[发明专利]一种基于非现场勘测的无线室内定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非现场勘测的无线室内定位方法，属于无线定位技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展与普及，无线设备的实用性大幅度提高，同时具有多种传感器功能的智能手机得到广泛的使用。这些技术实现了信息世界与物理世界的有效融合，使得以人为中心的普适计算成为可能。目前，国内大型建筑物不断增加，大型商场、展会和活动蜂拥出现，人们大多数的商业与社会活动都是在室内进行，因此室内定位的重要性不言而喻。不管从方便日常生活的角度，还是从确保人身财产安全的方向，准确的室内定位与导航系统都是不可或缺的。比如在大商场或者大展会、博物馆中，人们想找到朋友或者走失的儿童；或者在火灾等紧急情况下如何能迅速找到应急疏散的通道等等。正是定位信息的重要性使得国际上多所著名大学与公司都对这项技术投入了大量的力量进行研发。

无线指纹定位技术（Radio Fingerprinting）是利用无线信号在不同物理位置上的信号特征不同而进行分析，最终给出被跟踪目标位置信息的一项技术。它充分利用了已有的Wi-Fi硬件设施和系统，将无线信号强度（Received Signal Strength，简称RSS）等附加信息作为信号特征，通过多次的采样建立物理位置和信号强度信息的对应关系数据库，这样的一对关系就是所谓的位置-指纹信息。当被追踪目标进入定位区域后，根据其获得的所在位置的无线信号特征，经过与指纹数据库的样本进行对比，以最相似的样本的位置估计为被跟踪目标的位置。

传统的无线指纹定位技术采用两阶段的模式。第一个阶段是训练阶段，或称为信号采集阶段，即采用人工的方法预先将室内各个位置上的无线信号强度（如不同无线路由的Wi-Fi信号强度或Zig-Bee信号强度）进行多次记录，并将记录结果处理后存储在数据库中对应物理位置的条目中。由于无线信号传播和室内情况的不确定性，信号强度数据的采集需要大量多次的重复。同时，物理位置的精确程度也影响到最终定位结果的准确性，需要消耗大量的人力和时间进行准备和现场勘查（Site Survey），提前建立无线信号地图（Radio Map）。经过第一阶段的训练，指纹数据库建立好以后，系统进入第二阶段，即实际的服务阶段。用户可以在已有无线信号分布图的区域获得自己的无线指纹信息，并将该信息作为查询的依据发送给定位服务模块。通过定位算法，将用户发送的无线指纹信息与数据库中的无线指纹进行比对，返回相似度最接近的位置信息给用户。

由于无线指纹定位技术利用已有网络设施进行定位，不增加系统的额外开销，因此国内外学者对无线指纹定位方法进行了大量深入的研究。但如上所述，现有的无线指纹定位技术还存在以下的缺陷：

（1）需要进行高成本、低效率的人工现场勘测

现场勘测需要对定位区域的每一位置进行无线信号指纹的采样与人工标注，耗时费力，而且难以覆盖定位区域的所有位置。

（2）对环境变化以及无线信号波动的容忍性差

室内环境的一大特征是环境多变，且无线信号传播特性复杂，信号波动性大。基于现场勘测的方法，难以适应环境的动态变化；传统的方法直接利用无线信号指纹之间的欧式距离作为特征，难以适应无线信号的波动性。

（3）无法实现房间级别的逻辑定位

传统的方法大多旨在实现绝对坐标的定位，无法实现区分不同的房间。而事实上，房间信息在实际中具有更大的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于非现场勘测的无线室内定位方法，利用智能手机为载体，配合多种嵌入式传感器，通过非站点勘测型的指纹定位算法，基于用户路径及其所推衍出的空间连通性，实现对室内用户进行定位，不经过现场勘测即可给出用户当前位置。

本发明提出的基于非现场勘测的无线室内定位方法，包括以下各步骤：

（1）通过手机采集无线网络的信号以及手机中的加速度传感器和方向传感器的读数，组成一个指纹数据集：D＝{F，S}，其中F为采集的无线信号，F＝[f₁，f₂，f₃，......，f_n]，f_i表示无线网络中第i个无线接入点的信号强度值，S为手机中的加速度传感器和方向传感器的读数，i＝1，2，3，......，n，n为无线网络中无线接入点的个数；