基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的無線室內(nèi)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及通信、導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的 無線室內(nèi)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)過十多年的研究和發(fā)展，位置服務(wù)已經(jīng)逐漸滲透到現(xiàn)實(shí)生活中。從社交和娛樂， 到提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，它們?cè)谏钪杏兄姸鄳?yīng)用。比如，在大型的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī) 場(chǎng)，圖書館或購(gòu)物中心，位置信息可以提高這些機(jī)構(gòu)的服務(wù)質(zhì)量和游客的體驗(yàn)。傳統(tǒng)上，位 置相關(guān)的應(yīng)用限于室外環(huán)境，大多采用全球定位系統(tǒng)(GPS)。然而由于室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性， 采用GPS的方法是無效的。這些困難和挑戰(zhàn)也使研究人員越來越多地投入到室內(nèi)定位技術(shù) 的研究中去。
[0003] 在室內(nèi)定位中，最優(yōu)指紋報(bào)告策略依賴于需要定位服務(wù)的物理空間的設(shè)定。假設(shè) AP(Access Point接入點(diǎn)）在室內(nèi)空間已經(jīng)布置完成，室內(nèi)空間的每個(gè)位置的最好策略是確 定的，并且可以由所提出的算法來導(dǎo)出。因此，一個(gè)位置的最優(yōu)策略起著類似于存儲(chǔ)在數(shù)據(jù) 庫中本地指紋的角色，可用來區(qū)分不同位置。然而，由于對(duì)周圍的AP而言，兩個(gè)相鄰位置的 距離和角度幾乎是一樣的，故位置最優(yōu)策略應(yīng)該是相同的。導(dǎo)致的結(jié)果就是，特別對(duì)相近點(diǎn) 而言，最優(yōu)策略不如指紋來得敏感。然而這令人沮喪的現(xiàn)象在室內(nèi)定位中有助于減少大尺 度的錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)表明，單純的基于定位系統(tǒng)的指紋的誤差可高達(dá)6至7米，這是由于在基于位 置指紋的定位中，由于室內(nèi)空間的復(fù)雜性，無線信號(hào)傳播的反射折射、小尺度衰落、多徑效 應(yīng)等，導(dǎo)致物理空間相距較遠(yuǎn)的位置可能會(huì)呈現(xiàn)出相似的指紋，從而引起誤差。但是，之前 提到的最優(yōu)策略的特征提供了消除此類錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。盡管多個(gè)遙遠(yuǎn)位置可能有類似的指 紋，但報(bào)告指紋的最優(yōu)策略可以是互不相同的，因?yàn)楹蜻x點(diǎn)與周圍AP的相對(duì)位置是不同的。
[0004] 現(xiàn)有的處理指紋相似的方法包括P.Bahl等人在IEEE INF0C0M，2000年發(fā)表的 "Radar:An in-building rf-based user location and tracking system"一文中提出的 k最近鄰居（KNN)算法，或是H.Liu等人在IEEE Transactions on Mobile Computing，2014 年發(fā)表的名稱為"Accurate wifi based localization for smartphones using peer assi stance" 一文中提出的同伴智能設(shè)備間的聲學(xué)測(cè)距估計(jì)。然而KNN是沒有定位理論基礎(chǔ) 的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，而聲學(xué)測(cè)距需要用戶之間的協(xié)作。為了避免環(huán)境干擾導(dǎo)致的遠(yuǎn)距離位置 指紋相似性引起的誤差，本發(fā)明中，當(dāng)上報(bào)指紋所對(duì)應(yīng)的地圖中對(duì)應(yīng)多個(gè)候選位置時(shí)，服務(wù) 器通過比對(duì)候選位置的最優(yōu)策略，要求用戶再次測(cè)量出現(xiàn)頻數(shù)最高的AP，以縮小候選位置。 通過基于最優(yōu)策略的二次核實(shí)，可以減少根據(jù)指紋來估計(jì)位置的不確定性，并最終定位用 戶。
[0005] 鑒于目前還沒有科學(xué)有效的室內(nèi)定位算法，本發(fā)明利用基于最優(yōu)策略的二次核 實(shí)，大大提升定位到正確位置的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的無線 室內(nèi)定位方法。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的無線室內(nèi)定位方法，包括如下步驟：
[0008] 訓(xùn)練階段步驟：
[0009] 步驟A:服務(wù)器對(duì)用戶所在位置內(nèi)各個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量；
[0010]步驟B:服務(wù)器根據(jù)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行訓(xùn)練，從而獲得各個(gè)接入點(diǎn)的在線指紋數(shù) 據(jù)庫，即獲得具體信道信息；
[0011]步驟C:服務(wù)器根據(jù)獲得的具體信道信息生成對(duì)應(yīng)向量，根據(jù)用戶給定的測(cè)量次數(shù) 決定出最優(yōu)測(cè)量策略；
[0012]測(cè)試階段步驟：
[0013] 步驟1:在用戶請(qǐng)求定位時(shí)，用戶上傳測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度指紋數(shù)據(jù)至服務(wù)器；
[0014] 步驟2:服務(wù)器根據(jù)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度指紋數(shù)據(jù)，查詢獲取的指紋信息，并上報(bào)至在 線指紋數(shù)據(jù)庫，得到用戶的待定位置；
[0015] 步驟3:執(zhí)行判斷步驟；
[0016] 所述判斷步驟為:服務(wù)器判斷查詢得到的待定位置出現(xiàn)的頻數(shù)是否為所有測(cè)量策 略中的最高頻數(shù)，若為最高頻數(shù)，則不需要繼續(xù)測(cè)量，否則要求用戶繼續(xù)測(cè)量；
[0017] 步驟4:用戶測(cè)量服務(wù)器指定的接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度后，上傳測(cè)得的該接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng) 度至服務(wù)器；
[0018] 步驟5:服務(wù)器根據(jù)測(cè)得的指定的接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度執(zhí)行所述判斷步驟繼續(xù)確定 是否需要再次測(cè)量，直至用戶位置信息滿足給定精度，將用戶位置信息返回至用戶。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟2中：服務(wù)器把用戶在給定位置上報(bào)的信號(hào)強(qiáng)度指紋數(shù)據(jù)和指紋 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)之后，得到若干個(gè)和測(cè)得信號(hào)強(qiáng)度在信號(hào)空間距離相同的待定位置。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟3中：服務(wù)器根據(jù)在線指紋數(shù)據(jù)庫查詢得到所述待定位置的最優(yōu) 指紋上報(bào)策略，即獲得最高的位置準(zhǔn)確度之后，選擇所有測(cè)量策略中出現(xiàn)頻數(shù)最高的接入 點(diǎn)，將用戶的位置信息返回至用戶。
[0021] 優(yōu)選地，用戶選擇的所有待定位置的最優(yōu)指紋上報(bào)策中頻數(shù)最高的接入點(diǎn)包括兩 種情況:一種是待定位置在物理空間上相鄰，即最優(yōu)上報(bào)策略相似度高，則選擇的接入點(diǎn)是 在此區(qū)域信號(hào)最強(qiáng)的接入點(diǎn)；另一種情況是待定位置在物理空間不相鄰，即最優(yōu)上報(bào)策略 差異性大，則選擇的接入點(diǎn)是覆蓋所有待定位置中距離比較近的待定位置所在區(qū)域的接入 點(diǎn)。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟4中用戶對(duì)服務(wù)器所確定的接入點(diǎn)進(jìn)行再一次測(cè)量，測(cè)量次數(shù)由 設(shè)定的初始值決定，測(cè)量次數(shù)在1次至5次之間，測(cè)量間隔為1000ms以上，用戶對(duì)所測(cè)得的 RSS值求均值后上傳至服務(wù)器。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟5中：服務(wù)器對(duì)用戶測(cè)量結(jié)果是否滿足給定要求的標(biāo)準(zhǔn)包括兩種 情況:一是迭代最后只剩下一個(gè)待定位置；另一種是迭代得到的待定位置在物理空間的距 離小于初始設(shè)定的精度要求值，滿足兩種情況中的任意一種則結(jié)束。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0025] 1、本發(fā)明在目前還沒有科學(xué)有效的室內(nèi)定位方法的情況下，利用基于最優(yōu)策略的 二次核實(shí)，能夠大大提升定位到正確位置的準(zhǔn)確度。
[0026] 2、本發(fā)明中的方法一方面有效利用額外的環(huán)境信息，提高不同位置的辨識(shí)度，另 一方面解決了在不同位置信號(hào)強(qiáng)度指紋相同情況下的定位誤差，有效地提高了定位精度。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0028]圖1為本發(fā)明提供的基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的無線室內(nèi)定位方法的流程圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的物理空間及樣本空間示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明中的指紋比對(duì)過程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明提供的基于最優(yōu)指紋上報(bào)策略的無線室內(nèi)定位方法，包括訓(xùn)練階段和 測(cè)試階段;其中
[0033]訓(xùn)練階段包括：
[0034]步驟A:對(duì)所在位置各個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量；
[0035] 步驟B:根據(jù)訓(xùn)練得到的數(shù)據(jù)獲得具體信道信息；
[0036] 步驟C:根據(jù)測(cè)得信號(hào)生成對(duì)應(yīng)向量，根據(jù)用戶給定的測(cè)量次數(shù)決定出最優(yōu)測(cè)量策 略。
[0037]測(cè)試階段包括：
[0038] 步驟1:在用戶請(qǐng)求定位時(shí)，上傳測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度指紋數(shù)據(jù)；
[0039] 步驟2:服務(wù)器根據(jù)信號(hào)測(cè)量結(jié)果，查詢獲取的指紋信息上報(bào)在線指紋數(shù)據(jù)庫，得 到用戶的待定位置；
[0040] 步驟3:服務(wù)器判斷查詢得到的待定位置出現(xiàn)的頻數(shù)結(jié)果是否為所有策略中的最 高頻數(shù)，從而判斷是否要求用戶繼續(xù)測(cè)量；
[0041] 步驟4:用戶測(cè)量服務(wù)器指定的接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度后，上傳測(cè)得的該接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng) 度至服務(wù)器；
[0042] 步驟5:服務(wù)器根據(jù)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度按照步驟3的方式繼續(xù)確定是否需要再次測(cè) 量，直至用戶位置信息滿足給定精度，將用戶位置信息返回至用戶。
[0043 ]具體地，通過實(shí)施例來說明本發(fā)明中的方法
[0044] 實(shí)施例一：
[0045] 在200m X 100m室內(nèi)環(huán)境，部署15個(gè)AP;其中設(shè)置的移動(dòng)終端為6臺(tái)安卓智能機(jī)，所 述智能機(jī)全部都是Nexus 4帶有1.5GHz Snapdragon APQ8064處理器和2G內(nèi)存，且安裝有 八11乜〇1(1如11786&114.2操作系統(tǒng)；5臺(tái)了？-11疆孔-11?842~無線路由器，所述無線路由器 符合IEE 802.1 In標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率在2.4到2.4835GHz ; Acer 4930G筆記本電腦配備Intel酷 睿雙核處理器，具有2G內(nèi)存，2GHz主頻，所