一种基于WIFI信号强度的室内定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，具体过程为：在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，得到位置指纹库；采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的Kp个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X2,Y2)；根据待定位点的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)计算待定位点。本发明专利技术采用改进欧式距离的计算方法，减小了WIFI信号波动对定位结果的影响，提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种室内定位方法，特别涉及一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，属于定位导航

技术介绍
随着移动互联网的高速发展，基于位置服务的需求量不断扩大，基于位置服务的基础与关键是定位技术。室外定位技术的发展已经较为完善，有基于卫星的定位技术和基于基站的定位技术，定位精度能够满足需求。室内定位技术的实现依赖于现有的无线通讯技术。作为一种无线通讯技术，WIFI技术以其设备成本低、布局简易、通信速度快、发射功率小、无需额外添置硬件的优势成为了发展室内定位技术的重要研究方向。基于WIFI技术的室内定位方法主要包括三种：基于邻近关系的定位方法、基于三角关系的定位方法、基于场景分析的定位方法。(1)基于邻近关系的定位方法基于邻近关系的定位方法根据待定位点与已知位置的WIFI热点的邻近关系进行定位，当待定位点的移动端接收到一个或者多个已知位置的WIFI热点信号，信号强度最大的WIFI热点的位置就被认为是待定位点的位置。这种定位方法的精度取决于WIFI热点的密度和信号范围。(2)基于三角关系的定位方法基于三角关系的定位方法根据三角形的几何性质来确定待定位点的位置，当待定位点的移动端接收到一个或者多个已知位置的WIFI热点信号，通过测量这些信号的到达角度或传播距离，由三个或者三个以上的已知位置的WIFI热点可以计算出待定位点的位置。根据测量方法的不同，可以细分为基于角度的三角定位方法和基于距离的三角定位方法，而基于距离的三角定位法又可以细分为传播时间法和传播模型法。基于三角关系的定位方法最大的缺点是需要提前预知WIFI热点位置。(3)基于场景分析的定位方法基于场景分析的定位方法是对已知的室内定位环境进行抽象化和形式化，用一些具体的、量化的位置特征描述室内定位环境中的离散的已知位置，并把这些已知位置的特征集成在一起生成位置特征库。定位时根据待定位点的位置特征查询位置特征库，采取特定的匹配规则，用已知的WIFI热点位置来估计出待定位点的位置。位置指纹定位方法是一种典型的基于场景分析的定位方法，它主要分为两个阶段：离线阶段和在线阶段。离线阶段是根据已知的室内定位环境，按照一定的间隔距离确定若干采样点，形成一个采样点的网格，以每个采样点采集的信号强度信息加上采样点的位置信息(相对或绝对位置)组成数据元组，这些数据元组称为位置指纹。在线阶段是将待定位点测量到的信号强度信息与位置指纹库中的信号强度信息按照一定的规则进行匹配，找到与待定位点信号强度信息“相似”的一个或若干个位置指纹，最终用这些位置指纹的位置信息估计出待定位点的位置信息。信号强度信息主要包括两个部分：信号强度特征值以及对应的WIFI热点的标识(一般以WIFI热点的物理地址作为标识)。根据匹配时选取的信号强度特征值不同，待定位点与位置指纹的匹配方法分为确定性匹配方法和概率性匹配方法。确定性匹配方法选取的信号强度特征是一定采样时间内信号强度做平滑去噪处理后的平均值，匹配规则是比较待定位点与位置指纹的欧式距离，取欧氏距离最近的位置指纹的位置信息作为待定位点的位置或取欧氏距离最近的K个位置指纹的位置信息的平均值作为待定位点的位置。概率性匹配方法选取的信号强度特征值是一定采样时间内信号强度未做任何处理的平均值和标准差，匹配规则是比较待定位点与位置指纹的联合概率，取联合概率最大的位置指纹的位置信息作为待定位点的位置或取联合概率最大的K个位置指纹的位置信息的平均值作为待定位点的位置。位置指纹定位方法因为不需要提前预知WIFI热点位置和定位精度较高的优势成为了基于WIFI技术的室内定位方法的主要研究方向。已有的位置指纹定位方法存在以下不足：①位置指纹库庞大导致匹配时间过长。②以传统欧式距离为匹配标准的确定性匹配方法对WIFI信号波动影响的考虑不足。③以联合概率为匹配标准的概率性匹配方法在克服WIFI信号波动影响具有明显优势，但是其定位结果主要决定于联合概率值最大的某一个位置指纹，对于定位结果取K个位置指纹加权后的平均值的方法并不适用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，该方法能够实现准确的室内定位。实现本专利技术的技术方案如下：一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，具体过程为：步骤一、在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，将所述强度信息和采样点位置信息组成位置指纹，得到位置指纹库；步骤二、采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；步骤三、采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的Kp个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X2,Y2)；假设待定位点可以收到n个WIFI热点信号，预匹配后有m个候选位置指纹，改进的欧氏距离的定义如式(1)，di=Σk=1n(|PAVGk-PAVGik|+DEV+DEVi)2---(1)]]>其中，i＝1,2,...,m，k＝1,2,...,n，di表示待定位点与第i个候选位置指纹的改进欧氏距离，DEV表示待定位点的信号强度的原始标准差，DEVi表示第i个候选位置指纹的信号强度的原始标准差，PAVGk表示待定位点收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均值，PAVGik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均值；步骤四、根据待定位点的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)计算待定位点。进一步地，本专利技术采样点所对应的位置指纹表示形式为AP＝(ID,MAC,AVG,PAVG,DEV)，其中ID表示采样点的标识，MAC表示WIFI热点的物理地址，AVG表示信号强度的原始平均值，PAVG表示信号强度的处理平均值，DEV表示信号强度的原始标准差。进一步地，本专利技术所述预匹配为：首先，找出待定位点中PAVG>FLAG情况下的MAC，其中FLAG为预设的信号强度阈值；然后，在位置指纹库中，选取包含所找出的MAC的位置指纹，并将其作为候选位置指纹。进一步地，本专利技术所述联合概率的定义如式(3)所示，Pi＝Pi1·Pi2·...·Pik·...·Pin       (3)其中，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，具体过程为：步骤一、在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，将所述强度信息和采样点位置信息组成位置指纹，得到位置指纹库；步骤二、采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；步骤三、采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的Kp个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X2,Y2)；假设待定位点可以收到n个WIFI热点信号，预匹配后有m个候选位置指纹，改进的欧氏距离的定义如式(1)，di=Σk=1n(|PAVGk-PAVGik|+DEV+DEVi)2---(1)]]>其中，i＝1,2,...,m，k＝1,2,...,n，di表示待定位点与第i个候选位置指纹的改进欧氏距离，DEV表示待定位点的信号强度的原始标准差，DEVi表示第i个候选位置指纹的信号强度的原始标准差，PAVGk表示待定位点收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均值，PAVGik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均值；步骤四、根据待定位点的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)计算待定位点。...

【技术特征摘要】
1.一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，具体过程为：
步骤一、在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，
将所述强度信息和采样点位置信息组成位置指纹，得到位置指纹库；
步骤二、采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强
度信息与位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；
步骤三、采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进
欧式距离最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置
(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大
的Kp个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X2,Y2)；
假设待定位点可以收到n个WIFI热点信号，预匹配后有m个候选位置指纹，
改进的欧氏距离的定义如式(1)，
di=Σk=1n(|PAVGk-PAVGik|+DEV+DEVi)2---(1)]]>其中，i＝1,2,...,m，k＝1,2,...,n，di表示待定位点与第i个候选位置指纹的改进欧
氏距离，DEV表示待定位点的信号强度的原始标准差，DEVi表示第i个候选位置
指纹的信号强度的原始标准差，PAVGk表示待定位点收到的第k个WIFI热点的
信号强度的处理平均值，PAVGik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热
点的信号强度的处理平均值；
步骤四、根据待定位点的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)计算待定位点。
2.根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，
所述联合概率的定义如式(3)所示，
Pi＝Pi1·Pi2·...·Pik·...·Pin  (3)

\t其中，Pi表示待定位点与第i个候选位置指纹的联合概率，Pik表示第i个候选位
置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的独立概率，其计算方法为：
对于正态分布公式(4)，
f(x)=1σ2πe-(x-μ)22σ2---(4)]]>令μ＝AVGik，σ＝DEVik，其中AVGik和DEVik表示第i个候选位置指纹收到的第
k个WIFI...

【专利技术属性】
技术研发人员：马锐，郭强，马科，王勇，单纯，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11