位置指纹定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种位置指纹定位方法及装置，涉及无线定位【技术领域】，包括：在待定位区域内，进行参考点标度，并采集已标度参考点的信号强度样值；探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表；根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置。本发明通过在待定位区域内进行参考点标度，获取较高的定位精度；将待定位区域划分为多个子区域，降低了高定位计算复杂度；另外，通过减少了定位计算复杂度，从而实现了对目标点的实时定位。
【专利说明】位置指纹定位方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线定位【技术领域】，特别涉及一种位置指纹定位方法及装置。
【背景技术】
[0002]近些年来，无线定位技术可分为基于测距的定位和非基于测距的定位两种。例如，传统的基于 TOA (Time of Arrival,到达时间)/TDOA (Time Difference of Arrival,到达时间差)/RSS (Received Signal Strength,接收信号强度)的定位技术,均是根据时间或信号强度参数来计算基站和目标点的大致距离，再利用基站间的几何位置关系进行目标点的定位。然而，基于测距的定位技术很容易受到非视距情形的干扰，对于高复杂性和强时变特性的无线信道呈现的定位准确度和稳定性均较差。因此在室内场景下，很多基于测距的定位技术已不适用。
[0003]目前，现有技术提供一种基于位置指纹的与测距无关的定位技术，包括:
[0004]A:对待定位区域中N个均勻分布的RP (Reference Point,参考点)处,预设个AP(Access Point，接入点)的信号强度进行采样，并记录采样结果；
[0005]B:对采样结果进行提取特征，计算AP信号强度均值，并利用AP信号强度均值构建待定位区域中的RP的位置指纹向量，并利用待定位区域中所有RP的位置指纹向量形成待定位区域的指纹地图；
[0006]C:接收目标点实时信号强度，并对目标点实时信号强度提取特征；
[0007]D:根据提取的目标点实时信号强度特征，与所述指纹地图中的每个RP的位置指纹向量进行匹配，则目标实时位置位于匹配结果相近的参考点附近。
[0008]然而，如果在大规模室内环境下，根据上述基于位置指纹的与测距无关的定位技术定位目标，需要大量采集位置指纹，由大量的位置指纹形成的指纹地图导致定位算法的复杂度增加，影响定位的实时性。
【发明内容】
[0009](一)解决的技术问题
[0010]本发明解决的技术问题是:如何提供一种位置指纹定位方法及装置，对目标点进行实时定位。
[0011](二)技术方案
[0012]为解决上述技术问题，本发明实施例提供了 一种位置指纹定位方法，所述方法包括:
[0013]在待定位区域内，进行参考点标度，并采集已标度参考点的信号强度样值；
[0014]探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，并探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表；
[0015]根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置。
[0016]优选地，
[0017]所述在待定位区域内进行参考点标度包括:
[0018]在待定位区域内，根据待定位区域位置特点选择参考点进行标度；
[0019]所述根据待定位区域位置特点选择参考点进行标度包括:
[0020]将待定位区域内的拐角处进行标度，并将待定位区域的非拐角区域进行均匀标度；
[0021]所述采集已标度参考点的信号强度样值包括:
[0022]对已标度参考点的东、南、西、北四个方向进行信号强度样值采集；
[0023]所述在待定位区域内进行参考点标度,进一步包括:
[0024]根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量。
[0025]优选地，所述根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量包括:
[0026]获取每个参考点每个方向上的信号强度样值均值，并对每个参考点每个方向上的信号强度样值均值进行标号为位置指纹向量，并将标号后的位置指纹向量记录在指纹地图中。
[0027]优选地，所述探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，包括:
[0028]探测到无线接入点覆盖面积的最大半径后，根据待定位区域的面积，将待定位区域划分为最大半径平方个数的子区域。
[0029]优选地，所述根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置，包括:
[0030]若目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与其中一个子区域中的无线接入点的MAC地址列表重复最多，则将目标点接收的信号强度样值与所述其中一个子区域中的位置指纹向量进行匹配，并根据匹配后的结果确定目标点的最终位置。
[0031]本发明实施例还提供了一种位置指纹定位装置，所述装置包括:
[0032]参考点标度模块，用于在待定位区域内，进行参考点标度；
[0033]位置指纹建立模块，用于根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹；
[0034]探测模块，用于探测无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径；当子区域划分模块将待定位区域划分为多个子区域后，探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表；
[0035]子区域划分模块，用于根据探测模块探测到的无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域；
[0036]第一匹配模块，用于根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配；
[0037]目标点确定模块，用于根据匹配模块的匹配结果确定目标点的定位区域。
[0038]优选地，
[0039]参考点标度模块，用于根据待定位区域位置特点标度选择的参考点；将待定位区域内的拐角处进行标度，并将待定位区域的非拐角区域进行均匀标度；
[0040]采集模块，用于在参考点标度模块标度参考点完成后，采集已标度参考点的东、南、西、北四个方向的信号强度样值；
[0041]位置指纹向量建立模块，用于根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量。
[0042]优选地，所述位置指纹建立模块包括:
[0043]位置指纹向量建立模块，用于获取每个参考点每个方向上的信号强度样值均值，并对每个考点每个方向上的信号强度样值均值进行标号为位置指纹向量，并将标号后的位置指纹向量记录在指纹地图中。
[0044]优选地，
[0045]子区域划分模块，用于根据探测到无线接入点覆盖面积的最大半径后，以及根据待定位区域的面积，将待定位区域划分为最大半径平方个数的子区域。
[0046]优选地，
[0047]第二匹配模块，若目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与其中一个子区域中的无线接入点的MAC地址列表重复最多，用于将目标点接收的信号强度样值与所述其中一个子区域中的位置指纹向量进行匹配，并根据匹配后的结果确定目标点的最终位置。
[0048](三)有益效果
[0049]本发明提供了一种位置指纹定位方法及装置，通过在待定位区域内进行参考点标度，能够利用较少的参考点数目获取较高的定位精度，并且有效的提取待定位区域最具特征性的位置指纹；通过探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，有效的降低了后续匹配时因整个待定位区域位置指纹向量数目较多而带来的高定位计算复杂度；另外，通过减少了定位计算复杂度，从而实现了对目标点的实时定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是本发明实施例提供的方法流程图；
[0051]图2是本发明实施例提供的方法详细流程图；
[0052]图3是本发明实施例提供的定位方案示意图；
[0053]图4是本发明实施例提供的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0054]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0055]实施例1:
[0056]为解决上述问题，本发明实施例提供了一种位置指纹定位方法，如图1所示，该方法包括:
[0057]S1:在待定位区域内，进行参考点标度，并采集已标度参考点的信号强度样值；[0058]S2:探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，并探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表;
[0059]S3:根据目标点实测的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置。
[0060]本发明提供了一种位置指纹定位方法及装置，通过在待定位区域内进行参考点标度，能够利用较少的参考点数目获取较高的定位精度，并且有效的提取待定位区域最具特征性的位置指纹；通过探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，有效的降低了后续匹配时因整个待定位区域位置指纹向量数目较多而带来的高定位计算复杂度；另外，通过减少了定位计算复杂度，从而实现了对目标点的实时定位。
[0061]通过在待定位区域内，根据待定位区域位置特点，将待定位区域内的拐角处进行标度，并将待定位区域的非拐角区域进行均匀标度，从而能够有效地提取待定位区域内最具特征性的位置指纹。通过对已标度参考点的东、南、西、北四个方向进行信号强度样值采集，并根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量，获取了较高的定位精度。
[0062]获取每个参考点每个方向上的信号强度样值均值，并对每个参考点每个方向上的信号强度样值均值进行标号为位置指纹向量，并将标号后的位置指纹向量记录在指纹地图中，从而获得了较高的定位精度。
[0063]探测到无线接入点覆盖面积的最大半径后，根据待定位区域的面积，将待定位区域划分为最大半径平方个数的子区域，从而得到了较准确的子区域划分模型，进而减少了定位计算的复杂度。
[0064]若目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与其中一个子区域中的无线接入点的MAC地址列表重复最多，则将目标点接收的信号强度样值与所述其中一个子区域中的位置指纹向量进行匹配，并根据匹配后的结果确定目标点的最终位置。从而减少了定位计算的复杂度，实现了对目标点的实时定位。
[0065]为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种位置指纹定位方法的详细流程，如图2所示,包括:
[0066]步骤101:在待定位区域内，进行参考点标度；
[0067]首先，根据待定位区域的地图以及待定位区域布局等位置特点进行参考点标度；
[0068]其中，在同性质均匀环境下的走廊上，如图3所示，左下区域部分走廊，参考点应均匀标度，即参考点C4，C5，C6。其间距取决于所需的平均定位精度，如定位精度需求为3m时，均匀打点间距为4-5m。
[0069]走廊墙壁的拐角处，建立参考点。该处的位置一般由于受到拐角墙壁的非视距阻挡，在经历拐角前后信号强度会出现很大的变化，继而该处的参考点具有很强的特征性和代表性。如图3所示，在走廊的拐角处Cl，C2，C3是具有环境特征性应特别标度的参考点。
[0070]在房间内部的拐角处是该房间特有的位置特征点，应典型的进行参考点标度。如图3所示，在房间I内部，在四个拐角处特别进行参考点标度(参考点Rl，R2，R3，R4)。[0071]在房间内部的非拐角处，即同性质均匀环境下，参考点均匀标度。但值得注意的是，在这些均匀标度的参考点处，与前面标度的拐角参考点(Rl，R2，R3，R4等)相邻的参考点，和该拐角参考点的间距不宜过大。其间距择取标准应能保证该参考点处的位置指纹向量和其相邻拐角参考点的位置指纹向量的欧氏距离小于该拐角参考点位置指纹向量和墙壁另一侧和该拐角参考点临近的参考点的位置指纹向量之间的欧氏距离。以图3中房间I为例，非拐角参考点R5和其最邻近的拐角参考点Rl之间的距离d应能保证由于该距离产生的R5和Rl的指纹向量欧氏距离应小于由房间I北侧墙壁所造成的参考点Rl和Cl之间的指纹向量间的欧氏距离。
[0072]此外，考虑到室内环境目标所出空间分布概率的大小，在目标出现频率较高的区域，指纹打点密度可以相对较高，其中，间隔3m。
[0073]步骤102:采集已标度参考点的信号强度样值；
[0074]由于人体的遮挡效应，为了获取较高的定位精度，在东、西、南、北四个方向分别采集独立的信号强度样值。在每个方向，所探测到的无线接入点的数目会不尽相同，及时接收到的来自同一个无线接入点的信号强度样值也会相差较大。因此，每个参考点每个方向的采集的信号强度样值单一记录成独立的位置指纹向量，对其标号后记录在指纹地图中。
[0075]假设整个区域共有N个位置指纹向量，那么对于每个位置指纹向量，其格式定义如下:
【权利要求】
1.一种位置指纹定位方法，其特征在于，所述方法包括: 在待定位区域内，进行参考点标度，并采集已标度参考点的信号强度样值； 探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，并探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表； 根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述在待定位区域内进行参考点标度包括: 在待定位区域内，根据待定位区域位置特点选择参考点进行标度； 所述根据待定位区域位置特点选择参考点进行标度包括: 将待定位区域内的拐角处进行标度，并将待定位区域的非拐角区域进行均匀标度； 所述采集已标度参考点的信号强度样值包括: 对已标度参考点的东、南、西、北四个方向进行信号强度样值采集； 所述在待定位区域内进行参考点标度，进一步包括: 根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量包括: 获取每个参考点每个方向上的信号强度样值均值，并对每个参考点每个方向上的信号强度样值均值进行标号为位置指纹向量，并将标号后的位置指纹向量记录在指纹地图中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测并根据无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域，包括: 探测到无线接入点覆盖面积的最大半径后，根据待定位区域的面积，将待定位区域划分为最大半径平方个数的子区域。
5.根据权利要求3和4所述的方法，其特征在于，所述根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配，根据匹配结果确定目标点的最终位置，包括: 若目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与其中一个子区域中的无线接入点的MAC地址列表重复最多，则将目标点接收的信号强度样值与所述其中一个子区域中的位置指纹向量进行匹配，并根据匹配后的结果确定目标点的最终位置。
6.一种位置指纹定位装置，其特征在于，所述装置包括: 参考点标度模块，用于在待定位区域内，进行参考点标度； 位置指纹建立模块，用于根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹； 探测模块，用于探测无线接入点的MAC地址列表以及无线接入点覆盖面积的最大半径；当子区域划分模块将待定位区域划分为多个子区域后，探测每个子区域中所有无线接入点的MAC地址列表； 子区域划分模块，用于根据探测模块探测到的无线接入点覆盖面积的最大半径，将待定位区域划分为多个子区域； 第一匹配模块，用于根据目标点接收的信号强度样值，将目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与每个子区域中无线接入点的MAC地址列表进行匹配；目标点确定模块，用于根据匹配模块的匹配结果确定目标点的定位区域。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 参考点标度模块，用于根据待定位区域位置特点标度选择的参考点；将待定位区域内的拐角处进行标度，并将待定位区域的非拐角区域进行均匀标度； 采集模块，用于在参考点标度模块标度参考点完成后，采集已标度参考点的东、南、西、北四个方向的信号强度样值； 位置指纹向量建立模块，用于根据每个已标度参考点的信号强度样值，建立位置指纹向量。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述位置指纹建立模块包括: 位置指纹向量建立模块，用于获取每个参考点每个方向上的信号强度样值均值，并对每个考点每个方向上的信号强度样值均值进行标号为位置指纹向量，并将标号后的位置指纹向量记录在指纹地图中。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 子区域划分模块，用于根据探测到无线接入点覆盖面积的最大半径后，以及根据待定位区域的面积，将待定位区域划分为最大半径平方个数的子区域。
10.根据权利要求8和9所述的装置，其特征在于， 第二匹配模块，若目标点实测的无线接入点的MAC地址列表与其中一个子区域中的无线接入点的MAC地址列表重复最 多，用于将目标点接收的信号强度样值与所述其中一个子区域中的位置指纹向量进行匹配，并根据匹配后的结果确定目标点的最终位置。
【文档编号】H04W64/00GK103561380SQ201310362402
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】崔琪楣, 陶小峰, 邓金刚, 史玉龙, 张雪菲 申请人:北京邮电大学