本发明专利技术公开了一种WiFi室内定位系统中指纹库的构建方法，属于室内无线通信和网络技术领域。方法包括：在参考点上采集原始信号强度RSSI，然后对RSSI数据进行预处理，用预处理后的数据进行优良AP的选择，再提取每个参考点上的优良AP信号强度特征，检测AP信号强度完整性，对检测出有缺失数据的参考点进行信号强度的填补，对未采集的参考点信号强度进行推算，最后生成指纹库。该方法考虑到是室内环境对信号强度的影响，充分利用信号强度的传播规律，解决了传统的指纹库构建过程采集工作量大，指纹信息不完整的问题。在不降低指纹库精度的情况下，降低指纹库构建阶段的现场采集成本和剔除对位置点分辨模糊、冗余的AP，减少了指纹库的存储空间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于WiFi室内定位领域，更具体地说，设及一种WiFi室内定位系统中指纹 库的构建方法。
技术介绍
近年来，随着移动通信技术的快速发展，基于位置的服务（LB巧越来越受到人们 的青睐，其核屯、技术就是定位技术。全球定位系统（GP巧在室外能达到很好的定位精度。但 是，GI^在室内和高楼密布的城市由于感测不到卫星信号而无法定位，。因此急需寻找一种 可行的室内定位方法来弥补GPS系统的不足。 基于802. 1化/g/n协议的无线局域网在近年来得到迅速发展和普及，并广泛分布 于家庭、校园、办公场所、地下停车场与娱乐场所。支持WiFi的终端也越来越多，智能手机、 笔记本、Pad等手持设备也均内置了无线网卡，运为WLAN定位提供了必要的物质基础与技 术支持，使得基于WLAN的无线定位成为可能。 而在室内WLAN定位系统中，位置指纹定位方案W普适性和高效性得到了广泛的 应用。位置指纹定位方案包括两个阶段：离线信号空间建立阶段和在线定位阶段，在离线 信号空间的建立阶段，主要的工作是在定位区域内选择的参考点采集周围无线接入点（AP) 正常运行时发送的烟火信号信息，构建一个与参考点位置坐标相对应的AP信号强度的位 置指纹库，或称为无线电地图。在线定位阶段中，用户终端在某个位置点采集周围AP发送 的信号强度信息后，通过一定的捜索匹配算法匹配采集到的信号强度信息与位置指纹库中 信号强度信息，信号强度信息最相似的位置点作为用户终端的定位结果。 位置指纹定位方案取得的定位精度很大程度上依赖于指纹库的精确和指纹信息 的充分程度。建立一个精确可靠的指纹库，运一方案可W取得较高的定位精度，但其主要缺 点之一在于，在信号空间的建立阶段需要大量的数据采集，运一工作使得系统的建立需要 耗费很多的人力与时间成本，并且因为系统定位精度与数据采集点密度密切相关，使得系 统定位精度的进一步提高出现了难W逾越的瓶颈，从而降低了系统的易操作性与竞争力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种WiFi室内定位系统 中指纹库的构建方法，在室内定位系统中，解决离线建立指纹库的阶段需要耗费很多人力 和时间成本多次采集大量数据的问题，同时解决对AP进行选择，剔除冗余的，模糊的AP信 息，减少了指纹库的容量。 本专利技术的技术方案：对定位区域网格化选取参考点，仅对部分参考点进行现场采 集信号强度信息，其他未采集参考点的信号强度信息利用采集参考点强度信息进行插值推 算得到，从而减少了需要现场采集参考点的个数；对每个AP信号强度信息进行完整性检测 及对检测出有缺失数据的参考点数据进行填补，减少了对参考点需要多次采集的工作；对 AP进行选择，剔除冗余的，模糊，对位置点分辨率低的AP信息，保证了不降低指纹库精度的 情况下，减少了指纹库的容量。 本专利技术，包括W下几个步骤： 步骤一：在定位区域建立=维坐标系，确定定位区域内参考点和位置坐标，选出需 采集的参考点，在采集参考点上采集接入点AP的信号强度巧SSI)等信息。 其中，定位区域可W为多个楼层或整栋建筑，为每个楼层或平面区域分配一个唯 一的标示符（ID)。参考点位置信息包括参考点的X，y，Z坐标和参考点所在楼层的ID。能 采集到信息有：AP的Mac地址，信号强度，信道，手机连接状态和干扰值等。 步骤二：采集到的原始数据进行预处理。 采集到的原始数据进行预处理包括首先根据采集到信道、手机连接状态和干扰值 等信息对RSSI进行过滤，然后用分位点剔除法剔除RSSI序列中的噪声数据。 其中，所述根据采集信息对RSSI进行过滤的具体步骤如下： (1)去除信号强度在-100~-20外的数据； (2)去除信号强度切换后的第一条数据； (3)去除手机状态从连接到未连接状态时接受的第一条数据； (4)去除干扰值小于85的数据； 其中，所述分位点剔除法的具体步骤如下： (1)求出数据的第一四分位数Ql和第S四分位数Q3; 假设有n个数据，数据的P分位数Xp定义为至少有np个数据小于或等于XP且至 少有n(l-p)个数据大于或等于Xp。0.25分位数X。.25称为第一四分位数，0.75分位数X。.75 称为第=四分为数。似计算IQR=Q3-Ql; (3)剔除小于Ql- 1. 5*IQR或大于Q3+1. 5*IQR的数据； (4)若第=步中没有数据被剔除，算法终止，否则用剩下的数据作为输入转到第一 步。 步骤立：用信息赌增益选择出优良的AP。[00对 AP对网格参考点的辨别能力的高低往往决定着运个AP的定位能力，因此应该选 择对参考点辨别能力的高的AP来构建指纹库，对辨别能力强弱的权衡标准可采用信息赌 增益理论。AP对位置点的信息赌增益大小代表AP对参考点的辨别能力的高低，所W优良 AP的选择包括首先计算每个AP信息赌增益，然后选择具有最大信息赌增益的m个AP为优 良AP，具体计算步骤如下： 已知每个位置点采集到每个AP信号强度序列，令L表示位置点，可能的取值为 Li(1《i《n)，AP康示第i个AP的信号强度，取值范围为r(-100 < <r< < -20)，AP选 择的具体步骤如下： (1)用核密度估计估计每个AP的信号强度概率分布P(APi)。 其中核密度估计中核函数选用的是高斯窗，待确定参数为标准差5。 似估计每个AP在已知位置点上的信号强度概率分布P(APiILk)。 做计算每个AP的信息增益Ia,APi)，计算公式如下： I(L,APi) = 1〇邑2 (n)-H(LIAPi)[003引其中，lKLlAPi)表示条件赌，表示已知APi的信号强度分布后位置点平均不确定 度。 (4)选择具有最大信息赌增益的m个AP。[00对步骤四：从预处理后的数据中剔除第立步中未选择为优良AP的数据，然后对优良AP的信号强度进行处理，提取信号强度特征（均值，众数，标准差等）来代表AP在位置点的 信号强度。 步骤五：用凸包方法对每个AP的数据进行完整性检测。 首先，对每个楼层的每个AP进行平面凸包检测，下面是对每个AP的数据进行检测 的步骤： (1)找出采集到信号强度的采集参考点形成凸包。 (2)找出凸包内没有信号强的采集参考点，记为集合N。 W40] 做在凸包外的采集参考点中，找出到凸包边界距离小于8m点，记为集合D。 阳0川 （4)依次取出集合D中的采集参考点山若Wd为圆心8m为半径的圆中包含信号 强度大于-85地的采集参考点，则把采集参考点d放入集合W。 (5)集合N和W分别为凸包内和凸包外有缺失数据的采集参考点。 对每个楼层进行平面凸包检测后，再对整个多楼层建筑进行=维凸包检测。=维 凸包检测与平面凸包检测类似，唯一不同的是数据为多楼层采集参考点数据，，主要包括形 成的是=维凸包，找出=维凸包内需要插补的采集参考点，找出=维凸包边界外的需要插 补的采集参考点。所W具体步骤不再寶述。 步骤六：对第五步骤中检测出某个AP有数据缺失的采集参考点进行信号强度的 填补。 步骤五中检测出某个AP有数据缺失的采集参考点需要进行信号强度的填补，W 保证信号数据的完整性，包括内容为分别对检测出的凸包内缺失数据采集参考点和凸包外 缺失数据采集参考点进行填补，具体如下步骤： (1)凸包内本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种WiFi室内定位系统中指纹库的构建方法，其特征在于实现步骤如下：步骤一：在定位区域建立三维坐标系，确定定位区域内参考点和参考点位置信息，选出需采集的参考点，在采集的参考点上采集接入点AP的信号强度RSSI信息数据；其中，定位区域为多个楼层或整栋建筑，为每个楼层或平面区域分配一个唯一的标示符ID，参考点位置信息包括参考点的x，y，z坐标和参考点所在楼层的ID；参考点信息有：接入点AP的Mac地址，接入点AP的信号强度，信道，手机连接状态和干扰值；参考点分两部分，一部分为需要现场采集的参考点，记为采集参考点；另一部分不需要采集的参考点记为未采集参考点；步骤二：对采集到的接入点AP的信号强度RSSI信息数据进行预处理；步骤三：用信息熵增益选择出优良的接入点AP；步骤四：从步骤二中数据预处理后的信号强度RSSI信息数据中剔除第三步中未选择为优良接入点AP的信号强度RSSI信息数据，然后对优良AP的信号强度RSSI信息数据进行处理，提取信号强度特征，信号强度特征包括均值、众数和标准差来代表接入点AP在位置坐标的信号强度RSSI信息数据；步骤五：利用步骤四提取的信号强度特征，用凸包方法对每个AP的信号强度RSSI信息数据进行完整性检测，检测出每个接入点AP有数据缺失的采集参考点；步骤六：对第五步骤中检测出某个AP有数据缺失的采集参考点进行信号强度的填补，得到缺失数据的采集参考点的信号强度RSSI信息数据；步骤七：对未采集参考点上能扫描到的接入点AP信号强度RSSI信息数据进行推算，得到未采集的参考点的信号强度RSSI信息数据；步骤八：把步骤一中确定的参考点的位置信息及步骤四、六、七的生成信号强度特征相对应生成记录存入数据库或文件中，生成最终的指纹库。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：诸彤宇，赵福丹，陈征，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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