一种基于WiFi与地磁场数据库的室内定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于WiFi与地磁场相互辅助的智能终端室内定位方法，主要用于提高室内定位精度。其实现步骤为：(1)根据建筑物平面地图特征，将待定位区域合理划分成线型区域；(2)手持智能设备沿所划分的线段采集WiFi信号强度数据和地磁场强度数据；(3)将所采集数据均匀映射到所划分的区域线段上，构建离线指纹数据库，完成智能设备中的离线数据存储；(4)利用指纹数据库进行实时定位，在待定位点利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，解算WiFi信号强度和地磁场信号强度不同区域定位权重，估计当前位置坐标。本发明专利技术有效地减弱了部分环境因素影响，提高了室内定位精度。

An indoor location method based on WiFi and geomagnetic field database

The invention provides an intelligent terminal indoor positioning method based on the mutual assistance of WiFi and geomagnetic field, which is mainly used for improving indoor positioning accuracy. The implementation steps are: (1) dividing the area to be located into linear areas according to the characteristics of the building plane map; (2) collecting WiFi signal intensity data and geomagnetic field intensity data along the divided lines by hand-held intelligent devices; (3) mapping the collected data evenly to the divided area lines, and constructing an off-line fingerprint database. (4) Fingerprint database is used for real-time positioning, WiFi fingerprint database is used to determine the sub-region of the current position, and the weights of different regions of WiFi signal intensity and geomagnetic signal intensity are calculated to estimate the current position coordinates. The invention effectively reduces some environmental factors and improves indoor positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于WiFi与地磁场数据库的室内定位方法
本专利技术属于室内定位移动终端应用领域，主要涉及WiFi室内定位技术以及地磁场定位技术。
技术介绍
无线定位是工业、科研、医疗和日常生活中不可缺少的技术。随着基于位置服务的发展以及移动终端的日益普及，地理和位置信息备受瞩目，位置信息在导航、安全和消防以及医疗保健等多个领域中扮演越来越重要的角色。现有的智能设备不仅在计算、存储和处理能力等性能方面得到了很大提升，而且嵌入了大量微型传感器。比如，WiFi信号传感器，声音信号传感器，加速度传感器，磁场传感器以及陀螺仪等一系列传感器都已经成为智能移动设备的标配。这给以往多种定位方案提供了强大的平台支持。而智能移动设备的普及也为在室内环境中实现一个经济且用户友好的导航定位系统提供了一个新的机遇。目前，室内定位技术主要分为两种：一种是基于测距的方法，根据信号传播模型确定人与发射源之间的距离，通过几何关系变换确定人员位置；一种是非测距方法，把接收到的信号强度作为一个与位置关联的指纹，根据模式匹配原理应用指纹法进行匹配定位。随着无线局域网的密集部署，环境可以直接提供给定位者足够的硬件环境。但基于测距的方法受非视距和多径干扰严重，在环境复杂时定位效果不佳，而基于非测距的方法可以规避非视距问题与信号穿墙衰减影响，更适合于实际应用。基于WiFi信号强度室内定位方法是目前最实用的室内定位方法之一，但在室内环境中WiFi信号覆盖易出现死角，如楼梯间等地方信号微弱，很难达到预期的定位效果。地磁场资源是地球最稳定的资源之一，短距离内磁场强度变化十分微弱，但由于现代建筑的钢筋混凝土结构，使得地磁场在局部范围内被干扰，室内定位技术正是利用被干扰的磁场进行定位。本专利提出了一种新的基于WiFi与地磁场数据联合的室内定位方案，充分利用WiFi和地磁场信息，达到更精准的定位效果。
技术实现思路
为了解决室内复杂环境给室内定位带来的影响，本专利技术提出了一种有效的可提高室内定位精度的方案，该方法步骤如下：(1)根据建筑物平面地图特征，将待定位区域合理划分成均匀线型区域；(2)手持智能设备沿所划分的线段采集WiFi信号强度数据和地磁场强度数据；(3)将所采集数据均匀映射到所划分的区域线段上，构建离线指纹数据库，完成智能设备中的离线数据存储；(4)利用指纹数据库进行实时定位，在待定位点利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，解算WiFi信号强度和地磁场信号强度不同区域定位权重，估计当前位置坐标。1.步骤(2)中沿划分线段采集WiFi信号强度RSSI数据和地磁场强度时，针对每一条线段，设置起点和终点。数据采集者打开数据采集软件从起点缓慢走向终点，收集期间速度尽可能保持匀速。2.步骤(3)中的构建离线指纹数据库时，计算每条线段的长度和线段中的数据量，将线段数据均匀的映射到每条线段上。智能手机上WiFi更新率通常较低，数据采集时在规划好的WiFi指纹点位置手动更新采集WiFi数据。数据更新时将更新数据与所处位置坐标组合构成一个WiFi指纹。第i个参考点(RwPi)上的WiFi指纹为：其中，(wxi,wyi)为RwPi点的坐标；和分别为RwPi点上接收到的AP节点的服务集标识和信号强度；mi为RwPi点上接收到AP节点的个数。智能手机上磁强计的采样率很高，数据采集时沿所划分线段自动采集地磁场强度数据。若线段与线段间存在空间空余，则在空间内采用插值法按一定距离内插，并将所有内插点作为参考点。第k个参考点(RmPk)上的地磁场强度指纹为：FMk＝{(mxk,myk),mk}其中，(mxk,myk)为RmPk点的坐标，mk为RmPk点上的地磁场强度指纹。3.步骤(4)中利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，步骤如下：(3a)计算当前位置实测WiFi信号强度与近邻的K个WiFi指纹点的欧氏距离：其中，为当前位置实时测到的WiFi信号强度。(3b)选择欧式距离最小的K个指纹节点作为近邻点设定EDis阈值，若WiFi信号指纹点到当前实测位置WiFi信号强度的欧氏距离小于设定阈值，则用模糊推理加权算法处理WiFi指纹数据，进行实时定位，否则，采用粒子滤波算法处理当前位置周围地磁场指纹，进行实时定位。4.步骤(3b)中通过模糊推理加权算法解算WiFi指纹库定位，步骤如下：(4a)选择欧式距离最小的K个指纹节点作为近邻点，计算待测点信号强度到每个近邻点的欧氏距离：(4b)模糊化EDisi，按一定权值对K个指纹节点做归一化处理，获得每个的权值(4c)按每个WiFi指纹点的权值估计当前待测点坐标。5.步骤(3b)中通过粒子滤波算法解算地磁场指纹库定位，步骤如下：(5a)更新粒子权重。步骤(3a)中获得新的待测点位置时，更新待测点周边地磁场粒子权重，待测点周边粒子与待测点距离服从高斯分布，即：其中di为粒子与待测点之间的距离：将粒子新的权值做归一化处理：(5b)粒子重采样采取随机重采样方式。根据粒子更新权重，将粒子排列在[0,1]区间形成粒子权重区间。随机产生n个[0,1]区间数，根据权重区间复制添加相应的粒子集。(5c)计算当前待测点状态Xk＝(xk,yk)T为：(xk,yk)即为待测点位置坐标。本专利技术的优势在于：(1)本专利技术提出了一种新的基于WiFi和地磁场数据联合处理的定位方案，充分利用了WiFi短距离内高精度定位的性能，在使用WiFi定位时模糊化各AP点权重，使得WiFi信息的加权处理后解算的位置可以得到更高的定位精度。(2)本专利技术对地磁场数据库进行了连续的数据采集，并对数据库数据做插值处理，使得地磁场数据库更具有普适性，在采用粒子滤波算法处理地磁场数据时可提供更多的粒子数据，提升定位性能。附图说明图1是定位区域行走路线图图2是基于WiFi与地磁场室内定位流程图具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细的说明。本专利技术描述的方法是一种适用于移动终端的室内定位方法，该方法采用了WiFi信号强度与地磁场信号互相联合的定位方式依据不同环境下各观测量信号强度与分布方式，采取不同的定位策略。本专利技术方法如图1所示，步骤如下：(1)根据建筑物平面地图特征，将待定位区域合理划分成均匀线型区域；(2)手持智能设备沿所划分的线段采集WiFi信号强度数据和地磁场强度数据；(3)将所采集数据均匀映射到所划分的区域线段上，构建离线指纹数据库，完成智能设备中的离线数据存储；(4)利用指纹数据库进行实时定位，在待定位点利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，解算WiFi信号强度和地磁场信号强度不同区域定位权重，估计当前位置坐标。1.步骤(2)中沿划分线段采集WiFi信号强度RSSI数据和地磁场强度时，针对每一条线段，设置起点和终点。实施过程中地磁采集线段与线段之间的宽度、WiFi指纹点间距均为2米。数据采集者打开数据采集软件从起点缓慢走向终点，收集期间速度尽可能保持匀速。2.步骤(3)中的构建离线指纹数据库时，计算每条线段的长度和线段中的数据量，将线段数据均匀的映射到每条线段上。智能手机上WiFi更新率通常较低，数据采集时在规划好的WiFi指纹点位置手动更新采集WiFi数据。数据更新时将更新数据与所处位置坐标组合构成一个WiFi指纹。第i个参考点(RwPi)上的WiFi指纹为：其中，(wxi,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WiFi与地磁场数据库的智能终端室内定位方法，包括：(1)根据建筑物平面地图特征，将待定位区域合理划分成均匀线型区域；(2)手持智能设备沿所划分的线段采集WiFi信号强度数据和地磁场强度数据；(3)将所采集数据均匀映射到所划分的区域线段上，构建离线指纹数据库，完成智能设备中的离线数据存储；(4)利用指纹数据库进行实时定位，在待定位点利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，解算WiFi信号强度和地磁场信号强度不同区域定位权重，估计当前位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于WiFi与地磁场数据库的智能终端室内定位方法，包括：(1)根据建筑物平面地图特征，将待定位区域合理划分成均匀线型区域；(2)手持智能设备沿所划分的线段采集WiFi信号强度数据和地磁场强度数据；(3)将所采集数据均匀映射到所划分的区域线段上，构建离线指纹数据库，完成智能设备中的离线数据存储；(4)利用指纹数据库进行实时定位，在待定位点利用WiFi指纹库确定当前位置所在的子区域，解算WiFi信号强度和地磁场信号强度不同区域定位权重，估计当前位置坐标。2.根据权利要求1所述的基于WiFi与地磁场数据库的智能终端室内定位方法，其特征在于，步骤(2)中沿划分线段采集WiFi信号强度RSSI数据和地磁场强度时，针对每一条线段，设置起点和终点。数据采集者打开数据采集软件从起点缓慢走向终点，收集期间速度尽可能保持匀速。3.根据权利要求1所述的基于WiFi与地磁场数据库的智能终端室内定位方法，其特征在于，构建步骤(3)中的离线指纹数据库，其步骤如下：(3)计算每条线段的长度和线段中的数据量，将线段数据均匀的映射到每条线段上；(3b)WiFi指纹数据采集。在采集人行进过程中于规划好的WiFi指纹点位置手动更新采集WiFi数据。数据更新时将更新数据与所处位置坐标组合构成一个WiFi指纹。第i个参考点(RwPi)上的WiFi指纹为：其中，(wxi,wyi)为RwPi点的坐标；和分别为RwPi点上接收到的AP节点的服务集标识和信号强度；mi为RwPi点上接收到AP节点的个数。(3c)地磁场指纹数据采集。在采集人行进过程中沿所划分线段自动采集地磁场强度数据。若线段与线段间存在空间空余，则在空间内采用插值法按一定距离内插，并将所有内插点作为参考点。第k个参考点(RmPk)上的地磁场强度指纹为：FMk＝{(mxk,myk),mk}其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈锋，李颖，徐定杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23