CN114286306A - 室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质，涉及通信技术领域。该方法包括：根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库；其中，基准三维空间的强度指纹库有：信号源在基准三维空间内多个基准位置处的基准信号强度值，待测三维空间的强度指纹库有：信号源在待测三维空间内多个基准位置处的预测信号强度值；获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值；根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为目标位置。本申请可以实现室内信号定位方法的大范围推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
随着物联网技术的发展，室内定位技术的应用场景也越来越多。
目前主流的室内定位算法主要分为依据信号的到达信息进行定位的方法和直接依据接收到的信号强度进行定位的方法。其中，依据信号的到达信息进行定位的方法采用多个信号检测设备检测信号的到达信息，该方法对硬件设备的要求较高，而硬件设备的费用非常高昂，不利于大范围的推广使用。而直接依据接收到的信号强度进行定位的方法只要求信号检测设备能检测到信号强度即可，对硬件设备的要求较低。
但是现有的依据接收到的信号强度进行定位的方法在对每个三维空间的室内信号进行定位时，需要对每个三维空间单独创建强度指纹库，也不利于该方法的大范围推广使用。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质，以便实现室内信号定位方法的大范围推广使用。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种室内信号定位方法，所述方法包括：
根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库；其中，所述基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，所述待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述待测三维空间内所述多个基准位置处时所述信号检测仪的预测信号强度值；所述基准三维空间和所述待测三维空间的轮廓形状相同，且所述信号检测仪在所述基准三维空间和所述待测三维空间中的部署方位相同；
获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值；
根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，所述根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库，包括：
根据所述待测三维空间的尺寸信息，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值；
根据所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值和所述多个基准位置的对应关系，确定所述待测三维空间的强度指纹库。
可选的，所述根据所述待测三维空间的尺寸信息，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值，包括：
根据所述待测三维空间的尺寸信息、所述多个基准位置、所述基准三维空间的尺寸信息、所述信号检测仪在所述待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算所述多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系；
根据所述映射关系，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值。
可选的，所述根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置，包括：
计算所述目标信号强度值和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离；
从所述待测三维空间的强度指纹库中确定与所述目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置；
根据所述欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，所述根据所述欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置，包括：
根据欧式距离最近的K个预测信号强度值，与所述目标信号强度值的欧式距离，确定所述K个预测信号强度值的权重；
根据所述K个预测信号强度值对应的基准位置，以及所述K个预测信号强度值的权重，计算所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，若所述信号检测仪的数量为多个，则所述计算所述目标信号强度值和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离，包括：
采用预设的加权临近算法，计算目标信号强度值数组和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值数组之间的欧式距离；
其中，所述目标信号强度值数组中包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内采集的多个信号强度值；所述预测信号强度值数组包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内的多个预测信号强度值。
可选的，所述获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值，包括：
获取所述信号检测仪采集的多个无线信号强度值；
根据所述信号源的预设地址，从所述多个无线信号强度值中确定所述信号源对应的信号强度值为所述目标信号强度值。
第二方面，本申请实施例还提供一种室内信号定位装置，所述装置包括：
待测强度指纹库确定模块，用于根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库；其中，所述基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，所述待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述待测三维空间内所述多个基准位置处时所述信号检测仪的预测信号强度值；所述基准三维空间和所述待测三维空间的轮廓形状相同，且所述信号检测仪在所述基准三维空间和所述待测三维空间中的部署方位相同；
目标信号强度值获取模块，用于获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值；
目标位置确定模块，用于根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，所述待测强度指纹库确定模块，包括：
基准信号强度值确定单元，用于根据所述待测三维空间的尺寸信息，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值；
待测强度指纹库确定单元，用于根据所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值和所述多个基准位置的对应关系，确定所述待测三维空间的强度指纹库。
可选的，所述基准信号强度值确定单元，包括：
映射关系确定子单元，用于根据所述待测三维空间的尺寸信息、所述多个基准位置、所述基准三维空间的尺寸信息、所述信号检测仪在所述待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算所述多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系；
扩展处理子单元，用于根据所述映射关系，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值。
可选的，所述目标位置确定模块，包括：
欧式距离计算单元，用于计算所述目标信号强度值和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离；
基准位置确定单元，用于从所述待测三维空间的强度指纹库中确定与所述目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置；
目标位置确定单元，用于根据所述欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，所述目标位置确定单元，包括：
权重计算子单元，用于根据欧式距离最近的K个预测信号强度值，与所述目标信号强度值的欧式距离，确定所述K个预测信号强度值的权重；
加权计算子单元，用于根据所述K个预测信号强度值对应的基准位置，以及所述K个预测信号强度值的权重，计算所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
可选的，若所述信号检测仪的数量为多个，则所述欧式距离计算单元，具体用于采用预设的加权临近算法，计算目标信号强度值数组和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值数组之间的欧式距离；
其中，所述目标信号强度值数组中包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内采集的多个信号强度值；所述预测信号强度值数组包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内的多个预测信号强度值。
可选的，所述目标信号强度值获取模块，包括：
无线信号强度值获取单元，用于获取所述信号检测仪采集的多个无线信号强度值；
目标信号强度值获取单元，用于根据所述信号源的预设地址，从所述多个无线信号强度值中确定所述信号源对应的信号强度值为所述目标信号强度值。
第三方面，本申请实施例还提供一种计算机设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行如上述实施例任一所述的室内信号定位方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述实施例任一所述的室内信号定位方法的步骤。
本申请的有益效果是：
本申请提供一种室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库；其中，基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在待测三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的预测信号强度值；基准三维空间和待测三维空间的轮廓形状相同，且信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的部署方位相同；获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值；根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。本申请的方案，可根据基准三维空间的强度指纹库，灵活扩展得到具有相同轮廓形状的任意待测三维空间的强度指纹库，以便基于待测三维空间的强度指纹库，根据信号检测仪采集的目标信号强度值，确定信号源在待测三维空间中的位置，不需要针对每个三维空间单独采集并创建强度指纹库，实现基于信号强度进行室内信号定位的大范围推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种室内信号定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种建立基准三维空间的强度指纹库的过程的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种室内信号定位方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种室内信号定位方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的再一种室内信号定位方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的又另一种室内信号定位方法的流程示意图；
图7为申请实施例提供的一种室内信号定位装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的计算机设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
此外，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
随着物联网技术的发展，室内定位技术的应用场景也越来越多。
目前主流的室内定位算法主要分为依据信号的到达信息进行定位的方法和直接依据接收到的信号强度进行定位的方法。其中，依据信号的到达信息进行定位的方法包括：到达时间定位(Time of Arrival，TOA)、到达时间差定位(Time Difference of Arrival，TDOA)、到达角度定位(Angle of Arrival，AOA)、到达阶段定位(Phase of Arrival，POA)等。采用多个信号检测设备检测信号的到达信息，该方法对硬件设备的要求较高，例如到达时间定位方法要求多个信号检测设备之间的时间同步到达10ns级别，到达时间差定位方法要求信号检测设备可以检测出信号的到达相位，到达角度定位方法要求信号检测设备可以检测出信号的接收角度，可以满足上述方法要求的硬件设备的费用非常高昂，不利于大范围的推广使用。
直接依据接收到的信号强度进行定位的方法可以为接收信号强度指示定位(Received Signal Strength Indicator，RSSI)方法，只要求信号检测设备能检测到信号强度即可，对硬件设备的要求较低。但是现有的RSSI方法在对每个三维空间的室内信号进行定位时，需要对每个三维空间单独创建强度指纹库，也不利于该方法的大范围推广使用。
针对上述现有的方案中存在的技术问题，本申请提出了如下技术构思：根据待测三维空间的尺寸信息，基于预设的基准三维空间的强度指纹库，灵活扩展得到具有相同轮廓形状的任意待测三维空间的强度指纹库，从而基于待测三维空间的强度指纹库，根据信号检测仪采集的目标信号强度值，确定信号源在待测三维空间中的位置，不需要针对每个三维空间单独采集并创建强度指纹库，从而实现基于信号强度进行室内信号定位的大范围推广使用。
在上述介绍内容的基础上，下面对本发明提供的室内信号定位方法、装置、计算机设备及存储介质进行详细介绍。
请参考图1，为本申请实施例提供的一种室内信号定位方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S10：根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库。
本实施例中，基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在待测三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的预测信号强度值；基准三维空间和待测三维空间的轮廓形状相同，且信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的部署方位相同。本实施例的室内信号定位方法，针对的信号源可以为无线局域网(Wireless LocalArea Network，WLAN)信号发射源，信号检测仪也为对应的WLAN信号检测设备，如WiFi检测设备，信号检测仪也可以被称为探针。
具体的，将信号源放置在基准三维空间内的多个基准位置处，将信号检测仪放置在基准三维空间内的预设方位处，接收信号源在多个基准位置处发送的信号并采集多个基准信号强度值，中心处理系统为运行在计算机设备上的信号处理系统，获取信号检测仪发送的多个基准信号强度值，并根据多个基准位置和多个基准信号强度值之间的对应关系，建立基准三维空间的强度指纹库。
下述对本实施例提供的一种采集基准信号强度值以建立基准三维空间的强度指纹库的过程进行详细说明，但该过程不能成为建立基准三维空间的强度指纹库的方法的唯一限定。
请参考图2，为本申请实施例提供的一种建立基准三维空间的强度指纹库的过程的流程示意图，如图2所示，该过程包括：
S40：将信号检测仪部署在基准三维空间内的任意位置。
本实施例中，为保证信号检测仪可以检测到基准信号强度值，需要根据信号检测仪的检测范围来确定信号检测仪的部署位置，同时，考虑到基准三维空间内可能存在的障碍物，为了避免由于障碍物引起的多径传播对基准信号强度值的影响，可以将信号检测仪部署在基准三维空间内离地面一定距离的位置处，以规避障碍物的影响。
当采用多个信号检测仪时，可以将多个信号检测仪部署在基准三维空间内的多个不同的方位处，并保证每个信号检测仪均可以检测到基准信号强度值，每个信号检测仪具有唯一的标识。
S50：将基准三维空间划分为多个格子，并标注每个格子的坐标。
本实施例中，对预设面积的基准三维空间进行划分，将基准三维空间划分为多个大小相等的格子，每个格子在该基准三维空间中具有唯一的坐标。
S60：将信号源依次放置在每个格子中心，开启信号源并使信号源发出预设时长的信号。
本实施例中，将信号源依次放置在每个格子中心，开启信号源并使信号源发出一段时间的信号，信号检测仪基于信号源发出的信号采集基准信号强度值。
S70：获取信号检测仪采集的基准信号强度值，结合格子的坐标和基准信号强度值建立基准三维空间的强度指纹库。
本实施例中，中心处理系统获取信号检测仪采集的基准信号强度值，结合格子的坐标和基准信号强度值建立基准三维空间的强度指纹库。当采用多个信号检测仪时，基准三维空间的强度指纹库中包括：每个格子的坐标和基准信号强度值数组的对应关系，基准信号强度值数组中包括：多个信号检测仪采集到的多个基准信号强度值。
本实施例针对轮廓形状相同的基准三维空间和待测三维空间，根据待测三维空间的尺寸信息，对信号源在基准三维空间中多个基准位置处的基准信号强度值进行处理，从而确定信号源在待测三维空间中多个基准位置处时，信号检测仪的预测信号强度值，预测信号强度值为信号源在待测三维空间中的基准信号强度值。根据多个基准位置和信号源在待测三维空间中多个基准位置处的预测信号强度值的对应关系，建立待测三维空间的强度指纹库。
当采用多个信号检测仪时，根据待测三维空间的尺寸信息，按照多个信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的方位，根据基准三维空间中每个基准位置对应的基准信号强度值数组，确定待测三维空间中每个基准位置对应的预测信号强度值数组，预测信号强度值数组中包括：多个预测信号强度值，每个预测信号强度值是根据处于相同方位的信号检测仪采集的基准信号强度值计算得到的。根据多个基准位置和多个预测信号强度值数组的对应关系，建立待测三维空间的强度指纹库。
需要说明的是，信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的部署方位需要保持相同，以保证信号检测仪检测到来自相同方向的信号强度值，以便根据基准三维空间的指纹强度库确定处待测三维空间的强度指纹库。
S20：获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值。
本实施例中，将信号源放置在待测三维空间内的任意位置处，开启信号源发送信号，将信号检测仪放置在待测三维空间内与基准三维空间的相同方位处，采集目标信号强度值。
S30：根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。
本实施例中，在信号检测仪采集到信号源位于待测三维空间的任意位置处时的目标信号强度值后，中心处理系统从待测三维空间的强度指纹库的多个预测信号强度值中选择与目标信号强度值最匹配的信号强度值，并确定该最匹配的预测信号强度值对应的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。
在一种实现方式中，为提升确定目标位置的准确度，可以在确定最匹配的预测信号强度值对应的基准位置后，根据目标信号强度值和最匹配的预测信号强度值之间的差值，对基准位置进行校准，得到信号源在待测三维空间中的目标位置。
本申请实施例提供的室内信号定位方法，根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库；其中，基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在待测三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的预测信号强度值；基准三维空间和待测三维空间的轮廓形状相同，且信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的部署方位相同；获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值；根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。本申请实施例的方案，可根据基准三维空间的强度指纹库，灵活扩展得到具有相同轮廓形状的任意待测三维空间的强度指纹库，以便基于待测三维空间的强度指纹库，根据信号检测仪采集的目标信号强度值，确定信号源在待测三维空间中的位置，不需要针对每个三维空间单独采集并创建强度指纹库，实现基于信号强度进行室内信号定位的大范围推广使用。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种根据基准三维空间的强度指纹库确定待测三维空间的强度指纹库的具体实现方式。
请参考图3，为本申请实施例提供的另一种室内信号定位方法的流程示意图，如图3所示，本实施例中，室内信号定位方法包括S11-S12、S20和S30，其中，S20和S30与上述实施例相同，在此不做赘述。
具体的，本实施例的室内信号定位方法包括：
S11：根据待测三维空间的尺寸信息，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值。
本实施例中，根据待测三维空间的尺寸信息，确定待测三维空间相对于基准三维空间的尺寸比例，根据尺寸比例对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行等比例的扩大或缩小，得到待测三维空间中多个基准位置处的预测信号强度值。
S12：根据待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值和多个基准位置的对应关系，确定待测三维空间的强度指纹库。
本实施例中，根据信号源在待测三维空间中的多个基准位置，以及上述S11中得到的待测三维空间中多个基准位置处的预测信号强度值，对多个基准位置和待测三维空间中多个基准位置处的预测信号强度值建立对应关系，得到待测三维空间的强度指纹库。
S20：获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值。
S30：根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。
本申请实施例提供的室内信号定位方法，根据待测三维空间的尺寸信息，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值，根据待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值和多个基准位置的对应关系，确定待测三维空间的强度指纹库，获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值，根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。本申请实施例的方案，可根据待测三维空间的尺寸信息，对基准三维空间的强度指纹库进行数据扩展处理，以便针对不同尺寸的待测三维空间灵活扩展得到不同待测三维空间的强度指纹库，不需要针对每个三维空间单独采集并创建强度指纹库，实现基于信号强度进行室内信号定位的大范围推广使用。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种根据待测三维空间的尺寸信息确定待测三维空间的强度指纹库的具体实现方式。
请参考图4，为本申请实施例提供的又一种室内信号定位方法的流程示意图，如图4所示，本实施例中，室内信号定位方法包括S111、S112、S12、S20和S30，其中，S12、S20和S30与上述实施例相同，在此不做赘述。
具体的，本实施例的室内信号定位方法包括：
S111：根据待测三维空间的尺寸信息、多个基准位置、基准三维空间的尺寸信息、信号检测仪在待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系。
本实施例中，将信号源放置在基准三维空间的多个基准位置处发送无线信号，将信号检测仪放置在基准三维空间的预设方位处采集基准信号强度值；将信号源放置在待测三维空间的多个基准位置处发送无线信号，将信号检测仪放置在待测三维空间的目标位置处。由于无线信号在空气中传播时具有衰减，由于待测三维空间和基准三维空间为轮廓形状相同的三维空间，基于信号预设的路径损耗，可根据待测三维空间的尺寸信息和基准三维空间的尺寸信息，以及信号源的多个基准位置和信号检测仪的目标位置，分别确定在基准三维空间和待测三维空间中信号源发送的无线信号到达信号检测仪的直线距离，并根据该直线距离之间的关系确定基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系。
示例的，无线信号在空气中传播的信号衰减公式为：
式中，P为接收到的信号强度值，单位为dBm，即信号源发送信号后，信号检测仪采集到的信号强度值，d表示信号源和信号检测仪之间的距离；P0表示信号检测仪采集到的与其具有固定距离d0的信号源发送的信号的信号强度值，np为路径损耗指数。信号在传播过程中存在衰减，衰减情况与信号传播的环境有关，一般np在2上下浮动。
当信号源和信号检测仪之间的距离为x倍时，则接收到的信号强度值P’为：
由上式可以看出，当距离存在x倍时，其强度进行10nPlog10(x)的扩大或缩小。
本实施例中，假设基准三维空间和待测三维空间的轮廓形状均为长方体结构，设基准三维空间的长度为L1，宽度为S1，信号源发送的信号到达信号检测仪的直线距离为Y1，将基准三维空间划分为n*n个格子，待测三维空间的长度为L2，宽度为S2，信号源发送的信号到达信号检测仪的直线距离为Y2，信号源的位置坐标为(x,y)，信号检测仪的位置坐标为(x1,y1)，则直线距离Y1和Y2之间的关系为：
则基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系为：
S112：根据映射关系，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值。
本实施例中，根据上述得到的映射关系，对多个基准位置对应的基准信号强度值进行数据扩展，得到多个基准位置对应的预测信号强度值。
当包括多个信号检测仪时，根据信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的方位，根据每个基准位置处多个方位的信号检测仪的基准信号强度值，计算每个基准位置处多个方位的信号检测仪的预测信号强度值，从而得到多个基准位置对应的多个方位的预测信号强度值。
S12：根据待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值和多个基准位置的对应关系，确定待测三维空间的强度指纹库。
S20：获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值。
S30：根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。
本申请实施例提供的室内信号定位方法，根据待测三维空间的尺寸信息、多个基准位置、基准三维空间的尺寸信息、信号检测仪在待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系，根据映射关系，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值，根据待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值和多个基准位置的对应关系，确定待测三维空间的强度指纹库，获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值，根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。本申请实施例的方案，可以根据基准三维空间和待测三维空间的尺寸信息，以及信号源的基准位置和信号检测仪的目标位置，并结合路径损耗，确定基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系，以便根据基准三维空间的强度指纹库灵活扩展得到具有相同轮廓形状的任意待测三维空间的强度指纹库，不需要针对每个三维空间单独采集并创建强度指纹库，实现基于信号强度进行室内信号定位的大范围推广使用。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种根据待测三维空间的强度指纹库确定目标位置的具体实现方式。
请参考图5，为本申请实施例提供的再一种室内信号定位方法的流程示意图，如图5所示，本实施例中，室内信号定位方法包括S10、S20、S31-S33，其中，S10和S20与上述实施例相同，在此不做赘述。
具体的，本实施例的室内信号定位方法包括：
S10：根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库。
S20：获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值。
S31：计算目标信号强度值和待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离。
本实施例中，欧式距离是一种直观、常见的相似度算法，欧氏距离越小，两个特征之间的相似度就越大；欧氏距离越大，两个特征之间的相似度就越小。计算目标信号强度值和多个预测信号强度值之间的欧式距离，以确定目标信号强度值和多个预测信号强度值之间的相似度。
在一种可选实施方式中，若信号检测仪的数量为多个，采用预设的加权临近算法，计算目标信号强度值数组和待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值数组之间的欧式距离；其中，目标信号强度值数组中包括：多个信号检测仪在待测三维空间内采集的多个信号强度值；预测信号强度值数组包括：多个信号检测仪在待测三维空间内的多个预测信号强度值。
本实施例中，若基准三维空间中的信号检测仪的数量为多个，则每个基准位置与多个基准信号强度值具有对应关系，即基准三维空间的强度指纹库中包括各基准位置和基准信号强度值数组的对应关系，同样的，待测三维空间的强度指纹库中也包括各基准位置和预测信号强度值数组的对应关系。在多个信号检测仪采集到多个目标信号强度值之后，采用加权临近算法，计算多个目标信号强度值和各预测信号强度值数组中的多个预测信号强度值之间的欧式距离。示例的，加权临近算法可以为K临近算法(K-Nearest Neighbor，KNN)。
S32：从待测三维空间的强度指纹库中确定与目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置。
本实施例中，在确定目标信号强度值和多个预测信号强度值之间的欧式距离后，从多个预测信号强度值中选择与目标信号强度值的欧式距离最近的预测信号强度值，以确定以目标信号强度值的相似度最大的预测信号强度值，并确定该欧式距离最近的预测信号强度值对应的基准位置。
S33：根据欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定信号源在待测三维空间中的目标位置。
本实施例中，在确定与目标信号强度值相似度最高的预测信号强度值对应的基准位置后，根据目标信号强度值和最匹配的预测信号强度值之间的差值，对基准位置进行校准，得到信号源在待测三维空间中的目标位置。
在一种可选实施方式中，为提升确定的目标位置的准确定，可以根据欧式距离最近的K个预测信号强度值，与目标信号强度值的欧式距离，确定K个预测信号强度值的权重；根据K个预测信号强度值对应的基准位置，以及K个预测信号强度值的权重，计算信号源在待测三维空间中的目标位置。
本实施例中，从多个预测信号强度值中选择与目标信号强度值的欧式距离最近的K个预测信号强度值，并根据K个预测信号强度值与目标信号强度的欧式距离的大小，确定K个预测信号强度值的权重。根据K个预测信号强度值对应的K个基准位置，对K个基准位置根据各自的权重进行加权计算，确定信号源在待测三维空间中的目标位置。
本申请实施例提供的室内信号定位方法，根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库，获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值，计算目标信号强度值和待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离，从待测三维空间的强度指纹库中确定与目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，根据欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定信号源在待测三维空间中的目标位置。本申请实施例的方案，通过计算目标信号强度值和多个预测信号强度值的欧式距离，以根据欧式距离最近的预测信号强度值对应的基准位置确定信号源在待测三维空间的目标位置，从而实现基于强度指纹库确定信号源在待测三维空间中的目标位置。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种室内信号定位方法，请参考图6，为本申请实施例提供的又另一种室内信号定位方法的流程示意图，如图6所示，上述S20包括：
S21：获取信号检测仪采集的多个无线信号强度值。
本实施例中，在待测三维空间中，除了本实施例的信号源发出的信号外，待测三维空间中可能还具有其他发出无线信号的信号发射装置，因此，信号检测仪不可避免地会采集到多个无线信号强度值。
S22：根据信号源的预设地址，从多个无线信号强度值中确定信号源对应的信号强度值为目标信号强度值。
本实施例中，为了避免不同信号发射装置发送的无线信号对信号检测仪的干扰，可以对信号源的硬件地址和多个无线信号的硬件地址进行匹配，将与信号源的硬件地址相匹配的无线信号对应的无线信号强度值作为目标信号强度值。示例的，硬件地址匹配可以采用mac地址(Media Access Control Address，媒体存取控制位址)。
在一种可选实施方式中，除了不同信号发射装置对信号源产生的信号干扰外，信号源所发射的信号在三维空间进行传播的时候，会通过多种路径传播到信号检测仪的天线上，导致检测到的信号强度值发生波动，本实施例中可以采用卡尔曼滤波方法来对检测到的信号强度值进行过滤，排除噪声的干扰，还原出真实的信号强度值。
本申请实施例提供的室内信号定位方法，获取信号检测仪采集的多个无线信号强度值，根据信号源的预设地址，从多个无线信号强度值中确定信号源对应的信号强度值为目标信号强度值。本实施例的方案地址匹配从多个无线信号强度值中确定信号源对应的信号强度值，保证可以准确地对信号源在待测三维空间中的目标位置进行定位，提高信号源定位的准确度。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种针对上述室内信号定位方法的虚拟装置。请参考图7，为申请实施例提供的一种室内信号定位装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：
待测强度指纹库确定模块10，用于根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到待测三维空间的强度指纹库；其中，基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在待测三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的预测信号强度值；基准三维空间和待测三维空间的轮廓形状相同，且信号检测仪在基准三维空间和待测三维空间中的部署方位相同；
目标信号强度值获取模块20，用于获取待测三维空间内信号检测仪采集的目标信号强度值；
目标位置确定模块30，用于根据目标信号强度值，采用待测三维空间的强度指纹库，确定与目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为信号源在待测三维空间中的目标位置。
可选的，待测强度指纹库确定模块10，包括：
基准信号强度值确定单元，用于根据待测三维空间的尺寸信息，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值；
待测强度指纹库确定单元，用于根据待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值和多个基准位置的对应关系，确定待测三维空间的强度指纹库。
可选的，基准信号强度值确定单元，包括：
映射关系确定子单元，用于根据待测三维空间的尺寸信息、多个基准位置、基准三维空间的尺寸信息、信号检测仪在待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系；
扩展处理子单元，用于根据映射关系，对基准三维空间的强度指纹库中多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到待测三维空间中多个基准位置处信号检测仪的预测信号强度值。
可选的，目标位置确定模块30，包括：
欧式距离计算单元，用于计算目标信号强度值和待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离；
基准位置确定单元，用于从待测三维空间的强度指纹库中确定与目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置；
目标位置确定单元，用于根据欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定信号源在待测三维空间中的目标位置。
可选的，目标位置确定单元，包括：
权重计算子单元，用于根据欧式距离最近的K个预测信号强度值，与目标信号强度值的欧式距离，确定K个预测信号强度值的权重；
加权计算子单元，用于根据K个预测信号强度值对应的基准位置，以及K个预测信号强度值的权重，计算信号源在待测三维空间中的目标位置。
可选的，若信号检测仪的数量为多个，则欧式距离计算单元，具体用于采用预设的加权临近算法，计算目标信号强度值数组和待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值数组之间的欧式距离；
其中，目标信号强度值数组中包括：多个信号检测仪在待测三维空间内采集的多个信号强度值；预测信号强度值数组包括：多个信号检测仪在待测三维空间内的多个预测信号强度值。
可选的，目标信号强度值获取模块20，包括：
无线信号强度值获取单元，用于获取信号检测仪采集的多个无线信号强度值；
目标信号强度值获取单元，用于根据信号源的预设地址，从多个无线信号强度值中确定信号源对应的信号强度值为目标信号强度值。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
请参考图8，为本申请实施例提供的计算机设备的示意图，如图8所示，计算机设备100包括：处理器101、存储介质102和总线，存储介质102存储有处理器101可执行的程序指令，当计算机设备100运行时，处理器101与存储介质102之间通过总线通信，处理器101执行程序指令，以执行上述方法实施例，具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
可选地，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行如上述方法实施例，具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种室内信号定位方法，其特征在于，所述方法包括：
根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库；其中，所述基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，所述待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述待测三维空间内所述多个基准位置处时所述信号检测仪的预测信号强度值；所述基准三维空间和所述待测三维空间的轮廓形状相同，且所述信号检测仪在所述基准三维空间和所述待测三维空间中的部署方位相同；
获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值；
根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库，包括：
根据所述待测三维空间的尺寸信息，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值；
根据所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值和所述多个基准位置的对应关系，确定所述待测三维空间的强度指纹库。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测三维空间的尺寸信息，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值，包括：
根据所述待测三维空间的尺寸信息、所述多个基准位置、所述基准三维空间的尺寸信息、所述信号检测仪在所述待测三维空间的目标位置，以及预设的路径损耗，分别计算所述多个基准位置处的基准信号强度值和预测信号强度值之间的映射关系；
根据所述映射关系，对所述基准三维空间的强度指纹库中所述多个基准位置处的基准信号强度值进行数据扩展处理，得到所述待测三维空间中所述多个基准位置处所述信号检测仪的预测信号强度值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置，包括：
计算所述目标信号强度值和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离；
从所述待测三维空间的强度指纹库中确定与所述目标信号强度值之间的欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置；
根据所述欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述欧式距离最近的预测信号强度值所对应的基准位置，确定所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置，包括：
根据欧式距离最近的K个预测信号强度值，与所述目标信号强度值的欧式距离，确定所述K个预测信号强度值的权重；
根据所述K个预测信号强度值对应的基准位置，以及所述K个预测信号强度值的权重，计算所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述信号检测仪的数量为多个，则所述计算所述目标信号强度值和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值之间的欧式距离，包括：
采用预设的加权临近算法，计算目标信号强度值数据和所述待测三维空间的强度指纹库中各基准位置处的预测信号强度值数据之间的欧式距离；
其中，所述目标信号强度值数据中包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内采集的多个信号强度值；所述预测信号强度值数据包括：多个所述信号检测仪在所述待测三维空间内的多个预测信号强度值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值，包括：
获取所述信号检测仪采集的多个无线信号强度值；
根据所述信号源的预设地址，从所述多个无线信号强度值中确定所述信号源对应的信号强度值为所述目标信号强度值。
8.一种室内信号定位装置，其特征在于，所述装置包括：
待测强度指纹库确定模块，用于根据待测三维空间的尺寸信息，对预设的基准三维空间的强度指纹库进行处理，得到所述待测三维空间的强度指纹库；其中，所述基准三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述基准三维空间内多个基准位置处时信号检测仪的基准信号强度值，所述待测三维空间的强度指纹库中存储有：信号源在所述待测三维空间内所述多个基准位置处时所述信号检测仪的预测信号强度值；所述基准三维空间和所述待测三维空间的轮廓形状相同，且所述信号检测仪在所述基准三维空间和所述待测三维空间中的部署方位相同；
目标信号强度值获取模块，用于获取所述待测三维空间内所述信号检测仪采集的目标信号强度值；
目标位置确定模块，用于根据所述目标信号强度值，采用所述待测三维空间的强度指纹库，确定与所述目标信号强度值最匹配的预测信号强度值对应的信号源的位置为所述信号源在所述待测三维空间中的目标位置。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行如权利要求1至7任一所述的室内信号定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的室内信号定位方法的步骤。
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| CN114286306B (zh) | 2024-02-20 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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