本發(fā)明涉及室內(nèi)外定位技術(shù),具體涉及室內(nèi)外無縫定位方法及定位系統(tǒng)
背景技術(shù):
信息技術(shù)推動科技的發(fā)展,如今,人們對于信息的獲取、存儲、傳遞實現(xiàn)了世界的網(wǎng)絡(luò)化,加強(qiáng)了對于位置信息的關(guān)注。
根據(jù)需求的應(yīng)用場景不同,通??梢詫⒍ㄎ环譃槭彝舛ㄎ?、室內(nèi)定位。前者依賴于衛(wèi)星陣列與地面基站的通信,而且精度非常高,如北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GPS(Global positioning system,全球定位系統(tǒng))定位系統(tǒng),以此為基礎(chǔ),室外定位軟件也已經(jīng)較為成熟,包括現(xiàn)有技術(shù)中的百度地圖等??紤]到室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性,定位衛(wèi)星的信號難以正常接受,因此當(dāng)前的室外定位系統(tǒng)難以適應(yīng)室內(nèi)場景。不過,人們的需求并未因此減少,為此,室內(nèi)定位得到了關(guān)注,包括RFID技術(shù)、超寬帶技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等。相對來說,Wi-Fi技術(shù)成本較低,實現(xiàn)難度不高,并且可移植、可擴(kuò)展。Wi-Fi是一種將裝有無線網(wǎng)卡的設(shè)備通過連接到同一無線網(wǎng)絡(luò)接入點從而進(jìn)行通信的技術(shù)。Wi-Fi定位技術(shù)依賴于Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò),Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于接入點(Access Point,AP)和無線網(wǎng)卡。常見的Wi-Fi定位系統(tǒng)有兩類:第一,借助配備無線網(wǎng)卡的設(shè)備檢測3個AP信號強(qiáng)度,采取差分算法得到大致的位置坐標(biāo);第二,構(gòu)建位置指紋數(shù)據(jù)庫,將其和AP信號強(qiáng)度值向量對照,根據(jù)算法計算位置信息。如今,Wi-Fi熱點已經(jīng)實現(xiàn)了室內(nèi)的大規(guī)模覆蓋,通常的實現(xiàn)方式是部署路由器陣列,該陣列往往位置固定,工作穩(wěn)定,同時維護(hù)簡單,對這些熱點的合理利用能夠降低硬件成本、提升定位精度。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無法高效地采用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與室外定位技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位等問題的出現(xiàn);提供室內(nèi)外無縫定位方法及定位系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種室內(nèi)外無縫定位方法,所述方法包括:
定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù);所述定位數(shù)據(jù)包括:所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、所述當(dāng)前位置的GPS信號和/或所述當(dāng)前位置的北斗定位信號;
當(dāng)所述Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
較佳地,在定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)的步驟中,具體包含:
定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號;
定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的GPS信號;
定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的北斗定位信號。
較佳地,在所述定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)的步驟之前;所述方法還包含:
建立后臺數(shù)據(jù)庫;所述后臺數(shù)據(jù)庫存儲至少一個建筑物室內(nèi)以及附近的所有參考點的無線接入點信號向量強(qiáng)度;
均勻選擇若干個所述參考點作為參考定位點,將每個所述參考定位點的所述無線接入點信號向量強(qiáng)度存入所述后臺數(shù)據(jù)庫。
較佳地,在采用室內(nèi)模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中;具體包含:
將所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號強(qiáng)度與所述后臺數(shù)據(jù)庫中的每個所述參考定位點的所述接入點信號向量強(qiáng)度進(jìn)行比對并計算匹配程度;
根據(jù)所述匹配程度選取排名前K位的K個所述參考定位點,采用卡爾曼濾波算法計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);
將所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)存入所述后臺數(shù)據(jù)庫。
較佳地,在采用室外模式對所述當(dāng)前位置進(jìn)行定位的步驟中,具體包含:
當(dāng)僅接收到所述當(dāng)前位置的GPS信號時,采用卡爾曼濾波算法將所述GPS信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);或
當(dāng)僅接收到所述當(dāng)前位置的北斗定位信號時,采用卡爾曼濾波算法將所述北斗定位信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);或
當(dāng)接收到所述當(dāng)前位置的北斗定位信號以及所述當(dāng)前位置的GPS信號時;當(dāng)所述北斗定位信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量多于所述GPS信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量時,采用卡爾曼濾波算法將所述北斗定位信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則,采用卡爾曼濾波算法將所述GPS信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
一種室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
位置服務(wù)終端,被配置為定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù);所述定位數(shù)據(jù)包括:所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、所述當(dāng)前位置的GPS信號和/或所述當(dāng)前位置的北斗定位信號;
位置服務(wù)平臺,被配置為當(dāng)所述Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
較佳地,所述位置服務(wù)終端包括:
Wi-Fi模塊,定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號;
北斗模塊,定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的GPS信號;
GPS模塊,定位所述當(dāng)前位置,生成所述當(dāng)前位置的北斗定位信號;
接口轉(zhuǎn)換模塊,將所述定位數(shù)據(jù)發(fā)送至所述位置服務(wù)平臺;
電源模塊,為所述北斗模塊、所述GPS模塊、所述Wi-Fi模塊以及所述接口轉(zhuǎn)換模塊提供工作電源。
較佳地,所述位置服務(wù)平臺還被配置為:
建立后臺數(shù)據(jù)庫;所述后臺數(shù)據(jù)庫存儲至少一個建筑物室內(nèi)以及附近的所有參考點的無線接入點信號向量強(qiáng)度;
均勻選擇若干個所述參考點作為參考定位點,將每個所述參考定位點的所述無線接入點信號向量強(qiáng)度存入所述后臺數(shù)據(jù)庫。
較佳地,在所述位置服務(wù)平臺采用室內(nèi)模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中;具體包含:
所述位置服務(wù)平臺將所述當(dāng)前位置的Wi-Fi信號強(qiáng)度與所述后臺數(shù)據(jù)庫中的每個所述參考定位點的所述無線接入點信號向量強(qiáng)度進(jìn)行比對并計算匹配程度;
所述位置服務(wù)平臺根據(jù)所述匹配程度選取排名前K位的K個參考定位點,采用卡爾曼濾波算法計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);
將所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)存入所述后臺數(shù)據(jù)庫。
較佳地,在所述位置服務(wù)平臺采用室外模式計算所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中,具體包含:
當(dāng)僅接收到所述當(dāng)前位置的GPS信號時,所述位置服務(wù)平臺采用卡爾曼濾波算法將所述GPS信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);或
當(dāng)僅接收到所述當(dāng)前位置的北斗定位信號時,所述位置服務(wù)平臺采用卡爾曼濾波算法將所述北斗定位信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);或
當(dāng)接收到所述當(dāng)前位置的北斗定位信號以及所述當(dāng)前位置的GPS信號時;當(dāng)所述北斗定位信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量多于所述GPS信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量時,所述位置服務(wù)平臺采用卡爾曼濾波算法將所述北斗定位信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則,所述位置服務(wù)平臺采用卡爾曼濾波算法將所述GPS信號處理為所述當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上,上述各優(yōu)選條件,可任意組合,即得本發(fā)明各較佳實例。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
本發(fā)明公開的室內(nèi)外無縫定位方法及定位系統(tǒng),采用位置服務(wù)終端、位置服務(wù)平臺組建形成定位系統(tǒng)。首先,位置服務(wù)終端定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù);其次,位置服務(wù)平臺用于當(dāng)Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)外不同環(huán)境下的高精度定位,滿足兼有室內(nèi)外定位需求的系統(tǒng),在室外定位時不僅僅依靠于全球衛(wèi)星導(dǎo)航生成的北斗定位信號進(jìn)行定位,同時加入了GPS定位,能夠保證室外定位的不間斷性,提高定位精度;在室內(nèi)定位時選擇Wi-Fi定位方法,特別適用于已經(jīng)有Wi-Fi覆蓋、布置有一定數(shù)量路由器的室內(nèi)場所,這樣能夠降低定位成本。同時,本發(fā)明在室內(nèi)定位得到初步定位結(jié)果后,采用卡爾曼濾波實現(xiàn)定位位置的最優(yōu)估計,從而降低系統(tǒng)噪聲、干擾帶來的不良作用,提升定位的準(zhǔn)確性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明室內(nèi)外無縫定位方法的整體流程示意圖。
圖2為本發(fā)明室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實施例1
如圖1所示,一種室內(nèi)外無縫定位方法,該方法包括:
S1,定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)。
定位數(shù)據(jù)包括:當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、當(dāng)前位置的GPS信號和/或當(dāng)前位置的北斗定位信號。
S2,當(dāng)Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
本實施例公開的室內(nèi)外無縫定位方法,能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)外不同環(huán)境下的高精度定位,滿足兼有室內(nèi)外定位需求的系統(tǒng),在室外定位時不僅僅依靠于全球衛(wèi)星導(dǎo)航生成的北斗定位信號進(jìn)行定位,同時加入了GPS定位,能夠保證室外定位的不間斷性,提高定位精度;在室內(nèi)定位時選擇Wi-Fi定位方法,特別適用于已經(jīng)有Wi-Fi覆蓋、布置有一定數(shù)量路由器的室內(nèi)場所,這樣能夠降低定位成本。
實施例2
如圖1所示,一種室內(nèi)外無縫定位方法,該方法包括:
S1,定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)。
其中,定位數(shù)據(jù)包括:當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、當(dāng)前位置的GPS信號和/或當(dāng)前位置的北斗定位信號。
在步驟S1中,具體包含:
S1.1,定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的Wi-Fi信號;
S1.2,定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的GPS信號;
S1.3,定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的北斗定位信號。
在步驟S1之前,本實施例公開的室內(nèi)外無縫定位方法還包括:
S0.1,建立后臺數(shù)據(jù)庫。后臺數(shù)據(jù)庫存儲至少一個建筑物室內(nèi)以及附近的所有參考點的無線接入點信號向量強(qiáng)度。
本實施例中,利用至少一個建筑物室內(nèi)已有的參考路由器形成的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò),記錄每個參考點的無線接入點(AP,Access Point)信號向量以及每個無線AP信號向量強(qiáng)度。其中,每個無線AP信號向量包括SSID、MAC地址。
S0.2,均勻選擇若干個參考點作為參考定位點,將每個參考定位點的無線接入點信號向量強(qiáng)度存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例中,根據(jù)室內(nèi)情況,在橫向、縱向按距離均勻選擇M個參考點作為參考定位點。
S2,當(dāng)Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
步驟S2具體包含如下步驟:
S2.1在采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中,具體包含:
S2.1.1,將當(dāng)前位置的Wi-Fi信號強(qiáng)度與后臺數(shù)據(jù)庫中的每個參考定位點的接入點信號向量強(qiáng)度進(jìn)行比對并計算匹配程度。
本實施例中,實時收集當(dāng)前位置接受到的信號強(qiáng)度,即無線AP信號向量強(qiáng)度信息;將其和后臺數(shù)據(jù)庫中的所有參考定位點的無線AP信號向量強(qiáng)度進(jìn)行比對。
S2.1.2,根據(jù)匹配程度選取排名前K位的K個參考定位點,采用卡爾曼濾波算法計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
S2.1.3,將當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例中:
首先,主動搜索室內(nèi)附近的無線AP信號向量,并將收集到的無線AP信號向量強(qiáng)度保存到后臺數(shù)據(jù)庫中。
其次,在參考定位點表中掃描,找到最近似的K個參考定位點,掃描找點的過程中,需要對比當(dāng)前位置的向量強(qiáng)度和參考定位點的向量強(qiáng)度值,具體的衡量公式為:
由此公式計算得到的Di即為待測點(當(dāng)前位置)和第i個參考定位點的距離,可見我們將會得到M個這樣的距離,并從中選取前K個最小距離的參考定位點。
通常,q=2時的效果最佳,因此q通常選取為2,公式則可表示為:
其中,(xi,yi)為第i個參考定位點的坐標(biāo),為測得的當(dāng)前位置的坐標(biāo)。
得到室內(nèi)定位的初步結(jié)果后,卡爾曼濾波子線程將對結(jié)果進(jìn)行濾波,提升準(zhǔn)確性。
假設(shè)系統(tǒng)模型為x(n+1)=Ax(n)+Bu(n+1)+w(n+1),系統(tǒng)的測量值z(n+1)=Hx(n+1)+v(n+1),其中w(n)和v(n)是高斯白噪聲,協(xié)方差分別為p(w)和p(v)。
在本系統(tǒng)中,x(n)可以表示為(xn,yn,vx,vy);A作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣,具體可以表示為如下形式:
u(n+1)作為當(dāng)前狀態(tài)控制量,可以選擇為0,認(rèn)為沒有控制量;
H作為測量系統(tǒng)的參數(shù),具體可以表示為如下形式:
由于本系統(tǒng)采取的是K近鄰法,因此
如果,現(xiàn)在系統(tǒng)狀態(tài)為n+1,根據(jù)系統(tǒng)模型,由公式計算得到n+1時刻的預(yù)測值其中為上一時刻的最優(yōu)估計定位結(jié)果。
計算得到當(dāng)前狀態(tài)的協(xié)方差p(n+1|n)=Ap(n|n)A′+p(w);
當(dāng)前的測量值為z(n+1),結(jié)合上述兩個步驟中的預(yù)測值計算得到卡爾曼增益Kg(n+1)=p(n+1|n)H′/(Hp(n+1|n)H′+p(v));
得到當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)估計
為了確保卡爾曼濾波能夠不斷運行,更新n+1狀態(tài)下的協(xié)方差p(n+1|n+1)=(E-Kg(n+1)H)p(n+1|n)。
經(jīng)過卡爾曼濾波后,室內(nèi)外定位的結(jié)果則更加精準(zhǔn)。
S2.2,在采用室外模式對當(dāng)前位置進(jìn)行定位的步驟中,具體包含:
當(dāng)僅接收到當(dāng)前位置的GPS信號時,采用卡爾曼濾波算法將GPS信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫;或
當(dāng)僅接收到當(dāng)前位置的北斗定位信號時,采用卡爾曼濾波算法將北斗定位信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫;或
當(dāng)接收到當(dāng)前位置的北斗定位信號以及當(dāng)前位置的GPS信號時;當(dāng)北斗定位信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量多于GPS信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量時,采用卡爾曼濾波算法將北斗定位信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則,采用卡爾曼濾波算法將GPS信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例中:
得到室外定位的初步結(jié)果后,卡爾曼濾波子線程將對結(jié)果進(jìn)行濾波,提升準(zhǔn)確性。
假設(shè)系統(tǒng)模型為x(n+1)=Ax(n)+Bu(n+1)+w(n+1),系統(tǒng)的測量值z(n+1)=Hx(n+1)+v(n+1),其中w(n)和v(n)是高斯白噪聲,協(xié)方差分別為p(w)和p(v)。
在本系統(tǒng)中,x(n)可以表示為(xn,yn,vx,vy);A作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣,具體可以表示為如下形式:
u(n+1)作為當(dāng)前狀態(tài)控制量,可以選擇為0,認(rèn)為沒有控制量;
H作為測量系統(tǒng)的參數(shù),具體可以表示為如下形式:
由于本系統(tǒng)采取的是K近鄰法,因此
如果,現(xiàn)在系統(tǒng)狀態(tài)為n+1,根據(jù)系統(tǒng)模型,由公式計算得到n+1時刻的預(yù)測值其中為上一時刻的最優(yōu)估計定位結(jié)果。
計算得到當(dāng)前狀態(tài)的協(xié)方差p(n+1|n)=Ap(n|n)A′+p(w);
當(dāng)前的測量值為z(n+1),結(jié)合上述兩個步驟中的預(yù)測值計算得到卡爾曼增益Kg(n+1)=p(n+1|n)H′/(Hp(n+1|n)H′+p(v));
得到當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)估計
為了確??柭鼮V波能夠不斷運行,更新n+1狀態(tài)下的協(xié)方差p(n+1|n+1)=(E-Kg(n+1)H)p(n+1|n)。
經(jīng)過卡爾曼濾波后,室內(nèi)外定位的結(jié)果則更加精準(zhǔn)。
本實施例公開的室內(nèi)外無縫定位方法,滿足兼有室內(nèi)外的定位需求。室內(nèi)定位時選擇Wi-Fi信號進(jìn)行定位,特別適用于已有Wi-Fi覆蓋、布置有一定數(shù)量路由器的室內(nèi)場所。在室外定位時,采用北斗定位信號、GPS信號,確保室外定位的不間斷性。本實施例在得到初步定位結(jié)果后,采用卡爾曼濾波算法實現(xiàn)當(dāng)前位置的最優(yōu)估計,提高了定位的準(zhǔn)確性。
實施例3
如圖2所示,一種室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)包括:位置服務(wù)終端、位置服務(wù)平臺2。其中:
位置服務(wù)終端被配置為定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)。位置服務(wù)平臺2被配置為當(dāng)Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
本實施例中,定位數(shù)據(jù)包括:當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、當(dāng)前位置的GPS信號和/或當(dāng)前位置的北斗定位信號。
本實施例公開的一種室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng),位置服務(wù)終端用于提供待定位的位置信息,位置服務(wù)平臺能夠根據(jù)位置信息確定采用室內(nèi)模式或室外模式處理位置信息,得到最終的定位結(jié)果。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)室外定位精度可到10m,室內(nèi)定位精度為3m。
實施例4
如圖2所示,一種室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng),系統(tǒng)包括:位置服務(wù)終端、位置服務(wù)平臺2。其中:
位置服務(wù)終端被配置為定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)。位置服務(wù)平臺2被配置為當(dāng)Wi-Fi信號的信號強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時,采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo);否則將采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
本實施例中,定位數(shù)據(jù)包括:當(dāng)前位置的Wi-Fi信號、當(dāng)前位置的GPS信號和/或當(dāng)前位置的北斗定位信號。
本實施例中,定位數(shù)據(jù)包含當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息、高度信息等。
本實施例中,位置服務(wù)終端包括:Wi-Fi模塊11、北斗模塊12、GPS模塊13、接口轉(zhuǎn)換模塊14以及電源模塊15。其中:
Wi-Fi模塊11用于定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的Wi-Fi信號。北斗模塊12用于定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的GPS信號。GPS模塊13用于定位當(dāng)前位置,生成當(dāng)前位置的北斗定位信號。接口轉(zhuǎn)換模塊14將定位數(shù)據(jù)發(fā)送至位置服務(wù)平臺2;電源模塊15為北斗模塊12、GPS模塊13、Wi-Fi模塊11以及接口轉(zhuǎn)換模塊14提供工作電源。
當(dāng)室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時,位置服務(wù)終端上電,并通過接口轉(zhuǎn)換模塊14與位置服務(wù)平臺2建立連接;并經(jīng)過串口檢測、初始化后,實現(xiàn)室內(nèi)外無縫定位。
本實施例中,在位置服務(wù)終端被配置為定位當(dāng)前位置,生成定位數(shù)據(jù)之前;位置服務(wù)平臺2還用于建立后臺數(shù)據(jù)庫。后臺數(shù)據(jù)庫存儲至少一個建筑物室內(nèi)以及附近的所有參考點的無線接入點信號向量強(qiáng)度。進(jìn)一步,位置服務(wù)平臺2用于均勻選擇若干個參考點作為參考定位點,將每個參考定位點的無線接入點信號向量強(qiáng)度存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例中,在位置服務(wù)平臺2采用室內(nèi)模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中,具體包含:
位置服務(wù)平臺2將當(dāng)前位置的Wi-Fi信號強(qiáng)度與后臺數(shù)據(jù)庫中的每個參考定位點的無線接入點信號向量強(qiáng)度進(jìn)行比對并計算匹配程度。
位置服務(wù)平臺2根據(jù)匹配程度選取排名前K位的K個參考定位點,采用卡爾曼濾波算法計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)。
將當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例中,在位置服務(wù)平臺2采用室外模式計算當(dāng)前位置的定位坐標(biāo)的步驟中,具體包含:
當(dāng)僅接收到當(dāng)前位置的GPS信號時,位置服務(wù)平臺2將GPS信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫;或
當(dāng)僅接收到當(dāng)前位置的北斗定位信號時,位置服務(wù)平臺2將北斗定位信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫;或
當(dāng)接收到當(dāng)前位置的北斗定位信號以及當(dāng)前位置的GPS信號時;當(dāng)北斗定位信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量多于GPS信號對應(yīng)的接收衛(wèi)星數(shù)量時,位置服務(wù)平臺2將北斗定位信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫;否則,位置服務(wù)平臺2將GPS信號處理為當(dāng)前位置的定位坐標(biāo),并存入后臺數(shù)據(jù)庫。
本實施例公開的一種室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng),在對已接收的室內(nèi)或室外定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理中,具體如下:
首先,主動搜索室內(nèi)以及附近的無線AP信號向量,并將收集到的無線AP信號向量強(qiáng)度保存到后臺數(shù)據(jù)庫中。
其次,在參考定位點表中掃描,找到最近似的K個參考定位點,掃描找點的過程中,需要對比當(dāng)前位置的向量強(qiáng)度和參考定位點的向量強(qiáng)度值,具體的衡量公式為:
由此公式計算得到的Di即為待測點(當(dāng)前位置)和第i個參考定位點的距離,可見我們將會得到M個這樣的距離,并從中選取前K個最小距離的參考定位點。
通常,q=2時的效果最佳,因此q通常選取為2,公式則可表示為:
其中,(xi,yi)為第i個參考定位點的坐標(biāo),為測得的當(dāng)前位置的坐標(biāo)。
得到室外或室內(nèi)定位的初步結(jié)果后,卡爾曼濾波子線程將對結(jié)果進(jìn)行濾波,提升準(zhǔn)確性。
假設(shè)系統(tǒng)模型為x(n+1)=Ax(n)+Bu(n+1)+w(n+1),系統(tǒng)的測量值z(n+1)=Hx(n+1)+v(n+1),其中w(n)和v(n)是高斯白噪聲,協(xié)方差分別為p(w)和p(v)。
在本系統(tǒng)中,x(n)可以表示為(xn,yn,vx,vy);A作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣,具體可以表示為如下形式:
u(n+1)作為當(dāng)前狀態(tài)控制量,可以選擇為0,認(rèn)為沒有控制量;
H作為測量系統(tǒng)的參數(shù),具體可以表示為如下形式:
由于本系統(tǒng)采取的是K近鄰法,因此
如果,現(xiàn)在系統(tǒng)狀態(tài)為n+1,根據(jù)系統(tǒng)模型,由公式計算得到n+1時刻的預(yù)測值其中為上一時刻的最優(yōu)估計定位結(jié)果。
計算得到當(dāng)前狀態(tài)的協(xié)方差p(n+1|n)=Ap(n|n)A′+p(w);
當(dāng)前的測量值為z(n+1),結(jié)合上述兩個步驟中的預(yù)測值計算得到卡爾曼增益Kg(n+1)=p(n+1|n)H′/(Hp(n+1|n)H′+p(v));
得到當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)估計
為了確??柭鼮V波能夠不斷運行,更新n+1狀態(tài)下的協(xié)方差p(n+1|n+1)=(E-Kg(n+1)H)p(n+1|n)。
經(jīng)過卡爾曼濾波后,室內(nèi)外定位的結(jié)果則更加精準(zhǔn)。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,這些僅是舉例說明,本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下,可以對這些實施方式做出多種變更或修改,但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。