一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法技术

本发明专利技术提供了一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法，属于室内定位技术领域。本发明专利技术方法包括：利用运动载体离线采集室内场景各处的CSI和位置信息，拍摄运动载体的视频图像；训练目标检测模型用于对视频图像中运动载体的检测；利用训练好的目标检测模型解析运动载体位置信息，将目标跟踪结合目标检测，并利用目标根据结果为目标检测引入带权先验框；将采集的CSI和运动载体位置进行时间同步，对CSI序列进行平滑处理和采样，构建CSI指纹并与位置坐标匹配，构建离线指纹地图库，基于指纹库进行在线检测。本发明专利技术方法降低了离线建库的复杂性，指纹库构建所需开销低，并且精度高。并且精度高。并且精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法


[0001]本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于计算机视觉技术实现快速离线建库的室内信道状态信息(channel state information，CSI)指纹定位方法。

技术介绍

[0002]在室内定位领域，指纹定位因其具有高精度定位的潜力，成为了当下的研究热点。指纹定位分为离线建库和在线定位两个环节：离线建库环节中，需要采集各个参考点处的信号指纹，构建离线指纹地图库。在线定位环节中，需要将待测点采集到的信号指纹与指纹地图库中的指纹向量进行匹配，找到指纹相似度较大的参考点，并利用这些参考点的位置坐标估计待测点的位置。
[0003]离线建库环节的常用方案是人工手动建库，该方案需要将待定位区域网格化，并在每一个网格区域内选取代表点(参考点)，测量该代表点的信号特征，经过处理后生成信号指纹。最终，这些参考点的位置和其对应的信号指纹一一匹配并存储，即可得到指纹地图库。该过程的巨大开销问题也成为了指纹定位广泛应用的瓶颈。
[0004]因此，一些自动建库的方案被提出。例如基于众包的指纹采集方案利用用户携带的移动设备传感器跟踪其位置，同时采集信号指纹，以此构建指纹地图库(参考文献[1])。尽管基于众包的建库方法一定程度上缓解了建库开销问题，但该过程仍难以避免大量的人员参与，并且该过程易受环境和人员影响，难以得到高精度的指纹库。
[0005]另一种自动建库方案依赖分布在室内的传感器或智能体定期收集信号指纹，该方法避免了人员参与(参考文献[2])。但是，无论是大量智能设备的投放，还是智能设备本身位置的获取，都导致该方法需要较大的财力投入和较高的系统复杂度。因此，研究具有低复杂度和低开销的自动化指纹建库方案，是指纹定位系统能否在实际中广泛应用的一项重要工作。
[0006]参考文献：
[0007][1]Zhao W,Han S,Hu R Q,et al.Crowdsourcing and Multisource Fusion
‑
Based Fingerprint Sensing in Smartphone Localization[J].IEEE Sensors Journal.2018,18(8):3236
‑
3247.
[0008][2]Gucciardo M,Tinnirello I,Dell'Aera G M,et al.A Flexible 4G/5G Control Platform for Fingerprint
‑
based Indoor Localization[C]//IEEE INFOCOM 2019
‑
IEEE Conference on Computer Communications Workshops(INFOCOM WKSHPS).IEEE,2019.

技术实现思路

[0009]本专利技术为解决指纹定位离线建库环节的巨大开销问题，提出了一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法，实现计算机视觉辅助的自动化建库，缓解了指纹建库环节大量的人力或物力投资，提高了指纹定位系统的易用性。
[0010]本专利技术的快速离线建库的室内CSI指纹定位方法，包括如下4个步骤：
[0011]步骤1，离线采集室内场景CSI和位置信息；
[0012]在场景中固定发射机和摄像头，让搭载接收机的运动载体在室内环境中游走，采集各参考位置的CSI以及运动载体的视频图像。
[0013]步骤2，采集和构造训练样本，离线训练目标检测模型；
[0014]按照步骤1中方式采集视频图像，训练样本是对视频帧采样，对图像中的运动载体位置进行标定得到；目标检测模型采用Faster RCNN模型，将视频图像输入模型，检测输出运动载体位置。
[0015]步骤3，解析运动载体位置信息；
[0016]每隔固定时间利用训练好的目标检测模型对视频图像进行目标检测，并在该时间间隔内对目标进行跟踪。
[0017]对目标检测模型引入带权先验框，具体是：在每个时间间隔对目标跟踪结束后，利用跟踪结果为目标检测提供位置先验，设置在上次目标区域附近的像素点具有更高的先验权重。
[0018]步骤4，构建离线指纹地图库，基于指纹地图路进行在线定位。
[0019]所述的步骤4中，构建离线指纹地图库包括：
[0020](4.1)将采集的CSI和运动载体位置进行时间同步；
[0021](4.2)对CSI序列平滑处理；
[0022](4.3)对CSI序列进行采样；
[0023]其中，基于CSI相似性进行时间采样，具体是：设置CSI相似度阈值范围，设上一个采样点为A，将A作为当前点，经过A经过步长step找到下一个候选采样点B，计算A和B之间的CSI相似度；若A和B的相似度高于阈值上限，丢弃B，并将B作为新的当前点，继续以步长step寻找下一个候选采样点；若A和B的相似度低于阈值下限，设置步长step减半，重新以A为当前点寻找下一个候选采样点；若A和B的相似度位于阈值范围内，则将B作为A的下一个合法采样点；
[0024](4.4)对每一个CSI采样点，提取出CSI的幅度和相位信息构建CSI指纹，和对应时刻的位置坐标一一匹配并存储，得到离线指纹地图库。
[0025]相对于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0026]面对指纹建库的巨大开销问题，本专利技术借助现如今发展已经较为成熟的目标检测和目标跟踪算法，在指纹定位离线建库环节中，利用摄像头拍摄搭载接收机的运动载体，随后解析视频信息自动获取目标位置，从而降低了离线建库的复杂性。同时，本专利技术利用了目标在短时间内的空间相关性，将目标跟踪算法和目标检测算法相结合，构建了一个具有低开销和高鲁棒性的自动化指纹库建立系统。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的快速离线建库的室内CSI指纹定位方法的整体流程图；
[0028]图2是本专利技术方法的实验场景示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
[0030]本专利技术提出的一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法，基于计算机视觉辅助实现自动离线建库，并基于此构建室内CSI指纹定位系统。如图1所示，本专利技术方法包括以下五个步骤。
[0031]第一步，离线采集CSI和位置信息。
[0032]本专利技术基于无线通信系统，例如Wi
‑
Fi,LTE,5G等的收发设备采集信号CSI。
[0033]本专利技术实施例设置的实验场景如图2所示：发射机Tx位置固定，让搭载接收机的运动载体，例如小车，在室内环境中游走，采集各位置的CSI，同时高帧率摄像头记录下对应的画面信息。在之后的处理中，可以利用这些画面获取小车的位置信息，用于构建指纹库。本专利技术实施例中摄像头位于实验场景的右下位置的高处，能以俯视角度拍摄整个实验区域。
[0034]在具体实验过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速离线建库的室内CSI指纹定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在场景中固定发射机和摄像头，搭载接收机的运动载体在室内环境中游走，采集各位置的CSI，摄像头采集运动载体的视频图像；其中，CSI代表信道状态信息；步骤2：采集和构造训练样本，离线训练目标检测模型；训练样本是对按照步骤1方式采集的视频抽帧，对图像中的运动载体位置标定得到；目标检测模型采用Faster RCNN模型，模型输入是视频图像，模型输出运动载体位置；步骤3：每隔固定时间利用训练好的目标检测模型对视频图像中的运动载体进行检测，并在该时间间隔内对运动载体进行跟踪；对目标检测模型引入带权先验框，具体是：在每个时间间隔对目标跟踪结束后，利用跟踪结果为目标检测提供位置先验，设置在上次目标区域附近的像素点具有更高的先验权重；步骤4：由采集的各位置的CSI和检测的运动载体位置，构建离线指纹地图库，基于指纹地图路进行在线定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，摄像头采用俯视视角拍摄运动载体；运动载体按照预设的规律的运动轨迹游走。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，在室内场景中设置金属挡板阻挡发射天...

【专利技术属性】
技术研发人员：林坤海，韩圣千，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：