，此方法先计算待测节点与信标节点距离，然后使用相应距离经过基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法反算出待测节点坐标。对于计算待测节点与信标节点距离，依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理，可利用公式将RSSI信号转换为相应的距离。对于形成最终定位位置，按照RSSI值前三大、距离前三小、RSSI值最大及其附近两节点选取三组信标节点数据，由三边测量法得到三个定位粗坐标；通过取三个定位粗坐标对应三角形的几何中心得到未知节点坐标，形成最终定位位置。
假设室内有四个信标节点O、A、B、C，所述方法包括以下步骤：
步骤1.通过RSSI测距公式及数据集中待测位置节点的RSSI数据得出待测位置节点与四个信标节点间的距离。RSSI测距公式如公式(1)所示。
其中d为欧式距离，单位是米，RSSI是对应的信号强度，是一个负数。A为距离探测设备1m时RSSI的绝对值，n为环境衰减因子，一般通过测试矫正；考虑到不同信标节点的个体差异性，即每个信标节点由于自身发送无线电波的微小差异导致其信号损失函数中常参数的不同，故对于四个不同的信标节点O、A、B、C，利用数据集中对应的已知位置节点相关数据，对于四个信标节点的测距公式参数进行最小二乘拟合，得出对应于每一个信标节点自身的A、n测距公式参数；
步骤2.根据待测节点与信标节点的距离以及待测节点接受信标节点RSSI信号强度，对所有可能用来定位计算的信标进行筛选；
由于数据集中能用来获得距离远近的已知位置节点有多个，且对于不同的信标节点，其离待测节点的距离以及待测节点接收到的RSSI信号强度不同。因而RSSI信号强度会由于距离等原因变化，而信号强度越大，意味着信号越清晰、有效，所以要筛选用于计算的信标节点，选择更有效、精度更高的信标节点，具体的信标节点筛选方法如图1所示，过程如下：
2.1)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI前三大的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K1；
2.2)根据数据集，从所有的信标节点中选取离待测节点欧式距离前三小的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K2；
2.3)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI最大的信标节点以及离它欧式距离最小的两个信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K3；
步骤3.在步骤2的基础上得到待测节点最终的定位坐标，利用步骤2获得的三个待测节点粗坐标K1、K2、K3，构成了一个三角形，根据公式(2)求得三角形的几何中心即为待测节点最终的定位坐标(x，y)：
其中三个待测节点粗坐标K1、K2、K3分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)。
进一步，所述步骤中要求室内的信标节点数量必须大于等于4个，本实施例以4个信标节点为例叙述。
本实施例的方案，先计算待测节点与信标节点距离，然后使用相应距离经过基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法反算出待测节点坐标。对于计算待测节点与信标节点距离，依据无线电波或声波在介质中传输，信号功率是随传播距离衰减的原理，可利用公式将RSSI信号转换为相应的距离。对于形成最终定位位置，按照RSSI值前三大、距离前三小、RSSI值最大及其附近两节点选取三组信标节点数据，由三边测量法得到三个定位粗坐标；通过取三个定位粗坐标对应三角形的几何中心得到未知节点坐标，形成最终定位位置。
相比于传统三边测量法仅采用单一策略仅仅选取一次信标节点，本发明方法在定位方法中组合利用多种策略选取信标节点，减小定位误差，有效提升了室内多点定位的精度，提高了室内多点定位结果的可信度。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.一种基于改进三边测量法的室内RSSI多点定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1.通过RSSI测距公式及数据集中待测位置节点的RSSI数据可得出待测位置节点与四个信标节点间的距离，RSSI测距公式如公式(1)所示：
其中d为欧式距离，单位是米，RSSI是对应的信号强度，是一个负数，A为距离探测设备1m时RSSI的绝对值，n为环境衰减因子；考虑到不同信标节点的个体差异性，即每个信标节点由于自身发送无线电波的微小差异导致其信号损失函数中常参数的不同，故对于四个不同的信标节点，利用数据集中对应的已知位置节点相关数据，对于四个信标节点的测距公式参数进行最小二乘拟合，得出对应于每一个信标节点自身的A、n测距公式参数；
步骤2.根据待测节点与信标节点的距离以及待测节点接受信标节点RSSI信号强度，对所有可能用来定位计算的信标进行筛选，过程如下：
2.1)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI前三大的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K1；
2.2)根据数据集，从所有的信标节点中选取离待测节点欧式距离前三小的信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K2；
2.3)根据数据集，从所有的信标节点中选取RSSI最大的信标节点以及离它欧式距离最小的两个信标节点，由三边测量法得到定位粗坐标K3；
步骤3.在步骤2的基础上得到待测节点最终的定位坐标，利用步骤2获得的三个待测节点粗坐标K1、K2、K3，构成了一个三角形，根据公式(2)求得三角形的几何中心即为待测节点最终的定位坐标(x，y)：
其中三个待测节点粗坐标K1、K2、K3分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)。
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