本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光強(qiáng)度變化的被動式室內(nèi)定位方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是智能化概念的提出，定位技術(shù)受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，與定位技術(shù)相關(guān)的新業(yè)務(wù)也不斷出現(xiàn)。定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包含軍事、制造業(yè)、商業(yè)、搶險救災(zāi)等多個方面?；谖恢玫姆?wù)(lbs)已成為研究的熱點之一，且具有廣泛的市場空間。世界上著名的定位系統(tǒng)包括美國的全球定位系統(tǒng)(gps)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(glonass)以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。但是，這些定位系統(tǒng)只在室外的環(huán)境下?lián)碛辛己玫亩ㄎ痪?。在室?nèi)，由于環(huán)境復(fù)雜、建筑物的遮擋、障礙物多以及人員的走動等原因，上述定位系統(tǒng)無法實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，滿足不了人們在室內(nèi)環(huán)境下的定位需求。

目前室內(nèi)定位技術(shù)可以分為主動式定位和被動式定位兩個方面。主動式定位要求被定位的目標(biāo)具備接收電磁波信號，發(fā)射電磁波信號，或者發(fā)射、接收其他信息的能力，例如wifi信號強(qiáng)度信息定位、地磁強(qiáng)度信息定位、慣性導(dǎo)航室內(nèi)定位、rfid室內(nèi)定位、可見光室內(nèi)定位等。被動式定位不要求被定位的目標(biāo)具有上述能力，而是根據(jù)被定位目標(biāo)對環(huán)境參數(shù)產(chǎn)生的影響獲取目標(biāo)的位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于光強(qiáng)度變化的被動式室內(nèi)定位方法，該方法根據(jù)被定位目標(biāo)對其臨近區(qū)域內(nèi)光強(qiáng)度的影響程度獲取目標(biāo)位置，實現(xiàn)復(fù)雜度低，方便大規(guī)模覆蓋，具有廣泛的應(yīng)用范圍和良好的應(yīng)用前景。并提供一種實現(xiàn)上述方法的定位系統(tǒng)。技術(shù)方案如下：

一種基于光強(qiáng)度變化量的被動式室內(nèi)定位方法，包括下列步驟：

1)將室內(nèi)環(huán)境劃分成子區(qū)域，在各個子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)，以利用光敏傳感器實時監(jiān)測其周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度信息，每個光敏傳感器位于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點上。

2)由光敏傳感器實時感知光線強(qiáng)度信息，并發(fā)送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將所有節(jié)點采集的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)。

3)上位機(jī)將當(dāng)前各個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息與其上一個時刻的信息作對比，并提取光線強(qiáng)度信息變化超過閾值的節(jié)點。

4)若只有一個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息變化量超過閾值，則認(rèn)為目標(biāo)處于該節(jié)點所在的網(wǎng)格內(nèi)；若多個節(jié)點的光線強(qiáng)度變化量超過閾值，則根據(jù)這些節(jié)點的位置和光線強(qiáng)度變化量，得到目標(biāo)位置。

優(yōu)選地，步驟4)采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點的坐標(biāo)根據(jù)與之對應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)上述定位方法的被動式室內(nèi)定位系統(tǒng)，在根據(jù)室內(nèi)環(huán)境劃分的各個子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建，以利用光敏傳感器實時監(jiān)測其周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度信息，每個光敏傳感器位于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點上包括：光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)在室內(nèi)，由各個光敏傳感器節(jié)點構(gòu)成，所述光敏傳感器節(jié)點用于感知光線強(qiáng)度；信息匯聚節(jié)點，所述匯聚節(jié)點用于收集所有光敏傳感器采集到的光線強(qiáng)度信息，并將其發(fā)送給上位機(jī)；上位機(jī)，所述上位機(jī)用于運行定位算法，并根據(jù)光敏傳感器采集到的光線強(qiáng)度變化信息和傳感器的布設(shè)情況確定目標(biāo)的位置。

優(yōu)選地，所述的定位算法采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點的坐標(biāo)根據(jù)與之對應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施的場景示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的基于光強(qiáng)度變化量的被動式室內(nèi)定位方法流程框圖。

圖3為發(fā)明一個實施的傳感器硬件模塊示意圖。

具體實施方式

由于被定位目標(biāo)在室內(nèi)時必然會對一部分光線產(chǎn)生遮擋，導(dǎo)致在其臨近的一定區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度受到影響，產(chǎn)生陰影。因此可以基于室內(nèi)環(huán)境不同區(qū)域內(nèi)中光強(qiáng)度的變化情況對目標(biāo)進(jìn)行定位。若被定為目標(biāo)在室內(nèi)移動，則根據(jù)實時感知的光強(qiáng)度信息變化情況，實現(xiàn)對目標(biāo)的定位和跟蹤。基于臨近關(guān)系的定位技術(shù)有很好的覆蓋性和可靠性，且定位算法簡單，響應(yīng)時間短，這些優(yōu)點是主動式定位技術(shù)不具備的。

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合圖1和圖2給出一個具體實例。本實例僅限于說明本發(fā)明的一種實施方法，不代表對本發(fā)明覆蓋范圍的限制。

發(fā)明一個實施的場景示意圖如圖1所示，房間中的燈位于房頂?shù)恼醒?，采用矩形網(wǎng)格的劃分方式將房間被劃分為35個小格，每個格子中布設(shè)一個位置已知的光敏傳感器。光敏傳感器完成光線強(qiáng)度信息采集并發(fā)送到信息匯聚節(jié)點。信息匯聚節(jié)點將所有光敏傳感器的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)，由上位機(jī)分析數(shù)據(jù)，并完成目標(biāo)定位。

發(fā)明實施例的基于光強(qiáng)度變化量的被動式室內(nèi)定位方法流程圖如圖2所示，方法可以分為離線劃分網(wǎng)格，部署光敏傳感器和在線定位兩個階段。

具體的基于光強(qiáng)度的被動式室內(nèi)定位過程描述如下：根據(jù)前面改的完善下面步驟。

步驟一：定位前，將室內(nèi)環(huán)境劃分成35個矩形網(wǎng)格，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成所有網(wǎng)格光線強(qiáng)度的監(jiān)測任務(wù)。如圖3所示，感應(yīng)光線強(qiáng)度的無線傳感器硬件由三部分組成：光線強(qiáng)度監(jiān)測模塊、處理器模塊和無線通信模塊。

步驟二：完成傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署后，可進(jìn)入在線定位階段。無線傳感器首先采集環(huán)境的光強(qiáng)度信息，然后根據(jù)路由協(xié)議直接或者采用多跳的方式將光線強(qiáng)度信息發(fā)送到信息匯聚節(jié)點，信息匯聚節(jié)點根據(jù)與上位機(jī)之間的協(xié)議對所有節(jié)點的光線強(qiáng)度信息進(jìn)行處理，然后上傳到上位機(jī)。

步驟三：上位機(jī)收到各個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息后運行定位算法，算法將當(dāng)前各個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息與其上一個時刻作對比，如果某個節(jié)點監(jiān)測到的光線強(qiáng)度變化值超過閾值，則認(rèn)為該傳感器所屬網(wǎng)格的光線強(qiáng)度受到影響。

步驟四：統(tǒng)計光線強(qiáng)度受到影響的傳感器節(jié)點的個數(shù)，如果個數(shù)等于一，則認(rèn)為目標(biāo)在該網(wǎng)格內(nèi)；如果個數(shù)大于一，則采用加權(quán)knn算法，將所有受到影響的網(wǎng)格的中心點的坐標(biāo)根據(jù)與之對應(yīng)的光線強(qiáng)度變化的大小進(jìn)行加權(quán)處理，并得到目標(biāo)的位置信息。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于光強(qiáng)度變化量的被動式室內(nèi)定位方法，包括：將室內(nèi)環(huán)境劃分成子區(qū)域，在各個子區(qū)域內(nèi)布設(shè)感知光線強(qiáng)度的光敏傳感器，構(gòu)建光敏傳感器網(wǎng)絡(luò)。由光敏傳感器實時感知光線強(qiáng)度信息，并發(fā)送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將所有節(jié)點采集的光線強(qiáng)度信息上傳到上位機(jī)。上位機(jī)將當(dāng)前各個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息與其上一個時刻的信息作對比，并提取光線強(qiáng)度信息變化超過閾值的節(jié)點。若只有一個節(jié)點的光線強(qiáng)度信息變化量超過閾值，則認(rèn)為目標(biāo)處于該節(jié)點所在的網(wǎng)格內(nèi)；若多個節(jié)點的光線強(qiáng)度變化量超過閾值，則根據(jù)這些節(jié)點的位置和光線強(qiáng)度變化量，得到目標(biāo)位置。本發(fā)明同時提供了實現(xiàn)上述定位方法的定位系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉開華;張云蕾;馬永濤;張帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.14
技術(shù)公布日：2017.08.18