[发明专利]基于WiFi与步行者航位测算的多点拓扑逼近定位方法在审

专利信息
申请号: 201611204713.5 申请日: 2016-12-23
公开(公告)号: CN106792533A 公开(公告)日: 2017-05-31
发明(设计)人: 卢小峰;刘嘉钰;王健林;张子博;边海滨;张胜利 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: H04W4/02 分类号: H04W4/02;H04W64/00;H04W84/12;G01S11/02
代理公司: 陕西电子工业专利中心61205 代理人: 程晓霞,王品华
地址: 710071 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 wifi 步行者 测算 多点 拓扑 逼近 定位 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于无线通信技术领域,更进一步涉及通过电磁波与步行者航位测算(PDR)信息进行室内定位,具体是一种基于WiFi与PDR的多点拓扑逼近室内定位方法,用于室内WiFi环境下的用户定位。

背景技术

由于卫星信号无法穿透墙壁,因此在室内环境中无法利用卫星定位获取用户的位置信息。室内定位技术可以用在室内导航导航、大型场所人员管理,如超市、幼儿园、景点、养老院、医院、反恐安全、基于物联网的物品管理等场合。

目前尚无统一方案准确实现室内定位,主要存在有基于WIFI、步行者航位测算(PDR)、蓝牙、RFID等的几种室内定位方法,每个方法都有各自的优缺点:单独使用基于WIFI或PDR的定位方法都不需要为实现室内定位而增加额外的设备,但缺点是定位精度相对较低,误差都在2米左右,不能达到亚米级;基于蓝牙和基于RFID的定位方法定位精度虽高,但是需要额外布设蓝牙或者RFID设备,硬件成本较高。

基于WiFi的室内定位因为不需要增加额外的设备,WiFi信号在大型建筑物有很高的覆盖率,可实现性强。但是利用WiFi信号进行室内定位也有天然的劣势,就是WiFi信号进行室内定位存在信号不稳定,定位平均误差约为一点七米,还有很高的提升空间。

发明内容

本发明目的在于针对上述WiFi定位技术存在定位精度不高的问题,提出一种基于WiFi与PDR的多点拓扑逼近室内定位方法,方法实现过程涉及手持设备、服务器与已布设WiFi的有限室内区域,其特征在于,包括有四个阶段:

阶段一:通过WiFi定位获得需定位各点的基础定位结果,确定WiFi定位多边形G:

在已布设WiFi的室内有限区域内,人员携带手持设备做步行运动,经过需定位各点时在手持设备上进行标记,分别记作p1(x1,y1),p2(x2,y2),...,pn(xn,yn),其中n为需定位点数,p为各点在地图上的坐标点,所有标记点为顶点获得WiFi定位多边形G;

阶段二:通过PDR测距结果构造PDR测距多边形G’的形状:

通过PDR测距测得需定位各点中两两之间的相对距离,利用各个点之间的相对距离确定相对位置,得到一个确定形状的多边形,并把多边形G’的各个顶点记为p1’,p2’,...,pn’,分别对应WiFi定位多边形G’中的各个顶点,其中n为需定位点数,得到PDR测距多边形G’的形状;

阶段三:通过旋转PDR测距多边形G’得到G’的最佳方向,确定PDR测距多边形G’的方向:

把已经确定形状的PDR测距多边形G’复制到WiFi定位多边形G所在的地图上,对两个多边形G和G’进行对应边内积求和,设求和值为变量Φ,通过改变多边形G’的旋转角度,使变量Φ取得最大值,此时PDR测距多边形G’的方向作为最佳方向;

阶段四:确定PDR测距多边形G’的位置,获得定位结果:

通过平移PDR测距多边形G’,使多边形G’的重心在地图上与WiFi定位多边形G的重心重合,作为最终的多边形G’的位置,这时多边形G’各个顶点在地图中所对应的位置就是需定位各点的定位位置。

与单独利用WiFi进行室内定位相比,本发明在不额外增加硬件设备的前提下,大幅提高室内定位精度,将定位误差从2米缩减至1米以内,使定位精度提升至亚米级。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

第一,本发明由于利用PDR测距获取了需定位各点之间的相对距离,结合WiFi基础定位结果,把用于定位的可用信息从一种变成两种,与单独利用WiFi定位相比,精度有本质上的提升,将精确度从2米提高至亚米级。且不需要额外增加硬件设备,成本低,易于实现。可用在超市、幼儿园、景点、医院、反恐安全及基于物联网的物品管理等场合。

第二,本发明通过WiFi得到的基础定位结果形成的图形,以及通过PDR测距获得的多点之间距离而得到的图形进行拓扑逼近运算,其中把通过PDR测距得到的图形经过旋转和平移,逼近通过WiFi信息得到的基础定位结果形成的图形,最终得到更精确的定位结果,而且相关拓扑逼近运算大多都在服务器端,用户设备运算较少,使得定位速度不会变慢。

附图说明

图1是本发明的实现流程图;

图2是实施例4中的定位方案参考示意图。

图3是实施例6中的定位方案参考示意图。

图4是本发明与单纯WiFi室内定位方法在相同同测试点数下的定位误差对比图。

具体实施方式

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