专利名称：基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法和系统。
背景技术：
随着通信和移动计算的日益成熟，上下文感知能力已经成为了许多普适计算应用中必不可少的一部分，而其中又以位置信息为重。可靠而准确的位置信息使得用户可以·获取并分享推广信息，搜索周边感兴趣的事件，以及体验多种多样的社交和娱乐方式。另一方面，传感器制造工艺的大幅提升也深刻改革了人类同物理世界的交流互通。多种类型的小体积传感器已经集成到许多手持设备(例如当今越来越普遍的智能手机)中，也因此创造出一些诸如基于位置的移动广告等新型应用。这些基于位置的服务正逐渐渗透到现代生活的各个角落，成为提高生活体验、促进信息互通的重要方面。目前已经有大量研究工作致力于如何提高定位系统的普适性与精确性。在室外场景中，全球定位系统(GPS)已经是一个比较成熟的解决方案，并得到了大规模的应用。而由于在室内场景中卫星的直接可见性非常有限，以致于全球定位系统不可用，因此室内定位技术依然是一个不小的挑战。传统的室内定位方法有两类。一类的方法依赖于预先安装的基础设施(例如射频识别系统)或专有硬件(例如红外线、超声波发射接收设备)，但是它们的广泛应用受限于高部署成本和低扩展性。另一类方法利用普遍存在的无线信号(例如来自全球移动通讯系统、调频广播等)和指纹匹配方法来进行定位；该方法将接收信号强度(RSSI)作为每个地点的“指纹”，并构建该地点的指纹与位置对应的指纹数据库，未知位置的指纹与指纹数据库进行匹配，并将最匹配的指纹对应的位置作为当前位置估计。这类方法适于广泛应用，但是其定位精度受到信号源个数及室内多径效应的影响，依然存在定位误差较大的情形，定位精度无法满足诸多应用的要求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法和系统，其在利用室内无线信号的同时，将用户的移动信息结合到定位过程中，定位精度高，最大误差小，能在实时定位过程中持续提供准确定位。为达此目的，本发明采用以下技术方案一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，包括如下步骤A、构建指纹数据库；确定室内环境中具有逻辑特征的地点即定位参考点；采集每个定位参考点的接收信号强度(RSSI)值，将其作为定位参考点的RSSI指纹；将所述定位参考点的位置信息及与其对应的RSSI指纹存入数据库中，完成指纹数据库的构建；
B、构建移动数据库；将用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果，获得一个位置估计；计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息；根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息；结合所述位置估计对所述移动方向信息和移动距离信息进行处理，并将处理结果存入数据库中，完成移动数据库的构建；C、定位用户所在位置；
接收用户发出的定位请求，并根据该定位请求采集用户所在位置的RSSI指纹；将所述RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果返回包含固定数量候选位置的集合；计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息；根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息；根据所述移动数据库中的数据、用户的移动方向信息及用户的移动距离信息，计算所述包含固定数量候选位置的集合中的候选位置为用户所在位置的概率，获得用户所在位置。特别地，所述步骤B中将用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，具体包括根据公式(a)计算用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，不相似度最小的RSSI指纹即为匹配结果，其对应的位置则作为用户所在位置的一个位置估计；
ηΦ2 CF, Fr) = 1^ifi — f/)2
=ι(a)其中，设室内整个区域中的无线接入点(AP)的数量为η，η为正整数，则用户所在位置的RSSI指纹可表示为F = (f1; f2，. . .，fn)，其中&表示来自第i个无线接入点的RSSI指纹，同样的，指纹数据库中的任一 RSSI指纹为F' = (f'n)特别地，所述步骤B中根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息，具体包括根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，计算用户的行走步数，并根据用户的身高计算用户的步长，由所述步数和步长计算出用户的移动距离信息。特别地，所述步骤B中结合所述位置估计对所述移动方向信息和移动距离信息进行处理，具体包括将每个时间片内起始位置和结束位置间的移动方向信息和移动距离信息与根据室内环境地图计算的值相比较，若差值超过所设阈值，则丢弃该时间片内的移动方向信息和移动距离信息，并将每个时间片内起始位置和结束位置相同的记录信息汇总为用户移动方向和移动距离的均值和标准差，存入移动数据库。特别地,所述步骤C具体包括接收用户第一次发出的定位请求，根据该定位请求采集用户所在位置的RSSI指纹，计算该用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，返回包含固定数量候选位置的集合，并将该集合中不相似度最小的RSSI指纹对应的位置作为用户所在位置的一个位置估计；在下一个时间间隔，用户移动到新位置，则采集该新位置的RSSI指纹，计算手机中电子指南针在所述时间间隔内采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息，根据手机中加速度计在所述时间间隔内采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息；计算所述新位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，获得包含固定数量候选位置的集合，并通过公式(b)计算每个候选位置为所述新位置的概率；
权利要求
1.一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤 A、构建指纹数据库； 确定室内环境中具有逻辑特征的地点即定位参考点； 采集每个定位参考点的接收信号强度(RSSI)值，将其作为定位参考点的RSSI指纹；将所述定位参考点的位置信息及与其对应的RSSI指纹存入数据库中，完成指纹数据库的构建； B、构建移动数据库； 将用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果，获得一个位置估计； 计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息； 根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息； 结合所述位置估计对所述移动方向信息和移动距离信息进行处理，并将处理结果存入数据库中，完成移动数据库的构建； C、定位用户所在位置； 接收用户发出的定位请求，并根据该定位请求采集用户所在位置的RSSI指纹； 将所述RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果返回包含固定数量候选位置的集合； 计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息； 根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息； 根据所述移动数据库中的数据、用户的移动方向信息及用户的移动距离信息，计算所述包含固定数量候选位置的集合中的候选位置为用户所在位置的概率，获得用户所在位置。
2.根据权利要求I所述的基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，其特征在于，所述步骤B中将用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，具体包括 根据公式(a)计算用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，不相似度最小的RSSI指纹即为匹配结果，其对应的位置则作为用户所在位置的一个位置估计； η #2(f,n = ^-r)21=1Cs) 其中，设室内整个区域中的无线接入点(AP)的数量为η，η为正整数，则用户所在位置的RSSI指纹可表示为F = (f1； f2，. . .，fn)，其中&表示来自第i个无线接入点的RSSI指纹，同样的，指纹数据库中的任一 RSSI指纹为F' = (f'2，...，f' n)。
3.根据权利要求2所述的基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，其特征在于，所述步骤B中根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息，具体包括 根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，计算用户的行走步数，并根据用户的身高计算用户的步长，由所述步数和步长计算出用户的移动距离信息。
4.根据权利要求3所述的基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，其特征在于，所述步骤B中结合所述位置估计对所述移动方向信息和移动距离信息进行处理，具体包括 将每个时间片内起始位置和结束位置间的移动方向信息和移动距离信息与根据室内环境地图计算的值相比较，若差值超过所设阈值，则丢弃该时间片内的移动方向信息和移动距离信息，并将每个时间片内起始位置和结束位置相同的记录信息汇总为用户移动方向和移动距离的均值和标准差，存入移动数据库。
5.根据权利要求4所述的基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法，其特征在于，所述步骤C具体包括 接收用户第一次发出的定位请求，根据该定位请求采集用户所在位置的RSSI指纹，计算该用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，返回包含固定数量候选位置的集合，并将该集合中不相似度最小的RSSI指纹对应的位置作为用户所在位置的一个位置估计； 在下一个时间间隔，用户移动到新位置，则采集该新位置的RSSI指纹，计算手机中电子指南针在所述时间间隔内采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息，根据手机中加速度计在所述时间间隔内采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息； 计算所述新位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹的不相似度，获得包含固定数量候选位置的集合，并通过公式(b)计算每个候选位置为所述新位置的概率；
6.一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位系统，其特征在于，包括 指纹数据库构建单元，用于采集每个定位参考点的接收信号强度(RSSI)值，将其作为定位参考点的RSSI指纹，将所述定位参考点的位置信息及与其对应的RSSI指纹存入数据库中，完成指纹数据库的构建； 移动数据库构建单元，用于将用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果，获得一个位置估计；计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息；根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息；并结合所述位置估计对所述移动方向信息和移动距离信息进行处理，并将处理结果存入数据库中，完成移动数据库的构建； 定位引擎单元，用于接收用户发出的定位请求，将采集的用户所在位置的RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果返回包含固定数量候选位置的集合；计算手机中电子指南针采集的方向数据的均值，获得用户的移动方向信息；根据手机中加速度计采集的用户加速度的变化信息，获得用户的移动距离信息；并根据所述移动数据库中的数据、用户的移动方向信息及用户的移动距离信息，计算所述包含固定数量候选位置的集合中的候选位置为用户所在位置的概率，获得用户所在位置。
全文摘要
本发明公开一种基于智能手机平台的移动辅助室内定位方法和系统，其通过创建指纹数据库和移动数据库定位用户在室内的位置。在接收到用户发出的定位请求后，将根据该定位请求采集用户所在位置的RSSI指纹，并把所述RSSI指纹与所述指纹数据库中RSSI指纹进行匹配，根据匹配结果返回包含固定数量候选位置的集合。然后根据移动数据库中的数据、用户的移动方向信息及用户的移动距离信息，计算所述包含固定数量候选位置的集合中的候选位置为用户所在位置的概率，获得用户所在位置。与传统室内定位方法相比，本发明定位精度高，最大误差小，能在实时定位过程中持续提供准确定位。
文档编号G06F17/30GK102905368SQ20121039795
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者孙伟, 杨铮, 刘云浩 申请人:无锡儒安科技有限公司