一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法，属于室内定位技术领域，解决了现有技术中指纹数据库建立过程中采集效率低的问题。采集人员在视频监控区域内采集各AP的信号强度信息，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，将指纹点的位置坐标与采集的信号强度信息进行匹配，并存入指纹库；待定位设备连接至AP，将扫描输出的各AP的信号强度信息与指纹库中信号强度信息进行匹配，得到位置坐标。采集人员连续采集过程中，借助视频监控记录的采集线路，利用基于平面约束的单目视觉解求每一次进行扫描的点位位置，极大提升了指纹采集效率，降低了指纹采集中的人力、时间开销。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法
本专利技术涉及室内定位
，尤其涉及一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法。
技术介绍
随着生活习惯的改变、社会的发展等，对于室内位置服务的需求在不断增长，对服务的质量也提出了更高的要求，但是主流的技术仍旧存在这样或那样的问题，对室内定位技术进行更加深入的研究具有重大意义。其中WiFi定位技术由于其有着较为完备的基础设施保障、且易推广应用成为研究热点，而WiFi定位技术中指纹定位技术由于其有着较高的定位精度被广为关注，当前主流的WiFi指纹定位具体包括两个部分的内容，如图1所示：一个是离线指纹库构建，一个是在线定位。离线的主要工作是采集众多已知点处的AP(AccessPoint，接入点)的RSS(ReceivedSignalStrength，接收信号强度)，一般要保证采样点已知和位置标签与信号强度一一对应关系。在线定位则是用户在某一未知点，接收到的即时信号强度同指纹库中指纹点一一比较，通过一定计算准则选取信号强度最为相近的一个指纹参考点或几个点确定未知点坐标位置。但是当前WiFi指纹定位技术仍存在着一些突出的问题，包括指纹库建立、信号跳动、设备差异等，这些问题也一定程度上限制了其实际推广应用。首先，在离线指纹库建立阶段，常用方法是使用单点采集的方式，即在室内布置一定密度的指纹参考点，逐点采集信号强度信息。这种方法虽然能保持较高的定位精度，但是面临巨大人力、时间开销这一突出问题。一旦面对大型室内建构筑物，缺乏适应力，无论是构建还是后期更新都包含巨大的工作量。密度太低直接影响定位效果。指纹库构建直接影响着WiFi定位技术的实际推广应用。其次，使用不同设备时，由于硬件差异，接收同一AP的信号强度往往是不一样的，设备差异问题直接影响指纹点同未知点的匹配结果，引起最终定位误差。最后，时变的室内环境引起的信号多径效应，信号强度呈现高度不稳定性和时变性。即使使用相同硬件环境的设备在同一位置上不同时段接收的同一AP信号强度仍有较大的差异，这也就导致邻近点出现误匹配这一突出问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法，用以解决现有指纹数据库建立过程中采集效率低的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：提供了一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法，包括：构建离线指纹库：采集人员在视频监控区域内采集各AP的信号强度信息，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，将指纹点的位置坐标与采集的信号强度信息进行匹配，并存入指纹库；在线实时定位：待定位设备连接至AP，将扫描输出的各AP的信号强度信息与上述指纹库中信号强度信息进行匹配，得到待定位设备的位置坐标。本专利技术有益效果如下：本专利技术提供的WiFi连续快速采集和定位的方法，采集人员携带采集设备按照任意线路连续采集过程中，借助视频监控记录的采集线路，利用基于平面约束的单目视觉解求每一次进行扫描的点位位置，极大提升了指纹采集效率，降低了指纹采集中的人力、时间开销，为众包指纹数据使用提供了可能。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，所述与上述指纹库进行匹配，得到待定位设备的位置信息包括：将待定位设备扫描输出的各AP的信号强度信息按指纹库中指纹点AP存储的顺序分类排列；利用信号形态相似距离计算公式求取待定位设备与指纹点之间的信号距离，并选择邻近点；通过上述待定位设备与邻近点之间的信号距离求取待定位设备的位置坐标。采用上述进一步方案的有益效果是：利用信号强度形态相似距离代替欧氏距离进行信号相似性度量，以消除不同设备之间接收信号强度的差异。进一步，所述构建离线指纹库，还包括：将视频监控时间与采集设备时间进行统一：将视频解析成帧图像并进行帧间做差，当差值超过变化阈值时，结合视频监控输出的时间戳，得到采集设备位置改变时间T1；当采集设备内置加速度传感器输出值发生剧烈变化时，记录设备位置发生突变的时间T2；将上述同一位置的时间T1、T2做差，得到视频监控设备同信号采集设备之间的时间差异△T；将视频监控输出的时间T1+△T，完成视频监控时间与采集设备的时间统一。采用上述进一步方案的有益效果是：保证了某一时刻采集的信号强度信息同视频中记录的采集人员位置一一对应。进一步，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，包括：进行监控相机的标定，解求相机的内外参矩阵、畸变系数，同时借助和地面在同一平面的棋盘格照片解求相机旋转和平移矩阵；对监控视频进行处理，得到检测的采集人员图像并进行去噪处理；进行开运算，消除检测出的采集人员周围噪声；提取、输出采集人员位于地面处的像素坐标，并进行畸变校正；借助内外参矩阵将校正后的像素坐标转换至世界坐标，将世界坐标求均值作为指纹点的位置坐标。进一步，所述得到检测的采集人员图像包括：将监控视频解析成帧图像并进行去噪处理；选取监控视频中多张图片取平均作为背景图片，对背景图片进行数字化处理、去噪，依据采集设备扫描时间序列，找出对应帧的图像；将提取出的帧图像减去背景图片后，进行前景分离和二值化处理后得到检测的采集人员图像。进一步，所述形态相似距离计算公式:其中，DMSD(Pi，Pj)表示第i个待定位设备与第j个指纹点之间的形态相似距离，Pi、Pj分别表示第i个待定位设备与第j个指纹点的AP信号强度序列，RSSim表示第i个待定位设备扫描的第m个AP的信号强度，RSSjm表示第j个指纹点位置上第m个AP的信号强度；n为指纹点的总数。进一步，所述邻近点选择还包括进行邻近点二次选择，包括：计算每一邻近点的第k距离；计算每一邻近点的第k距离邻域；计算每一邻近点同其他邻近点的可达距离；计算每一邻近点的局部可达密度，以及每一邻近点的局部离群因子；将离群因子超出阈值的邻近点剔除。采用上述进一步方案的有益效果是：由于离线指纹点连续采集可能造成指纹点信息稳定性不高，在邻近点匹配结束后，进行二次选择，对匹配结果进行离群点检测，以消除可能出现匹配错误的邻近点。进一步，所述确定待定位设备的位置，还包括对信号相似距离和几何距离无量纲处理，并进行组合定权。采用上述进一步方案的有益效果是：为了降低信号不稳定的影响，借助几何距离和信号相似距离组合定权求取最终位置结果。进一步，所述对信号相似距离和几何距离无量纲处理：其中，l′ic，d′i分别表示无量纲处理后的第i个邻近点的信号相似距离和几何距离；lic表示第i个邻近点同待定位设备信号强度形态相似距离；di表示第i个邻近点的同邻近点群几何中心的几何距离；Mean和Std分别表示平均值和方差计算函数，k表示邻近点的个数。进一步，所述进行组合定权，式中，pi表示第i个邻近点的权值，l′ic，d′i分别表示无量纲处理后第i个邻近点的的信号相似距离和几何距离，k表示邻近点的个数。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法，其特征在于，包括：构建离线指纹库：采集人员在视频监控区域内采集各AP的信号强度信息，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，将指纹点的位置坐标与采集的信号强度信息进行匹配，并存入指纹库；在线实时定位：将待定位设备扫描输出的各AP的信号强度信息与上述指纹库中信号强度信息进行匹配，得到待定位设备的位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于连续视频序列的WiFi指纹信息快速采集与定位方法，其特征在于，包括：构建离线指纹库：采集人员在视频监控区域内采集各AP的信号强度信息，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，将指纹点的位置坐标与采集的信号强度信息进行匹配，并存入指纹库；在线实时定位：将待定位设备扫描输出的各AP的信号强度信息与上述指纹库中信号强度信息进行匹配，得到待定位设备的位置坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与上述指纹库中信号强度信息进行匹配，得到待定位设备的位置信息包括：将待定位设备扫描输出的各AP的信号强度信息按指纹库中指纹点AP存储的顺序分类排列；利用信号形态相似距离计算公式求取待定位设备与指纹点之间的信号距离，并选择邻近点；通过上述待定位设备与邻近点之间的信号距离求取待定位设备的位置坐标。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述构建离线指纹库，还包括：将视频监控时间与采集设备时间进行统一：将视频解析成帧图像并进行帧间做差，当差值超过变化阈值时，结合视频监控输出的时间戳，得到采集设备位置改变时间T1；当采集设备内置加速度传感器输出值发生剧烈变化时，记录设备位置发生突变的时间T2；将上述同一位置的时间T1、T2做差，得到视频监控设备同信号采集设备之间的时间差异△T；将视频监控输出的时间T1+△T，完成视频监控时间与采集设备的时间统一。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过采集人员在视频监控中帧图像上的位置解求指纹点在世界坐标下的位置坐标，包括：进行监控相机的标定，解求相机的内外参矩阵、畸变系数，同时借助和地面在同一平面的棋盘格照片解求相机旋转和平移矩阵；对监控视频进行处理，得到检测的采集人员图像并进行去噪处理；进行开运算，消除检测出的采集人员周围噪声；提取、输出采集人员位于地面处的像素坐标，并进行畸变校正；借助内外参矩阵将校正后的像素坐标转换至世界...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国良，曹晓祥，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32