CN117739992B - 室内定位方法、装置、系统、终端设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及室内定位技术领域，提供了一种室内定位方法、装置、系统、终端设备及可读存储介质，该方法包括：接收各用户节点上报的节点信息，节点信息包括当前场景空间内的其他节点信息；根据所有用户节点上报的精确位置节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中包括每个用户节点之间的测距信息以及用户节点和信标节点之间的测距信息；计算各用户节点的粗略位置，并将粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，目标损失函数基于各节点之间的测距信息构建得到。该方法利用用户节点之间的测距约束来构建用于定位的损失函数，可以提升室内定位精度。

Description

室内定位方法、装置、系统、终端设备及可读存储介质

技术领域

本申请涉及无线定位技术领域，尤其涉及一种室内定位方法、装置、系统、终端设备及可读存储介质。

背景技术

室内定位导航通常应用于如商场店铺、停车场等大型建筑或室内场所导航，其中，低功耗蓝牙（BLE）信标技术可以实现低成本的室内定位，只要移动终端支持蓝牙，就可配合蓝牙信标实现定位。然而，就目前的定位方案而言，需要一定数量的信标节点才能满足整个室内空间中的精确定位，而在BLE信标节点很少的情况下，定位精度会出现大幅度下降，从而影响室内定位服务的质量。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种室内定位方法、装置、系统、终端设备及可读存储介质。

第一方面，本申请实施例提供一种室内定位方法，应用于服务器，所述方法包括：

接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；

根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；

将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到。

在一些实施例中，所述节点信息通过所述用户节点定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧获取；

其中，所述广播帧中包括节点标识信息和本广播帧的发送时间信息；

所述节点标识信息用于所述用户节点识别当前场景空间内的其他用户节点和信标节点，并将识别的节点与所述发送时间信息进行关联存储。

在一些实施例中，所述节点标识信息包括场景标识字段、节点类型字段及节点ID字段；

其中，所述场景标识字段用于标识当前场景的类型；

所述节点类型字段用于标识发送本广播帧的节点类型，所述节点类型包括用户节点和信标节点；

所述节点ID字段用于标识发送本广播帧的节点ID。

在一些实施例中，所述根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，包括：

根据所述节点标识信息，确定在线的所有用户节点和信标节点；

根据当前用户节点接收广播帧的接收时间信息和其他用户节点发送本广播帧的所述发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点之间的测距量；

根据每个用户节点的所述接收时间信息与每个信标节点的所述发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点和不同信标节点之间的测距量。

在一些实施例中，所述将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，包括：

以第一测距损失和第二测距损失之和最小为目标损失函数；其中，基于所述每个用户节点之间的第一测距信息计算得到所述第一测距损失，基于所述每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息计算得到所述第二测距损失；

将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，得到各用户节点的位置最优解。

在上述实施例中，该室内定位方法还包括：

计算所述各用户节点的位置最优解的平均损失量；

若所述平均损失量小于预设阈值，则判定所述得到的位置最优解有效，并作为各用户节点的精确位置进行输出；

若所述平均损失量大于等于所述预设阈值，则计算所述损失函数的三倍标准差值，将超过所述三倍标准差值的测距量去除，并重新构建新的损失函数，然后利用高斯牛顿法进行预设次数的迭代，将迭代停止时的解作为各用户节点的精确位置进行输出。

在一些实施例中，所述将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，包括：

计算所述目标损失函数的雅克比矩阵，以得到更新步长；

根据所述更新步长，得到高斯牛顿迭代方程；

将各用户节点的所述粗略位置作为首次迭代初值，利用所述高斯牛顿迭代方程进行所述目标损失函数的迭代求解，直至满足预设条件时，停止迭代；其中，所述预设条件包括达到预设最大次数或梯度小于预设阈值。

在一些实施例中，所述目标损失函数的表达式如下：

，

其中，；

式中，表示目标损失函数，Q表示所有用户节点的位置集合；N为用户节点的数量；M为信标节点的数量；/>表示第i个用户节点与第j个用户节点之间的测距损失；/>表示第i个用户节点与第j个信标节点之间的测距损失；/>表示第i个用户节点和第j个用户节点之间的测距量；/>表示第i个用户节点和第j个信标节点之间的测距量，/>表示第i个用户节点的二维坐标，/>表示第j个信标节点的二维坐标。

在上述实施例中，所述利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置，包括：

根据每个用户节点和每个信标节点之间的测距量，联立构建超量方程；

利用最小二乘法对所述超量方程进行求解，得到各用户节点的初始位置，将所述初始位置作为粗略定位位置。

第二方面，本申请实施例提供一种室内定位装置，应用于服务器，所述装置包括：

节点信息接收模块，用于接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；

测距信息获取模块，用于根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

初值计算模块，用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；

精确定位模块，用于将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到。

第三方面，本申请实施例提供一种室内定位系统，所述系统包括服务器、多个信标节点和多个用户节点；其中，各个所述信标节点的位置信息已知；

各所述信标节点，用于按各自的定时器向外发送广播帧；

各所述用户节点，用于定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧，以获取节点信息；

所述服务器，用于执行接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；并根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

所述服务器，还用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；并将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置，其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到；

所述服务器，还用于返回所述精确位置的信息至各用户节点。

第四方面，本申请实施例提供一种终端设备，所述终端设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施所述的室内定位方法。

第五方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上执行时，实施所述的室内定位方法。

本申请的实施例具有如下有益效果：

本申请提出的室内定位方法，通过接收各用户节点上报的节点信息，该节点信息包括当前场景空间内的其他节点信息；然后，根据所有用户节点上报的精确位置节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中包括每个用户节点之间的测距信息以及用户节点和信标节点之间的测距信息；最后，计算各用户节点的粗略位置，并将粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，目标损失函数根据各节点之间的测距信息构建得到。本申请除了运用位置已知的信标节点信息外，还同时利用位置未知的用户节点之间的测距约束来构建用于用户位置定位的误差函数，可以提升室内定位的精度，解决在信标节点很少的场景下定位精度不高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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示出了本申请实施例室内定位方法的一种流程图；

图2示出了本申请实施例室内定位方法的一种框架示意图；

图3示出了本申请实施例室内定位方法的广播帧的格式定义；

图4示出了本申请实施例室内定位方法的测距信息获取流程图；

图5示出了本申请实施例室内定位方法的精准定位计算流程图；

图6示出了本申请实施例的室内定位装置的一种结构示意图；

图7示出了本申请实施例室内定位系统的一种结构示意图。

主要元件符号说明：

10-室内定位系统；11-用户节点；12-信标节点；13-服务器；

100-室内定位装置；110-节点信息接收模块；120-测距信息获取模块；130-初值计算模块；140-精确定位模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。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。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

对于一些如大型商场、地下矿道等室内场景内部署有较少的蓝牙信标时，往往会出现定位不准确的问题。为此，本申请提出一种室内定位方法来解决上述问题，该方法除了利用已知信标节点的信息外，还将结合位置未知的用户节点信息来共同构建测距误差函数以用于定位，可以实现在信标节点很少的情况下仍可以实现较为准确的定位，并且利用位置未知的用户节点之间的测距约束信息来进行定位，这样不需要在场景内额外设置更多的信标或其他定位辅助设备，成本低且易于实现。

下面结合一些具体的实施例来对该室内定位方法进行说明。

图1示出了本申请实施例的室内定位方法的一种流程图。示范性地，该室内定位方法包括以下步骤：

S110，接收各用户节点11上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息。

可以理解，当前的场景空间通常是指一个相对封闭的室内空间，包括但不限于如中大型商场、地下停车场、地下矿道等。在这些场景中，由于定位导航需要，通常会在一些特定的位置设置一些定位用信标，如蓝牙信标等，这些信标会按照各自的定时器进行向外部发送广播帧，以便其他设备能够接收到这些广播帧并进行实时定位。值得注意的是，本实施例中的用户节点11可以是能够识别信标节点12并与其通信的移动设备，如用户使用的智能手机、平板、智能手表、手环等，这里不作限定。

本实施例中，各用户节点11会定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧，并从该广播帧中获取上述的节点信息。例如，该节点信息可包括但不限于包括，其他节点的ID信息和广播帧的发送时间信息等。

如图2所示，在某一室内场景下，设有若干个蓝牙信标，即信标节点12，这些信标节点12的位置已知，并且每个信标节点12按各自的定时器向外发送广播帧；同时，该室内场景下还存在支持蓝牙通信的多个用户手机（即用户节点11），当需要定位时，用户节点11会每隔一段时间扫描无线信道中的广播帧，以此来获取当前空间内的其他节点信息，其中包括其他的用户节点和识别到的周围信标节点。

值得注意的是，本实施例的广播帧采用了特定的格式定义，以便将节点相关信息包含在内，进而方便用户节点11进行解析。示范性地，如图3所示，该广播帧包括协议通信单元（PDU）和其中的广播数据DATA，其中，广播数据DATA是实现定位的关键，例如，其包括节点标识信息和本广播帧的发送时间信息Tsend等。可以理解，该节点标识信息用于用户节点11识别当前场景空间内的其他用户节点11和信标节点12，并将识别的节点与发送时间信息进行关联存储。

进一步地，如图3所示，该节点标识信息可包括但不限于包括，如场景标识字段Uuid、节点类型字段Major及节点ID字段Minor等，其中，{ Uuid，Major, Minor}共同标识一个节点，环境中所有节点的标识组不会完全相同。具体地，场景标识字段用于标识当前场景的类型，其中，不同定位场景的标识不同，例如，不同的停车场、工厂、商场等。节点类型字段用于标识发送本广播帧的节点类型，其中，节点类型包括用户节点11和信标节点12。而节点ID字段则用于标识发送本广播帧的节点ID，其中，信标节点12在布置时就会设置，而用户节点11在接入服务器后自动计数分配。

S120，根据所有用户节点11上报的节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，测距信息包括每个用户节点11之间的第一测距信息、以及每个用户节点11和每个信标节点12之间的第二测距信息。

本实施例中，除了获取用户节点11与信标节点12的测距信息外，还将获取各个接入的用户节点11之间的测距信息，以便进行更准确的定位。

在一种实施方式中，如图4所示，步骤S120包括以下子步骤：

S121，根据节点标识信息，确定在线的所有用户节点11和信标节点12。

可以理解，当用户节点11或信标节点12向外进行广播时，也即表明这些节点是处于在线或激活状态的。每个节点自身会定期向外发送广播帧，同时各用户节点也会定期接收其他节点的广播帧，因此，每接收一个广播帧时，可以从中获取发送广播帧的发送时间信息，同时该用户节点11作为广播帧的接收节点，将记录广播帧的接收时间信息。

S122，根据用户节点11接收到广播帧的接收时间信息和其他用户节点发送本广播帧的发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点11之间的测距量。

S123，根据每个用户节点11的接收时间信息与每个信标节点12的发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点11和不同信标节点12之间的测距量。

其中，到达时间差测距法（TDOA）是一种利用时间差进行定位的方法，其通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。本实施例中，利用TDOA测距，可以获得不同用户节点11之间的测距量。可以理解，TDOA测距算法计算到的是不同用户节点11之间的相对距离量，可以不用知晓每个用户节点11在世界坐标系下的真实坐标位置。

示范性地，不同节点之间的测距量的计算公式如下：，其中，c是光速，具体地，/>代表第i个用户节点11和第j个信标节点12的测距量；/>代表第i个用户节点11和第j个用户节点11的测距量。

S130，利用第二测距信息，计算各用户节点11的粗略位置。

示范性地，可根据每个用户节点11和每个信标节点12之间的测距量，联立构建超量方程；然后，利用最小二乘法对超量方程进行求解，得到各用户节点11的初始位置，将初始位置作为粗略定位的位置。

假设第i个信标节点12的二维坐标记为，第j个用户节点11的二维坐标记为/>，于是，联立得到如下超量方程：

；

其中，用上述方程组中的前 n − 1 个方程依次减去第 n 个方程可将上述超量方程简化为简单的线性方程组：；其中，

。

最后，使用最小二乘法对上方程求解可得：。

S140，将粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点11的精确位置；其中，目标损失函数根据各节点之间的测距信息构建得到。

在一种实施方式中，如图5所示，步骤S140包括以下子步骤：

S141，以第一测距损失和第二测距损失之和最小为目标损失函数，其中，基于每个用户节点11之间的第一测距信息计算得到第一测距损失，基于每个用户节点11和每个信标节点12之间的第二测距信息计算得到第二测距损失。

本实施例中，损失函数包括两部分，即各用户节点11之间的测距损失，以及各用户节点11与各信标节点12之间的测距损失。进而，结合损失函数，构建出一个优化问题进行最优求解。例如，可以选取使损失函数之和最小作为目标，从而构建得到目标损失函数。

在一种实施方式中，两种损失函数的表达式如下：

；

其中，表示第i个用户节点11与第j个用户节点11之间的测距损失；表示第i个用户节点11与第j个信标节点12之间的测距损失；/>表示第i个用户节点11和第j个用户节点11之间的测距量；/>表示第i个用户节点11和第j个信标节点12之间的测距量。

进而，在一种实施方式中，目标损失函数f(Q)的表达式如下：

，

式中，f(Q)表示目标损失函数，Q表示场景内所有用户节点11的位置集合，其中，；N为用户节点11的数量；M为信标节点12的数量，min为使函数f取得最小值的运算符号。

可以理解，上述的目标损失函数仅为一种示例，除了以损失函数之和最小为目标外，还可以是使损失函数之和的平方差最小等，这里不作限定。

S142，将各用户节点11的粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对目标损失函数进行迭代求解，得到各用户节点11的位置最优解。

与传统的定位方案不同的是，本实施例中，并不是将通过最小二乘法得到的位置信息作为最终的位置，而是将其作为初值，利用高斯牛顿法进行迭代求解，从而得到用户节点11的最终位置。

示范性地，利用高斯牛顿法进行迭代求解时，包括：通过对目标损失函数进行求偏导，计算得到目标损失函数的雅克比矩阵，/>；其中，。

然后，根据雅克比矩阵，计算得到更新步长/>；其中，。接着，根据更新步长/>，得到高斯牛顿迭代方程，即X(t+1)=X(t)+/>。

进而，将各用户节点11的粗略位置作为首次迭代初值，利用高斯牛顿迭代方程进行目标损失函数的迭代求解，直至满足预设条件时，停止迭代。例如，该预设条件包括，达到预设最大次数或梯度小于预设阈值等。

考虑到高斯牛顿法求解完之后，结果可能受到一些离群点的影响，如图2所示，还可以进行一些测距量的去除，并重新构建新的误差函数以进行精准定位。

作为一种可选的方案，该室内定位方法还包括：

计算各用户节点11的位置最优解的平均损失量。若平均损失量小于预设阈值，则判定得到的位置最优解有效，并作为各用户节点11的精确位置进行输出。反之，若平均损失量大于等于预设阈值，则计算上述两种损失函数的三倍标准差值（即3sigma值），将超过3sigma值的测距量去除，并重新构建新的损失函数，然后利用高斯牛顿法进行预设次数的迭代，将迭代停止时的解作为各用户节点11的精确位置进行输出。

示范性地，该平均损失量的计算公式如下：

。

假设预设阈值为0.1，则有若，则认为算法收敛，输出最终位置；若/>，则认为算法不收敛，需要在排除较大的误差值后再重新进行误差计算及迭代求解。

相比传统的基于最小二乘的位置解算方法，本申请的室内定位方法可以有效利用位置未知的用户节点11之间的测距约束来构建损失函数，从而提升系统的精度，降低环境中信标节点的数量，从而降低成本。例如，针对人流密集的室内商场，在大型室内区域，不明显降低精度的情况下，减少信标的使用。降低成本假定商场长100米宽100米，按照BLE覆盖间距，则需要约10m布置一个蓝牙信标，此时需要100个蓝牙信标才能完成区域覆盖。若是使用本申请的方法，那就可以把用户标签间的约束也用于定位，那么蓝牙信标的密度可以一定程度的下降，具体优化的程度可取决于算法的实现细节。

此外，实际运用中，该方法还可以用于不断拓展未知区域的定位服务，如地下矿道等，即对于未布置信标的区域，依然能够进行室内定位。例如，地下矿道在开矿前会布置一些蓝牙标签用于人员定位，假设布置蓝牙标签的区域为B区域。随着矿井的进一步深入，很多区域并没有提前布置蓝牙标签，假设未布置蓝牙标签的区域为A区域，那么此时通过传统的最小二乘法的定位精度会迅速下降，导致A区域几乎无法定位。而采用本申请的方法，则利用B区域与A区域间工人信标之间的测距约束来构建用户节点间的约束，从而在A区域提供室内定位服务，提高系统的鲁棒性。

图6示出了本申请实施例的室内定位装置100的一种结构示意图。示范性地，该室内定位装置100包括：

节点信息接收模块110，用于接收各用户节点11上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息。

测距信息获取模块120，用于根据所有用户节点11上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点11之间的第一测距信息、以及每个用户节点11和每个信标节点12之间的第二测距信息。

初值计算模块130，用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点11的粗略位置。

精确定位模块140，用于将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点11的精确位置；其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到。

可以理解，本实施例的装置对应于上述实施例的室内定位方法，上述实施例中的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

如图7所示，本申请还提出一种室内定位系统10，示范性地，该室内定位系统10包括：服务器13、多个信标节点12和多个用户节点11；其中，各个信标节点12的位置信息已知；

各所述信标节点12，用于按各自的定时器向外发送广播帧；

各所述用户节点11，用于定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧，以获取节点信息；

所述服务器13，用于执行接收各用户节点11上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；并根据所有用户节点11上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点11之间的第一测距信息、以及每个用户节点11和每个信标节点12之间的第二测距信息；

所述服务器13，还用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点11的粗略位置；并将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点11的精确位置，其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到；

所述服务器13，还用于返回所述精确位置的信息至各用户节点11。

可以理解，上述实施例的室内定位方法适用于本实施例的服务器13，上述实施例中的方法可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

此外，本申请还提供了一种终端设备，如云端服务器等，示范性地，该终端设备包括处理器和存储器，其中，存储器存储有计算机程序，处理器通过运行所述计算机程序，从而使终端设备执行上述的室内定位方法或者上述室内定位装置100中的各个模块的功能。

其中，处理器可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（GraphicsProcessing Unit，GPU）及网络处理器（Network Processor，NP）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现成可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

存储器可以是，但不限于，随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）等。其中，存储器用于存储计算机程序，处理器在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。

本申请还提供了一种可读存储介质，用于储存上述终端设备中使用的所述计算机程序，所述计算机程序在处理器上执行时，实施上述实施例的室内定位方法，该方法包括：接收各用户节点11上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；根据所有用户节点11上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点11之间的第一测距信息、以及每个用户节点11和每个信标节点12之间的第二测距信息；利用所述第二测距信息，计算各用户节点11的粗略位置；将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点11的精确位置；其中，所述目标损失函数根据所述各节点之间的测距信息构建得到。

例如，该存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种室内定位方法，其特征在于，应用于服务器，所述方法包括：

接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；其中，所述节点信息通过所述用户节点定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧来获取；所述广播帧中包括节点标识信息和本广播帧的发送时间信息；所述节点标识信息用于所述用户节点识别当前场景空间内的其他用户节点和信标节点，并将识别的节点与所述发送时间信息进行关联存储；

根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；

将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到；

其中，所述将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，包括：以第一测距损失和第二测距损失之和最小为目标损失函数；其中，基于所述每个用户节点之间的第一测距信息计算得到所述第一测距损失，基于所述每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息计算得到所述第二测距损失；将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，得到各用户节点的位置最优解。

2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述节点标识信息包括场景标识字段、节点类型字段及节点ID字段；

其中，所述场景标识字段用于标识当前场景的类型；

所述节点类型字段用于标识发送本广播帧的节点类型，所述节点类型包括用户节点和信标节点；

所述节点ID字段用于标识发送本广播帧的节点ID。

3.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，包括：

根据所述节点标识信息，确定在线的所有用户节点和信标节点；

根据当前用户节点接收广播帧的接收时间信息和其他用户节点发送本广播帧的所述发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点之间的测距量；

根据每个用户节点的所述接收时间信息与每个信标节点的所述发送时间信息，利用到达时间差测距法，获得不同用户节点和不同信标节点之间的测距量。

4.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，还包括：

计算所述各用户节点的位置最优解的平均损失量；

若所述平均损失量小于预设阈值，则判定所述得到的位置最优解有效，并作为各用户节点的精确位置进行输出；

若所述平均损失量大于等于所述预设阈值，则计算所述损失函数的三倍标准差值，将超过所述三倍标准差值的测距量去除，并重新构建新的损失函数，然后利用高斯牛顿法进行预设次数的迭代，将迭代停止时的解作为各用户节点的精确位置进行输出。

5.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，包括：

计算所述目标损失函数的雅克比矩阵，以得到更新步长；

根据所述更新步长，得到高斯牛顿迭代方程；

将各用户节点的所述粗略位置作为首次迭代初值，利用所述高斯牛顿迭代方程进行所述目标损失函数的迭代求解，直至满足预设条件时，停止迭代；其中，所述预设条件包括达到预设最大次数或梯度小于预设阈值。

6.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述目标损失函数的表达式如下：

，

其中，；

式中，表示目标损失函数，Q表示所有用户节点的位置集合；N为用户节点的数量；M为信标节点的数量；/>表示第i个用户节点与第j个用户节点之间的测距损失；表示第i个用户节点与第j个信标节点之间的测距损失；/>表示第i个用户节点和第j个用户节点之间的测距量；/>表示第i个用户节点和第j个信标节点之间的测距量，表示第i个用户节点的二维坐标，/>表示第j个信标节点的二维坐标。

7.根据权利要求3所述的室内定位方法，其特征在于，所述利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置，包括：

根据每个用户节点和每个信标节点之间的测距量，联立构建超量方程；

利用最小二乘法对所述超量方程进行求解，得到各用户节点的初始位置，将所述初始位置作为粗略定位位置。

8.一种室内定位装置，其特征在于，应用于服务器，所述装置包括：

节点信息接收模块，用于接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；其中，所述节点信息通过所述用户节点定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧获取；所述广播帧中包括节点标识信息和本广播帧的发送时间信息；所述节点标识信息用于所述用户节点识别当前场景空间内的其他用户节点和信标节点，并将识别的节点与所述发送时间信息进行关联存储；

测距信息获取模块，用于根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

初值计算模块，用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；

精确定位模块，用于将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置；其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到；

其中，所述将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，包括：以第一测距损失和第二测距损失之和最小为目标损失函数；其中，基于所述每个用户节点之间的第一测距信息计算得到所述第一测距损失，基于所述每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息计算得到所述第二测距损失；将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，得到各用户节点的位置最优解。

9.一种室内定位系统，其特征在于，所述系统包括服务器、多个信标节点和多个用户节点；其中，各个所述信标节点的位置信息已知；

各所述信标节点，用于按各自的定时器向外发送广播帧；

各所述用户节点，用于定期扫描无线信道中其他节点向外发送的广播帧，以获取节点信息；所述广播帧中包括节点标识信息和本广播帧的发送时间信息；所述节点标识信息用于所述用户节点识别当前场景空间内的其他用户节点和信标节点，并将识别的节点与所述发送时间信息进行关联存储；

所述服务器，用于执行接收各用户节点上报的节点信息，所述节点信息包括获取的当前场景空间内的其他节点信息；并根据所有用户节点上报的所述节点信息，计算各节点之间的测距信息，其中，所述测距信息包括每个用户节点之间的第一测距信息、以及每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息；

所述服务器，还用于利用所述第二测距信息，计算各用户节点的粗略位置；并将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，以得到各用户节点的精确位置，其中，所述目标损失函数基于所述各节点之间的测距信息构建得到；

其中，所述将所述粗略位置作为迭代初值，计算使目标损失函数最小化的位置最优解，包括：以第一测距损失和第二测距损失之和最小为目标损失函数；其中，基于所述每个用户节点之间的第一测距信息计算得到所述第一测距损失，基于所述每个用户节点和每个信标节点之间的第二测距信息计算得到所述第二测距损失；将各用户节点的所述粗略位置作为迭代初值，利用高斯牛顿法对所述目标损失函数进行迭代求解，得到各用户节点的位置最优解；

所述服务器，还用于返回所述精确位置的信息至各用户节点。

10.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施权利要求1-7中任一项所述的室内定位方法。

11.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上执行时，实施根据权利要求1-7中任一项所述的室内定位方法。