一种基于wifi信号强度的室内定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种室内定位方法，特别设及一种基于WIFI信号强度的室内定位方 法，属于定位导航技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网的高速发展，基于位置服务的需求量不断扩大，基于位置服务的 基础与关键是定位技术。室外定位技术的发展已经较为完善，有基于卫星的定位技术和基 于基站的定位技术，定位精度能够满足需求。室内定位技术的实现依赖于现有的无线通讯 技术。作为一种无线通讯技术，WIFI技术W其设备成本低、布局简易、通信速度快、发射功 率小、无需额外添置硬件的优势成为了发展室内定位技术的重要研究方向。基于WIFI技术 的室内定位方法主要包括=种；基于邻近关系的定位方法、基于=角关系的定位方法、基于 场景分析的定位方法。
[0003] (1)基于邻近关系的定位方法
[0004] 基于邻近关系的定位方法根据待定位点与已知位置的WIFI热点的邻近关系进行 定位，当待定位点的移动端接收到一个或者多个已知位置的WIFI热点信号，信号强度最大 的WIFI热点的位置就被认为是待定位点的位置。该种定位方法的精度取决于WIFI热点的 密度和信号范围。
[0005] (2)基于S角关系的定位方法
[0006] 基于=角关系的定位方法根据=角形的几何性质来确定待定位点的位置，当待定 位点的移动端接收到一个或者多个已知位置的WIFI热点信号，通过测量该些信号的到达 角度或传播距离，由=个或者=个W上的已知位置的WIFI热点可W计算出待定位点的位 置。根据测量方法的不同，可W细分为基于角度的=角定位方法和基于距离的=角定位方 法，而基于距离的=角定位法又可W细分为传播时间法和传播模型法。基于=角关系的定 位方法最大的缺点是需要提前预知WIFI热点位置。
[0007] (3)基于场景分析的定位方法
[000引基于场景分析的定位方法是对已知的室内定位环境进行抽象化和形式化，用一些 具体的、量化的位置特征描述室内定位环境中的离散的已知位置，并把该些已知位置的特 征集成在一起生成位置特征库。定位时根据待定位点的位置特征查询位置特征库，采取特 定的匹配规则，用已知的WIFI热点位置来估计出待定位点的位置。位置指纹定位方法是一 种典型的基于场景分析的定位方法，它主要分为两个阶段；离线阶段和在线阶段。离线阶段 是根据已知的室内定位环境，按照一定的间隔距离确定若干采样点，形成一个采样点的网 格，W每个采样点采集的信号强度信息加上采样点的位置信息（相对或绝对位置）组成数 据元组，该些数据元组称为位置指纹。在线阶段是将待定位点测量到的信号强度信息与位 置指纹库中的信号强度信息按照一定的规则进行匹配，找到与待定位点信号强度信息"相 似"的一个或若干个位置指纹，最终用该些位置指纹的位置信息估计出待定位点的位置信 息。信号强度信息主要包括两个部分：信号强度特征值W及对应的WIFI热点的标识（一般 WWIFI热点的物理地址作为标识）。根据匹配时选取的信号强度特征值不同，待定位点与 位置指纹的匹配方法分为确定性匹配方法和概率性匹配方法。确定性匹配方法选取的信号 强度特征是一定采样时间内信号强度做平滑去噪处理后的平均值，匹配规则是比较待定位 点与位置指纹的欧式距离，取欧氏距离最近的位置指纹的位置信息作为待定位点的位置或 取欧氏距离最近的K个位置指纹的位置信息的平均值作为待定位点的位置。概率性匹配方 法选取的信号强度特征值是一定采样时间内信号强度未做任何处理的平均值和标准差，匹 配规则是比较待定位点与位置指纹的联合概率，取联合概率最大的位置指纹的位置信息作 为待定位点的位置或取联合概率最大的K个位置指纹的位置信息的平均值作为待定位点 的位置。位置指纹定位方法因为不需要提前预知WIFI热点位置和定位精度较高的优势成 为了基于WIFI技术的室内定位方法的主要研究方向。
[0009] 已有的位置指纹定位方法存在W下不足：
[0010] ①位置指纹库庞大导致匹配时间过长。
[0011] ②W传统欧式距离为匹配标准的确定性匹配方法对WIFI信号波动影响的考虑不 足。
[0012] ⑨W联合概率为匹配标准的概率性匹配方法在克服WIFI信号波动影响具有明显 优势，但是其定位结果主要决定于联合概率值最大的某一个位置指纹，对于定位结果取K 个位置指纹加权后的平均值的方法并不适用。
【发明内容】
[0013] 有鉴于此，本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种基于WIFI信 号强度的室内定位方法，该方法能够实现准确的室内定位。
[0014] 实现本发明的技术方案如下：
[0015] 一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，具体过程为：
[0016] 步骤一、在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，将所 述强度信息和采样点位置信息组成位置指纹，得到位置指纹库；
[0017] 步骤二、采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与 位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；
[0018] 步骤=、采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离 最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置狂。Yi);采用概率性 匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的Kp个位置指纹的位置信息的 加权平均值作为待定位点的位置狂2,Y2);
[0019] 假设待定位点可W收到n个WIFI热点信号，预匹配后有m个候选位置指纹，改进 的欧氏距离的定义如式（1)，
[0020]
【主权项】
1. 一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，具体过程为： 步骤一、在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，将所述强 度信息和采样点位置信息组成位置指纹，得到位置指纹库； 步骤二、采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与位置 指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹； 步骤三、采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离最近 的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置（XpYi);采用概率性匹配 法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的&个位置指纹的位置信息的加权 平均值作为待定位点的位置（X2，Y2); 假设待定位点可以收到n个WIFI热点信号，预匹配后有m个候选位置指纹，改进的欧 氏距离的定义如式（1)，
(1) 其中，i= 1，2,. . .，m，k= 1，2,. . .，n，屯表示待定位点与第i个候选位置指纹的改进 欧氏距离，DEV表示待定位点的信号强度的原始标准差，DEVi表示第i个候选位置指纹的信 号强度的原始标准差，PAVGk表示待定位点收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均 值，PAVGik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的处理平均值； 步骤四、根据待定位点的位置（XpYD和（X2，Y2)计算待定位点。
2. 根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，所述联合概 率的定义如式（3)所示， Pi=Pil?Pi2 ? ? ? ? ?Pik? ? ? ? ?Pin(3)其中，Pi表示待定位点与第i个候选位置指纹 的联合概率，Pik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的独立概率， 其计算方法为： 对于正态分布公式（4)，
(4) 令y=AVGik，〇 =DEVik，其中AVGik和DEVik表示第i个候选位置指纹收到的第k个WIFI热点的信号强度的原始平均值和原始标准差，令x=AVGpAVh表示待定位点信号强 度的原始平均值，计算得到Pik。
3. 根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，采样点所对 应的位置指纹表示形式为AP= (ID,MAC,AVG，PAVG，DEV)，其中ID表示采样点的标识，MAC 表示WIFI热点的物理地址，AVG表示信号强度的原始平均值，PAVG表示信号强度的处理平 均值，DEV表示信号强度的原始标准差。
4. 根据权利要求3所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，所述预匹配 为：首先，找出待定位点中PAVG>FLAG情况下的MAC，其中FLAG为预设的信号强度阈值；然 后，在位置指纹库中，选取包含所找出的MAC的位置指纹，并将其作为候选位置指纹。
5. 根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，所述步骤四 的具体过程为： 首先，计算Kd个最近欧氏距离的方差D:和K5个最大联合概率对数值的方差D2; 然后，计算最终定位结果(又，▽);
(6)。
6. 根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，所述位置 (XpYD的计算式如式⑵所示；
(2) 其中，％是最小的Kd个位置指纹中第i个位置指纹对应的权重，《 1/cU，（U) 是Kd中第i个位置指纹对应的位置信息。
7. 根据权利要求1所述基于WIFI信号强度的室内定位方法，其特征在于，所述位置 (X2，Y2)的计算式如式（5)所示；
(5) 其中，《」是最大的、个位置指纹中第j个位置指纹对应的权重，《尸lgPp(X^Yj) 是最大的&个位置指纹中第j个位置指纹对应的位置信息。
【专利摘要】本发明提供一种基于WIFI信号强度的室内定位方法，具体过程为：在室内环境选取若干采样点，采集采样点处WIFI信号的强度信息，得到位置指纹库；采集待定位点WIFI信号的强度信息，将待定位点WIFI信号的强度信息与位置指纹库进行预匹配，获得候选位置指纹；采用确定性匹配法，在候选的位置指纹中，选取与待定位点改进欧式距离最近的Kd个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X1,Y1)；采用概率性匹配法，在候选的位置指纹中，取与待定位点联合概率最大的Kp个位置指纹的位置信息的加权平均值作为待定位点的位置(X2,Y2)；根据待定位点的位置(X1,Y1)和(X2,Y2)计算待定位点。本发明采用改进欧式距离的计算方法，减小了WIFI信号波动对定位结果的影响，提高定位精度。
【IPC分类】H04W4-04
【公开号】CN104703143
【申请号】CN201510119340
【发明人】马锐, 郭强, 马科, 王勇, 单纯
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月18日