一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法技术

本申请公开了一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法；该方法提出一种以手机作为实现定位的载体，对指纹图进行快速构建与定位的方法。方法应用分为两个阶段，在指纹图构建阶段，由应用部署方在APP内上传需定位区域的俯视图，采集人员通过手机应用调整并确定位参考点在俯视图上的相对位置，对该点信号进行采集，实现指纹图的构建。在定位阶段，通过减少参与定位计算的方式提高定位速度，具体为依据历史定位结果预测定位设备的行进方向，以最新定位结果和行进方向两项参数，对指纹图沿路径进行切割，获取子指纹图，使用得到的子指纹图参与下次定位的计算，从而实现快速定位。从而实现快速定位。从而实现快速定位。

【技术实现步骤摘要】
一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法


[0001]本专利技术涉及一种室内定位方法，特别是一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法。

技术介绍

[0002]20世纪60年代，某国多部门着力于研发一种覆盖全球的三维系统，1978发射了第一颗用于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的卫星，直至1994年全面建成，定位覆盖地球表面98％的面积范围。该系统使用低频信号，具有较强的抗天气干扰能力，同时接收机无需发射信号，可以获得高精度定位结果，我国目前也已成功建设北斗卫星定位系统。然后一是受建筑物和其他障碍物带来的信号强度衰减，二是接收信号由于障碍物产生反射导致的多径效应，三是受室内复杂环境噪声的干扰，在室内环境下使用卫星定位获得的定位结果很难获得让人满意的结果。但随着数字化进程不断深入以及智慧城市等建设概念的提出，用户对于高精度室内定位的使用需求增大。根据室内定位技术公司Indoor Atlas报告显示，如今人有80％到90％的时间都需要在室内度过。
[0003]高精度的室内定位结果对于诸多场景有着广泛的应用前景。例如，对于救援场景，可以应用于火灾救援，对被困人员进行高精度的定位，为救援人员提供指示；对于商用场景，准确的室内定位结果可以在商场内为客户提供准确的商店路径指引，不再因为定位不准的而找不到目标位置。目前许多商场内的餐饮企业都开启了外卖配送服务，准确的定位结果可以方便配送员快速找到店家，提高配送速度。对于交通场所，例如大型的火车站以及机场候机楼，通常具有四通八达的路径，走错一个路由往往会导致路线南辕北辙，时间紧迫情况下带来极大不便，借助于卫星定位系统的手机地图的使用情况往往是地图准确，而设备本身定位位置错误，甚至定位结果在建筑物外部，无法让乘客找到应去往的路口。
[0004]无线局域网设备部署也相当广泛，利用在环境中已部署的WLAN设备实现室内定位与其他方式相比，既具有广泛的应用前提，同时又减轻了部署的成本。在数字化生活不断发展的背景下，室内定位技术的应用可以从诸多方面提高用户的出行效率，方便居民出行，在无人机等领域也得以深度融合，替代人类完成各种室内场景下的危险任务。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法。
[0007]本
技术实现思路
分为三部分，一是针对基于WLAN指纹图定位方法离线阶段构建指纹图在实际情况中存在的数据空值问题，使用填充数据和设置阈值控制的方式对KNN算法进行了改进，增强系统鲁棒性、提升定位精度。二是为提升定位速度，利用历史定位信息和定位设备连续运动的先验规律，使用走廊式切割指纹图的方式来缩减参与定位运算的计算量。
三是针对定位结果的修正问题，使用卡尔曼滤波进行了轨迹修正，针对Map随时间变化问题给出了解决方法。
[0008](一)KNN算法优化设计
[0009]指纹图构建过程中，首先提取出所有BSSID名称构建一个名称列表，而后使用每个采集点的数据对该列表该填充，该列表中对某些采集点会出现未接收到的BSSID，没有对应数据用于填充，就出现了指纹图中的空值。受周围环境变化，会出现在建立指纹图时未采集到来自某BSSID的RSSI，而在定位时又重新采集到的情况。因此为了弥补这部分信息，有必要对待定位信息中某些缺失的RSSI数值和Map中某些缺失的RSSI数值进行补充。同时引入控制阈值，通过对离线与在线定位阶段的填充值和非填充值以进行比较，最终会有四种情况，使用可信度较高参与KNN的定位计算。
[0010](二)走廊式分割指纹图方法
[0011]直接使用构建的指纹图参与KNN的定位计算在指纹图本身比较庞大时，会带来巨大的运算开销，而物体运动大部分时间具有连续、直线的特点，据此提出走廊式切割指纹图从而获取子指纹图的方法，该方法利用历史定位点，计算待定位设备的行进方向，在该方向上以一定宽度和长度对该场景下的全部指纹图数据进行切分，获取自指纹图，减小了参与定位的计算量，提高了定位的实时性。
[0012](三)基于感知机的误差修正算法设计
[0013]使用基于多层感知机的Map修正模型，对定位结果进行了修正，可以提高定位精度，对于最小误差达到了分米级别的提升。
[0014]一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1，获取目标室内场景的二维俯视图；
[0016]步骤2，获取目标室内场景信息；
[0017]步骤3，基于目标室内场景信息构建指纹图，并通过计算得到目标室内场景指纹图的GPS特征值；
[0018]步骤4，在线定位，并根据GPS定位位置和GPS特征值预加载地图数据；
[0019]步骤5，对在线定位时采集得到的信息，按地图结构进行扩充；
[0020]步骤6，对扩充后的信息，通过控制填充和阈值控制的KNN改进算法计算定位结果；
[0021]步骤7，利用走廊式分割指纹图算法对指纹图进行切割；
[0022]步骤8，通过基于感知机的指纹图修正模型，修正定位结果，最终完成快速构建WLAN指纹图的室内定位。
[0023]步骤2中所述获取目标室内场景信息的方法包括：
[0024]在目标室内场景中，采集人员选择对应的室内场景二维俯视图，通过在二维俯视图中选择当前场景中位置，对来自不同AP的目标室内场景信息进行采集，在不同采集点，接受多个数据，采集到的数据用下式表示：
[0025][0026]其中，其中i和j表示二维俯视图中所选择位置的横坐标和纵坐标，k表示第k次采集，bssid
m
表示第m个AP的基本服务标识集BSSID，表示坐标在(i，j)位置处，第k次
采集到的来自bssid1的接收信号强度信息Received Signal Strength Indicator,，记为RSSI数值。
[0027]步骤3中所述基于目标室内场景信息构建指纹图的方法包括：
[0028]所述指纹图使用二维数据；第一维度使用目标室内场景下所有采集点的位置代号，第二维度使用所有采集点接受到的BSSID作为集合，两个维度所确定的数值填入RSSI数值；同时，对目标室内场景内所有采集点的GPS信息求得均值，作为目标室内场景指纹图的GPS特征值；
[0029]构建指纹图时，对同一采集点和同一AP采集点的多次采集数据，使用均值数据填入；对于采集不到信息的AP，在构建以AP和位置的二维指纹图时，会在该AP和位置处具有空值，因此，需要使用一特定RSSI数值，记为db进行填充；指纹图采用下式表示：
[0030][0031]其中，Map表示构建完毕的指纹图，Pos
n,m
表示步骤2中所述的采集到的数据经均处理后的数值，col表示纵向第col个点序号，row表示横向第row个点序号，Map本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，用于快速构建基于WLAN的室内定位，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取目标室内场景的二维俯视图；步骤2，获取目标室内场景信息；步骤3，基于目标室内场景信息构建指纹图，并通过计算得到目标室内场景指纹图的GPS特征值；步骤4，在线定位，并根据GPS定位位置和GPS特征值预加载地图数据；步骤5，对在线定位时采集得到的信息，按地图结构进行扩充；步骤6，对扩充后的信息，通过控制填充和阈值控制的KNN改进算法计算定位结果；步骤7，利用走廊式分割指纹图算法对指纹图进行切割；步骤8，通过基于感知机的指纹图修正模型，修正定位结果，最终完成快速构建WLAN指纹图的室内定位。2.根据权利要求1所述的一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，其特征在于，步骤2中所述获取目标室内场景信息的方法包括：在目标室内场景中，采集人员选择对应的室内场景二维俯视图，通过在二维俯视图中选择当前场景中位置，对来自不同AP的目标室内场景信息进行采集，在不同采集点，接受多个数据，采集到的数据用下式表示：其中，其中i和j表示二维俯视图中所选择位置的横坐标和纵坐标，k表示第k次采集，bssid
m
表示第m个AP的基本服务标识集BSSID，表示坐标在(i，j)位置处，第k次采集到的来自bssid1的接收信号强度信息，记为RSSI数值。3.根据权利要求2所述的一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，其特征在于，步骤3中所述基于目标室内场景信息构建指纹图的方法包括：所述指纹图使用二维数据；第一维度使用目标室内场景下所有采集点的位置代号，第二维度使用所有采集点接受到的BSSID作为集合，两个维度所确定的数值填入RSSI数值；同时，对目标室内场景内所有采集点的GPS信息求得均值，作为目标室内场景指纹图的GPS特征值；构建指纹图时，对同一采集点和同一AP采集点的多次采集数据，使用均值数据填入；对于采集不到信息的AP，使用一特定RSSI数值，记为db进行填充；指纹图采用下式表示：其中，Map表示构建完毕的指纹图，Pos
n,m
表示步骤2中所述的采集到的数据经均处理后的数值，col表示纵向第col个点序号，row表示横向第row个点序号，Map矩阵中元素个数为col
×
row，记为num。4.根据权利要求3所述的一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，其特征在于，步骤4中所述预加载地图数据的方法包括：
根据步骤3中所述的GPS特征值，搜索附近的指纹图，选取GPS欧式距离最小的3张指纹图；其中，欧式距离D的计算方法包括：其中，JW
t
表示当前采集到的经度或和纬度，表示指纹图的特征GPS的精度或纬度，t为1时表示经度数据，为2时表示纬度数据。5.根据权利要求4所述的一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，其特征在于，步骤5中所述对在线定位时采集得到的信息，按地图结构进行扩充的方法包括：对定位时采集到的信息，按指纹图Map的第二维度即BSSID集合的结构进行扩展；对其中BSSID无对应值的情况，采用步骤3中所述的填充数值db进行填充，对待定位点q，用下式表示：6.根据权利要求5所述的一种快速构建WLAN指纹图的室内定位方法，其特征在于，步骤6中所述的对扩充后的信息，通过控制填充和阈值控制的KNN改进算法计算定位结果的方法包括：所述KNN方法中，对待定位点和指纹图进行欧式距离计算采用下式：计算采用下式：其中，表示待定位点q对第u个AP的BSSID的RSSI数值，表示指纹图中坐标为(i，j)位置出的第u个AP的BSSID的RSSI数值；引入对RSSI数值的阈值，记为若满足下式：则替代待定位点q采集数据与指纹图Map中的小于的数值；对于上述当计算时，满足下列条件：则将上述的计算过程变为下式：
并记为记由Map第二维度的m个BSSID的集合为M，则上述计算如下式所示：M＝R∪S∪T∪V对Map中各点Pos

【专利技术属性】
技术研发人员：包涵，卢明许，封颖，张旭，王润林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：