一种移动环境下的精确定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种移动环境下的精确定位方法及装置，借助用户运动模型，判断无线信号指纹中过时的AP数据，并修正指纹库中与之对应的AP数据，以消除或减小过时的AP数据对定位精度的影响，提高定位精度。所述方法包括：接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的接收信号强度RSS信息；确定所述RSS信息中过时的接入点AP数据及非过时的AP数据；对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹；根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。本发明实施例主要用于对终端设备进行定位。
【专利说明】一种移动环境下的精确定位方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种移动环境下的精确定位方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前大多数的室内定位方法利用环境中已有的WiFi (英文全称为=WirelessFidelity,中文译文为:无线保真)或GSM (英文全称为:Global System of Mobilecommunication,中文译文为:全球移动通讯系统)等实现定位。由于终端设备通常可以直接从无线网络设备上直接读取RSS(英文全称为:Received Signal Strength,中文译文为:接收信号强度)信息，因此采用RSS信息作为位置特征的方法成为广泛使用的室内定位方法。
[0003]这种采用RSS信息进行室内定位方法通常分为两阶段:训练阶段和匹配阶段。在训练阶段需要对定位环境进行现场勘测，在区域中的特定位置采集RSS信息建立一个指纹库，将指纹和与其相关的位置一起记录在数据库中。在匹配阶段利用终端设备的RSS信息检索指纹库并返回最佳匹配的记录，应用该记录对应的位置实现定位。
[0004]由于终端设备采集无线信号过程中存在RSS信息包含过时的AP数据的问题，应用包含过时的AP数据的RSS信息进行定位易造成定位误差增大。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种移动环境下的精确定位方法及装置，能够提高定位精度。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]第一方面，提供一种移动环境下的精确定位方法，包括:
[0008]接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的接收信号强度RSS信息；
[0009]确定所述RSS信息中过时的接入点AP数据及非过时的AP数据；
[0010]对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹；
[0011]根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。
[0012]可选的，所述确定所述RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据包括:
[0013]根据所述RSS信息中的时间戳，区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据。
[0014]可选的，所述指纹消息携带位移信息，所述对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据包括:
[0015]应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据。
[0016]可选的，所述根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置包括:
[0017]所述根据所述修正的AP数据及所述候选指纹中与所述非过时的AP数据对应的AP数据共同形成修正的候选指纹，记作幻影指纹；
[0018]依次把指纹库中的所有指纹作为候选指纹，生成其修正的候选指纹，选取与所述终端设备的RSS信息匹配度最高的幻影指纹，对所述终端设备进行定位。
[0019]可选的，所述位移信息包括移动距离信息和/或移动角度信息；
[0020]所述应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据包括:
[0021]依次得到用户查询指纹中过时的AP数据所对应的采集位置与用户当前位置之间的相对位置关系；
[0022]依次寻找与当前候选指纹满足上述同样的相对位置关系的指纹库中的指纹，将其中包含的与过时AP对应的RSS信息替换当前候选指纹中与过时的AP数据对应的RSS信息；
[0023]完成对当前候选指纹中所有与过时AP数据对应的RSS信息，得到修正的候选指纹。
[0024]第二方面，提供一种移动环境下的精确定位装置，包括:
[0025]接收模块，用于接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的接收信号强度RSS信息；
[0026]判定模块，用于判定所述RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据；
[0027]修正模块，用于对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹；
[0028]定位模块，用于根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。
[0029]可选的，所述判定模块具体用于，根据所述RSS信息中的时间戳，区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据。
[0030]可选的，所述指纹消息携带位移信息，所述修正模块具体用于，应用所述位移信息对指纹库候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据。
[0031]可选的，所述定位模块具体用于，所述根据所述修正的AP数据及所述候选指纹中与所述非过时的AP数据对应的AP数据共同形成修正的候选指纹，记作幻影指纹；
[0032]依次把指纹库中的所有指纹作为候选指纹，生成其修正的候选指纹，选取与所述终端设备的RSS信息匹配度最高的幻影指纹，对所述终端设备进行定位。
[0033]可选的，所述位移信息包括移动距离信息及移动角度信息。所述应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据包括:
[0034]依次得到用户查询指纹中过时的AP数据所对应的采集位置与用户当前位置之间的相对位置关系；
[0035]依次寻找与当前候选指纹满足上述同样的相对位置关系的指纹库中的指纹，将其中包含的与过时AP对应的RSS信息替换当前候选指纹中与过时的AP数据对应的RSS信息；
[0036]完成对当前候选指纹中所有与过时AP数据对应的RSS信息，得到修正的候选指纹。
[0037]基于上述技术方案，本发明的移动环境下的精确定位方法及装置，通过接收指纹消息携带终端设备的接收信号强度RSS信息的指纹消息，确定RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据，对指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，根据修正的AP数据及指纹库中与非过时的AP数据对应的AP数据确定终端设备的位置，从而实现修正指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据，以减小过时的AP数据对定位精度的影响提高定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
[0039]图1为本发明实施例1提供的一种定位方法的流程图；
[0040]图2为本发明实施例2提供的一种定位方法的流程图；
[0041]图3为本发明实施例2提供的查询指纹的示例；
[0042]图4为本发明实施例2提供的一种构建幻影指纹的示意图；
[0043]图5为本发明实施例2提供的一种幻影指纹分布示意图；
[0044]图6为本发明实施例3提供的一种定位装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0045]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0046]实施例1
[0047]如图1所示，本实施例提供一种移动环境下的精确定位方法，该方法可以由定位装置实现，该方法包括:
[0048]11、接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的RSS信息。
[0049]本实施例中，终端设备可以为智能终端、定位装置等具有定位功能的设备。
[0050]12、确定所述RSS信息中过时的AP (英文全称为:access point,中文译文为:接入点)数据及非过时的AP数据。
[0051]其中，所述RSS信息包含多个AP的数据，过时的AP数据为所述RSS信息中并非所述终端设备当前位置的AP数据，非过时的AP数据为所述RSS信息中所述终端设备当前位置的AP数据。
[0052]13、对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹。
[0053]本实施例中，可以预先建立指纹库，指纹库的建立方法请参阅后续实施例。[0054]14、根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。
[0055]本实施例的定位方法，通过接收指纹消息携带终端设备的接收信号强度RSS信息的指纹消息，确定RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据，对指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，根据修正的AP数据及指纹库中与非过时的AP数据对应的AP数据确定终端设备的位置，从而实现修正指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据，以减小过时的AP数据对定位精度的影响提高定位精度。
[0056]本实施例中，可选的，上述12中确定所述RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据时，可以根据所述RSS信息中的时间戳，区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据；也可以根据其他方法区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据，本实施例不限定区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据的方法。
[0057]本实施例中，可选的，所述指纹消息还可以携带位移信息，上述13中对指纹库中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正时，可以应用所述位移信息对指纹库中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据。
[0058]其中，所述位移信息包括移动距离信息和/或移动角度信息，当然，本发明其他实施例中所述位移信息包括还可以包含其他能够表示位移的信息，本发明实施例对此不作限定。
[0059]本实施例中，可选的，上述14中根据所述修正的AP数据及所述指纹库中与所述非过时的AP数据对应的AP数据确定所述终端设备的位置时，根据所述修正指纹及所述指纹库中与所述非过时的AP数据对应的指纹点确定至少一个幻影指纹；从所述至少一个幻影指纹中选取与所述终端设备的RSS信息匹配度最高的幻影指纹，对所述终端设备进行定位。
[0060]需要说明的是，本实施例中并非直接对指纹库中的AP数据进行修订，而是从指纹库中选取与过时的AP数据对应的AP数据进行修正，修正后的AP数据用于本次定位，因此不会改变指纹库存储的AP数据，不会对后续定位产生影响。
[0061]实现上述方法的定位装置可以为具有定位功能的计算机设备，如定位服务器等。
[0062]本实施例的定位方法，通过接收指纹消息携带终端设备的接收信号强度RSS信息的指纹消息，确定RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据，对指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，根据修正的AP数据及指纹库中与非过时的AP数据对应的AP数据确定终端设备的位置，从而实现修正指纹库中与过时的AP数据对应的AP数据，以减小过时的AP数据对定位精度的影响提高定位精度。
[0063]实施例2
[0064]本实施例通过检测查询指纹(即RSS信息)中的过时RSS值(即过时的AP数据)，并估算每一个过时RSS值对应的采样位置到终端设备当前位置的空间地理约束。在匹配阶段，本实施例不直接将查询指纹与指纹库中的采样指纹进行匹配，而是根据上述空间约束，对指纹库中来自多个位置的采样指纹进行重组，形成并不存在于指纹库中的幻影指纹。通过幻影指纹与包含过时RSS的查询指纹匹配得到更为精确的位置估计。
[0065]如图2所示，本实施例提供一种移动环境下的精确定位方法，该方法可以由定位装置实现，该方法包括:
[0066]21、建立指纹库。[0067]具体地，可以在定位目标区域中进行现场勘测采集指纹数据建立指纹库。勘测过程可以在每一个采样位置上采集一定时长和数量的无线信号，作为该位置的无线信号指纹，存储在指纹库中。采样可以按照一定的密度以网格状方式进行(例如每2米一个采样点)，当对整个定位目标区域完成此勘测时，即建立了指纹库，指纹库中每一条指纹都对应着一个准确的物理位置标签。
[0068]22、接收终端设备发送的指纹消息，指纹消息携带查询指纹(即RSS信息)及位移信息，区分查询指纹中过时的RSS值与非过时的RSS值。
[0069]图3为本实施例提供的一条终端设备发送的查询指纹的示例。本实施例中，可以通过时间戳判断出查询指纹中过时的RSS值，如图3所示，查询指纹中有的RSS值的是几秒以前的副本，因此其为过时的RSS值。
[0070]本实施例中，还可以通过计算确定出过时的RSS值。例如，指纹Fs中某个AP的出现时间为\ (该时间由时间同步函数TSF (Time Synchronization Function)记录),则由于每一个AP出现时间不一,每一个AP对应的扫描时延为A由于终端设备单次扫描的时长大约为1.2?1.5秒,而在同一次扫描中被检测到的AP的TSF时间戳时间差大约都在200毫秒以内，故可以通过A \的值可以判断某个AP的RSS值是否过时，若A \超过预设阈值(例如0.5秒)，则该AP的RSS值过时。
[0071]23、应用指纹库中与过时的RSS值对应的RSS值，以及指纹库中与非过时的RSS值对应的RSS值，构建幻影指纹。
[0072]本实施例中，通过终端设备检测的位移信息修正指纹库中与过时的RSS值对应的RSS值。具体地，可以根据位移信息包括的移动距离信息Ii和移动角度信息0 i，判断过时的RSS值RSSi所对应的采样位置Li与终端设备当前位置Lu的相对位置关系。其中，终端设备可以通过内嵌的传感器(如加速度传感器和电子罗盘)得到终端设备的移动距离信息及移动方向信息。
[0073]如图4所示，在构建幻影指纹时，当把来自终端设备当前位置Lu的查询指纹Fu与指纹库中的采样指纹Fz (对应物理位置Lz)匹配时，根据移动距离信息Ii和移动角度信息
0i，将Fz中RSSi替换为其周围满足Ii和Qi约束的位置(称为幻影位置，记作BLz，i)对应的采样指纹中第i个AP的RSS值，形成幻影指纹Fz’。当查询指纹包含多个过时的RSS值时，将每个过时的RSS值应用上述替换方法替换为幻影位置上对应AP的RSS值，得到幻影指纹F/。
[0074]例如，假设查询指纹为F= {f1； f2, f3，...，fn}，其中f2和f3是过时的RSS。指纹数据库中当前候选位置存储的指纹为P=Ip1, P2, P3,...，P1J。由于和f3过时，对P进行重组生成幻影指纹，记作P’。
[0075]具体地，对P进行重组时，将P中与f2和f3分别对应的P2和P3用别的RSS替换。具体替换的方法为，根据f2和&及指纹消息中包含的位移信息，得出f2和f3的实际采集位置与当前位置之间的相对关系，例如，f2的实际采集位置在当前位置的东北角45度方向3米处，则在指纹库中查找与当前候选位置满足同样约束关系的位置，即在当前候选位置的东北角45度方向3米处的位置，假设这个位置所对应的指纹为Q={qi，q2, q3，..，qn}。则将P中的P2用Q中的q2替换。同样，对于P3也用同样的方法处理(假设P3被替换为03)。重组之后得到修正的候选指纹P’ =Ip1, Q2, O3,...，pn}。[0076]其中，当前候选位置的确定方法为，将查询指纹F与指纹库中的每一个位置的指纹依次比较，当前正在计算相似度的位置即为当前候选位置。
[0077]24、应用幻影指纹及查询指纹对终端设备进行定位。
[0078]具体地，查找与查询指纹相似度最高的幻影指纹，将查找到的幻影指纹对应的位置信息，确定终端设备当前的位置。
[0079]例如，指纹库中的指纹集合为F= (F1, F2,...，FN}，对应的位置集合为L= (L1, L2,..., LJ0根据Fu附带的^和Qi,对指纹集合F中的每一条指纹Fz都进行重组得到对应于Fu的幻影指纹F' z。
[0080]最佳匹配指纹根据以下公式得出:
【权利要求】
1.一种移动环境下的精确定位方法，其特征在于，包括: 接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的接收信号强度RSS信息； 确定所述RSS信息中过时的接入点AP数据及非过时的AP数据； 对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹；根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据包括: 根据所述RSS信息中的时间戳，区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述指纹消息携带位移信息，所述对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据包括: 应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据。
4.根据权利要求1所述`的方法，其特征在于，所述根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置包括: 所述根据所述修正的AP数据及所述候选指纹中与所述非过时的AP数据对应的AP数据共同形成修正的候选指纹，记作幻影指纹； 依次把指纹库中的所有指纹作为候选指纹，生成其修正的候选指纹，选取与所述终端设备的RSS信息匹配度最高的幻影指纹，对所述终端设备进行定位。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述位移信息包括移动距离信息和/或移动角度信息； 所述应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据包括: 依次得到用户查询指纹中过时的AP数据所对应的采集位置与用户当前位置之间的相对位置关系； 依次寻找与当前候选指纹满足上述同样的相对位置关系的指纹库中的指纹，将其中包含的与过时AP对应的RSS信息替换当前候选指纹中与过时的AP数据对应的RSS信息；完成对当前候选指纹中所有与过时AP数据对应的RSS信息，得到修正的候选指纹。
6.一种移动环境下的精确定位装置，其特征在于，包括: 接收模块，用于接收终端设备发送的指纹消息，所述指纹消息携带所述终端设备的接收信号强度RSS信息； 判定模块，用于判定所述RSS信息中过时的AP数据及非过时的AP数据； 修正模块，用于对指纹库里候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到修正的AP数据，并与所述候选指纹中与非过时的AP数据对应的AP数据组成修正的候选指纹； 定位模块，用于根据所述候选指纹计算指纹相似度，确定所述终端设备的位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判定模块具体用于，根据所述RSS信息中的时间戳，区分所述RSS信息中过时的AP数据与非过时的AP数据。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述指纹消息携带位移信息，所述修正模块具体用于，应用所述位移信息对指纹库候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述定位模块具体用于，所述根据所述修正的AP数据及所述候选指纹中与所述非过时的AP数据对应的AP数据共同形成修正的候选指纹，记作幻影指纹； 依次把指纹库中的所有指纹作为候选指纹，生成其修正的候选指纹，选取与所述终端设备的RSS信息匹配度最高的幻影指纹，对所述终端设备进行定位。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述位移信息包括移动距离信息及移动角度信息。所述应用所述位移信息对候选指纹中与所述过时的AP数据对应的AP数据进行修正，得到所述修正的AP数据包括: 依次得到用户查询指纹中过时的AP数据所对应的采集位置与用户当前位置之间的相对位置关系； 依次寻找与当前候选指纹满足上述同样的相对位置关系的指纹库中的指纹，将其中包含的与过时AP对应的RSS信息替换当前候选指纹中与过时的AP数据对应的RSS信息； 完成对当前候选 指纹中所有与过时AP数据对应的RSS信息，得到修正的候选指纹。
【文档编号】G06F17/30GK103702411SQ201310535864
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】刘云浩, 吴陈沭, 杨铮, 孙家广 申请人:清华大学