一种低复杂度的Wi-Fi指纹室内定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线定位领域，尤其涉及一种利用Wi-Fi信号与移动终端内置传感器 的低复杂度室内定位方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着无线局域网的高速发展，移动用户对位置信息实时性与准确性的需 求与日俱增，基于位置的服务（LBS)及其应用受到不断关注且具有广阔的市场价值。现有 LBS应用如大众点评、微信等，它们可以根据人们所在位置进行商品和商家的推荐，以及游 戏交友等。这些应用在丰富我们生活的同时，也使得用户对于位置的精确性与实时性的要 求性越来越高，其中定位的实时性与准确性是所有的基于位置的应用的关键之处。目前应 用较多的GPS卫星定位在高楼相当密集的城市或者室内运行时，由于信号强度受到建筑物 等的影响而大大衰减，导致定位精度受到影响甚至不能够完成定位过程。
[0003] Wi-Fi定位技术利用移动终端从802. 11无线接入点（AP)接收到的信号确定移动 设备的位置，它能提高现有设备的利用率，在零成本下实现便捷高效的定位服务，成为近年 来室内定位技术研宄的热点。
[0004] Wi-Fi定位的方法中相比于信号到达时间（TOA)，信号到达角度（AOA)等定位方 法，基于接收信号强度指示（RSSI)的指纹定位技术由于其对设备要求低，实现简单，所以 被普遍采用。Wi-Fi指纹法一般可分为两个阶段，建立指纹数据库阶段，以及实时定位阶段。 建立指纹数据库阶段，需要采集定位区域内不同位置的信号强度值，并与相应的AP的MAC 地址称为一组指纹。实时定位阶段，利用匹配算法遍历指纹库中的指纹，根据当前位置指纹 与指纹库中指纹的相似度，确定当前位置。但是由于Wi-Fi指纹法在计算位置时中需要遍 历所有指纹，导致计算复杂度较高以及定位精度较低。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对在Wi-Fi指纹室内定位系统中，信号时变性导 致定位误差较大的问题，提出一种低复杂度的室内定位方法，用以减少Wi-Fi指纹室内定 位中匹配算法的计算复杂度并提高定位精度。
[0006] 本发明的基本过程为：利用终端中的磁力计的值得到终端方向，并根据终端前一 时刻的位置以及方向，选择指纹库的子集用以计算终端位置。
[0007] 本发明提供的室内定位方法如图1，按实施阶段可分为两个部分，建立指纹数据库 阶段与实时定位阶段。
[0008] 建立指纹数据库阶段具体步骤包括如下：
[0009] 步骤（1):首先确定遍布整个定位区域的采样点个数N;
[0010] 步骤⑵：使用具备Wi-Fi功能的终端在第m个采样点处检测得到k个无线接入 点AP的信号强度的RSSI值，即RSSIpRSSI2,. . .，RSSIk，及AP的MAC地址构成采样点位置 指纹FP，其中第m个采样点的位置指纹
【主权项】
1. 一种低复杂度的Wi-Fi指纹室内定位方法，其特征在于：包括建立指纹数据库阶段 与实时定位阶段，建立指纹数据库阶段具体步骤包括如下： 步骤（1):首先确定遍布整个定位区域的采样点个数N ; 步骤（2):使用具备Wi-Fi功能的终端在第m个采样点处检测得到k个无线接入点AP 的信号强度的RSSI值，即RSSI1, RSSI2, ...，RSSIk，及AP的MAC地址构成采样点位置指纹 FP，其中第m个采样点的位置指纹
j e {1，2,... k}，皿」表 示RSSIi对应的MAC地址； 步骤（3):记录第m个采样点的坐标FPm (x，y)，并将第m个采样点的坐标和该采样点的 位置指纹FPm保存到指纹数据库中，其中（x，y)表示平面上相互垂直的横纵坐标； 步骤（4):重复步骤（2)到步骤（3)，直到遍历采样区域内所有采样点，建立采样区域完 整的指纹数据库； 定位阶段具体步骤包括如下： 步骤（5):采用具备Wi-Fi功能的终端设备，在未知位置A处扫描AP，按照步骤（2)获 取A位置的位置指纹，与指纹库中指纹进行匹配，并计算终端初始位置Ptl= (x，y); 步骤（6):当终端扫描到的Wi-Fi信号RSSI值改变时，根据终端中磁力计的值得到终 端方向Θ ; 步骤（7):以前一时刻位置为坐标原点，将指纹库划分为4个子集，每个象限中的指纹 点的集合用Ri表示，i e U，2,3,4}; 步骤（8):根据终端方向Θ所在象限，确定用于计算当前位置的指纹库的子 集；如0〈 Θ〈90°，则计算当前指纹（J)i与集合1中指纹点Φ π的欧氏距离Cl111, Clni = Φ?_ΦηιΙ I2>m ^ 步骤（9):根据公式（8)得到的欧式距离七，平均与当前指纹最近的前k个指纹点的坐 标，得到当前位置坐标P1= (x，y)
2. 根据权利要求1所述的一种低复杂度的Wi-Fi指纹室内定位方法，其特征在于：以 一个长宽为60*30室内环境为例，说明本发明提供的楼层判别算法的具体实施步骤；前期 部署阶段具体步骤包括如下： 步骤（1):为定位区域建立直角坐标系，并记为FP1 (0,0)，然后每隔3米标记一个采样 点，定位区域内共200个采样点；
步骤（2):使用具备Wi-Fi功能的终端在第1个采样点处检测得到5个无线接入点AP 的信号强度的RSSI值，S卩（-90, -85, -92, -86-狀）里仿为HRm.乃AP的MAC地址构成采样点 位置指纹FP，其中第1个采样点的位置指纹 ，j e {1，2，...5}， Mj表示RSSI」对应的MAC地址； 步骤（3):记录第1个采样点的坐标FP1 (0, 3)，并将第1个采样点的坐标和该采样点的 位置指纹FP1保存到指纹数据库中，其中（0, 3)表示平面上相互垂直的横纵坐标； 步骤（4):重复步骤（2)到步骤（3)，直到遍历采样区域内所有采样点，建立采样区域完 整的指纹数据库； 定位阶段具体步骤包括如下： 步骤（5):采用具备Wi-Fi功能以及磁力计的终端设备，在未知位置A处扫描AP，按照 步骤（2)获取A位置的位置指纹，与指纹库中指纹进行匹配，并计算终端初始位置Ptl= (30， 15)； 步骤（6):当终端扫描到的Wi-Fi信号RSSI值改变时，根据终端中磁力计的值得到终 端方向Θ = 30° ; 步骤（7):以前一时刻位置Ptl为坐标原点，将指纹库划分为四个象限，如图2所示，每个 象限中的指纹点的集合用Ri表示，i e {1，2,3,4}; 步骤（8):判断终端方向Θ所在象限，〇〈θ =30°〈90°，计算当前指纹与集合札中 指纹点的欧氏距离dj字列，为[124, 120, 133, 144, 110, ···，150]; 步骤（9):根据步骤（8)得到的欧式距离序列，将与当前指纹间欧式距离最小的4个指 纹点的坐标平均，得到当前位置坐标P1= (32,14); 步骤（10):重复执行步骤（6)至步骤（9)直到定位过程结束。
【专利摘要】一种低复杂度的Wi-Fi指纹室内定位方法，属于Wi-Fi室内定位领域。在室内环境中，利用终端接收到的多个AP的Wi-Fi信号强度RSSI以及磁力计方向确定终端位置。在建立指纹数据库阶段，通过采样平均建立指纹库。在实时定位阶段，根据终端方向以及前一时刻的位置，得到指纹库子集用于计算位置，从而减小匹配算法的计算复杂度。提出一种低复杂度的Wi-Fi室内定位方法，相比较于传统的指纹的全局匹配算法，能减少计算复杂度，并提高定位精度。
【IPC分类】H04W64-00
【公开号】CN104540219
【申请号】CN201410838613
【发明人】黎海涛, 齐双, 王奇
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月29日