一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，属于指纹定位技术领域，包括以下步骤：在定位区域布置采样点，存储至数据库D；在采样点采集指纹信息，构建指纹库RSSI；在指纹库RSSI中选取RSSI值最大的iBeacon设备的相邻iBeacon设备作为参考点，并利用WKNN算法计算得到该相邻iBeacon设备的相对位置；将相对位置与RSSI值最大的iBeacon设备的绝对位置坐标通过累加计算得到绝对位置，得到定位坐标；利用卡尔曼滤波器修正所述定位坐标，完成基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位。本发明专利技术在定位精度上比传统的位置指纹定位布局结构定位精度有所提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法
本专利技术属于指纹定位
，尤其涉及一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法。
技术介绍
目前传统的位置指纹定位方案的定位精度主要取决于指纹库信息的准确性，由于iBeacon设备本身具有衰减性，在电量不足的情况下会减小发射功率，导致指纹信息发生变化。另外，室内环境如果发生改变，由于多径效应和阴影衰减，采样点的信号强度值也会发生变化，随着定位区域的增加，指纹库的数量会线性增加，而且在采样阶段，不允许有任何误差出现，因为这些误差会直接降低定位的准确率。这时候，就需要人力和物力资源来更新指纹库，所以传统的方案需要很大的成本，由于室内RF环境的复杂性，iBeacon设备的放置也会影响定位精度，目前在改进iBeacon设备b放置以提高准确性这一领域并没有太多的研究关注。事实上，如果iBeacon设备的布置是高度规律的话，在定位区域的大部分位置的指纹信息是高度相似的，尤其是在矩形的定位区域。因此，本专利技术提出一种新型的信标放置策略CIP(Crystal-shapeiBeacon设备Placement)布局，在定位精度上比传统的位置指纹定位布局结构定位精度有所提升。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，在定位精度上比传统的位置指纹定位布局结构定位精度有所提升。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在定位区域布置采样点，并存储至数据库D；S2、根据所述数据库D，在采样点采集指纹信息构建指纹库RSSI；S3、在指纹库RSSI中选取RSSI值最大的iBeacon设备的相邻iBeacon设备作为参考点，并利用WKNN算法计算得到该相邻iBeacon设备的相对位置；S4、将所述相对位置与RSSI值最大的iBeacon设备的绝对位置坐标通过累加计算得到绝对位置，得到定位坐标；S5、利用卡尔曼滤波器修正所述定位坐标，完成基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种新型的信标放置策略CIP(Crystal-shapeiBeacon设备Placement)布局，对iBeacon设备放置位置的重要性以及影响信标信号质量的因素进行了全面的分析和试验，只需要在固定的区域进行采样点的布置和采集，将定位区域的iBeacon设备放置采用CIP布局，就可以复用固定区域的指纹信息特征，在CIP布局的基础上对传统的位置指纹定位算法进行改进，将位置指纹算法匹配复杂度由O(n2)降到了O(n)，可以极大地降低离线阶段建立指纹库的成本。进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：S101、在定位区域选择一个iBeacon设备的位置，以等边三角形的形式向周边扩散，并以逆时针方向放置其他相邻iBeacon设备，构成正六边形即一个iBeacon设备序列；S102、将iBeacon设备的位置和相邻iBeacon设备的UUID信息存储至数据库D。上述进一步方案的有益效果是：与传统布局方案不同，本专利技术降低了采样区域的面积，减少了采样成本，采样区域高度规律。再进一步地，所述步骤S102中数据库的表达式如下：其中，iBi表示正六边形iBeacon设备序列的中心点，iBi,o表示iBi的相邻iBeacon设备，pn表示iBi的位置坐标，i＝1,2,...,n，n表示区域iBeacon设备的数量，o表示中心iBeacon相邻iBeacon的序号，且o＝1,2,3,...,6。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术中数据库只需要存储相邻六个iBeacon设备的信息，降低了数据库容量。再进一步地，所述步骤S2中指纹库RISS的表达式如下：其中，p'e表示采样点的相对坐标，rssie,f表示在采样点采集到的UUID为iBo,p的iBeacon设备预处理后的RSSI值，iBo,p表示iBeacon设备的UUID值，e＝1,2,...,m，m表示指纹库中采样点的总个数，e表示指纹库中采样点的序号，f表示iBeacon设备的序号，f＝0,1,…,6上述进一步方案的有益效果是：本专利技术中指纹库只需要存储采样点采集到的六个iBeacon设备，降低了数据库容量和匹配算法的复杂度。再进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：S301、基于在线采集的iBeacon设备RSSI向量rssi和UUID向量iB，选取RSSI值最大的iBeacon设备对应的UUID，记为iBc；S302、从数据库D中查询iBc的位置坐标及其相邻的iBeacon设备序列，记为iBs＝[iBc,iBc,1,…,iBc,6]；S303、从iBeacon设备RSSI向量rssi中查找UUID为[iBc,iBs]的iBeacon设备对应的RSSI值，记为rssi'；S304、基于所述rssi'，利用步骤S2得到的指纹库RSSI中的RSSI序列与在线的RSSI序列之间的欧式距离，衡量定位位置在采样点p'e的概率；S305、选取前k个概率最大的相对位置，利用WKNN算法计算得到相邻iBeacon设备的相对位置。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术将传统的WKNN的匹配算法复杂度从O(n2)降低到了O(n)，在减少计算量的基础上获取相邻iBeacon设备的相对位置。再进一步地，所述步骤S304中欧式距离的表达式如下：其中，de表示欧式距离，n表示区域iBeacon设备的数量，rssii表示在线采集到第i个iBeacon设备的RSSI序列，RSSIei表示指纹库第e个采样点第i个iBeacon设备的RSSI值，wi表示第i个iBeacon设备的权重。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术与传统的WKNN算法不同，传统方法在计算欧式距离时并没有体现不同信号强度的AP的不同作用大小，赋予了每个AP相同的权重鉴于越是接收信号强度越大的AP对定位误差的影响越大，因此对每个AP赋予不同的权重，然后进行AP加权的欧式距离的计算，本专利技术更加科学。再进一步地，所述步骤S304中采样点pi'的概率的表达式如下：其中，P(p'e|rssi')表示采样点p'e的概率，rssif表示离线指纹库RSSI的第f行除去第一列相对位置的RSSI序列。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术利用欧式距离衡量置信点的概率，在计算欧式距离时，对每个iBeacon设备赋予不同的权重，然后再进行加权计算，减少定位误差的影响。再进一步地，所述步骤S305中相邻iBeacon设备的相对位置的表达式如下：其中，p'k和(x,y)均表示相邻iBeacon设备的相对位置，P(p'e|rssi')表示采样点p'e的概率，de表示第e个采样点的欧式距离，we表示第e个采样点的权重，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在定位区域布置采样点，并存储至数据库D；/nS2、根据所述数据库D，在采样点采集指纹信息构建指纹库RSSI；/nS3、在指纹库RSSI中选取RSSI值最大的iBeacon设备的相邻iBeacon设备作为参考点，并利用WKNN算法计算得到该相邻iBeacon设备的相对位置；/nS4、将所述相对位置与RSSI值最大的iBeacon设备的绝对位置坐标通过累加计算得到绝对位置，得到定位坐标；/nS5、利用卡尔曼滤波器修正所述定位坐标，完成基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在定位区域布置采样点，并存储至数据库D；
S2、根据所述数据库D，在采样点采集指纹信息构建指纹库RSSI；
S3、在指纹库RSSI中选取RSSI值最大的iBeacon设备的相邻iBeacon设备作为参考点，并利用WKNN算法计算得到该相邻iBeacon设备的相对位置；
S4、将所述相对位置与RSSI值最大的iBeacon设备的绝对位置坐标通过累加计算得到绝对位置，得到定位坐标；
S5、利用卡尔曼滤波器修正所述定位坐标，完成基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位。


2.根据权利要求1所述的基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S101、在定位区域选择一个iBeacon设备的位置，以等边三角形的形式向周边扩散，并以逆时针方向放置其他相邻iBeacon设备，构成正六边形即一个iBeacon设备序列；
S102、将iBeacon设备的位置和相邻iBeacon设备的UUID信息存储至数据库D。


3.根据权利要求2所述的基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，所述步骤S102中数据库D的表达式如下：



其中，iBi表示正六边形iBeacon设备序列的中心点，iBi,o表示iBi的相邻iBeacon设备，pn表示iBi的位置坐标，i＝1,2,...,n，n表示区域iBeacon设备的数量，o表示中心iBeacon相邻iBeacon的序号，且o＝1,2,3,...,6。


4.根据权利要求3所述的基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，所述步骤S2中指纹库RISS的表达式如下：



其中，p'e表示采样点的相对坐标，rssie,f表示在采样点采集到的UUID为iBo,p的iBeacon设备预处理后的RSSI值，iBo,p表示iBeacon设备的UUID值，e＝1,2,...,m，m表示指纹库中采样点的总个数，e表示指纹库中采样点的序号，f表示iBeacon设备的序号，f＝0,1,…,6。


5.根据权利要求4所述的基于水晶型信标布局的改进位置指纹定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S301、基于在线采集的iBeacon设备RSSI向量rssi和UUID向量iB，选取RSSI值最大的iBeacon设备对应的UUID，记为iBc；
S302、从数据库D中查询iBc的位置坐标及其相邻的iBeacon设备序列，记为iBs＝[iBc,iBc,1,…,iBc,6]；
S303、从iBeacon设备RSSI向量r...

【专利技术属性】
技术研发人员：武畅，杨帆，张莹，王跃，游远，吴鹏，金雪敏，袁环宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，成都畅联众智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51