一种wlan/蓝牙定位中的指纹库采集和优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及室内外定位技术领域，尤其设及一种WLAN/蓝牙定位中的指纹库采集 和优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对定位、导航和位置服务需求的日益增长，运种需求已经从室外扩展的 到室内、地下等各种人们的活动区域。卫星导航(Global化vigation Satellite System, GNSS)作为重要的定位导航手段，由于受到信号传播限制，在室内、地下等严重遮挡区域，无 法提供定位导航服务。基于Wi-Fi、蓝牙等无线信标的指纹定位方式，由于网络环境布设容 易、不受信号多径影响、定位精度较高W及无累积误差等特点，已经成为室内定位的一种主 要手段。它所能提供的米级定位，能够满足大多数室内位置服务需求，对于GNSS遮挡严重的 室外区域，也能作为一种补充定位手段。
[0003] 指纹定位的基本方法是，离线训练阶段，通过在一系列已知位置上收集多个无线 接入点（Access 化int，AP)的接收信号强度指示（Received Si即al Strength Indicator, RSSI)，建立标定位置点与信号强度指示的映射数据库，即指纹库（Fingerprint 化tabase)，也被称作无线信号地图（Radio Map)。在线定位阶段，将当前移动接收设备所接 收到的接入点信号强度信息与指纹库中的各个参考点(Reference化int)信号强度进行匹 配，利用匹配度高的参考点位置估计最终的定位结果。因此，Wi-Fi/蓝牙指纹定位中，信号 指纹库的准确度在一定程度上决定了后续匹配定位的精度。
[0004] 由于无法对Wi-Fi、蓝牙等无线信号的传播过程进行准确建模，并且因为设备噪 声、外界干扰等原因，信号强度呈现随机跳动状态。因此，传统的指纹库采集方法通常需要 预先标定参考点坐标，然后在各个参考点上进行多次信号强度采集，并进行数学平均，来确 定各个参考点的接收信号强度，从而建立指纹数据库。运种方式简单有效，然而，在实际推 广应用中存在两大问题:第一，对于大范围的应用场景，参考点的标定W及大量参考点指纹 的长时间采集都耗时耗力；第二，伴随环境特征变化，例如室内布局的改变、室外季节变化 等等，各参考点的接收信号强度会发生明显变化，导致指纹库失效，定位精度严重降低，运 时就需要重新采集信号并更新指纹库，从而重新面临上述第一条的问题。所W，如何进行指 纹库的快速采集和优化处理，是指纹定位技术在应用推广中必须解决的关键问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种WLAN/蓝牙定位中的指纹库采集方法，可灵活完成大范围指纹库 采集，同时，通过优化处理方法，去除随机信号跳变，提升指纹库稳定性。
[0006] 本发明是通过W下技术方案实现：
[0007] -种WLAN/蓝牙定位中的指纹库采集方法，其包括W下步骤：
[000引步骤1，在地图上规划指纹信息的采集路径，行人手持终端按照规划的采集路径W 行人步长L进行行走，同时终端采集指纹信息，并利用行人航位推算PDR方法推算出第i个步 伐时刻tpDR, i终端对应的空间坐标(Utpw,，Vtpw,),然后W指纹输出时刻为基准，将步伐时刻和 指纹输出时刻对齐，获得参考点，各参考点组成指纹库；
[0009] 其中，参考点包括参考点空间坐标，Vtj.)和采集的指纹信息，指纹信息为终端 采集的无线接入点的信号强度;步伐时刻为行人航位推算方法PDR检测到步伐开始的时刻， 指纹输出时刻为终端输出接收信号强度RSSI的时刻； 广 Uf''二'林t' -Lj - GQSCT
[0010] 对齐方法为：七,:;a为行进方向角，其W正北为0度，顺时针增 V,. = V, +L： -Sinor 、 呼口反，[ J 加; k为补偿步长的长度，且
t j为第j个指纹输出时刻，且j = 1，2，…， J J为参考点总个数；
[0011] 步骤2,针对指纹库中能够扫描到无线接入点的每一个参考点，修正其对应的指纹 信息，具体为：
[0012] 步骤21，设参考点能够扫描到的无线接入点的总数为N，则针对第n个无线接入点， 建立接收信号强度与时间的多项式回归方程
[OOU] fn(tj)=Pn,ltjm+pn,2t/-l+. . .+Pn,mtj+Pn,(m+1)，利用最小二乘准则，通过最小化指纹 信息观测值片，W巧与回归模型输出值fn佔)的方差
且获得回归模型系数
[001引Pn,l,pn,2, . . . ,Pn,m,Pn,(m+l),从而得到束n个无线接入点在指纹输出时刻tj的拟合强 度值 fn(tj);
[0016] 其中，Pn,l，Pn,2, . . .，Pn,m，Pn,(m+l)为第n个AP的多项式回归系数;m为多项式阶数，为 设定值；为指纹输出时刻*^下第〇个无线接入点接收的指纹信息即接收信号强度；
[0017] 步骤22,针对其余的(N-I)个无线接入点分别利用步骤21计算拟合强度值，并将计 算的J个拟合强度值替换参考点的指纹信息。
[0018] 进一步的，还包括步骤3,确定每个参考点中接收信号强度最强的无线接入点AP， 将最强无线接入点AP相同的参考点划分为一组，通过空间密度聚类的方式判断每个组内的 所有参考点是否具有空间上聚集的特征，若某参考点具有空间上聚集的特征，则在指纹库 中保留该参考点，否则从指纹库中剔除该参考点。
[0019] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
[0020] 本发明基于行人航位推算(PDR)技术，进行指纹位置推算，从而快速生成指纹库参 考点。同时，对每个无线接入点利用时间-信号强度曲线求得拟合强度值，用拟合曲线的值 作为最终的指纹强度值。运样可剔除跳变值和强度的小幅波动，达到传统指纹库采集时信 号强度值累积平均的效果。本方法还通过空间密度聚类的方式，来判断每个分组内的参考 点是否具有空间上聚集的特征，对于无法聚集的离群点，认为该点的指纹产生了不期望的 跳变，将其从指纹库中剔除，从而剔除了噪声点实现了指纹库的进一步优化。
【附图说明】
[0021 ]图1本发明的参考点生成示意图；
[0022] 图2(a)为行人行走时智能终端的加速度计=轴合加速度值的第一变化情况图；
[0023] 图2(b)为行人行走时智能终端的加速度计=轴合加速度值的第二变化情况图；
[0024] 图3为本发明的空间密度聚类实施例示意图；
[0025] 图4为本发明的二维点集空间聚类示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0027] -种WLAN/蓝牙定位中的指纹库采集和优化方法，其包括W下步骤：
[0028] 步骤1，在地图上规划指纹信息的采集路径，按照规划的采集路径W行人步长L进 行行走，同时采集指纹信息，并利用行人航位推算方法PDR推算出第i个步伐时刻tPDR,拥应 的空间坐标(Ut阳R, i，Vt阳R, i )，然后W指纹输出时刻为基准，将步伐时刻和指纹输出时刻对 齐，获得参考点，各参考点组成指纹库;其中，参考点包括参考点空间坐标(Utj，Vt,)和初始指 纹信息。具体的：
[0029] 行人航位推算(PDR)是利用加速度特征检测行人步伐，同时通过方向进行行人航 位推算的一种递推定位方法。地图是对空间坐标的一组映射，通过像素坐标或直角坐标进 行空间的描述。指纹定位中指纹库的建立，即产生一系列基准参考点（Reference Point), 包括空间坐标和该点的指纹信息，通常用矢量(x，y，RSSIi，RSSl2,……，RSSIn)表示，其中 (x，y)表示参考点空间坐标，（RSSIi，RSSl2,……，RSSIn)表示该参考点空间坐标下所接收到 的信号强度，其中N为无线接入点总个数。指纹信息是指在相应的空间坐标下，定位终端(如 手机)对接收范围内无线接入点的接收信号强度。
[0030] 为了快速自主的获得参考点的空间坐标和该点的指纹信息，本方法利用地图作为 辅助工具，通过人为设定起始点，根据实际定位需求，进行采集指纹信息的路径规划;采集 人员手持智能终端(如手机），按规划路径步行进行指纹信息采集，同时，利用PDR技术推算 出各个指纹信息输出时刻采集人员所处的空间位置，从而实现空间坐标与指纹信息的对 接，获得指纹库中的参考点RPj。
[0031] 基于PDR技术的采集实施例
[0032] 如图1所示，W像素地图为例，用(u，v)表示图像中的位置坐标，如图1所示，起始点 坐标为(Us, Vs),终点坐标为(Ue，Ve)，行进方向角为曰。
[0033] (1)行人步伐检测
[0034] 如图2(a)所示，行人在行走时，=轴合加速度波动强烈，静止时，=轴合加速度波 动很小；图2(b)是第（1)幅图的局部放大，可W看出，行人迈步时，合加速度产生一个上升沿 尖峰。因此，通过=轴合加速度的判断，可W对行人进行步伐检测。
[0035]假设t时刻，加速度计的S轴输出为(ax, t，ay, t，az, t)，则该时刻的合加速度At表示 为
(1)
[0037] t-1时刻，合加速度表示为
(2)
[0039] 对于t时刻的合加速度设定如下判别条件
[0040] 拽 Ad<r义
[0041 ]其中，Ta为合加速度的强度阔值，当At同时满足公式(3)中的立个条件时，则判断行 人此时行走一个步伐。
[0042] (2)位置推算
[0043] 通过检测到的步伐，可W进行行人当前位置的推算。设检测到步伐的时刻分别为 tPDR, 1，tPDR, 2，......，tPDR, i，i为从起始时刻开始检测到步伐的序列数，则运些时刻上，行人的 像素坐标通过下式计算得到 U. 二 Us -i 'COS 贷
[0044] 聊 ,. /4) h 聊=Vs+王.:s:ma U =11. - L - COS a
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[0046] 其中，（113，￥3)为起始点坐标，(1、如％化,:)'为1。〇[?,拥刻行人所处的位置坐标，行进 方向角为0,行人步长为L。通过起始点坐标和位置推算，即可得到行人各个步伐时刻所处的 坐标位置。
[0047] (3)参考点生成
[004引由于智能终端(如手机)进行无线扫描并输出指纹信息的时间间隔为At,那