一种利用智能手机辅助室内定位的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用智能手机辅助室内定位的方法，通过精确定位用户所处的楼层提高室内定位的准确性。该方法通过手机的气压传感器监测到用户在建筑物内运动时的气压的变化轨迹；当多个用户在同一部电梯里时，或者多个用户的Wi‑Fi读数很接近时，两两校准用户的气压传感器；用户的气压变化轨迹都会上传到一个中心服务器，服务器端将多个轨迹合并起来，得到一个包含当前每个楼层气压值的轨迹图，从而根据用户的气压读数定位用户的楼层。再根据已知楼层用户周围的Wi‑Fi信号，建立一个与楼层对应的Wi‑Fi地图，利用Wi‑Fi地图可以为手机没有气压传感器的用户定位楼层。该方法能够定位用户在当前建筑物的哪一层楼上，以此缩小室内定位的范围并提高定位精度。

Method for assisting indoor positioning by using intelligent mobile phone

The invention discloses a method for assisting indoor positioning by using a smart phone, which improves the accuracy of indoor positioning by accurately positioning the floor where the user is located. The method to change the trajectory of air movement in the building when the user through the pressure sensor to monitor the mobile phone; when multiple users in the same elevator, Wi Fi readings or multiple users is very close, the pressure sensor calibration 22 users; the user's pressure change trajectory will be uploaded to a a central server, the server will combine multiple track, a track diagram of each floor contains current value of air pressure, according to the user's location pressure reading floor. According to the Wi Fi signals around the known users floors, build a floor with the corresponding Wi Fi map, the user location using Wi Fi map floor for mobile phone no pressure sensor. The method can locate the user on the floor of the current building to reduce the location of indoor positioning and improve the positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种利用智能手机辅助室内定位的方法
本专利技术涉及一种通过用户的智能手机的气压传感器自动定位用户在建筑物中的哪一层楼的方法，属于定位

技术介绍
在当今飞速发展的基于位置的应用领域，利用智能手机进行定位占据着很重要的地位。目前，绝大多数的定位技术都需要一定的基础设施的支持，如蜂窝网络，Wi-Fi无线网络和全球定位系统(GPS)。而这些技术各有各的优缺点，在精度、使用场景上都有限制。在定位
中，如何定位一个用户在一栋建筑物中的哪一层，是一个很热门的问题，因为如果知道了此类信息，就可以据此给用户提供相关的服务，如广告，指路，以及救援搜寻。目前，公知的定位技术有如下几类：第一类：基于GPS、GSM、WI-FI等信号GPS是比较通用的定位技术，他通过卫星定位手机在地球上的经度纬度及高度信息，精度能够达到5米以内，但是这是在室外的情况，在室内情况由于受到建筑物干扰，精度降低很多，无法用来定位用户处于哪一层上。基于GSM的定位技术不管在室内室外的情况，精度都很低，不能定位用户的楼层；基于WI-FI的定位技术主要是这样工作的，用户在室内的不同位置手机检测到周围的WI-FI信号强度是不同的，如果预先在室内的每个位置都采集一下WI-FI的信号强度，得到WI-FI信号强度和对应位置的二元组，存储到一个数据库中。当一个新的用户要定位时，只要检测一下当前周围的WI-FI信号强度，然后与数据库中的做对比，找到最接近的，这个最接近的WI-FI信号所对应的位置就是该用户的当前位置。这种技术的缺点在于它需要室内有足够多的WI-FI热点，并且需要一个学习的过程，那就是预先到室内的每个位置采集一下数据，存储到数据库中，这样的工作量是巨大的；还有个缺点就是WI-FI信号强度受到周围环境的影响较大，同一地点不同时候的WI-FI信号强度可能变化，影响定位精度。第二类：通过手机传感器辅助定位技术该类技术利用用户手机的感知能力辅助定位，通过手机自带传感器获得的数据可以大致追踪用户的运动路径，如走了多少步，有没有上下楼等可以通过手机的加速度传感器获得加速度数据，再依赖行为识别技术进行识别；由于这种识别方法精度不是很好，现有的技术都是需要在建筑物内安装一些校准装置，称为校准点，校准点会发出一些特殊的信号，用户的手机可以检测到这样的信号，从而校准自己的位置；这样该技术的实现就要预先在建筑物中部署大量的校准点，耗费大量人力物力，而且后期需要较多的维护工作，并不经济实用。第三类：基于RFID的定位技术基于RFID的定位技术原理很简单，利用读卡器和标签，当他们彼此之间相互接近的时候，读卡器可以读取到标签，如果这两者中有一方位置是已知的，当读卡动作发生时另一方的位置就知道了。通常有两种方式：1、标签固定，读卡器移动；首先大量标签被部署在建筑物的不同位置，用户携带者便携式的读卡器，由于标签的位置是已知的，所以当用户读到标签时，标签的位置就是用户当前的位置。2、读卡器固定，标签移动，与上一种方法相反，用户手机上贴有标签，而建筑物内部署了许多读卡器，一旦读卡器读到用户的标签，那用户的位置就在该读卡器附近，从而实现了定位。基于RFID的定位技术精度高，但是有很多缺点，部署大量的读卡器和标签很耗时耗力，而且大量的读卡器和标签是非常昂贵的；一般用户手机上是贴着标签的，因为一般手机不具有读卡器的功能，由于读卡器成本高，在建筑物部署到一定密度的读卡器是很不经济的。目前主要是利用以上几类技术进行室内定位；但通过第一类和第二类技术相结合的方法实现室内楼层定位的还没有相关报道。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种利用智能手机辅助室内定位的方法，该方法不需要在建筑物内部署任何软硬件设施，就能够提供高精度的定位服务。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种利用智能手机辅助室内定位的方法，包括以下步骤：步骤1，数据收集：通过各个智能手机内置的气压传感器采集各智能手机所处位置的气压值，采得的气压值组成各智能手机的气压变化轨迹。通过各个智能手机内置的Wi-Fi无线模块扫描周围的Wi-Fi信号，得到Wi-Fi数据。步骤2，将气压变化轨迹导入到楼层变换识别算法中，识别各智能手机进行的楼层变换状况。步骤3，采用气压传感器校准算法获取各个智能手机内置的气压传感器的校准值进行校准，并根据校准值对各智能手机的气压变化轨迹进行校准，得到校准过后的气压变化轨迹集合S。步骤4，对步骤3校准后的气压变化轨迹导入气压地图生成算法中，生成气压地图。气压地图生成算法包括以下步骤：步骤41，在集合S中找到在时间上有重叠的轨迹集合，从中选取一个包含轨迹数目最多的集合V。步骤42，选取集合V中所有轨迹都重叠的一个时间t，对每条轨迹，读取在时间t时对应的气压读数p，再读取离t最近的一个变换楼层行为的起点气压p’计算Drift’＝p-p’，Drift’表示气压读数差值。步骤43，对每个轨迹的气压图的P0调整相应的气压读数差值Drift’值，得到更新的轨迹气压图TMap＝{P0+Drift’,P1+Drift’,…,Pi+Drift’∣1≤i≤n}。步骤44，对集合V中所有轨迹的TMap中的气压值做聚类，得到f个类，每个类取所有元素的平均值，得到气压地图BarMap＝{P0,P1,…,Pi∣1≤i≤f}，转换之后的气压地图BarMap＝{t,P1,{Δpi(i+1)∣1≤i≤f}}。步骤5，根据步骤4中得到的气压地图利用Wi-Fi地图生成算法获得该建筑物的Wi-Fi地图。Wi-Fi地图生成算法如下：首先根据步骤1得到的气压变化轨迹和Wi-Fi数据，获取同一部智能手机采集的气压变化轨迹一和Wi-Fi数据一。然后根据气压地图将气压变化轨迹一根据楼层不同分段，记录每一段的起止时间和楼层，然后根据起止时间将对应的Wi-Fi数据一分段，从而知道了每段Wi-Fi数据一对应的楼层。最后，将该建筑物中所有用户的相同楼层的Wi-Fi数据一片段合并到一起，获得该建筑物的Wi-Fi地图。步骤6，智能手机根据当前采集到的气压值读数与气压地图BarMap进行对比，判断当前智能手机处于的楼层。或者智能手机根据当前采集到的Wi-Fi数据对比Wi-Fi地图定位自己的楼层。优选的：所述步骤2中的楼层变换识别算法包括非电梯楼层变换和电梯楼层变换，其中：电梯楼层变换的识别方法：首先对气压轨迹数据进行过滤处理，其次对过滤后的数据进行平滑处理，最后对平滑的曲线求导，得到导数曲线图。对于导数曲线图上的每个峰谷，当它的极值点绝对值大于0.2时，我们就判定发生了一次数据采集手机乘坐电梯触发的楼层变换，起止时间就是这个波峰或者波谷的起止时间，气压变化就是起止时间的气压值的差值。非电梯楼层变换的识别方法：使用窗口机制，每个大窗口包括10个小窗口，每个小窗口包含1秒钟的气压值，以其平均值作为小窗口的值，当第一个小窗口和第10个小窗口的气压值差大于最大气压差VarMax时，就认为气压进入不稳定状态，反之则为稳定状态，当从稳定状态到不稳定状态，再到稳定状态，如果持续时间在确定的范围以内，就判断这是一次变换楼层的行为。优选的：所述步骤2中对气压轨迹数据进行过滤处理的方法：计算相邻两个气压值的差值Var＝Pi-Pi+1，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用智能手机辅助室内定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据收集：通过各个智能手机内置的气压传感器采集各智能手机所处位置的气压值，采得的气压值组成各智能手机的气压变化轨迹；通过各个智能手机内置的Wi‑Fi无线模块扫描周围的Wi‑Fi信号，得到Wi‑Fi数据；步骤2，将气压变化轨迹导入到楼层变换识别算法中，识别各智能手机进行的楼层变换状况；步骤3，采用气压传感器校准算法获取各个智能手机内置的气压传感器的校准值进行校准，并根据校准值对各智能手机的气压变化轨迹进行校准，得到校准过后的气压变化轨迹集合S；步骤4，对步骤3校准后的气压变化轨迹导入气压地图生成算法中，生成气压地图；气压地图生成算法包括以下步骤：步骤41，在集合S中找到在时间上有重叠的轨迹集合，从中选取一个包含轨迹数目最多的集合V；步骤42，选取集合V中所有轨迹都重叠的一个时间t，对每条轨迹，读取在时间t时对应的气压读数p，再读取离t最近的一个变换楼层行为的起点气压p’计算Drift’＝p‑p’，Drift’表示气压读数差值；步骤43，对每个轨迹的气压图的P

【技术特征摘要】
1.一种利用智能手机辅助室内定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，数据收集：通过各个智能手机内置的气压传感器采集各智能手机所处位置的气压值，采得的气压值组成各智能手机的气压变化轨迹；通过各个智能手机内置的Wi-Fi无线模块扫描周围的Wi-Fi信号，得到Wi-Fi数据；步骤2，将气压变化轨迹导入到楼层变换识别算法中，识别各智能手机进行的楼层变换状况；步骤3，采用气压传感器校准算法获取各个智能手机内置的气压传感器的校准值进行校准，并根据校准值对各智能手机的气压变化轨迹进行校准，得到校准过后的气压变化轨迹集合S；步骤4，对步骤3校准后的气压变化轨迹导入气压地图生成算法中，生成气压地图；气压地图生成算法包括以下步骤：步骤41，在集合S中找到在时间上有重叠的轨迹集合，从中选取一个包含轨迹数目最多的集合V；步骤42，选取集合V中所有轨迹都重叠的一个时间t，对每条轨迹，读取在时间t时对应的气压读数p，再读取离t最近的一个变换楼层行为的起点气压p’计算Drift’＝p-p’，Drift’表示气压读数差值；步骤43，对每个轨迹的气压图的P0调整相应的气压读数差值Drift’值，得到更新的轨迹气压图TMap＝{P0+Drift’,P1+Drift’,…,Pi+Drift’∣1≤i≤n}；步骤44，对集合V中所有轨迹的TMap中的气压值做聚类，得到f个类，每个类取所有元素的平均值，得到气压地图BarMap＝{P0,P1,…,Pi∣1≤i≤f}，转换之后的气压地图BarMap＝{t,P1,{Δpi(i+1)∣1≤i≤f}}；步骤5，根据步骤4中得到的气压地图利用Wi-Fi地图生成算法获得该建筑物的Wi-Fi地图；Wi-Fi地图生成算法如下：首先根据步骤1得到的气压变化轨迹和Wi-Fi数据，获取同一部智能手机采集的气压变化轨迹一和Wi-Fi数据一；然后根据气压地图将气压变化轨迹一根据楼层不同分段，记录每一段的起止时间和楼层，然后根据起止时间将对应的Wi-Fi数据一分段，从而知道了每段Wi-Fi数据一对应的楼层；最后，将该建筑物中所有用户的相同楼层的Wi-Fi数据一片段合并到一起，获得该建筑物的Wi-Fi地图；步骤6，智能手机根据当前采集到的气压值读数与气压地图BarMap进行对比，判断当前智能手机处于的楼层；或者智能手机根据当前采集到的Wi-Fi数据对比Wi-Fi地图定位自己的楼层。2.根据权利要求1所述的利用智能手机辅助室内定位的方法，其特征在于：所述步骤2中的楼层变换识别算法包括非电梯楼层变换和电梯楼层变换，其中：电梯楼层变换的识别方法：首先对气压轨迹数据进行过滤处理，其次对过滤后的数据进行平滑处理，最后对平滑的曲线求导，得到导数曲线图；对于导数曲线图上的每个峰谷，当它的极值点绝对值大于0.2时，我们就判定发生了一次数据采集手机乘坐电梯触发的楼层变换，起止时间就是这个波峰或者波谷的起止时间，气压变化就是起止时间的气压值的差值；非电梯楼层变换的识别方法：使用窗口机制，每个大窗口包括10个小窗口，每个小窗口包含1秒钟的气压值，以其平均值作为小窗口的值，当第一个小窗口和第10个小窗口的气压值差大于最大气压差VarMax时，就认为气压进入不稳定状态，反之则为稳定状态，当从稳定状态到不稳定状态，再到稳定状态，如果持续时间在确...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶海波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32