一种用于室内定位的二次加权质心确定方法及系统技术方案

一种用于室内定位的二次加权质心确定方法，包括如下步骤：S1、分别以三个锚节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)为圆心，以未知节点U到上述三个锚节点的距离d1、d2、d3为半径做圆，三个圆形的交点为未知节点的位置；S2、获取解出未知节点的实际坐标U(xU,yU)的方程式；S3、将步骤S2中的方程式进行两两相减；S4、将未知节点的坐标改变表示为圆交点坐标的平均数，即假设交点的坐标为(xi,yi),i＝1,2,3，权值为Wi；S5、采用普通的平均计算方式将四个锚节点分别计算出来的质心坐标进行平均；S6、对步骤S5中四边测量的过程中加入权值。本发明专利技术还提供一种用于室内定位的二次加权质心确定系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位
，特别涉及一种用于室内定位的二次加权质心确定方法及系统。
技术介绍
随着科技发展和人类活动方式的不断改变，室内环境进一步扩大，布局也趋于复杂，人们对于位置信息的需求也越来越大，越来越多的室内定位技术被应用于位置确定、室内导航、社交娱乐、信息推荐等领域之中。与室外定位有所不同，室内定位一般处于相对封闭的环境之中，定位的规模与范围都比较小，室内环境复杂，波直达路径严重受影响，因此室内定位在定位精度、可靠性、安全性、复杂度、方向识别等方面都有着有别于室外定位的特点。在室内定位的各种解决方案中，依据对于待测量的节点到锚节点的距离测量与否为基准可以将室内定位算法分为非测距与测距的定位算法。基于非测距的定位算法主要包括：APIT算法、基于RSSI的指纹定位算法等；基于测距的定位算法主要包括：TOA算法、TDOA算法、基于RSSI测量估计信道模型的方法等。尽管基于非测距的定位算法实现相对简单，不需要进行节点间的距离测量，但同时也存在了对于锚节点分布要求高、算法定位精度较差等问题，最重要的是大部分基于非测距的室内定位算法并不十分适用于我们所期望应用到的室内环境。目前，室内定位技术种类繁多，如无线局域网(WLAN)、射频标签(RFID)、紫蜂(Zigbee)、蓝牙(Bluetooth)、超宽带无线电(UltraWideBand)、地磁场、强红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等。现有室内定位技术如WLAN、超宽带无线电等系统虽然实现了局域室内高精度定位，但定位成本相对很高，同时利用指纹数据库定位方法对于数据库的维护代价很大，不仅如此节点的损坏将严重影响定位算法的可靠性，这使得室内位置服务发展遇到了很大的阻力。
技术实现思路
因此，有必要提供一种比传统的加权质心算法的定位精度更优的用于室内定位的二次加权质心确定方法及系统。一种用于室内定位的二次加权质心确定方法，其包括如下步骤：S1、分别以三个锚节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)为圆心，以未知节点U到上述三个锚节点的距离d1、d2、d3为半径做圆，三个圆形的交点为未知节点的位置；S2、获取解出未知节点的实际坐标U(xU,yU)的方程式，所述方程式如下：(xU-x1)2+(yU-y1)2＝d12(xU-x2)2+(yU-y2)2＝d22(xU-x3)2+(yU-y3)2＝d32；S3、将步骤S2中的方程式进行两两相减，几何意义为直线L1、L2、L3的表达式，三条直线的交点为未知节点的位置；两两相减的方程式如下：2(x2-x1)x+2(y2-y1)y＝d12-d22-x12+x22-y12+y222(x3-x2)x+2(y3-y2)y＝d22-d32-x22+x32-y22+y322(x3-x1)x+2(y3-y1)y＝d12-d32-x12+x32-y12+y32；S4、将未知节点的坐标改变表示为圆交点坐标的平均数，即假设交点的坐标为(xi,yi),i＝1,2,3，权值为Wi，未知节点坐标的加权表示为：x=Σi=13Wi·xiΣi=13Wi,y=Σi=13Wi·yiΣi=13Wi]]>S5、使用iBeacons节点进行定位时，锚节点分布的密度适中，未知节点附近的锚节点数量多于三个，在考虑到计算量问题之后，采用未知节点周围最近的四个锚节点来进行质心计算，四个锚节点以到未知节点的距离为半径作圆，每三个圆相交于一个区域，区域的质心即为我们所求的未知节点的位置，四个圆可以组成四组不同的这种区域，采用质心算法求出四个不同区域的质心坐标(xUl，yUl)、(xU2，yU2)、(xU3，yU3)、(xU4，yU4)并进行四边测量法计算得出最终的质心坐标，也就是采用普通的平均计算方式将四个锚节点分别计算出来的质心坐标进行平均，计算结果即为：xU=xU1+xU2+xU3+xU44]]>yU=yU1+yU2+yU3+yU44]]>S6、对步骤S5中四边测量的过程中加入权值，其公式如下：Wi=Σj=14rj-ri]]>其中r表示未知节点到第i个锚节点的距离，四边测量算法使用几何计算。在本专利技术所述的用于室内定位的二次加权质心确定方法中，在所述步骤S3中在三边测量的过程中首次测得的坐标以加权的方法来处理，其权值为锚节点到未知节点距离的倒数即：Wi=1ri]]>在所述步骤S5中在四边测量的过程中，以距离倒数的和为权值，并且考虑权值的比重，最后计算的权值可以表示为：Wi=Σj=141rjn,j≠i]]>其中Wi为权值，rj为锚节点到未知节点距离，j为另一未知节点；n为正数，用于确定权值的决定性。在本专利技术所述的用于室内定位的二次加权质心确定方法中，所述n的值为1.5。本专利技术还提供一种用于室内定位的二次加权质心确定系统，其包括如下单元：圆形交点确定单元，用于分别以三个锚节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)为圆心，以未知节点U到上述三个锚节点的距离d1、d2、d3为半径做圆，三个圆形的交点为未知节点的位置；第一方程式确定单元，用于获取解出未知节点的实际坐标U(xU,yU)的方程式，所述方程式如下：(xU-x1)2+(yU-y1)2＝d12(xU-x2)2+(yU-y2)2＝d22(xU-x3)2+(yU-y3)2＝d32；相减单元，用于将第一方程式确定单元中的方程式进行两两相减，几何意义为直线L1、L2、L3的表达式，三条直线的交点为未知节点的位置；两两相减的方程式如下：2(x2-x1)x+2(y2-y1)y＝d12-d22-x12+x22-y12+y222(x3-x2)x+2(y3-y2)y＝d22-d32-x22+x32-y22+y322(x3-x1)x+2(y3-y1)y＝d12-d32-x12+x32-y12+y32；加权单元，用于将未知节点的坐标改变表示为圆交点坐标的平均数，即假设交点的坐标为(xi,yi),i＝1,2,3，权值为Wi，未知节点坐标的加权表示为：x=Σi=13Wi·xiΣi=13Wi,y=Σi=13Wi·yiΣi=13Wi]]>质心坐标平均单元，用于使用iBeacons节点进行定位时，锚节点分布的密度适中，未知节点附近的锚节点数量多于三个，在考虑到计算量问题之后，采用未知节点周围最近的四个锚节点来进行质心计算，四个锚节点以到未知节点的距离为半径作圆，每三个圆相交于一个区域，区域的质心即为我们所求的未知节点的位置，四个圆可以组成四组不同的这种区域，采用质心算法求出四个不同区域的质心坐标(xUl，yUl)、(xU2，yU2)、(xU3，yU3)、(xU4，yU4)并进行四边测量法计算得出最终的质心坐标，也就是采用普通的平均计算方式将四个锚节点分别计算出来的质心坐标进行平均，计算结果即为：xU=xU1+xU2+xU3+xU44]]>yU=yU1+yU2+yU3+yU44]]>加权计算单元，用于对质心坐标平均单元中四边测量的过程中加入权值，其公式如下：Wi=Σj=14rj-r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于室内定位的二次加权质心确定方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、分别以三个锚节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)为圆心，以未知节点U到上述三个锚节点的距离d1、d2、d3为半径做圆，三个圆形的交点为未知节点的位置；S2、获取解出未知节点的实际坐标U(xU,yU)的方程式，所述方程式如下：(xU‑x1)2+(yU‑y1)2＝d12(xU‑x2)2+(yU‑y2)2＝d22(xU‑x3)2+(yU‑y3)2＝d32；S3、将步骤S2中的方程式进行两两相减，几何意义为直线L1、L2、L3的表达式，三条直线的交点为未知节点的位置；两两相减的方程式如下：2(x2‑x1)x+2(y2‑y1)y＝d12‑d22‑x12+x22‑y12+y222(x3‑x2)x+2(y3‑y2)y＝d22‑d32‑x22+x32‑y22+y322(x3‑x1)x+2(y3‑y1)y＝d12‑d32‑x12+x32‑y12+y32；S4、将未知节点的坐标改变表示为圆交点坐标的平均数，即假设交点的坐标为(xi,yi),i＝1,2,3，权值为Wi，未知节点坐标的加权表示为：x=Σi=13Wi·xiΣi=13Wi,y=Σi=13Wi·yiΣi=13Wi]]>S5、使用iBeacons节点进行定位时，锚节点分布的密度适中，未知节点附近的锚节点数量多于三个，在考虑到计算量问题之后，采用未知节点周围最近的四个锚节点来进行质心计算，四个锚节点以到未知节点的距离为半径作圆，每三个圆相交于一个区域，区域的质心即为我们所求的未知节点的位置，四个圆可以组成四组不同的这种区域，采用质心算法求出四个不同区域的质心坐标(xUl，yUl)、(xU2，yU2)、(xU3，yU3)、(xU4，yU4)并进行四边测量法计算得出最终的质心坐标，也就是采用普通的平均计算方式将四个锚节点分别计算出来的质心坐标进行平均，计算结果即为：xU=xU1+xU2+xU3+xU44]]>yU=yU1+yU2+yU3+yU44]]>S6、对步骤S5中四边测量的过程中加入权值，其公式如下：Wi=Σj=14rj-ri]]>其中r表示未知节点到第i个锚节点的距离，四边测量算法使用几何计算。...

【技术特征摘要】
1.一种用于室内定位的二次加权质心确定方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、分别以三个锚节点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)为圆心，以未知节点U到上述三个锚节点的距离d1、d2、d3为半径做圆，三个圆形的交点为未知节点的位置；S2、获取解出未知节点的实际坐标U(xU,yU)的方程式，所述方程式如下：(xU-x1)2+(yU-y1)2＝d12(xU-x2)2+(yU-y2)2＝d22(xU-x3)2+(yU-y3)2＝d32；S3、将步骤S2中的方程式进行两两相减，几何意义为直线L1、L2、L3的表达式，三条直线的交点为未知节点的位置；两两相减的方程式如下：2(x2-x1)x+2(y2-y1)y＝d12-d22-x12+x22-y12+y222(x3-x2)x+2(y3-y2)y＝d22-d32-x22+x32-y22+y322(x3-x1)x+2(y3-y1)y＝d12-d32-x12+x32-y12+y32；S4、将未知节点的坐标改变表示为圆交点坐标的平均数，即假设交点的坐标为(xi,yi),i＝1,2,3，权值为Wi，未知节点坐标的加权表示为：x=Σi=13Wi·xiΣi=13Wi,y=Σi=13Wi·yiΣi=13Wi]]>S5、使用iBeacons节点进行定位时，锚节点分布的密度适中，未知节点附近的锚节点数量多于三个，在考虑到计算量问题之后，采用未知节点周围最近的四个锚节点来进行质心计算，四个锚节点以到未知节点的距离为半径作圆，每三个圆相交于一个区域，区域的质心即为我们所求的未知节点的位置，四个圆可以组成四组不同的这种区域，采用质心算法求出四个不同区域的质心坐标(xUl，yUl)、(xU2，yU2)、(xU3，yU3)、(xU4，yU4)并进行四边测量法计算得出最终的质心坐标，也就是采用普通的平均计算方式将四个锚节点分别计算出来的质心坐标进行平均，计算结果即为：xU=xU1+xU2+xU3+xU44]]>yU=yU1+yU2+yU3+yU44]]>S6、对步骤S5中四边测量的过程中加入权值，其公式如下：Wi=Σj=14rj-ri]]>其中r表示未知节点到第i个锚节点的距离，四边测量算法使用几何计算。2.如权利要求1所述的用于室内定位的二次加权质心确定方法，其特征在于，在所述步骤S3中在三边测量的过程中首次测得的坐标以加权的方法来处理，其权值为锚节点到未知节点距离的倒数即：Wi=1ri]]>在所述步骤S5中在四边测量的过程中，以距离倒数的和为权值，并且考虑权值的比重，最后计算的权值可以表示为：Wi=Σj=141rjn,j≠i]]>其中Wi为权值，rj为锚节点到未知节点距离，j为另一未知节点；n为正数，用于确定权值的决定性。3.如权利要求2所述的用于室内定位的二次加权质心确定方法，其特征在于，所述n的值为1.5。4.一种用于室内定位的二次加权质心确定系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，刘芬，
申请(专利权)人：武汉创驰蓝天信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42