一種基于wifi信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種室內(nèi)定位方法，特別設(shè)及一種基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方 法，屬于定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，基于位置服務(wù)的需求量不斷擴(kuò)大，基于位置服務(wù)的 基礎(chǔ)與關(guān)鍵是定位技術(shù)。室外定位技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)較為完善，有基于衛(wèi)星的定位技術(shù)和基 于基站的定位技術(shù)，定位精度能夠滿足需求。室內(nèi)定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于現(xiàn)有的無線通訊 技術(shù)。作為一種無線通訊技術(shù)，WIFI技術(shù)W其設(shè)備成本低、布局簡易、通信速度快、發(fā)射功 率小、無需額外添置硬件的優(yōu)勢成為了發(fā)展室內(nèi)定位技術(shù)的重要研究方向?；赪IFI技術(shù) 的室內(nèi)定位方法主要包括=種；基于鄰近關(guān)系的定位方法、基于=角關(guān)系的定位方法、基于 場景分析的定位方法。
[0003] (1)基于鄰近關(guān)系的定位方法
[0004] 基于鄰近關(guān)系的定位方法根據(jù)待定位點(diǎn)與已知位置的WIFI熱點(diǎn)的鄰近關(guān)系進(jìn)行 定位，當(dāng)待定位點(diǎn)的移動端接收到一個或者多個已知位置的WIFI熱點(diǎn)信號，信號強(qiáng)度最大 的WIFI熱點(diǎn)的位置就被認(rèn)為是待定位點(diǎn)的位置。該種定位方法的精度取決于WIFI熱點(diǎn)的 密度和信號范圍。
[0005] (2)基于S角關(guān)系的定位方法
[0006] 基于=角關(guān)系的定位方法根據(jù)=角形的幾何性質(zhì)來確定待定位點(diǎn)的位置，當(dāng)待定 位點(diǎn)的移動端接收到一個或者多個已知位置的WIFI熱點(diǎn)信號，通過測量該些信號的到達(dá) 角度或傳播距離，由=個或者=個W上的已知位置的WIFI熱點(diǎn)可W計(jì)算出待定位點(diǎn)的位 置。根據(jù)測量方法的不同，可W細(xì)分為基于角度的=角定位方法和基于距離的=角定位方 法，而基于距離的=角定位法又可W細(xì)分為傳播時間法和傳播模型法?；?角關(guān)系的定 位方法最大的缺點(diǎn)是需要提前預(yù)知WIFI熱點(diǎn)位置。
[0007] (3)基于場景分析的定位方法
[000引基于場景分析的定位方法是對已知的室內(nèi)定位環(huán)境進(jìn)行抽象化和形式化，用一些 具體的、量化的位置特征描述室內(nèi)定位環(huán)境中的離散的已知位置，并把該些已知位置的特 征集成在一起生成位置特征庫。定位時根據(jù)待定位點(diǎn)的位置特征查詢位置特征庫，采取特 定的匹配規(guī)則，用已知的WIFI熱點(diǎn)位置來估計(jì)出待定位點(diǎn)的位置。位置指紋定位方法是一 種典型的基于場景分析的定位方法，它主要分為兩個階段；離線階段和在線階段。離線階段 是根據(jù)已知的室內(nèi)定位環(huán)境，按照一定的間隔距離確定若干采樣點(diǎn)，形成一個采樣點(diǎn)的網(wǎng) 格，W每個采樣點(diǎn)采集的信號強(qiáng)度信息加上采樣點(diǎn)的位置信息（相對或絕對位置）組成數(shù) 據(jù)元組，該些數(shù)據(jù)元組稱為位置指紋。在線階段是將待定位點(diǎn)測量到的信號強(qiáng)度信息與位 置指紋庫中的信號強(qiáng)度信息按照一定的規(guī)則進(jìn)行匹配，找到與待定位點(diǎn)信號強(qiáng)度信息"相 似"的一個或若干個位置指紋，最終用該些位置指紋的位置信息估計(jì)出待定位點(diǎn)的位置信 息。信號強(qiáng)度信息主要包括兩個部分：信號強(qiáng)度特征值W及對應(yīng)的WIFI熱點(diǎn)的標(biāo)識（一般 WWIFI熱點(diǎn)的物理地址作為標(biāo)識）。根據(jù)匹配時選取的信號強(qiáng)度特征值不同，待定位點(diǎn)與 位置指紋的匹配方法分為確定性匹配方法和概率性匹配方法。確定性匹配方法選取的信號 強(qiáng)度特征是一定采樣時間內(nèi)信號強(qiáng)度做平滑去噪處理后的平均值，匹配規(guī)則是比較待定位 點(diǎn)與位置指紋的歐式距離，取歐氏距離最近的位置指紋的位置信息作為待定位點(diǎn)的位置或 取歐氏距離最近的K個位置指紋的位置信息的平均值作為待定位點(diǎn)的位置。概率性匹配方 法選取的信號強(qiáng)度特征值是一定采樣時間內(nèi)信號強(qiáng)度未做任何處理的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，匹 配規(guī)則是比較待定位點(diǎn)與位置指紋的聯(lián)合概率，取聯(lián)合概率最大的位置指紋的位置信息作 為待定位點(diǎn)的位置或取聯(lián)合概率最大的K個位置指紋的位置信息的平均值作為待定位點(diǎn) 的位置。位置指紋定位方法因?yàn)椴恍枰崆邦A(yù)知WIFI熱點(diǎn)位置和定位精度較高的優(yōu)勢成 為了基于WIFI技術(shù)的室內(nèi)定位方法的主要研究方向。
[0009] 已有的位置指紋定位方法存在W下不足：
[0010] ①位置指紋庫龐大導(dǎo)致匹配時間過長。
[0011] ②W傳統(tǒng)歐式距離為匹配標(biāo)準(zhǔn)的確定性匹配方法對WIFI信號波動影響的考慮不 足。
[0012] ⑨W聯(lián)合概率為匹配標(biāo)準(zhǔn)的概率性匹配方法在克服WIFI信號波動影響具有明顯 優(yōu)勢，但是其定位結(jié)果主要決定于聯(lián)合概率值最大的某一個位置指紋，對于定位結(jié)果取K 個位置指紋加權(quán)后的平均值的方法并不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提出一種基于WIFI信 號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的室內(nèi)定位。
[0014] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0015] 一種基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，具體過程為：
[0016] 步驟一、在室內(nèi)環(huán)境選取若干采樣點(diǎn)，采集采樣點(diǎn)處WIFI信號的強(qiáng)度信息，將所 述強(qiáng)度信息和采樣點(diǎn)位置信息組成位置指紋，得到位置指紋庫；
[0017] 步驟二、采集待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息，將待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息與 位置指紋庫進(jìn)行預(yù)匹配，獲得候選位置指紋；
[0018] 步驟=、采用確定性匹配法，在候選的位置指紋中，選取與待定位點(diǎn)改進(jìn)歐式距離 最近的Kd個位置指紋的位置信息的加權(quán)平均值作為待定位點(diǎn)的位置狂。Yi);采用概率性 匹配法，在候選的位置指紋中，取與待定位點(diǎn)聯(lián)合概率最大的Kp個位置指紋的位置信息的 加權(quán)平均值作為待定位點(diǎn)的位置狂2,Y2);
[0019] 假設(shè)待定位點(diǎn)可W收到n個WIFI熱點(diǎn)信號，預(yù)匹配后有m個候選位置指紋，改進(jìn) 的歐氏距離的定義如式（1)，
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，具體過程為： 步驟一、在室內(nèi)環(huán)境選取若干采樣點(diǎn)，采集采樣點(diǎn)處WIFI信號的強(qiáng)度信息，將所述強(qiáng) 度信息和采樣點(diǎn)位置信息組成位置指紋，得到位置指紋庫； 步驟二、采集待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息，將待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息與位置 指紋庫進(jìn)行預(yù)匹配，獲得候選位置指紋； 步驟三、采用確定性匹配法，在候選的位置指紋中，選取與待定位點(diǎn)改進(jìn)歐式距離最近 的Kd個位置指紋的位置信息的加權(quán)平均值作為待定位點(diǎn)的位置（XpYi);采用概率性匹配 法，在候選的位置指紋中，取與待定位點(diǎn)聯(lián)合概率最大的&個位置指紋的位置信息的加權(quán) 平均值作為待定位點(diǎn)的位置（X2，Y2); 假設(shè)待定位點(diǎn)可以收到n個WIFI熱點(diǎn)信號，預(yù)匹配后有m個候選位置指紋，改進(jìn)的歐 氏距離的定義如式（1)，
(1) 其中，i= 1，2,. . .，m，k= 1，2,. . .，n，屯表示待定位點(diǎn)與第i個候選位置指紋的改進(jìn) 歐氏距離，DEV表示待定位點(diǎn)的信號強(qiáng)度的原始標(biāo)準(zhǔn)差，DEVi表示第i個候選位置指紋的信 號強(qiáng)度的原始標(biāo)準(zhǔn)差，PAVGk表示待定位點(diǎn)收到的第k個WIFI熱點(diǎn)的信號強(qiáng)度的處理平均 值，PAVGik表示第i個候選位置指紋收到的第k個WIFI熱點(diǎn)的信號強(qiáng)度的處理平均值； 步驟四、根據(jù)待定位點(diǎn)的位置（XpYD和（X2，Y2)計(jì)算待定位點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述聯(lián)合概 率的定義如式（3)所示， Pi=Pil?Pi2 ? ? ? ? ?Pik? ? ? ? ?Pin(3)其中，Pi表示待定位點(diǎn)與第i個候選位置指紋 的聯(lián)合概率，Pik表示第i個候選位置指紋收到的第k個WIFI熱點(diǎn)的信號強(qiáng)度的獨(dú)立概率， 其計(jì)算方法為： 對于正態(tài)分布公式（4)，
(4) 令y=AVGik，〇 =DEVik，其中AVGik和DEVik表示第i個候選位置指紋收到的第k個WIFI熱點(diǎn)的信號強(qiáng)度的原始平均值和原始標(biāo)準(zhǔn)差，令x=AVGpAVh表示待定位點(diǎn)信號強(qiáng) 度的原始平均值，計(jì)算得到Pik。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，采樣點(diǎn)所對 應(yīng)的位置指紋表示形式為AP= (ID,MAC,AVG，PAVG，DEV)，其中ID表示采樣點(diǎn)的標(biāo)識，MAC 表示W(wǎng)IFI熱點(diǎn)的物理地址，AVG表示信號強(qiáng)度的原始平均值，PAVG表示信號強(qiáng)度的處理平 均值，DEV表示信號強(qiáng)度的原始標(biāo)準(zhǔn)差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述預(yù)匹配 為：首先，找出待定位點(diǎn)中PAVG>FLAG情況下的MAC，其中FLAG為預(yù)設(shè)的信號強(qiáng)度閾值；然 后，在位置指紋庫中，選取包含所找出的MAC的位置指紋，并將其作為候選位置指紋。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步驟四 的具體過程為： 首先，計(jì)算Kd個最近歐氏距離的方差D:和K5個最大聯(lián)合概率對數(shù)值的方差D2; 然后，計(jì)算最終定位結(jié)果(又，▽);
(6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述位置 (XpYD的計(jì)算式如式⑵所示；
(2) 其中，％是最小的Kd個位置指紋中第i個位置指紋對應(yīng)的權(quán)重，《 1/cU，（U) 是Kd中第i個位置指紋對應(yīng)的位置信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述位置 (X2，Y2)的計(jì)算式如式（5)所示；
(5) 其中，《」是最大的、個位置指紋中第j個位置指紋對應(yīng)的權(quán)重，《尸lgPp(X^Yj) 是最大的&個位置指紋中第j個位置指紋對應(yīng)的位置信息。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于WIFI信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法，具體過程為：在室內(nèi)環(huán)境選取若干采樣點(diǎn)，采集采樣點(diǎn)處WIFI信號的強(qiáng)度信息，得到位置指紋庫；采集待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息，將待定位點(diǎn)WIFI信號的強(qiáng)度信息與位置指紋庫進(jìn)行預(yù)匹配，獲得候選位置指紋；采用確定性匹配法，在候選的位置指紋中，選取與待定位點(diǎn)改進(jìn)歐式距離最近的Kd個位置指紋的位置信息的加權(quán)平均值作為待定位點(diǎn)的位置(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候選的位置指紋中，取與待定位點(diǎn)聯(lián)合概率最大的Kp個位置指紋的位置信息的加權(quán)平均值作為待定位點(diǎn)的位置(X2,Y2)；根據(jù)待定位點(diǎn)的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)計(jì)算待定位點(diǎn)。本發(fā)明采用改進(jìn)歐式距離的計(jì)算方法，減小了WIFI信號波動對定位結(jié)果的影響，提高定位精度。
【IPC分類】H04W4-04
【公開號】CN104703143
【申請?zhí)枴緾N201510119340
【發(fā)明人】馬銳, 郭強(qiáng), 馬科, 王勇, 單純
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月18日