一种确定室内位置的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种确定室内位置的方法及装置，属于定位技术领域。用于解决现有技术室内定位存在定位精度低的问题。包括：第一终端在预先确定的参考点获取发射端发射的第一信号，将第一终端获取的第一信号存储到数据库；第二终端在待确定位置获取至少一组发射端发射的第二信号，根据所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定发射端权重；根据发射端权重，第二信号和第一信号，进行加权K近邻算法，确定待确定位置坐标点集合；将待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以确定的初始点为中心，选取正态核函数，确定Mean shift向量；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向量等式右侧的被减数确定为所述待确定位置坐标。
【专利说明】
一种确定室内位置的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及定位技术领域，更具体的涉及一种确定室内位置的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定 位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位 置监控。由于在室内环境无法使用卫星定位，使得室内定位技术作为卫星定位的辅助定位 方式，解决了卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。
[0003] 目前，室内定位技术主要包括：基于射频识别（英文为：Radio Frequency Identification，英文简称：RFID)，ZigBee，无线局域网（英文为：Wireless Local AreaNetworks，英文简称:WLAN)，红外线技术等。上述技术的共同点都是利用多个信号源发 射的信号信息，通过计算叠加的覆盖区域来确定终端的位置。从而导致以上技术的室内定 位存在信号覆盖范围小，定位精度低的问题。
[0004] 综上所述，现有技术室内定位技术，存在定位精度低的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种确定室内位置的方法及装置，用以解决现有技术室内定位 技术，存在定位精度低的问题。
[0006] 本发明实施例提供一种确定室内位置的方法，包括：
[0007] 第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信号，将所述第一 终端获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述第一信号与所 述参考点位置对应；
[0008] 第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号，根据所述第二 信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所述发射端权重， 所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置坐标点集合；
[0009] 将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述确定的初始点为中 心，选取正态核函数，确定Mean shift向量以及与所述Mean shift向量对应的Mean shift 向量等式；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向量等式右侧的被 减数确定为所述待确定位置坐标。
[0010]优选地，将所述第一终端获取的信号依次存储到数据库之前，还包括：
[0011]对所述第一终端获取的第一信号进行卡尔曼滤波。
[0012] 优选地，当所述Mean shift向量大于设定阈值时，根据初始Mean shift核窗宽更 新所述Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，所述初始Mean shift核窗宽为第一次 计算所述Mean shift向量时的预设值。
[0013] 本发明实施例还提供一种确定室内位置的装置，包括：
[0014] 创建单元，用于第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信 号，将所述第一终端获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述 第一信号与所述参考点位置对应；
[0015] 计算单元，用于第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信 号，根据所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据 所述发射端权重，所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位 置坐标点集合；
[0016] 确定单元，用于将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述确 定的初始点为中心，选取正态核函数，确定Mean shift向量以及与所述Mean shift向量对 应的Mean shift向量等式；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向 量等式右侧的被减数确定为所述待确定位置坐标。
[0017] 优选地，所述创建单元还用于：
[0018] 对所述第一终端获取的第一信号进行卡尔曼滤波。
[0019] 优选地，所述确定单元还用于：
[0020]当所述Mean shift向量大于设定阈值时，根据初始Mean shift核窗宽更新所述 Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，所述初始Mean shift核窗宽为第一次计算所 述Mean shift向量时的预设值。
[0021] 本发明实施例中，提供一种确定室内位置的方法及装置，包括第一终端在预先确 定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信号，将所述第一终端获取的所述第一信号存 储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述第一信号与所述参考点位置对应;第二终端 在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号，根据所述第二信号离差标准化后 的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所述发射端权重，所述第二信号和所 述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置坐标点集合;将所述待确定位置坐 标点集合的任一点确定为初始点，以所述确定的初始点为中心，选取正态核函数，依次确定 Mean shift向量和Mean shift核窗宽；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述 Mean shift向量等式右侧的被减数确定为所述待确定位置坐标;其中，所述Mean shift核 窗宽是根据所述待确定位置坐标点集合中所有坐标点与所述初始点的标准差确定的。在上 述方法中，将加权K近邻算法和窗宽自适应Mean shift结合进行定位，先通过加权K近邻算 法确定待确定位置坐标点集合，再通过窗宽自适应Mean shift确定待确定位置的最终坐 标。上述通过算法进行定位，操作简单，同时提高了定位精度。
【附图说明】
[0022] 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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 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。
[0023] 图1为本发明实施例提供的一种确定室内位置的方法流程示意图；
[0024] 图2为本发明实施例提供的一种确定室内位置的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 在介绍本发明实施例所提供的一种确定室内位置的方法之前，先介绍几个本发明 实施例涉及的专业术语：
[0027] 1)射频识别，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目 标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
[0028] 2)无线局域网络，它是相当便利的数据传输系统，它利用射频（英文为：Radio Frequency，英文简称：RF)的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（英文为： Coaxial)所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取 架构让用户透过它，达到〃信息随身化、便利走天下〃的理想境界。
[0029] 3)Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技 术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee) 是靠飞翔和"嗡嗡"（zig)地抖动翅膀的"舞蹈"来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说 蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低 数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之， ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
[0030] 图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种确定室内位置的方法流程示意图， 该方法可以应用于室内定位中。
[0031] 如图1所示，本发明实施例提供的一种确定室内位置的方法，包括以下步骤：
[0032] 步骤101，第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信号，将 所述第一终端获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述第一 信号与所述参考点位置对应；
[0033] 步骤102,第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号，根据 所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所述发 射端权重，所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置坐标 点集合；
[0034] 步骤103，将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述确定的初 始点为中心，选取正态核函数，依次确定Mean shift向量和Mean shift核窗宽；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向量等式右侧的被减数确定为所述待确定 位置坐标;其中，所述Mean shift核窗宽是根据所述待确定位置坐标点集合中所有坐标点 与所述初始点的标准差确定的。
[0035] 需要说明的是，终端可以是智能手机，也可以是平板电脑，在本发明实施例中，对 终端的具体形式不做限定。
[0036] 在步骤101中，第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信 号，其中，第一终端所处的参考点是预先确定的，且参考点的数量可以包括多个，在本发明 实施例中，对第一终端所处的参考点的具体数量不做限定。
[0037] 第一终端在参考点获取至少一组发射端发射的第一信号，其中，发射端可以包括 多个，在本发明实施例中，对发射端的数量不做限定。第一终端将获取到的多组信号分别存 储到数据库内，需要说明的是，若第一终端是第一次将获取到的信号存储到数据库，则需要 先建立数据库，其中第一终端获取到的第一信号与参考点位置对应。比如，当第一终端将在 第一个参考点获取到的第一信号建立的数据库，则可以将建立的数据库确认为第一数据 库，其中，第一数据库内存储的第一信号和第一终端所在参考点位置对应，第一终端在第二 个参考点获取到的信号与获取信号的位置对应，存储到第一数据库中。
[0038] 需要说明的是，由于复杂的室内环境会对第一终端接收到的第一信号的信号强度 造成干扰，因此，在本发明实施例中，需要对第一终端接收到的第一信号进行卡尔曼滤波， 将第一终端接收到的信号中的噪声滤除。
[0039] 进一步地，在进行卡尔曼滤波时，对第一终端接收到的第一信号中，有突然变化的 信号强度进行判断，当某点预测值与其测量值相差大于某一数值(该数值的确定与接收到 的信号强度值有关），且该值后面的多个测量值与当前预测值的差大于这个数值时，判断该 点为正常跃变点，此时，将当前点的测量值设置为当前点的预测值;否则为异常跃变点，按 照原来的过程继续进行滤波。
[0040]在步骤102中，第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号， 根据所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所 述发射端权重，所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置 坐标点集合。
[0041] 进一步地，对第二终端接收到的第二信号的均值向量与标准差向量进行离差标准 化，进而在加权K近邻算法中计算发射端权重，将第二终端接收到的多个信号与数据库内存 储的第一信号进行匹配，并返回待确定位置点。
[0042] 假定第二终端在某一个待确定位置点接收到m个第二信号的信号强度向量，每个 信号强度向量有η列，此处η为发射端个数，则该信号矩阵为mXn。对该矩阵按列取均值，则 得到ΙΧη的均值向量。从中选择信号强度值最小的数A和信号强度值最大的数B。将均值向 量中的每个信号强度值均减去A，并除以（B-A)。同理，对该矩阵按列取标准差，做相同的计 算。将通过上述处理的信号强度值向量，分别确定为离差标准化后的均值向量与离差标准 化后的标准差向量。
[0043] 进一步地，对第二信号进行加权K近邻算法，具体包括以下过程：
[0044] 首先，通过下列第一公式计算多个发射端中第j个发射端的权重
[0046] 在公式（1)中，^为在待确定位置处接收到的发射端离差标准化后均值向量的第j 个数，^为离差标准化后标准差向量的第j个数。
[0047] 然后，通过下列公式(2)计算在某一参考点处接收到的信号与待确定位置点的欧 几里德距离：
[0049]在公式(2)中，cU表示第i个参考点与待确定位置点的欧几里德距离，Ru表示第i个 参考点接收到信号的均值向量中第j个数，￥表示在待确定位置处接收到信号的均值向量 中第j个数。
[0050]最后，根据加权K近邻算法，通过公式(3)，计算所述待确定位置坐标：
[0052] 在公式(3)中，YP是K个最近点中第p个点的坐标，ε是非常小的数，避免分母为〇。
[0053] 在步骤103中，将待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以确定的初始点 为中心，选取正态核函数，通过下列公式(4)依次确定Mean shift向量和Mean shift核窗 宽：
[0055]其中，mh,G(x)为Mean shift向量，η为当前区域中点的个数，xi为当前区域中第i个 点的坐标，g(x)为正态核函数的轮廓函数，h为Mean shift核窗宽，X为当前区域中密度最大 点的位置，当Mean shift向量大于阈值时，将X更新为公式(4)等式右侧的被减数。
[0056] 进一步地，正态核函数通过下列公式(5)确定：
[0058]其中，d表示空间维数，他的轮廓函数可以通过下列公式(6)确定：
[0060] 公式(6)中，Mean shift核窗宽为h，h可以用下列公式(7)表示：
[0062]公式(7)中，s为当前区域以X为中心所有点的标准差，可以通过下列公式(8)确定：
[0064] 当Mean shift向量小于设定阈值时，将Mean shift向量等式右侧的被减数确定为 待确定位置坐标;其中，Mean shift向量等式为公式(4)，公式(4)右侧的被减数为当前区域 中密度最大的点，即将区域中密度最大的点的位置确定为待确定位置坐标。
[0065] 进一步地，当Mean shift向量大于设定阈值时，根据初始Mean shift核窗宽更新 Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，初始Mean shift核窗宽为第一次计算所述 Mean shift向量时的预设值。
[0066] 需要说明的是，当第一次计算Mean shift向量之前，会给定一个初始Mean shift 核窗宽，根据给定的初始值，计算出第一次循环下的Mean shif t向量。在之后的每次循环 中，都会按照公式依次计算Mean shift向量和Mean shift核窗宽。当更新当前循环中的 Mean shift向量时，会根据上次循环得到的Mean shift核窗宽来计算。
[0067] 本发明实施例中，提供一种确定室内位置的方法及装置，将加权K近邻算法和窗宽 自适应Mean shift结合进行定位，先通过加权K近邻算法确定待确定位置坐标点集合，再通 过窗宽自适应Mean shift确定待确定位置的最终坐标。上述通过算法进行定位，操作简单， 同时提高了定位精度。
[0068] 基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种确定室内位置的装置，由于该装置 解决技术问题的原理与一种确定室内位置的方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的 实施，重复之处不再赘述。
[0069] 如图2所示，为本发明实施例提供的一种确定室内位置的装置结构示意图，包括创 建单元201，计算单元202和确定单元203。
[0070] 创建单元201，用于第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第 一信号，将所述第一终端获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的 所述第一信号与所述参考点位置对应；
[0071 ]计算单元202，用于第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二 信号，根据所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根 据所述发射端权重，所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定 位置坐标点集合；
[0072]确定单元203,用于将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述 确定的初始点为中心，选取正态核函数，确定Mean shift向量以及与所述Mean shift向量 对应的Mean shift向量等式；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift 向量等式右侧的被减数确定为所述待确定位置坐标。
[0073] 优选地，所述创建单元201还用于：
[0074]对所述第一终端获取的第一信号进行卡尔曼滤波。
[0075] 优选地，所述确定单元203还用于：
[0076]当所述Mean shift向量大于设定阈值时，根据初始Mean shift核窗宽更新所述 Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，所述初始Mean shift核窗宽为第一次计算所 述Mean shift向量时的预设值。
[0077] 应当理解，以上一种确定室内位置的装置包括的单元仅为根据实现的功能进行的 逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的装置所实现 的功能与上述实施例提供的一种确定室内位置的方法一一对应，对于该装置所实现的更为 详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。
[0078] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序 产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产 品的形式。
[0079] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程 图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流 程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序 指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产 生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0080] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。
[0081] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0082]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0083]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种确定室内位置的方法，其特征在于，包括： 第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信号，将所述第一终端 获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述第一信号与所述参 考点位置对应； 第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号，根据所述第二信号 离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所述发射端权重，所述 第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置坐标点集合； 将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述确定的初始点为中心， 选取正态核函数，确定Mean shift向量以及与所述Mean shift向量对应的Mean shift向量 等式；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向量等式右侧的被减数 确定为所述待确定位置坐标。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一终端获取的所述第一信号存储到 数据库之前，还包括： 对所述第一终端获取的第一信号进行卡尔曼滤波。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定Mean shift向量，还包括确定Mean shift核窗宽，其中，所述Mean shift核窗宽是根据所述待确定位置坐标点集合中所有坐标 点与所述初始点的标准差确定的。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述Mean shift向量大于设定阈值时，根 据初始Mean shift核窗宽更新所述Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，所述初始 Mean shift核窗宽为第一次计算所述Mean shift向量时的预设值。5. -种确定室内位置的装置，其特征在于，包括： 创建单元，用于第一终端在预先确定的参考点获取至少一组发射端发射的第一信号， 将所述第一终端获取的所述第一信号存储到数据库，其中，所述第一终端获取到的所述第 一信号与所述参考点位置对应； 计算单元，用于第二终端在待确定位置获取至少一组所述发射端发射的第二信号，根 据所述第二信号离差标准化后的均值向量与标准差向量，确定所述发射端权重;根据所述 发射端权重，所述第二信号和所述第一信号，进行加权K近邻算法，确定所述待确定位置坐 标点集合； 确定单元，用于将所述待确定位置坐标点集合的任一点确定为初始点，以所述确定的 初始点为中心，选取正态核函数，确定Mean shift向量以及与所述Mean shift向量对应的 Mean shift向量等式；当所述Mean shift向量小于设定阈值时，将所述Mean shift向量等 式右侧的被减数确定为所述待确定位置坐标。6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述创建单元还用于： 对所述第一终端获取的第一信号进行卡尔曼滤波。7. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于： 当所述Mean shift向量大于设定阈值时，根据初始Mean shift核窗宽更新所述Mean shift向量和Mean shift核窗宽；其中，所述初始Mean shift核窗宽为第一次计算所述Mean shift向量时的预设值。
【文档编号】H04W84/12GK105866733SQ201610397509
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】王琪, 孙瑞, 陆小军, 刘晓婷, 刘志鹏, 张铁, 孙艳蕊, 张祥德
【申请人】东北大学