一种基于分区编码的室内定位方法与流程

本发明涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种基于分区编码的室内定位方法。

背景技术：

室内定位是一种基于室内位置服务的一项定位技术。室内指纹一般分为两个阶段：离线阶段和在线阶段。

离线阶段中首先在室内设置好接入节点(AP，Access Point)，每个接入节点可以看做是信号发射源，另外还需要设置多个参考节点(RP，Reference Point)，每个参考节点可看做是信号接收源。每个参考节点均可以接收到一定范围内的接入节点发送的信号，对于参考节点来说，其与各接入节点的位置关系(距离)就可以通过接收到的信号强度的大小来体现，这个信息就是RSS(Received Signal Strength，信号接收强度)信息。由于参考节点所处的位置不同，则每个参考节点与各接入节点的距离就不同，因此，每个参考节点的RSS信息具有唯一性，因此我们也叫做指纹信息。在室内定位中，我们需要将每个参考节点的RSS信息保存在数据库中。

在线阶段中，待测终端的位置时随机的，其所处的位置就是我们要定位的目标。待测终端能够接收各接入节点发送的信号，因此根据信号强度(与离线阶段中，参考点的计算方式相同)就可以得到其对应的RSS信息。通过得到的RSS信息与离线阶段中各参考节点的RSS信息进行匹配，从而确定待测终端的位置，实现室内定位。

现有技术中，是将每个参考节点的RSS信息进行保存，为了实现精确定位，通常参考节点设置很多，并且如果室内场所面积过大时，接入节点和参考节点也会非常多，这就造成了全部参考节点的RSS信息都需要保存在数据库中，因此，所需的存储空间非常大，另外，由于RSS信息较多，在进行RSS信息匹配时，所消耗的时间也会非常多。

由此可见，如何减少各参考节点的RSS信息所占用的存储空间以及缩短RSS信息匹配所消耗的时间是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于分区编码的室内定位方法，用于减少各参考节点的RSS信息所占用的存储空间以及缩短RSS信息匹配所消耗的时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于分区编码的室内定位方法，包括：

将定位区域划分为N个子区域，并为各所述子区域设置区域编码；其中，N为不小于2的整数，所述定位区域预先设置有接入节点和参考节点，所述接入节点发送带有区域编码的信号；

按照预定计算规则计算各参考点的参考RSS信息，将各所述区域编码和各所述参考RSS信息关联，并保存在数据库中；

按照所述预定计算规则计算待测终端的目标RSS信息，并依据所述待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域，将所述目标RSS信息与目标区域编码所关联的各参考RSS信息进行匹配得到定位结果；

其中，所述参考RSS信息依据所述参考节点与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系得到，所述目标RSS信息依据所述待测终端与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系得到，所述目标区域编码为所述待定子区域对应的区域编码。

优选地，所述将定位区域划分为N个子区域，并为各所述子区域设置区域编码具体为：将所述定位区域二次划分为N个子区域，所述区域编码由第一次划分的子区域的一级区域编码和第二次划分的子区域的二级区域编码组成。

优选地，所述参考RSS信息的计算方式具体为：

依据各参考节点在子区域内接收到的各接入节点的信号强度得到RSS矢量；

其中，RSS矢量为[r_{i,w_L1},r_{i,2_Lw},r_{i,3_Lw},...,r_{i,j_Lw}]，每个元素为r_{i,j_Aw}表示第i个参考节点接收到第Lw个子区域中的第j个接入节点的信号接收强度，L为第一次划分的子区域的序号，w为第二次划分的子区域的序号；

计算各接入节点在子区域内的平均矢量；

其中，平均矢量为每个元素

计算各RSS矢量的平均间隔；

其中，平均间隔为[gap_{1_Lw},gap_{2_Lw},gap_{3_Lw},...,gap_{j_Lw}]，平均间隔中的每个元素

对各RSS矢量与对应的平均矢量作差分运算得到差分矢量；其中，差分矢量为

将各差分矢量中的每个元素除以对应的平均间隔，四舍五入后得到一个整数k_{i,j_Lw}，并求k_{i,j_Lw}的2进制补码得到第Lw个子区域内的第i个参考节点的RSS编码组[code_i1,code_i2,code_i3,…,code_ij]，RSS编码组为所述参考RSS信息；

其中，

优选地，将定位区域平均划分为N个子区域。

优选地，所述依据所述待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域具体包括：

依据所述待测终端接收到的各接入节点的信号所包含的区域编码选择区域编码最多的子区域作为所述待定子区域。

优选地，若所述待定子区域的数量为2个或2个以上，则还包括：

计算所述待测终端在各所述待定子区域中的RSS矢量的平均值；

将平均值最大的子区域作为所述待定子区域；

其中，所述待测终端在各所述待定子区域中的RSS矢量与所述参考节点的RSS矢量计算方式相同。

本发明所提供的基于分区编码的室内定位方法，包括将定位区域划分为N个子区域，并为各子区域设置区域编码；按照预定计算规则计算各参考点的参考RSS信息，将各区域编码和各参考RSS信息关联，并保存在数据库中；按照预定计算规则计算待测终端的目标RSS信息，并依据待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域，将目标RSS信息与目标区域编码所关联的各参考RSS信息进行匹配得到定位结果。由于进行了定位区域的划分且参考节点的参考RSS信息只与所在子区域内的接入节点有关，因此，参考RSS信息中的包含的元素就可以减少很多，因此能够很大程度的节约存储空间。另外在进行目标RSS信息匹配过程中，只需要通过区域编码确定待定子区域，在待定子区域中与参考RSS信息匹配即可，因此查找的范围缩小了很多，从而能够节约定位的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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。

图1为本发明实施例提供的一种基于分区编码的室内定位方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种定位区域的划分示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种基于分区编码的室内定位方法，用于减少各参考节点的RSS信息所占用的存储空间以及缩短RSS信息匹配所消耗的时间。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种基于分区编码的室内定位方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

S10：将定位区域划分为N个子区域，并为各子区域设置区域编码。其中，N为不小于2的整数，定位区域预先设置有接入节点和参考节点，接入节点发送带有区域编码的信号。

S11：按照预定计算规则计算各参考点的参考RSS信息，将各区域编码和各参考RSS信息关联，并保存在数据库中。

S12：按照预定计算规则计算待测终端的目标RSS信息，并依据待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域，将目标RSS信息与目标区域编码所关联的各参考RSS信息进行匹配得到定位结果。

其中，参考RSS信息依据参考节点与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系得到，目标RSS信息依据待测终端与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系得到，目标区域编码为待定子区域对应的区域编码。

可以理解的是，对于初次定位来说，步骤S10和步骤S11是需要执行的，但是如果不是初次定位，则步骤S10和步骤S11不需要重复执行，只需要执行步骤S12即可。

步骤S10中，定位区域的划分可以任意划分，但是最优选的方式是平均划分。可以理解的是，将定位区域划分为几个区域，如何划分都是需要根据实际应用场景而定的，都可以灵活选择，并不是有固定的模式。通常情况下，所分子区域的个数根据定位区域的大小来划分，并且与所使用的接入节点的通信距离有关，如果子区域为矩形的话，则取矩形边长为通信距离的1.2倍即可，并且每个子区域中应该有3至6个接入节点(接入节点的个数大于等于3，可以完成待测终端在子区域中的精确定位)。

由于预先设置了接入节点和参考节点，因此按照预定规则计算各参考节点的RSS信息，需要说明的是，这里的参考RSS信息是依据参考节点与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系得到，换句话说，每个参考节点的RSS信息只与该节点所在的子区域的接入节点有关系。这里的参考RSS信息是为了与目标RSS信息做区分，二者都是RSS信息，只不过参考RSS信息是参考节点的信息，而目标RSS信息是待测终端的信息。由于RSS信息是当前节点与各接入节点的位置关系所对应的信号强度的体现，因此，如果按照现有技术中的方式不对定位区域进行分区划分的话，则RSS信息中就需要包含当前节点与全部接入节点的位置关系所对应的信号强度，即RSS信息中的包含的元素就非常多，这样就会导致所需的存储空间非常大，而本实施例中，RSS信息为当前节点与所在子区域内的接入节点的位置关系所对应的信号强度，因此，RSS信息中包含的元素就比较少，很显然把这样的RSS信息存储在数据库中就会占用较少的存储空间。由于划分子区域后，不同子区域内的参考节点的RSS信息有可能会相同，因此，我们需要对同一个子区域内的RSS信息加一个区域编码，这样每个区域编码与对应的RSS信息关联后，就可以克服上述问题。

对于每一个待测终端的定位，只需要重复执行步骤S12即可。待测终端进入定位区域后，就可以接收到一定距离范围内的各接入节点的信号，由于接入节点发送信号的同时还携带有本节点所在的区域编码，则待测终端就会接收到带有区域编码的信号，可以理解的是，待测终端如果在A子区域中，则接收到的信号里面的包含A子区域的编码数就会比较多，则待定子区域就是A区域，因此只需要按照预定计算规则计算待测终端的目标RSS信息即可，需要说明的是，目标RSS信息是依据待测终端与其所在的子区域内的各接入节点的位置关系(位置关系影响信号强度)得到，即位置关系影响信号强度，虽然位置关系是未知的，但是信号强度是已知的，通过信号强度可以确定位置关系。例如，如果确定了A子区域为待定子区域，则只需要在A子区域对应的区域编码中查找与目标RSS信息匹配的参考RSS信息即可，参考RSS信息对应的参考点的位置是已知的，因此，我们就可以得到待测终端的位置，实现定位。

需要说明的是，本实施例各接入节点发送的信号可以各种无线信号，例如WIFI信号、蓝牙信号或射频信号。根据应用场合不同可以灵活选择，例如在商场里面可以选择WIFI信号，则接入节点的设备就是WIFI发射设备，待测终端接收的就是WIFI信号；在停车场里面可以选择射频信号，则接入节点的设备就是射频发射设备，待测终端接收的就是射频信号。

本实施例中基于分区编码的室内定位方法，包括将定位区域划分为N个子区域，并为各子区域设置区域编码；按照预定计算规则计算各参考点的参考RSS信息，将各区域编码和各参考RSS信息关联，并保存在数据库中；按照预定计算规则计算待测终端的目标RSS信息，并依据待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域，将目标RSS信息与目标区域编码所关联的各参考RSS信息进行匹配得到定位结果。由于进行了定位区域的划分且参考节点的参考RSS信息只与所在子区域内的接入节点有关，因此，参考RSS信息中的包含的元素就可以减少很多，因此能够很大程度的节约存储空间。另外在进行目标RSS信息匹配过程中，只需要通过区域编码确定待定子区域，在待定子区域中与参考RSS信息匹配即可，因此查找的范围缩小了很多，从而能够节约定位的时间。

在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，步骤S10具体为：将定位区域二次划分为N个子区域，区域编码由第一次划分的子区域的一级区域编码和第二次划分的子区域的二级区域编码组成。

可以理解的是，将定位区域划分个数越多，接入节点和参考节点设置的越多，则定位越精确，但是同时计算量也较大。本实施例中，将定位区域的划分分为两次进行。图2为本发明实施例提供的一种定位区域的划分示意图。如图2所示，以一个商场为例将其分为A、B、C、D四个区域，其对应的一级区域编码分别为00、01、10、01，然后将每个子区域细分成更小的子区域，以区域A为例，划分为A1、A2、A3、A4，其对应的二级区域编码分别为0000、0001、0010、0011。

很显然，将定位区域进行二次划分，可以进一步减少RSS信息中的元素，从而进一步节约存储空间。

作为优选的实施方式，参考RSS信息的计算方式具体为：

1)依据各参考节点在子区域内接收到的各接入节点的信号强度得到RSS矢量。

其中，RSS矢量为[r_{i,w_L1},r_{i,2_Lw},r_{i,3_Lw},…,r_{i,j_Lw}]，每个元素为r_{i,j_Aw}表示第i个参考节点接收到第Lw个子区域中的第j个接入节点的信号接收强度，L为第一次划分的子区域的序号，w为第二次划分的子区域的序号。

对于图2来说，以A1区域为例，则A就表示第一次划分的子区域的序号，1表示第二次划分的子区域的序号，即对于A1区域来说，公式里的Lw就是A1，对于B1区域来说，公式里的Lw就是B1。A1区域接入节点的数量为4个，则j＝1,2,3,4。根据上述公式，在A1区域中的第i个参考节点的RSS矢量为[r_{i,1_A1},r_{i,2_A1},r_{i,3_A1},r_{i,4_A1}]。

2)计算各接入节点在子区域内的平均矢量。

其中，平均矢量为每个元素

对于A1区域来说，各接入节点的平均矢量为

3)计算各RSS矢量的平均间隔。

其中，平均间隔为[gap_{1_Lw},gap_{2_Lw},gap_{3_Lw},...,gap_{j_Lw}]，平均间隔中的每个元素

对于A1区域来说，各RSS矢量的平均间隔表示为：

4)对各RSS矢量与对应的平均矢量作差分运算得到差分矢量。其中，差分矢量为

对于A1区域，

将各差分矢量中的每个元素除以对应的平均间隔，四舍五入后得到一个整数k_{i,j_Lw}，并求k_{i,j_Lw}的2进制补码得到第Lw个子区域内的第i个参考节点的RSS编码组[code_i1,code_i2,code_i3,...,code_ij]，RSS编码组为所述参考RSS信息；

其中，

对于A1区域来说，那么第i个参考节点的RSS编码组为[code_i1,code_i2,code_i3,code_i4]。

在具体实施中，在每个参考节点求出RSS编码组之后将编码信息与物理位置坐标一一对应，以形成映射关系，并存入到数据库中，从而构成室内定位电磁编码地图。

需要说明的是，待测终端的参考RSS信息与上述的计算过程相同，本实施例不再赘述。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，依据待测终端接收到的区域编码初步筛选出待定子区域具体包括：

依据待测终端接收到的各接入节点的信号所包含的区域编码选择区域编码最多的子区域作为待定子区域。

可以理解的是，待测终端接收到的信号中包含了区域编码，例如如果待测终端能够接收到A1区域中全部接入节点的信号以及A2区域中的1个接入节点的信号，则可以确定接收到的信号中包含了4次A1区域的编码，和1次A2区域的编码，因此说明待测终端在A1区域，即待定子区域就是A1。

但是有些情况下，比较特殊，例如待测终端所在的位置为临界位置，还以图2为例，如果待测终端能够接收到A1区域中3个接入节点的信号以及A2区域中的3个接入节点的信号，则可以确定接收到的信号中包含了3次A1区域的编码，和3次A2区域的编码，因此说明待测终端在A1区域或A2区域，即待定子区域就是A1和A2。此时，待定子区域为2个，则上述判断方法就失效了此时需要用下面一种方法。

作为优选的实施方式，若待定子区域的数量为2个或2个以上，则还包括：

计算待测终端在各待定子区域中的RSS矢量的平均值。

将平均值最大的子区域作为待定子区域。

其中，待测终端在各待定子区域中的RSS矢量与参考节点的RSS矢量计算方式相同。

由上文中第i个参考节点的RSS矢量为[r_{i,1_A1},r_{i,2_A1},r_{i,3_A1},r_{i,4_A1}]，则对于待测终端来说，对应的RSS矢量就是[r_{i,1_A1},r_{i,2_A1},r_{i,3_A1}]，[r_{i,1_A2},r_{i,2_A2},r_{i,3_A2}]，这里的i是固定的，就是待测终端，其中这个矢量中的每个元素是待测终端接收到各接入节点的信号强度。这里的平均值就是将各RSS矢量中的元素相加后除以元素的个数。计算出平均值之后，选择平均值最大的子区域作为待定子区域。其它实施方式参见上文的描述，本实施例不再赘述。

以上对本发明所提供的基于分区编码的室内定位方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。