专利名称：基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法
技术领域：
本发明涉及一种室内外无缝定位切换方法。
背景技术：
目前的无线电定位技术主要根据应用环境不同而分为室内定位和室外定位两种。室外定位服务主要是由全球卫星导航系统(GNSS)提供，目前已经相当成熟。而在室内定位技术方面，经过多年发展，也已接近成熟。目前比较主流的研究方向是在各类无线网络的体制下，如WLAN、蓝牙或ZigBee等，基于接收信号强度(RSS)的指纹定位技术。在实现室内指纹定位技术的过程中，首先要建立室内的RSS指纹图，即在一些位置已知的参考点处测量RSS值向量S⑴
S⑴—(a。, ai2, ai3,…，…aiM)式中au表示第i个参考点处观测第j个室内信号节点得到的信号强度值，M为室内信号节点个数。所有参考点的RSS向量可以记录记录成一个数据库C，即指纹图，式中N为参考点个数C1 二 S(3)
_^(N) _在定位过程中，用户机实时接收到的RSS向量可由S’表示S，= (a” a2, a3, ...，ap …aM)将该指纹图中的每个RSS向量与测量到的RSS向量S’进行对比，认定欧氏距离最小者为当前的用户所在位置。欧氏距离的计算过程如下式所示W，、) =具(H)2由于只关注在室内环境下的应用，室内定位技术只在室内空间里建立指纹图。同时由于不需要考虑用户在室内外环境间切换的问题，在室内定位技术中默认为用户必然处于室内定位的服务区内，所系统不关注欧氏距离的绝对值情况，只是寻找出最小值，并加以利用。而在未来的实际应用中，用户必然要求基于位置信息的服务(LBS)不会随着位置的变化而中断，这就要求对用户的定位服务可以在室内外两种环境下平滑的切换，以保证定位服务无缝覆盖。由于室内定位技术并未完全投入实用，定位服务尚未覆盖到室内，所以目前的研究并未关注到室内、室外两种环境间的切换问题。但可以预见，当室内定位技术成熟后，切换问题将成为实现无缝定位服务的进程中不可回避的问题。
发明内容
本发明是为了适应对室内外无缝定位切换的需求，从而提供一种基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法。基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法，它是基于室内外无缝定位切换系统实现的，所述系统包括接收机和N个无线接入节点；所述N个无线接入节点均布于室内，接收机接收来自N个无线接入节点RSS值的观测向量#为正整数；基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法由以下步骤实现步骤一、判断用户是否在室外环境下，如果判断结果为否，则执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤三；步骤二、对用户进行WLAN定位服务，并执行步骤二一 ； 步骤二一、根据WLAN定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤二二 ；步骤二二、启动GNSS信号对用户进行检测，并计算用户与“出门”切换区的欧氏距离，并执行步骤二三；步骤二三、判断步骤二二检测到的欧氏距离是否大于预设的一号门限；如果判断结果为是，则执行步骤二四；如果判断结果为否，则执行步骤三；步骤二四、对用户保持WLAN服务，并对用户保持WLAN服务的状态下返回执行步骤-*-* ;步骤三、对用户进行GNSS定位服务，并执行步骤三一；步骤三一、根据GNSS定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤三；如果判断结果为是，则执行步骤三二 ；步骤三二、根据“进门”切换区的指纹图，对用户进行WLAN信号搜索；步骤三三、根据步骤三二中的WLAN信号搜索结果判断用户是否处于“进门”切换区的预设范围，如果判断结果为否，则在对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三二 ；如果判断结果为否，则执行步骤三四；步骤三四、计算用户与“进门”切换区的欧氏距离，并判断所述欧氏距离是否大于预设的二号门限，如果判断结果为否，则执行步骤二；如果判断结果为是，则执行步骤
三五；步骤三五、对用户保持GNSS定位服务，并对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三四。“进门”切换区和“出门”切换区采用RSS指纹图的方式设定。本发明能够实现对室内外无缝定位切换，能够满足现代无线通信对室内外无缝定位切换的需求。
图I是本发明的切换区和室内、室外两种定位服务之间的关系不意图；图2是本发明的流程示意图；图3是具体实施方式
一中的仿真示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I和图2说明本具体实施方式
，基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法，它是基于 室内外无缝定位切换系统实现的，所述系统包括接收机和N个无线接入节点；所述N个无线接入节点均布于室内，接收机接收来自N个无线接入节点RSS值的观测向量#为正整数；基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法由以下步骤实现步骤一、判断用户是否在室外环境下，如果判断结果为否，则执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤三；步骤二、对用户进行WLAN定位服务，并执行步骤二一 ；步骤二一、根据WLAN定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤二二 ；步骤二二、启动GNSS信号对用户进行检测，并计算用户与“出门”切换区的欧氏距离，并执行步骤二三；步骤二三、判断步骤二二检测到的欧氏距离是否大于预设的一号门限；如果判断结果为是，则执行步骤二四；如果判断结果为否，则执行步骤三；步骤二四、对用户保持WLAN服务，并对用户保持WLAN服务的状态下返回执行步骤-*-* ;步骤三、对用户进行GNSS定位服务，并执行步骤三一；步骤三一、根据GNSS定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤三；如果判断结果为是，则执行步骤三二 ；步骤三二、根据“进门”切换区的指纹图，对用户进行WLAN信号搜索；步骤三三、根据步骤三二中的WLAN信号搜索结果判断用户是否处于“进门”切换区的预设范围，如果判断结果为否，则在对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三二 ；如果判断结果为否，则执行步骤三四；步骤三四、计算用户与“进门”切换区的欧氏距离，并判断所述欧氏距离是否大于预设的二号门限，如果判断结果为否，则执行步骤二；如果判断结果为是，则执行步骤
三五；步骤三五、对用户保持GNSS定位服务，并对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三四。“进门”切换区和“出门”切换区采用RSS指纹图的方式设定。本发明的室内指纹定位基于WLAN体制实现。首先需要在接收机开机时通过GNSS可见星、WLAN信号强度等信息判断自身位置，以确定下一步的切换种类。当通过用户位置、速度等信息推测，发觉用户需要切换服务时，分为两种情况执行在“进门”过程中，需要首先通过WLAN网络接收切换区的RSS指纹图等必要信息，当RSS向量与指纹图间的欧氏距离大于门限时，维持室外定位服务，而当该欧氏距离小于门限时，采用室内定位服务的结果。在“出门”过程中，切换区的指纹图已经在用户位于室内时完成下载，只需要在用户进入切换区时通过欧氏距离来判断是否进行切换。
一建立交叠区为实现室内外定位服务的无缝切换，室内节点信号和室外的GNSS信号必然要存在一定的交叠区，即在某个时段内，接收机可以同时得到两个定位系统提供的服务。由于RSS指纹定位的精度目前已经达到2m以内，远高于独立式GPS的IOm量级的定位误差，所以在本发明中，用户使用室内指纹定位系统的优先级大于室外的GNSS系统。为实现建立室内外定位服务的交叠区，需要在临近建筑物的室外空间内也建立同样的指纹图，使得用户可以在部分室外环境下得到由室内定位系统提供的服务。该部分指纹图所对应的区域即为本发明中的切换区。建立RSS指纹图的过程如下，即在一些位置已知的参考点处测量RSS值向量S⑴。S⑴-(an, ai2, ai3,…，a；j,…aiM)式中au表示第i个参考点处观测第j个室内信号节点得到的信号强度值，M为室内信号节点个数。所有参考点的RSS向量可以记录记录成一个数据库C，即指纹图，式中N为参考点个数。
S(2、C = 5*(3)
V
_ (AO _在本发明中接收机可以通过已知的室内节点信号强度、用户位置和速度等信息判断用户是否在接近切换区，是否需要进行切换操作。二 计算欧氏距离在定位过程中，用户机实时接收到的RSS向量可由S’表示S’ =^1, a2, a3,…，a』，…aM)将该指纹图中的每个RSS向量与测量到的RSS向量S’进行对比，认定欧氏距离最小者为当前的用户所在位置。欧氏距离的计算过程如下式所示D(S\S(r)) =-a )在切换过程中，接收机始终监测周边室内定位节点的RSS值，若检测到的RSS向量与指纹图中RSS向量的最小欧氏距离大于某个值时，则认定该RSS向量并不存在于指纹图中，用户正处于内定位服务区以外。为防止用户处于切换区边缘时，出现接收机在两种定位模式下来回切换的“抖动”问题，本发明中“进门”和“出门”过程所使用的切换区域可以不同。当用户从室内环境走向室外环境时，即“出门”过程中，接收机参考比较大的切换区。而当用户从室外环境切换到室内环境，即“进门”过程中接收机参照一个较小的切换区。以下，通过仿真实验验本发明的效果图3是关于欧氏距离的软件仿真实验。实验中模拟了一个空旷的室内环境及其周边的室外环境，室内均匀布置4个AP，每个AP的发射功率为-17dBm。仿真中使用经典对数模型模拟WLAN信号的衰落，使用楼层衰减因子模型来模拟WLAN信号穿墙后的衰减。RSS指纹图的建立向墙外延伸10米，作为交叠区存在。图3中白色方框表示房间墙壁，白色圆圈表示AP位置，颜色深的部分表示检测到的RSS向量与指纹图的欧式距离越小，图中白色虚线表示切换区。从图中可以看出，切换区域内的测试点与参考点间的RSS向量的最小欧氏距离一般低于2个单位，而切换区以外较远的测试点最小欧氏距离大多在3个单位以上，有些甚至高达10个单位以上。可以看出，通过最小欧氏距离的观测，可以有效的区分用户是否在室内定位的服务区以内。图I给出了切换区和室内外两种定位服务区之间的关系。其中标记21是室内定位结点；标记22是室内定位服务区；标记23是“出门”切换区；标记24是“进门”切换区；标记25是门；标记26是用户。本发明利用指纹定位技术中现有的计算欧氏距离的过程，通过计算采样点与参考 点间RSS向量的欧氏距离的绝对值，来判断用户是否处于室内定位的服务区内，并以此控制用户机在室内外定位服务间进行切换。
权利要求
1.基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法，其特征是 它是基于室内外无缝定位切换系统实现的，所述系统包括接收机和N个无线接入节点；所述N个无线接入节点均布于室内，接收机接收来自N个无线接入节点RSS值的观测向量#为正整数； 基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法由以下步骤实现 步骤一、判断用户是否在室外环境下，如果判断结果为否，则执行步骤二；如果判断结果为是，则执行步骤三； 步骤二、对用户进行WLAN定位服务，并执行步骤二一 ； 步骤二一、根据WLAN定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤二二 ； 步骤二二、启动GNSS信号对用户进行检测，并计算用户与“出门”切换区的欧氏距离，并执行步骤二三； 步骤二三、判断步骤二二检测到的欧氏距离是否大于预设的一号门限；如果判断结果为是，则执行步骤二四；如果判断结果为否，则执行步骤三； 步骤二四、对用户保持WLAN服务，并对用户保持WLAN服务的状态下返回执行步骤-*-* ; 步骤三、对用户进行GNSS定位服务，并执行步骤三一； 步骤三一、根据GNSS定位结果，判断用户是否处于“出门”切换区的预设接近范围，如果判断结果为否，则返回执行步骤三；如果判断结果为是，则执行步骤三二 ； 步骤三二、根据“进门”切换区的指纹图，对用户进行WLAN信号搜索； 步骤三三、根据步骤三二中的WLAN信号搜索结果判断用户是否处于“进门”切换区的预设范围，如果判断结果为否，则在对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三二 ；如果判断结果为否，则执行步骤三四； 步骤三四、计算用户与“进门”切换区的欧氏距离，并判断所述欧氏距离是否大于预设的二号门限，如果判断结果为否，则执行步骤二 ；如果判断结果为是，则执行步骤三五； 步骤三五、对用户保持GNSS定位服务，并对用户保持GNSS服务的状态下返回执行步骤三四。
2.根据权利要求I所述的基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法，其特征在于“进门”切换区和“出门”切换区采用RSS指纹图的方式设定。
全文摘要
基于欧氏距离判决的室内外无缝定位切换方法，涉及一种室内外无缝定位切换方法。它是为了适应对室内外无缝定位切换的需求。本发明利用指纹定位技术中现有的计算欧氏距离的过程，通过计算采样点与参考点间RSS向量的欧氏距离的绝对值，来判断用户是否处于室内定位的服务区内，并以此控制用户机在室内外定位服务间进行切换。本发明适用于无线定位技术的在内外无缝切换。
文档编号H04W36/18GK102802225SQ201210301369
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者孟维晓, 邹德岳, 于启月, 吴萌, 刘恩晓, 陈雷, 马琳 申请人:哈尔滨工业大学