一種WIFI位置指紋采集方法及系統(tǒng)與流程

文檔序號：11158258閱讀：1162來源：國知局

本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其涉及一種WIFI位置指紋采集方法及系統(tǒng)。

背景技術：

近年來隨著智能手機和移動互聯(lián)網應用的快速發(fā)展，基于位置的服務吸引了越來越多的關注。實時定位技術已經成為交通、商業(yè)、物流、個性服務等多個高層次應用的基礎技術。在室外環(huán)境下，全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)經過長期的發(fā)展，已經可以提供很好的定位服務，例如全球定位系統(tǒng)，俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS），以及我國正在研制和即將應用的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Beidou Navigation System，BDS）。然而，在室內環(huán)境中，由于衛(wèi)星信號到達地面時較弱、不能穿透建筑物，以及多徑效應等問題，全球定位系統(tǒng)無法提供可靠的服務。因此，近年來室內定位技術已經成為導航領域的一個熱門研究方向。

基于WIFI位置指紋的室內定位方法屬于場景分析法的一種，由于其定位精度相對較高、易于部署、可移植性強等特點，已經成為應用最為廣泛的室內定位技術之一。

如申請?zhí)枮镃N201310565574.9的專利文獻提供的“基于WIFI指紋技術的定位方法和裝置”，該發(fā)明公開了一種基于WIFI 指紋技術的定位方法和裝置。該方法包括：根據(jù)用戶定位請求獲取待定位WIFI 指紋，并根據(jù)所述待定位WIFI 指紋匹配至少一個候選WIFI 指紋；根據(jù)候選WIFI指紋位置確定目標位置；根據(jù)候選WIFI 指紋位置確定所述目標位置的預估定位精度；將所述目標位置和預估定位精度提供給用戶。

又如申請?zhí)枮镃N201610178611.4的專利文獻提供的“一種WIFI定位指紋采集裝置及方法”，該發(fā)明提供一種WIFI定位指紋采集裝置及方法，采用紅外測距技術，確定定位點進行WIFI數(shù)據(jù)的采集。

WIFI位置指紋定位系統(tǒng)為了保證其較高的定位精度，需要一個指紋采集的過程，傳統(tǒng)的指紋訓練方法需要耗費大量的人力，因此成為制約WIFI位置指紋定位系統(tǒng)推廣應用的最主要因素。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種效率更高的WIFI位置指紋采集方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種WIFI位置指紋采集方法，包括：

S1.構建地圖結構，生成位置指紋數(shù)據(jù)庫；

S2.根據(jù)采樣過程中運動模式獲取起點位置，并將所述起點位置信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內；

S3.根據(jù)采樣過程中方向變化獲取轉彎點位置，并將所述轉彎點位置信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內；

S4.獲取多個采樣點的位置坐標信息，并將所述位置坐標信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內。

進一步地，所述地圖結構包括節(jié)點和路徑；

所述節(jié)點為所述路徑的端點，包括起點和轉彎點，所述節(jié)點還包括用戶自定義節(jié)點；

所述步驟S1中，根據(jù)所有節(jié)點坐標以及節(jié)點之間連通關系完成地圖結構的構建。

進一步地，所述步驟S1中，根據(jù)所述用戶自定義節(jié)點位置，可以采集大量指紋訓練數(shù)據(jù)集，所述指紋訓練數(shù)據(jù)集經過處理后生成位置指紋數(shù)據(jù)庫。

進一步地，所述步驟S2中，當采樣過程中運動模式為靜止時，檢測所處位置接收信號強度向量及對應的采樣時間戳，選取所述接收信號強度向量集合概率值最大的位置為靜止狀態(tài)所處位置；

當采樣過程中運動模式由靜止轉變?yōu)橐苿訒r，設置所述靜止狀態(tài)所處位置為路徑的起點，并將其存入所述位置指紋數(shù)據(jù)庫。

進一步地，所述步驟S2中，通過加速度傳感器判別運動模式，當所述加速度傳感器X軸、Y軸、Z軸三個方向讀數(shù)的標準差大于設定閾值時，判斷采樣運動模式由靜止轉變?yōu)橐苿印?/p>

進一步地，所述步驟S3中，當從起點開始沿著路徑移動采樣時，通過方向傳感器檢測方向變化，當所述方向傳感器度數(shù)變化超過設定閾值時，判斷采樣方向發(fā)生變化。

進一步地，所述采樣方向變化分為兩種情況：

當方向變化為在當前路徑上發(fā)生反方向轉變時，根據(jù)采樣移動速度和相應的時間戳來獲得轉彎點的坐標；

當方向變化為移動至另一條路徑時，根據(jù)方向發(fā)生改變前的采樣方向在所述地圖結構中篩選出所有可能的節(jié)點，再根據(jù)采樣移動速度和相應的時間戳匹配出實際所在節(jié)點。

進一步地，所述步驟S4中，根據(jù)所述起點與轉彎點的位置坐標，及路徑上每個參考點對應的采樣時間戳，利用線性內插方法計算出路徑中每個參考點的位置坐標；

將當前的轉彎點作為新的起點，重復執(zhí)行步驟S3、S4，直至采樣結束。

一種WIFI位置指紋采集系統(tǒng)，包括：

構建模塊，用于構建地圖結構，生成位置指紋數(shù)據(jù)庫；

采樣模塊，用于獲取起點、轉彎點以及多個采樣點的位置坐標信息；

添加模塊，用于將采樣模塊采集到的位置坐標信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內。

進一步地，所述采樣模塊包括：

接收信號強度檢測單元，用于采集接收信號強度向量；

時間單元，用于記錄采樣對應時間戳；

速度傳感器，用于檢測采樣移動速度；

加速度傳感器，用于判別所述采樣模塊運動模式；

方向傳感器，用于檢測所述采樣模塊方向的變化。

本發(fā)明與現(xiàn)有指紋采集方法相比具有如下優(yōu)點：

（1）本發(fā)明指紋采集可以伴隨日常活動同時進行，從而大大地降低了建立指紋數(shù)據(jù)庫的人力成本。

（2）本發(fā)明的WIFI位置指紋采集方法是一種持續(xù)不間斷的指紋采集方法，可以實時地更新室內指紋變化情況，以保證可靠的定位精度，且相比傳統(tǒng)指紋采集方法具備更好的系統(tǒng)移植性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中一種WIFI位置指紋采集方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中一種node-edge地圖結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中線性內插計算位置坐標方法示意圖。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

如圖1所示為本實施例中一種WIFI位置指紋采集方法，該方法包括：

S1.構建地圖結構，生成位置指紋數(shù)據(jù)庫；

S2.根據(jù)采樣過程中運動模式獲取起點位置，并將所述起點位置信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內；

S3.根據(jù)采樣過程中方向變化獲取轉彎點位置，并將所述轉彎點位置信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內；

S4.獲取多個采樣點的位置坐標信息，并將所述位置坐標信息添加至所述位置指紋數(shù)據(jù)庫內。

所謂位置指紋，是指對于特定的位置，都有唯一的可測物理量映射，這種用于標識位置的可測物理量被稱為位置指紋。

在基于WIFI的室內定位技術中，通常采用WIFI接收信號強度作為位置指紋。

WIFI位置指紋定位原理為：無線信號的信號強度在空間傳播過程中，會隨著傳播距離的增加而減弱，接收端設備與信號源距離越近，信號源的信號強度就越強接收端離發(fā)送方越遠,接收到的信號強度就越弱。根據(jù)終端設備接收到的信號強度和已知的無線信號賡牙落模型，WIFI位置指紋定位可以估算出接收方和發(fā)送方之間的距離，根據(jù)估算接收方與多個發(fā)送方之間的距離，就可以計算出接收方的位置。

基于位置指紋的定位方法一般分為兩個階段：離線數(shù)據(jù)采集階段和在線定位階段。

離線數(shù)據(jù)采集階段主要是在預先設定的參考點上采集多個無線接入點（Access Point，AP）的接收信號強度樣本，然后與位置信息一起存入數(shù)據(jù)庫中，這個數(shù)據(jù)庫就稱為位置指紋數(shù)據(jù)庫。

WIFI位置指紋定位進行在線定位時, 移動終端將收集到的各個不同信號源在該點的信號強度數(shù)據(jù)發(fā)送給定位服務器, 定位服務器根據(jù)信號強度的高斯分布的平均值和標準差,根據(jù)當前點實時測得的對應信號源的信號強度,去計算覆蓋當前點的所有信號源的聯(lián)合高斯分布概率。這個概率值越大,表示移動終端當前位置越靠近定位服務器已經保存的點。

由于空間是連續(xù)的, 要想獲得空間每一點信號強度的高斯分布是不可能的。所以我們無法獲取理想狀態(tài)下空間的信號強度, 為了解決這個問題, 可以在特定空間中按一定密度選擇一些特征點, 這些特征點可以作為系統(tǒng)的訓練點。通過訓練點將空間網格化。同時,特征點也作為定位終端的基準點來使用。所有的定位結果都以特征點作為參考點產生的。對于不同環(huán)境的無線局域網, 首先構建無線信號強度分布圖, 及構建信號強度經驗值數(shù)據(jù)庫, 也叫WIFI位置指紋庫。環(huán)境平面圖、AP位置、AP發(fā)射功率均已確定, 在移動終端可能出現(xiàn)的概率較大的地方分不同方向, 多次采集信號強度。

地圖信息是本發(fā)明的基礎，也是唯一的先驗因素。

本實施例步驟S1中內容包括兩部分，node-edge地圖結構、位置指紋數(shù)據(jù)庫。

如圖2所示為本實施例中一種node-edge地圖結構圖，node-edge地圖結構包括：node與edge。

edge指一條可行直線路徑；

node指edge的節(jié)點，其中包括用戶自定義node。

用戶自定義node表示日常生活中用戶會經常性停留一段時間的位置，例如辦公桌，茶水間等。所有滿足上述條件的位置都可以作為用戶自定義 node，但是考慮到實際情況并非所有室內人員都參與采樣工作，所以只選擇參與指紋采樣的人員經常性停留的點作為用戶自定義 node。

由于不同人員在室內日常活動點的不同，不同的采樣人員擁有不同的用戶自定義node。針對特定人員的用戶自定義node選取需要遵循一定的準則。

本文構建地圖結構的方式通過存儲所有node的坐標以及node之間的連通關系來實現(xiàn)。

由于用戶自定義node都是一些會經常停留的點，所以當采樣人員停留在用戶自定義node位置處，可以采集大量的指紋訓練數(shù)據(jù)集。指紋訓練數(shù)據(jù)集通過一定的處理，可以生成位置指紋數(shù)據(jù)庫。

步驟S2中，采樣時存在兩種采樣運動模式：靜止和行走。

可以通過智能設備的加速度傳感器判別運動模式。

加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中，通過對質量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。

根據(jù)目前設備定位的坐標系，設備加速度傳感器包括三個方向：x軸、Y軸和Z軸。分別表示三個方向加速度計讀數(shù)的標準差，分別是設定的閾值。當三個方向加速度計的標準差大于設定的閾值，則可以判斷運動模式由靜止轉變?yōu)樾凶摺?/p>

當采樣過程中運動模式為靜止時，檢測所處位置接收信號強度向量及對應的采樣時間戳，選取所述接收信號強度向量集合概率值最大的位置為靜止狀態(tài)所處位置；

當采樣過程中運動模式由靜止轉變?yōu)橐苿訒r，設置所述靜止狀態(tài)所處位置為路徑的起點，并將其存入所述位置指紋數(shù)據(jù)庫。

步驟S3中，將行走方向發(fā)生改變的點稱為轉彎點。對于每個node，往往存在幾條包含該node的edge。這意味著對于我們已經獲取的起點，存在著幾條可以行走的edge。所以首先我們需要在可能的幾條edge中找出采樣路徑經過的那條edge。edge之間的差別體現(xiàn)在方向角度上，所以智能設備的方向傳感器被用來進行edge匹配。

確定初始edge之后，初始的采樣行走方向也確定了。從起點開始沿著當前的edge行走采樣，通過設備方向傳感器數(shù)據(jù)檢測方向的變化。

方向傳感器通過對力敏感的傳感器感受手機在變換姿勢時重心的變化，使手機光標變化位置從而實現(xiàn)選擇的功能。手機重力感應技術：利用壓電效應實現(xiàn)，簡單來說是測量內部一片重物（重物和壓電片做成一體）重力正交兩個方向的分力大小，來判定水平方向。

當沿著一個確定的方向行走時，方向傳感器的讀數(shù)變化在很小范圍內，當方向傳感器度數(shù)的變化超過設定的閾值時，則可以判斷方向發(fā)生了變化。根據(jù)地圖結構，方向變化分為兩種情況：在當前edge上發(fā)生反方向轉彎，行走到另一條edge。

前文提到，通過采樣程序，我們可以采集到每個樣本點的RSS向量以及對應的采樣時間戳。如果是第一種情況，使用預估的行走速度和相應的時間戳，來獲得轉彎點的坐標。如果是第二種情況，這種情況只能發(fā)生在當前兩條edge連接的node位置，node的坐標已經存儲在地圖結構中。根據(jù)方向發(fā)生改變前的采樣方向在存儲的地圖結構中遍歷出所有可能的node。再利用使用預估的行走速度和相應的時間戳匹配出實際所在node。

步驟S4中，通過步驟S2、S3，已經獲得了從起點到轉彎點的直線路徑。由于直線路徑上的采樣點位置坐標具有隨機性，我們無法直接獲得每個采樣點的位置坐標信息，通過基于采樣點時間戳的線性內插方法進行解決，示意圖如圖3所示。

在認為行走采樣為勻速的基礎上，根據(jù)起點轉彎點的位置坐標，及路徑上每個參考點對應的采樣時間戳，就可以利用線性內插方法計算出路徑中每個參考點的位置坐標。

接下來，將當前的轉彎點作為新的起點，再跳至步驟S3去尋找新的轉彎點。按照此步驟執(zhí)行，直至本次采樣結束。

本實施例還提供一種WIFI位置指紋采集系統(tǒng)，包括：

構建模塊100，用于構建地圖結構，生成位置指紋數(shù)據(jù)庫；

采樣模塊200，用于獲取起點、轉彎點以及多個采樣點的位置坐標信息；

添加模塊300，用于將采樣模塊200采集到的位置坐標信息添加至地圖結構和位置指紋數(shù)據(jù)庫內。

采樣模塊200包括：

接收信號強度檢測單元310，用于采集接收信號強度向量；

時間單元320，用于記錄采樣對應時間戳；

速度傳感器330，用于檢測采樣移動速度；

加速度傳感器340，用于判別所述采樣模塊運動模式；