一種低復(fù)雜度的Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線定位領(lǐng)域，尤其涉及一種利用Wi-Fi信號(hào)與移動(dòng)終端內(nèi)置傳感器 的低復(fù)雜度室內(nèi)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著無線局域網(wǎng)的高速發(fā)展，移動(dòng)用戶對(duì)位置信息實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的需 求與日俱增，基于位置的服務(wù)（LBS)及其應(yīng)用受到不斷關(guān)注且具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。現(xiàn)有 LBS應(yīng)用如大眾點(diǎn)評(píng)、微信等，它們可以根據(jù)人們所在位置進(jìn)行商品和商家的推薦，以及游 戲交友等。這些應(yīng)用在豐富我們生活的同時(shí)，也使得用戶對(duì)于位置的精確性與實(shí)時(shí)性的要 求性越來越高，其中定位的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性是所有的基于位置的應(yīng)用的關(guān)鍵之處。目前應(yīng) 用較多的GPS衛(wèi)星定位在高樓相當(dāng)密集的城市或者室內(nèi)運(yùn)行時(shí)，由于信號(hào)強(qiáng)度受到建筑物 等的影響而大大衰減，導(dǎo)致定位精度受到影響甚至不能夠完成定位過程。
[0003] Wi-Fi定位技術(shù)利用移動(dòng)終端從802. 11無線接入點(diǎn)（AP)接收到的信號(hào)確定移動(dòng) 設(shè)備的位置，它能提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率，在零成本下實(shí)現(xiàn)便捷高效的定位服務(wù)，成為近年 來室內(nèi)定位技術(shù)研宄的熱點(diǎn)。
[0004] Wi-Fi定位的方法中相比于信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA)，信號(hào)到達(dá)角度（AOA)等定位方 法，基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI)的指紋定位技術(shù)由于其對(duì)設(shè)備要求低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所以 被普遍采用。Wi-Fi指紋法一般可分為兩個(gè)階段，建立指紋數(shù)據(jù)庫階段，以及實(shí)時(shí)定位階段。 建立指紋數(shù)據(jù)庫階段，需要采集定位區(qū)域內(nèi)不同位置的信號(hào)強(qiáng)度值，并與相應(yīng)的AP的MAC 地址稱為一組指紋。實(shí)時(shí)定位階段，利用匹配算法遍歷指紋庫中的指紋，根據(jù)當(dāng)前位置指紋 與指紋庫中指紋的相似度，確定當(dāng)前位置。但是由于Wi-Fi指紋法在計(jì)算位置時(shí)中需要遍 歷所有指紋，導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度較高以及定位精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)在Wi-Fi指紋室內(nèi)定位系統(tǒng)中，信號(hào)時(shí)變性導(dǎo) 致定位誤差較大的問題，提出一種低復(fù)雜度的室內(nèi)定位方法，用以減少Wi-Fi指紋室內(nèi)定 位中匹配算法的計(jì)算復(fù)雜度并提高定位精度。
[0006] 本發(fā)明的基本過程為：利用終端中的磁力計(jì)的值得到終端方向，并根據(jù)終端前一 時(shí)刻的位置以及方向，選擇指紋庫的子集用以計(jì)算終端位置。
[0007] 本發(fā)明提供的室內(nèi)定位方法如圖1，按實(shí)施階段可分為兩個(gè)部分，建立指紋數(shù)據(jù)庫 階段與實(shí)時(shí)定位階段。
[0008] 建立指紋數(shù)據(jù)庫階段具體步驟包括如下：
[0009] 步驟（1):首先確定遍布整個(gè)定位區(qū)域的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)N;
[0010] 步驟⑵：使用具備Wi-Fi功能的終端在第m個(gè)采樣點(diǎn)處檢測(cè)得到k個(gè)無線接入 點(diǎn)AP的信號(hào)強(qiáng)度的RSSI值，即RSSIpRSSI2,. . .，RSSIk，及AP的MAC地址構(gòu)成采樣點(diǎn)位置 指紋FP，其中第m個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低復(fù)雜度的Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法，其特征在于：包括建立指紋數(shù)據(jù)庫階段 與實(shí)時(shí)定位階段，建立指紋數(shù)據(jù)庫階段具體步驟包括如下： 步驟（1):首先確定遍布整個(gè)定位區(qū)域的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)N ; 步驟（2):使用具備Wi-Fi功能的終端在第m個(gè)采樣點(diǎn)處檢測(cè)得到k個(gè)無線接入點(diǎn)AP 的信號(hào)強(qiáng)度的RSSI值，即RSSI1, RSSI2, ...，RSSIk，及AP的MAC地址構(gòu)成采樣點(diǎn)位置指紋 FP，其中第m個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋
j e {1，2,... k}，皿」表 示RSSIi對(duì)應(yīng)的MAC地址； 步驟（3):記錄第m個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)FPm (x，y)，并將第m個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和該采樣點(diǎn)的 位置指紋FPm保存到指紋數(shù)據(jù)庫中，其中（x，y)表示平面上相互垂直的橫縱坐標(biāo)； 步驟（4):重復(fù)步驟（2)到步驟（3)，直到遍歷采樣區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)，建立采樣區(qū)域完 整的指紋數(shù)據(jù)庫； 定位階段具體步驟包括如下： 步驟（5):采用具備Wi-Fi功能的終端設(shè)備，在未知位置A處掃描AP，按照步驟（2)獲 取A位置的位置指紋，與指紋庫中指紋進(jìn)行匹配，并計(jì)算終端初始位置Ptl= (x，y); 步驟（6):當(dāng)終端掃描到的Wi-Fi信號(hào)RSSI值改變時(shí)，根據(jù)終端中磁力計(jì)的值得到終 端方向Θ ; 步驟（7):以前一時(shí)刻位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，將指紋庫劃分為4個(gè)子集，每個(gè)象限中的指紋 點(diǎn)的集合用Ri表示，i e U，2,3,4}; 步驟（8):根據(jù)終端方向Θ所在象限，確定用于計(jì)算當(dāng)前位置的指紋庫的子 集；如0〈 Θ〈90°，則計(jì)算當(dāng)前指紋（J)i與集合1中指紋點(diǎn)Φ π的歐氏距離Cl111, Clni = Φ?_ΦηιΙ I2>m ^ 步驟（9):根據(jù)公式（8)得到的歐式距離七，平均與當(dāng)前指紋最近的前k個(gè)指紋點(diǎn)的坐 標(biāo)，得到當(dāng)前位置坐標(biāo)P1= (x，y)
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低復(fù)雜度的Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法，其特征在于：以 一個(gè)長(zhǎng)寬為60*30室內(nèi)環(huán)境為例，說明本發(fā)明提供的樓層判別算法的具體實(shí)施步驟；前期 部署階段具體步驟包括如下： 步驟（1):為定位區(qū)域建立直角坐標(biāo)系，并記為FP1 (0,0)，然后每隔3米標(biāo)記一個(gè)采樣 點(diǎn)，定位區(qū)域內(nèi)共200個(gè)采樣點(diǎn)；
步驟（2):使用具備Wi-Fi功能的終端在第1個(gè)采樣點(diǎn)處檢測(cè)得到5個(gè)無線接入點(diǎn)AP 的信號(hào)強(qiáng)度的RSSI值，S卩（-90, -85, -92, -86-狀）里仿為HRm.乃AP的MAC地址構(gòu)成采樣點(diǎn) 位置指紋FP，其中第1個(gè)采樣點(diǎn)的位置指紋 ，j e {1，2，...5}， Mj表示RSSI」對(duì)應(yīng)的MAC地址； 步驟（3):記錄第1個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)FP1 (0, 3)，并將第1個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和該采樣點(diǎn)的 位置指紋FP1保存到指紋數(shù)據(jù)庫中，其中（0, 3)表示平面上相互垂直的橫縱坐標(biāo)； 步驟（4):重復(fù)步驟（2)到步驟（3)，直到遍歷采樣區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)，建立采樣區(qū)域完 整的指紋數(shù)據(jù)庫； 定位階段具體步驟包括如下： 步驟（5):采用具備Wi-Fi功能以及磁力計(jì)的終端設(shè)備，在未知位置A處掃描AP，按照 步驟（2)獲取A位置的位置指紋，與指紋庫中指紋進(jìn)行匹配，并計(jì)算終端初始位置Ptl= (30， 15)； 步驟（6):當(dāng)終端掃描到的Wi-Fi信號(hào)RSSI值改變時(shí)，根據(jù)終端中磁力計(jì)的值得到終 端方向Θ = 30° ; 步驟（7):以前一時(shí)刻位置Ptl為坐標(biāo)原點(diǎn)，將指紋庫劃分為四個(gè)象限，如圖2所示，每個(gè) 象限中的指紋點(diǎn)的集合用Ri表示，i e {1，2,3,4}; 步驟（8):判斷終端方向Θ所在象限，〇〈θ =30°〈90°，計(jì)算當(dāng)前指紋與集合札中 指紋點(diǎn)的歐氏距離dj字列，為[124, 120, 133, 144, 110, ···，150]; 步驟（9):根據(jù)步驟（8)得到的歐式距離序列，將與當(dāng)前指紋間歐式距離最小的4個(gè)指 紋點(diǎn)的坐標(biāo)平均，得到當(dāng)前位置坐標(biāo)P1= (32,14); 步驟（10):重復(fù)執(zhí)行步驟（6)至步驟（9)直到定位過程結(jié)束。
【專利摘要】一種低復(fù)雜度的Wi-Fi指紋室內(nèi)定位方法，屬于Wi-Fi室內(nèi)定位領(lǐng)域。在室內(nèi)環(huán)境中，利用終端接收到的多個(gè)AP的Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度RSSI以及磁力計(jì)方向確定終端位置。在建立指紋數(shù)據(jù)庫階段，通過采樣平均建立指紋庫。在實(shí)時(shí)定位階段，根據(jù)終端方向以及前一時(shí)刻的位置，得到指紋庫子集用于計(jì)算位置，從而減小匹配算法的計(jì)算復(fù)雜度。提出一種低復(fù)雜度的Wi-Fi室內(nèi)定位方法，相比較于傳統(tǒng)的指紋的全局匹配算法，能減少計(jì)算復(fù)雜度，并提高定位精度。
【IPC分類】H04W64-00
【公開號(hào)】CN104540219
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410838613
【發(fā)明人】黎海濤, 齊雙, 王奇
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日