本发明属于无线路由器(WLAN：Wireless Local Areal Network)通信网络领域，特别是其中涉及的使用WLAN进行室内定位的方法及其系统。
背景技术：
随着近代通讯技术的高速发展，近年来，使得无线路由器(WLAN)得到了极大的发展，并获得大规模的普及应用。因此，基于广泛普及的WLAN的已有硬件设施，通过增添软件模块提供多样的室内定位服务，并将其应用到商业、公共安全和军事领域上，业界已有多种尝试。
例如，将WLAN部署在工业现场，监测设备运行情况；将WLAN部署在仓库跟踪物流动态；甚至临时将WLAN快速部署在火灾救护现场，为消防员提供最优路线导航。
进一步的，由于RSS(Received signal strength index，接收信号强度指示)无需额外的硬件装置，成本低，能满足大规模应用要求。目前，常见的室内定位大多采用基于RSSI的定位方式。根据是否需要通过物理手段直接测量节点间距离，RSSI定位技术可用于基于测距和非测距两类算法。
其中基于测距的算法需要获取节点间的距离，即已知发射信号强度，接收节点根据收到的信号强度，计算信号在传播过程中的损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。
但是，由于室内环境相对复杂，信号微弱，且多径、反射现象严重，测距过程很容易受其影响产生测距误差，且由此带来的定位误差容易造成累积，从而影响定位精度。
而对于非测距方式，其为采用基于位置指纹匹配来实现定位。基于位置指纹匹配的室内定位，大致可分为两个阶段：离线采样阶段和在线定位阶段。
其中离线采样阶段的目标是构建一个关于信号强度与采样点位置间关系的位置指纹数据库。为了生成该数据库，操作人员需要在被定位环境里确定若干采样点；然后遍历所有采样点，记录下在每个采样点测量的无线信号特征，例如，来自所有接入点的信号强度；最后将它们以某种方式保存在数据库中。
而在线定位阶段，是当用户移动到某一位置时，根据实时收到的信号强度信息，利用定位算法将其与位置指纹数据库中的信息匹配，计算出该用户的位置。基于位置指纹的定位无需测量距离，也不需要考虑测距误差问题，在成本和功耗方面与前者相比具有显著优势。
但是，上述基于采样点的匹配定位算法并没有考虑时间维度。在WLAN室内定位算法中，一天24个小时时间段，无线信号在空间中传播时的衰减大小并不是一个常量，它会随着气流、人流、天气情况等时刻发生着变化，是一个曲线波动。
因此，在离线采样阶段，如果只考虑部署时刻的无线指纹数据，并用此数据表达一天中所有时刻的采样数据，显然并不合理，而且相应的也会使得匹配的准确率大大下降，定位精度自然不高。也就是说，现有的无线指纹定位解决方案在离线采样阶段，只是将RSSI和坐标作为向量维度，并没有考虑时间因素对采样信号的影响。
因此，确有必要开发一种新型的无线指纹定位方法及其系统，来克服现有技术中的缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于时间维度的无线指纹定位方法，其加入时间维度，对应不同时间段形成相应的无线指纹数据库，当用户手持移动终端设备在某一位置时，利用定位算法将其与所在时间段的位置指纹数据库中的信息匹配，计算出该用户的位置，使得匹配的准确率大大提高，定位精度高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一个实施方式提供了一种基于时间维度的无线指纹定位方法，其包括以下步骤：
S1步骤：根据定位精度的预定需求，对相应区域进行单元网格划分，并对所述单元网格设置网格属性，将其存放到位置指纹数据库；其中每个单元网格中布设信标节点；并根据所述网格单元形状，以所述网格单元各顶点作为该网格单元的参考点；
S2步骤：根据实际需要设定，将一天时间划分为Ti个时间段，所述单元网格的各参考点在不同的时间段，采集所接收的来自所述信标节点的信号，作为该单元网格的位置指纹存储到对应该时间段的Di位置指纹数据库；
S3步骤：定位时，将待定位终端在Ti时间段接收到的信标节点信号强度与其对应的Di位置指纹数据库中各网格相应的参考点进行匹配，得到所述待定位终端的位置信息。
进一步的，在不同实施方式中，其中对所述相应区域进行单元网格划分的方式包括整体区域划分方式和根据设定长度单位进行区域划分方式中的至少一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述单元网格的属性包括自身编号、楼层编号、网格重心坐标、相邻网格编号、边界参考点编号中的至少一种。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述信标节点是已知位置坐标的无线局域网的接入点AP(Access Point)。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述信标节点的布设方式为，划分出的同一个单元网格内的待定位节点至少能收到3个稳定在-75dBm及以上信号强度的信标节点的信息，并同时保证不同单元网格内接收的信号强度有一定差异。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述参考点接收的信号强度的采集方式为采集时进行各方向的旋转移动，并持续一段时间，根据设定的统计方法对接收信号强度进行统计，将统计量存入位置指纹数据库作为该参考点位置指纹。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述统计方法是基于均值的方法，其为计算每个单元网格的各个参考点在Ti时间段内，一个采集周期内接收到的各个信标节点信号强度的平均值，并进行归一化处理，作为本单元网格位置指纹存入Di位置指纹数据库。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述统计方法是基于概率的方法，其为计算每个单元网格的各个参考点在Ti时间段内，一个采集周期内接收到的各个信标节点信号强度的均值μ与方差σ，将(μ，σ)作为相应信标节点在该单元网格的位置指纹存入Di位置指纹数据库。
进一步的，在不同实施方式中，其中S3步骤为，定位时，根据单元网格的参考点的位置指纹以及待定位终端接收到的所述信标节点的信号强度的位置指纹，计算所述待定位终端在Ti时间段定位时得到的位置指纹与每个参考点的位置指纹的欧氏距离，其中该位置指纹是对接收信号经过处理后得到的；然后计算每个单元网格内的所有参考点与待定位终端的位置指纹的欧氏距离相加，选出相加值最小的设定数量的网格单元；读取这个距离最小的上述预订数量的单元网格的属性，按照欧氏距离进行加权求和，得到所述待定位终端的坐标位置。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述基于单元网格的参考点到待定位终端的欧氏距离的计算公式为：
其中，x为待定位点接收信号强度矩阵，N为网格Gi的参考点数目，Cj为第j个参考点，d为属性维度。(请确认公式中的参数p是否需要作说明)
进一步的，本发明的又一个实施方式，提供了一种用于实施本发明涉及的一种基于时间维度的无线指纹定位方法的定位系统，其包括单元网格划分装置、信标布设装置、参考点确定装置、信号强度采集装置、位置指纹数据库以及终端位置确定装置。
其中所述单元网格划分装置，用于根据定位精度需求，对需要定位的相应区域进行单元网格划分，为所述单元网格设置属性，并将所述单元网格的属性存入位置指纹数据库。所述信标布设装置，用于布设3个或以上数量的信标节点，确保各个单元网格内接收信号强度有一定差异。
所述参考点确定装置，用于在所述单元网格内确定3个或以上数量的参考点。所述信号强度采集装置，用于在Ti时间段采集所述参考点处接收到的所述信标节点的信号强度，并将其作为位置指纹信息存入其对应的Di位置指纹数据库中。
所述位置指纹数据库，用于存储所述单元网格的属性、时间标签和位置指纹信息。所述终端位置确定装置，用于将待定位终端当前时间所接收到的所述信标节点的信号强度与所述此时间段的位置指纹数据库中各网格的位置指纹进行匹配，得到待定位终端的位置信息。
进一步的，在不同实施方式中，其中终端位置确定装置包括数据预处理模块和终端位置确定模块，其中所述数据预处理模块用于根据设定的匹配方法，对待测终端定位处在线测得的信号强度数据进行相应的处理。所述终端位置确定模块，用于根据各单元网格的位置指纹与当前时间段实际测得的信号强度构成的位置指纹，计算其基于单元网格参考点的欧氏距离，根据预先设定的阈值，选出值最小的预订数量的单元网格，加权后得到待定位终端位置。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位系统还包括中央控制装置，用于协调系统内各组成部分之间的工作，使得所述定位系统能够顺畅运行。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述定位系统还包括显示以及输入输出装置，用于所述系统接受外部指令，以及显示或是输出所述定位系统的数据处理结果。其具体可以包括输入键盘、鼠标、显示器、打印机等等。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明涉及的一种基于时间维度的无线指纹定位方法及其系统，其在离线采样阶段加入时间维度，对不同时间段的无线信号强度与采样点位置间关系形成无线指纹数据库。在线定位阶段，用户手持移动终端设备在某一位置时，根据实时收到的信号强度信息和当前时间信息，利用定位算法将其与当前时刻的位置指纹数据库中的信息匹配，计算出该用户的位置。如此，使得匹配的准确率大大提高，改善并提高定位精度。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式提供的一种基于时间维度的无线指纹定位系统的逻辑结构图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例，对本发明涉及的一种基于时间维度的无线指纹定位方法及其系统的技术方案作进一步的详细描述。
本发明的一个实施方式提供了一种基于时间维度的无线指纹定位方法，其包括以下步骤：
S1步骤：根据定位精度的预定需求，对相应区域进行单元网格划分，并对所述单元网格设置网格属性，将其存放到位置指纹数据库；其中每个单元网格中合理布设信标节点，确保每个单元网格能接收到3个以上的信标节点的信息；并根据所述网格单元形状，以所述网格单元各顶点作为该网格单元的参考点。
其中，对于所述相应区域，以建筑物为例，其可以是将所述建筑物内有定位需求的区域定义为相应区域，对其进行单元网格划分，并分别为这些网络设置网格属性。
具体的，所述建筑物中需要定位的区域，可包括但不限于：工作室、休息室、卫生间、大厅、走廊以及楼层之间的楼梯区域。对于定位精度，其可以是不固定的，是可以根据不同的定位精度需求，进行相应的单元网格划分。
例如，定位精度需求较低时，可进行整体性的区域划分，例如，工作室、休息室、卫生间等，可将整个房间区域划分为一个单元网格。而对要求定位精度较高的区域，例如3米以内，可将定位区域划分多个米级(以米为单位的)单元网格；而在特殊区域，如不规则平面和楼层间区域，可以适当调整单元网格的长宽或增加冗余网格以达到完全覆盖。
进一步的，对于划分出的所述单元网格的属性，例如，可包括但不限于：自身编号、楼层编号、网格重心坐标、相邻网格编号、边界参考点编号等等，并作为网格属性存入所示位置指纹数据库。
所述信标节点，其可以是已知位置坐标的无线局域网的接入点AP(Access Point)。所述信标节点具有唯一标识ID，并发送广播信息，同时所述信标节点的信号强度和信标节点的唯一标识ID是可以被硬件装置读取，例如，信号强度采集装置。
进一步的，在一个实施方式，所述信标节点的布设方式，例如数量、位置等等参数，可遵循以下原则：划分出的同一个所述单元网格内的待定位节点至少能收到3个稳定在-75dBm及以上信号强度的信标节点的信息，并同时保证不同所述单元网格内接收的信号强度有一定差异。
S2步骤：根据实际需要设定，将一天时间划分为Ti个时间段，比如以最小时间段是一小时为例，共划分为24个时间段，即T1、T2、…、T24；其中在T1、T2、…、T24共24个时间段内，在所述单元网格的各参考点采集所接收的来自信标节点的信号，作为该单元网格的位置指纹存储到Di位置指纹数据库；若是24个时间段T1、T2、…、T24，则相应的也是24个位置指纹数据库D1、D2、…、D24。
其中对于所述参考点接收的信号强度的采集方式，可以为在各参考点旋转采集。即，采集时在各方向旋转移动，持续一段时间，根据设定的统计方法对接收信号强度进行统计，将统计量存入位置指纹数据库作为该参考点位置指纹。采用旋转采集的方式，可以保证采集过程的全向性；而持续一定时间来采集一定数量的数据，可以保证数据的有效性。
其中所述统计方法可以是基于均值的方法或是基于概率的方法。对于基于均值的方法，其为计算每个单元网格的各个参考点在Ti时间段内，一个采集周期内接收到的各个信标节点信号强度的平均值，并进行归一化处理，作为本单元网格位置指纹存入Di位置指纹数据库。
对于基于概率的方法，其为计算每个单元网格的各个参考点在Ti时间段内，一个采集周期内接收到的各个信标节点信号强度的均值μ与方差σ，将(μ,σ)作为相应信标节点在该单元网格的位置指纹存入Di位置指纹数据库。
S3步骤：定位时，将待定位终端在Ti时间段接收到的信标节点信号强度与其对应的Di位置指纹数据库中各网格相应的参考点进行匹配，得到待定位终端的位置信息。
其具体实现的过程如下：
将待定位终端在Ti时间段内某点接收到的信号强度和信标节点编号，按照位置指纹的统计方法进行统一。其中在本实施方式中，其采用基于均值的匹配方法，则定位时在某点处测得的信号强度亦必须先求得平均值再进行归一化；
遍历Di位置指纹数据库中各单元网格多个参考点的位置指纹，计算所述待定位终端在Ti时间段定位时得到的位置指纹与每个参考点的位置指纹的欧氏距离，其中该位置指纹是对接收信号经过处理后得到的；然后计算每个单元网格内的所有参考点与待定位终端的位置指纹的欧氏距离相加，选出相加值最小的设定数量的网格单元；
其中涉及的所述基于单元网格的参考点到待定位终端的欧氏距离的计算公式为：
其中，x为待定位点接收信号强度矩阵，N为单元网格Gi的参考点数目，Cj为第j个参考点，d为属性维度。
读取这个距离最小的上述预订数量的单元网格的属性，例如，编号、网格重心坐标信息等等，按照欧氏距离进行加权求和，得到该待定位终端的坐标位置。其中欧氏距离越小，赋予的权重就越大。
进一步的，本发明的又一个实施方式，提供了一种用于实施本发明涉及的一种基于时间维度的无线指纹定位方法的定位系统，其包括单元网格划分装置、信标布设装置、参考点确定装置、信号强度采集装置、位置指纹数据库、终端位置确定装置、显示以及输入输出输出装置和中央控制装置。
其中所述单元网格划分装置，用于根据定位精度需求，对需要定位的相应区域进行单元网格划分，为所述单元网格设置属性，并将所述单元网格的属性存入位置指纹数据库。所述信标布设装置，用于布设多个信标节点，确保各个网格内接收信号强度有一定差异。
所述参考点确定装置，用于在所述单元网格内确定多个参考点。所述信号强度采集装置，用于在Ti时间段采集所述参考点处接收到的所述信标节点的信号强度，并将其作为位置指纹信息存入其对应的Di位置指纹数据库中。
所述位置指纹数据库，用于存储所述单元网格的属性、时间标签和位置指纹信息。所述终端位置确定装置，用于将待定位终端当前时间所接收到的所述信标节点的信号强度与所述此时间段的位置指纹数据库中各网格的位置指纹进行匹配，得到待定位终端的位置信息。
其中终端位置确定装置包括数据预处理模块和终端位置确定模块，其中所述数据预处理模块用于根据设定的匹配方法，对待测终端定位处在线测得的信号强度数据进行相应的处理。所述终端位置确定模块，用于根据各单元网格的位置指纹与当前时间段实际测得的信号强度构成的位置指纹，计算其基于单元网格参考点的欧氏距离，根据预先设定的阈值，选出值最小的预订数量的单元网格，加权后得到待定位终端位置。
其中所述显示以及输入输出装置，用于所述系统接受外部指令，以及显示或是输出所述定位系统的数据处理结果；其具体可以包括输入键盘、鼠标、显示器、打印机等等。所述中央控制装置，用于协调系统内各组成部分之间的工作，使得所述定位系统能够顺畅运行。
本发明涉及的一种基于时间维度的无线指纹定位方法及其系统，其在离线采样阶段加入时间维度，对不同时间段的无线信号强度与采样点位置间关系形成无线指纹数据库。在线定位阶段，用户手持移动终端设备在某一位置时，根据实时收到的信号强度信息和当前时间信息，利用定位算法将其与当前时刻的位置指纹数据库中的信息匹配，计算出该用户的位置。如此，使得匹配的准确率大大提高，改善并提高定位精度。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。