可靠众包样本集的生成、多分辨率数据库构建、定位方法技术

本发明专利技术公开可靠众包样本集的生成、多分辨率数据库构建、定位方法，属于通信与无线网络技术领域。本发明专利技术通过构建多分辨率定位数据库结构，从低分辨率到高分辨率依次进行在线定位，能够有效降低大型数据库的计算复杂度；通过可靠性度量算法来识别可靠的众包样本，解决众包样本定位标签不准确的问题；本发明专利技术通过可靠样本构建曲面、重新采样以生成新的拟合样本，解决众包样本标签分布不均匀的问题；通过增加分区欧式距离的辅助特征，增加指纹的分辨率和定位系统的鲁棒性；通过合理结合分类和回归模型，在降低计算复杂度的同时提升不同分辨率情况下的定位精度。率情况下的定位精度。率情况下的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
可靠众包样本集的生成、多分辨率数据库构建、定位方法


[0001]本专利技术属于通信与无线网络
，更具体地，涉及可靠众包样本集的生成、多分辨率数据库构建、定位方法。

技术介绍

[0002]定位技术一直是许多民用和军事应用感兴趣的话题，例如搜救任务、物联网和机器人导航。尽管全球定位系统(Global Positioning System，GPS)技术发展成熟，但因为精度原因仍不能成为室内环境的最佳手段。近些年，诞生了众多用于室内定位技术，例如可见光通信、蓝牙、超宽带等。尽管这些技术各有优缺点，但基于Wi
‑
Fi的指纹定位由于其强大的普适性成为了最广泛使用的技术。然而，随着室内环境的规模和复杂性的增加，Wi
‑
Fi的指纹定位出现了两个主要挑战。
[0003]首先，随着室内环境复杂性的增加，Wi
‑
Fi离线数据库建设所需要的现场勘测成本也大大增加。众包成为最有力的解决方案之一，它利用互联网中未知的大众来完成样本的采集任务，从而减轻现场勘测的巨大负担。虽然众包能够减轻现场勘测的负担，但众包样本由非专业人员采集，标注通常带有错误。再加上众包技术的采集过程是随机的，众包样本的密度可能不均匀，甚至可能在有些定位区域根本没有样本。这些都是众包函待解决的问题。
[0004]另一方面，随着室内环境规模的扩大，搜索精确定位需要更长的处理时间和额外的计算资源。主要的室内定位研究一直集中在精确的坐标级位置估计上，即获得亚米级精度的网格位置估计。然而，一些位置感知服务可能不需要这种明确的位置精度。例如，在医院中对医疗设备的跟踪；在机场中定位停车位；在消防中短时间定位分区等。因此，在某些情况下，识别用户所属的区域，例如建筑、房间等，比提供由坐标信息指定的精确位置更有意义，所以许多位置感知服务都需要不同级别的定位分辨率。然而在室内定位的研究工作中，关于此类的研究甚少。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了可靠众包样本集的生成、多分辨率数据库构建、定位方法，其目的在于简化大型复杂室内定位环境中的数据库架构，通过设定多个分辨率级别，满足不同的位置感知服务需求以及增加在线阶段定位速度。同时在一定程度上解决众包样本带有错误位置标注和采样不均的问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种Wi
‑
Fi可靠众包样本集的生成方法，所述方法包括：
[0007]S1.将目标区域自上而下进行多层次拆分，直至拆分为栅格，得到目标区域、分区、子分区
……
栅格不同级别的单位，所述栅格对应最高分辨率；
[0008]S2.基于目标区域的多层次拆分结果，对原始众包样本进行分配；
[0009]S3.对每个栅格内的众包样本分别进行可靠性度量，保留可靠性大于阈值的可信众包样本；
[0010]S4.对保留下来的所有可信众包样本进行曲面拟合；
[0011]S5.对拟合曲面函数进行均匀采样，得到Wi
‑
Fi可靠众包样本集。
[0012]优选地，所述可靠性度量采取轮廓系数计算公式如下：
[0013][0014][0015][0016]其中，表示栅格g
k
内坐标(x
n
,y
n
)处收集到的RSS向量表示样本和与它同属一个栅格中其它众包样本之间的信号距离，表示样本与其他栅格中所有其他众包样本之间的信号距离的最小值，S
k
表示表示样本所在栅格内的所有样本集，表示样本和样本之间的信号距离。
[0017]有益效果：针对现有众包样本标注错误的问题，本申请采用轮廓值系数评估众包样本与其定位区域的相容度，由于轮廓系数能够结合内聚度和分离度两种因素，从而实现合理、有效的可靠性度量；由于剔除低相容度也就是低可靠性样本以保证数据库的质量，提高后续定位的准确性。
[0018]优选地，所述曲面拟合方式如下：
[0019]原始众包样本的轮廓值集合S
h
＝{h1,h2,
…
,h
N
}，可信众包样本的轮廓值集合S
h
′
＝{h1,h2,
…
,h
γ
}，N表示原始众包样本数量，γ表示可信众包样本数量，其中，轮廓值
[0020]采用轮廓值h
n
计算可信众包样本中样本的权重系数w
n
，n＝1,
…
,γ：
[0021][0022][0023][0024][0025]其中，ρ表示可靠众包样本的比率；
[0026]采取权重系数w
n
对第m个AP的信号拟合函数在位置(x
n
,y
n
)处的值和样本的第m个AP接收到的信号强度值之间的偏差进行加权，最小化平方加权残差总和的目标函数为：
[0027][0028]其中，φ
m
(x,y)为拟合曲面函数，用于拟合给定分区中来自AP的无线信号传播表面。
[0029]有益效果：针对现有众包样本质量不一的问题，本申请基于样本的轮廓值计算它们应赋的权重，一方面让可靠性与给曲面的贡献成正比。另一方面，控制权重w
n
到[1,ρ]的范围，确保不同样本差异度不过于太大；采用加权的方式构建无线曲面函数，由于在拟合曲面时赋予样本不一样的权重，能够充分样本的差异性，对曲面构建过程的影响更大的可靠的众包样本赋予更大的权重，增强拟合曲面的可靠性和有效性。
[0030]为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种多分辨率离线数据库的构建方法，所述构建方法包括：
[0031]T1.采用如第一方面所述的方法生成Wi
‑
Fi可靠众包样本集；
[0032]T2.基于目标区域的多层次拆分结果，按照自下而上的方式构建多分辨率离线数据库，由当前分辨率层的多个分区指纹集合得到上一分辨率层的一个分区指纹。
[0033]优选地，所述多分辨率离线数据库中多分辨率从高分辨率到低分辨率排序的层次名为L1,L2,
…
L
J
，其中，L
j
层有P个分区，每个分区由K个L
j
‑1层的子分区构成，则L
j
层的第p个分区的数据为：
[0034][0035][0036]其中，AP1,AP2,AP
M
分别表示第1,2,M个信号发射源，Label表示所属分区的标签，除最后一行的每一行表示子分区的信号向量，最后一行表示所有子分区向量的平均向量，除最后一列的每一列表示AP的信号强度，最后一列表示数据的分区标签，表示L
j
‑1层的第K个分区收到的第M个AP的信号强度值，是这K个L
j
‑1分区代表向量在第m维AP的信
号强度的平均值，j＝1,2,
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Wi
‑
Fi可靠众包样本集的生成方法，其特征在于，所述方法包括：S1.将目标区域自上而下进行多层次拆分，直至拆分为栅格，得到目标区域、分区、子分区
……
栅格不同级别的单位，所述栅格对应最高分辨率；S2.基于目标区域的多层次拆分结果，对原始众包样本进行分配；S3.对每个栅格内的众包样本分别进行可靠性度量，保留可靠性大于阈值的可信众包样本；S4.对保留下来的所有可信众包样本进行曲面拟合；S5.对拟合曲面函数进行均匀采样，得到Wi
‑
Fi可靠众包样本集。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可靠性度量采取轮廓系数计算公式如下：公式如下：公式如下：其中，表示栅格g
k
内坐标(x
n
,y
n
)处收集到的RSS向量)处收集到的RSS向量表示样本和与它同属一个栅格中其它众包样本之间的信号距离，表示样本与其他栅格中所有其他众包样本之间的信号距离的最小值，S
k
表示表示样本所在栅格内的所有样本集，表示样本和样本之间的信号距离。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述曲面拟合方式如下：原始众包样本的轮廓值集合S
h
＝{h1，h2，...，h
N
}，可信众包样本的轮廓值集合S
h
′
＝{h1，h2，...，h
γ
}，N表示原始众包样本数量，γ表示可信众包样本数量，其中，轮廓值采用轮廓值h
n
计算可信众包样本中样本的权重系数w
n
，n＝1，...，γ：，n＝1，...，γ：
其中，p表示可靠众包样本的比率；采取权重系数w
n
对第m个AP的信号拟合函数在位置(x
n
，y
n
)处的值和样本的第m个AP接收到的信号强度值之间的偏差进行加权，最小化平方加权残差总和的目标函数为：其中，φ
m
(x，y)为拟合曲面函数，用于拟合给定分区中来自AP的无线信号传播表面。4.一种多分辨率离线数据库的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：T1.采用如权利要求1至3任一项所述的方法生成Wi
‑
Fi可靠众包样本集；T2.基于目标区域的多层次拆分结果，按照自下而上的方式构建多分辨率离线数据库，由当前分辨率层的多个分区指纹集合得到上一分辨率层的一个分区指纹。5.如权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述多分辨率离线数据库中多分辨率从高分辨率到低分辨率排序的层次名为L1，L2，...L
J
，其中，L
j
层有P个分区，每个分区由K个L
j
‑1层的子分区构成，则L
j
层的第p个分区的数据为：层的第p个分区的数据为：其中，AP1，AP2，AP
M
分别表示第1，2，M个信号发射源，Label表示所属分区的标签，除最后一行的每一行表示子分区的信号向量，最后一行表示所有子分区向量的平均向量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邦，谭飞，周婵欣，莫益军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：