一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 對于許多行業(yè)，如交通運輸，制造，物流和醫(yī)療保健標準和個性化的應(yīng)用，位置信 息是一項至關(guān)重要的服務(wù)信息。同時它也是提供個性化和基于位置的服務(wù)的基礎(chǔ)。定位 系統(tǒng)按照定位環(huán)境的不同可W分為室內(nèi)和室外定位。在美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC)提出 的E-911要求的推動下，室外定位算法起步的較早，發(fā)展迅速，成果明顯。相對而言，室 內(nèi)定位算法的提出較晚，是非常重要的領(lǐng)域，發(fā)展前景大。近年來，射頻識別技術(shù)（Radio 化equen巧Identification,RFID)已經(jīng)在社會眾多領(lǐng)域開始應(yīng)用，對改善人們的生活質(zhì) 量、提高企業(yè)經(jīng)濟效益、加強公共安全W及提高社會信息化水平產(chǎn)生了重要影響。目前RFID 技術(shù)已廣泛運用在監(jiān)控、防偽、安全、n禁、物流、軍事等各個領(lǐng)域。
[0003]RFID定位方法可W分為；距離估計法、場景分析法、約束法。在基于RFID的室內(nèi) 定位中，場景分析法又更具有可擴展性強、能適應(yīng)較復(fù)雜的環(huán)境條件、定位精度較高等特 點。其工作原理為：在閱讀器覆蓋范圍內(nèi)，無源電子標簽接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，然后 感應(yīng)獲得能量加載電子標簽中存儲的信息到電磁波上，發(fā)回到閱讀器上，對于有源電子標 簽，主動地發(fā)射帶有信息的射頻信號給閱讀器，閱讀器解碼后讀取信息，傳送到微處理器進 行信息數(shù)據(jù)處理，完成識別電子標簽坐標信息。RFID室內(nèi)定位主要包括SpotON定位系統(tǒng)、 LANDMARC算法、VIRE定位算法等。
[0004] 結(jié)合相關(guān)材料，經(jīng)過分析，現(xiàn)有的室內(nèi)定位算法主要存在W下問題：
[0005] 1.在原LANDMARC系統(tǒng)中，電子標簽每7. 5砂發(fā)射一次射頻信號，該種長時間的間 隔導(dǎo)致了定位的延遲。
[0006] 2.對于電子標簽的信號強度，閱讀器僅提供了相對應(yīng)的8個能級，而不是具體的 強度值，因此在定位精度上存在一定的誤差。
[0007] 3.定位依賴于參考標簽，如果要提高定位精度則需要增加參考標簽的密度。該樣 做不僅增加了系統(tǒng)成本，而且電子標簽之間信號干擾反而會使定位精度降低。
[0008] 4.待定位標簽的實際位置也會影響到定位精度。當待定位標簽處于眾多參考標簽 之中時，定位誤差較?。欢敶ㄎ粯撕炋幱趨⒖紭撕灨采w范圍的邊緣時，誤差則相對大得 多。
[0009] 5.定位環(huán)境中的障礙物也是導(dǎo)致誤差較大的一個因素。當閱讀器與電子標簽之間 有障礙物時，閱讀器接收到的標簽信號會因為電磁波的反射而變得比正常值小；當有移動 物體經(jīng)過閱讀器和電子標簽之間時，RSSI值也會發(fā)生突變；甚至有時候會出現(xiàn)RSSI值丟失 的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 基于上述問題，本發(fā)明引入一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的室內(nèi)定位算法，目的 在于通過一種更合理的方式來計算虛擬參考標簽的RSSI值，通過降低環(huán)境對射頻信號的 影響進而提高定位精度。最后再采用迭代校正的技術(shù)，改進算法計算出的結(jié)果進行修正處 理，使得結(jié)果更加精確。解決了長時間的間隔導(dǎo)致定位的延遲，降低了對參考標簽密度的依 賴，減小了由于電子標簽信號強度，待定位標簽實際位置W及定位環(huán)境中障礙物不同導(dǎo)致 的定位中存在的較大誤差。
[0011] 本發(fā)明提出了一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法，具體方法：
[0012] A.將定位區(qū)域劃分為一個平面網(wǎng)格，使實體參考標簽均勻的散落在網(wǎng)格中的各個 部分，橫向與縱向的間隔相同；
[0013] B.Wm袖的虛擬網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格，取每個虛擬網(wǎng)格的中也作為一個參考標簽的 坐標位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標簽覆蓋；
[0014] C.由對數(shù)距離損耗模型公式
[0019] D.選取相鄰四個標簽的RSSI值和距離代入上述公式，求得3個結(jié)果；
[0020] E.取平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)；
[0021] F.將參數(shù)與一個標簽的RSSI值代入公式計算虛擬參考標簽的RSSI值；
[0022] G.定義虛擬參考標簽和待定位標簽的RSSI向量 [002引 8,=巧 恥2,".,馬，種3
[0024]Sj=巧江…
[00巧]待定位標簽P到各個虛擬參考標簽的距離
[0026]
[0027] H.選擇距離待定位標簽最近的K個虛擬參考標簽；
[0028] I.加權(quán)求和計算待定位標簽的位置，通過公式
[0032] Wi+"2+…+Wk=1
[0033] J.通過反向計算依次得出每個虛擬參考標簽的坐標；
[0034]K.更新待定位標簽的坐標值；
[00巧]L.比較K中的坐標值與J坐標之差與某個闊值；
[0036] M.如果大于等于該闊值，用K中的坐標更新結(jié)果之后，返回J;
[0037] N.如果小于該闊值，K為最終的定位結(jié)果。
[0038] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0039] 在定位的過程中，本算法通過更精確的方式來計算虛擬參考標簽的RSSI值，如果 需要獲得更精確的定位精度，只需要將最初的平面網(wǎng)格劃分更加細致，而并不需要增加參 考標簽的密度，從而降低成本。運用迭代校正技術(shù)，可W降低由于定位標簽的實際位置W及 定位環(huán)境中的障礙物所導(dǎo)致的定位誤差。本發(fā)明所得出的定位結(jié)果更加精確。
【附圖說明】
[0040] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例獲現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。
[0041] 圖1為本發(fā)明基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法流程圖
[0042] 圖2為劃分為m*n的虛擬參考標簽分布圖（本圖中取m=10,n=12)
[0043] 圖3為相鄰四個虛擬參考標簽和一個待定位標簽示意圖
【具體實施方式】
[0044] 本發(fā)明提供一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù) 方案及效果更加清楚、明確，W下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描 述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045] 本發(fā)明引入一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的室內(nèi)定位算法，通過一種更合理的方 式來計算虛擬參考標簽的RSSI值，通過降低環(huán)境對射頻信號的影響進而提高定位精度。
[0046] 請參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于虛擬標簽和循環(huán)校驗的定位算法流程圖，所述方法 包括：
[0047] S1.將定位區(qū)域劃分為一個平面網(wǎng)格，實體參考標簽均勻的散落在網(wǎng)格中的各個 部分，橫向與縱向的間隔相同；
[0048] S2.Wm袖的虛擬網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格，取每個虛擬網(wǎng)格的中也作為一個參考標簽 的坐標位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標簽覆蓋，每個虛擬網(wǎng)格的中也作為一個參考 標簽的坐標位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標簽所覆蓋，請參閱圖2,圖2為劃分為m*n 的虛擬參考標簽分布圖（本圖中取m=10，n=12);
[0049] S3.選取相鄰四個標簽的RSSI值和距離，代入由對數(shù)距離損耗模型公式推得的n， S表達式，求出3個結(jié)果；
[0050] S4.取3個結(jié)果的平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)n，S值；
[0051] S5.將求得的n，S參數(shù)值與一個標簽的RSSI值代入公式計算虛擬參考標簽的 RSSI值；
[0052] S6.選擇距離待定位標簽最近的K個虛擬參考標簽，通過加權(quán)求和計算待定位標 簽的位置，請參閱圖3,圖3為相鄰四個虛擬參考標簽和一個待定位標簽示意圖；
[0053] S7.通過反向計算依次得出每個虛擬參考標簽的坐標；
[0054] S8.更新待定位標簽的坐標值；
[00巧]S9.計算待定位標簽坐標值與參考標簽坐標值之差； [005引 S10.比較是否差值小于闊值；
[0057] S11.如果是，取待定位標簽的坐標為最終定位結(jié)果；
[005引 S12.如果不是，返回S7。
【主權(quán)項】
1. 一種定位算法，其特征在于，包括步驟：51. 對定位區(qū)域進行劃分；52. 根據(jù)距離其最近的實體參考標簽計算得出每個虛擬參考標簽到各個閱讀器的 RSSI 值；53. 使用K近鄰算法對待定位標簽加權(quán)求和進行定位計算；54. 通過循環(huán)校驗的算法來修正定位的結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟Sl還包括：511. 將定位區(qū)域看作一個平面網(wǎng)格，實體參考標簽均勻的分散在網(wǎng)格中，橫向與縱向 的間隔相同；512. 將該網(wǎng)絡(luò)劃分為m*n的虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)格的中心作為一個參考標簽的坐標 位置，表示該虛擬網(wǎng)格由此虛擬參考標簽所覆蓋。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S2還包括：521. 采用對數(shù)距離損耗模型公式：來進行計算；522. 通過友鄰標簽協(xié)同計算公式中的兩個參數(shù)η，ξ ;523. 計算虛擬參考標簽的RSSI值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S3還包括：531. 定義虛擬參考標簽和待定位標簽的RSSI向量；532. 選擇距離待定位標簽最近的K個虛擬參考標簽，通過加權(quán)求和進行定位計算。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S4還包括：541. 計算參考坐標的標簽；542. 迭代更新目標位置。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S22還包括： 5221. 使用公式丨進行計算； 5222. 分別選取四個標簽的RSSI值和距離代入上述公式，求得3個結(jié)果； 5223. 取平均值作為該區(qū)域的損耗模型參數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S31還包括：S312.采用歐氏距離來表示每一個獨立的待定位標簽ρ到各個虛擬參考標簽的距離8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S32還包括： 5331. 待定位標簽的位置5332. 權(quán)重因子9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步驟S42還包括： 5421. 通過反向計算依次得出每個虛擬參考標簽的坐標； 5422. 更新待定位標簽的坐標值； S423.當S422中的值與S421的相差小于某個閾值時，S422為最終的定位結(jié)果，否則用 S422的坐標值更新結(jié)果之后返回S421。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬標簽和循環(huán)校驗室內(nèi)定位算法，包括對定位區(qū)域的劃分、無線電信號損耗模型、采用距離待定位標簽的K個虛擬參考標簽、循環(huán)校驗修正定位結(jié)果。本發(fā)明是對VIRE算法的一種改進，方法包括：引入無線電信號損耗模型，根據(jù)引用標簽RSSI值、虛擬標簽和引用標簽的距離得到虛擬標簽的RSSI值；使用K近鄰算法計算待定位標簽的位置；利用循環(huán)迭代校驗?zāi)嫦蛴嬎銋⒖紭撕灥奶摂M位置；根據(jù)參考標簽虛擬位置與實際位置的差距進行位置矯正。本發(fā)明主要用于檢測，跟蹤和控制物體的位置及信息，解決了VIRE中待定位標簽實際位置影響定位精度和定位環(huán)境中障礙物增加定位誤差的問題。
【IPC分類】G01S5/14
【公開號】CN104977561
【申請?zhí)枴緾N201410134456
【發(fā)明人】王璐, 趙壯
【申請人】江蘇中科泛聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月4日