專(zhuān)利名稱：基于WiFi的分層定位系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，特別是涉及一種基于WiFi的分層定位系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目標(biāo)的位置信息在各種場(chǎng)合中發(fā)揮著重要作用，如車(chē)輛導(dǎo)航、礦井井下人員定位、建筑工地管理等。GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))作為全球最廣泛使用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，在許多領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。然而，其信號(hào)卻極易受到障礙物的干擾和阻斷，在密集的城市地帶、隧道、室內(nèi)等環(huán)境定位不可靠甚至于失效。隨著 IEEE802. 11(無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn))技術(shù)的成熟，WiFi (Wireless Fidelity，無(wú)線保真)在世界各地普及，其覆蓋面越來(lái)越廣。WiFi主要依靠接入點(diǎn)(Access Point,AP)或基站定期發(fā)送的信標(biāo)信號(hào)中所含的接收信息強(qiáng)度(RSS)信息作為定位移動(dòng)計(jì)算。較之其他的定位技術(shù)，基于WiFi的定位具有以下優(yōu)勢(shì)可工作于室內(nèi)、室外等不同場(chǎng)合，為實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的定位提供了可能性；僅依賴于現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行任何改動(dòng)，使用成本低；WiFi信號(hào)受非視距影響小，即使在有障礙物阻擋的情況下也能使用。絕大多數(shù)基于WiFi的定位系統(tǒng)都是利用RSS，其主要方法分為兩類(lèi)三角形算法和位置指紋識(shí)別算法。三角形算法利用待測(cè)目標(biāo)到至少三個(gè)參考點(diǎn)之間的距離信息估計(jì)目標(biāo)位置，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)依照無(wú)線信號(hào)的傳輸損耗模型將其轉(zhuǎn)換成待測(cè)目標(biāo)到相應(yīng)AP的距離。而位置指紋識(shí)別則通過(guò)比較定位所需的信號(hào)特征指紋信息獲取目標(biāo)位置。由于接收信號(hào)強(qiáng)度易受到天線高度、線性方向和環(huán)境的影響，使得基于三角形算法的WiFi定位的性能并不高。而基于位置指紋識(shí)別的無(wú)線定位并不需要知道AP的位置及準(zhǔn)確的信道模型，因此，不管在具體實(shí)施上還是定位性能上，較之于基于三角形算法的定位都具有較大的優(yōu)越性。另外，雖然目前有很多基于WiFi的室內(nèi)和室外定位系統(tǒng)，但對(duì)用戶在商場(chǎng)或多層辦公室的情況下，需要獲取自己所在具體樓層的定位信息時(shí)，目前存在的定位系統(tǒng)仍無(wú)法滿足這個(gè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于WiFi的分層定位系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)該定位系統(tǒng)，可以將室內(nèi)各層無(wú)線接入點(diǎn)(AP)的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度的采集，將采集到的信號(hào)特征發(fā)送給本發(fā)明的定位系統(tǒng)服務(wù)器端進(jìn)行樓層判斷和指紋的查詢比對(duì)進(jìn)而進(jìn)行定位計(jì)算，從而最終獲得移動(dòng)終端用戶所在具體樓層的位置，因此，可以在建筑物內(nèi)，對(duì)每一樓層的物體進(jìn)行及時(shí)的較為準(zhǔn)確的定位。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的基于WiFi的分層定位系統(tǒng)，包括Receive接口，用于獲取移動(dòng)終端用戶傳送的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和AP的MAC (MediaAccess Control,介質(zhì)訪問(wèn)控制)地址信息；判斷模塊，用于根據(jù)Receive接口所獲得的信息，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層；其中，移動(dòng)終端包括手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、掌上上網(wǎng)設(shè)備、P0S(Point of sales)機(jī)、車(chē)載電腦；定位模塊，用于根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在樓層，并利用基于位置指紋識(shí)別定位方法，最終確定移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置；其中，基于位置指紋識(shí)別定位方法，包括在線訓(xùn)練階段和在線定位階段。其中，在線訓(xùn)練階段的目標(biāo)在于建立一個(gè)位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)；顯示模塊，用于顯示移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置。另外，本發(fā)明還提供一種基于WiFi的分層定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括
(I)調(diào)用Receive接口，獲得無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和AP的MAC地址；(2)根據(jù)Receive接口所獲得的信息，利用判斷模塊，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層；(3)利用定位模塊，在位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該樓層的指紋庫(kù)，再使用相應(yīng)的指紋匹配方法，獲取參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)，最終確定移動(dòng)終端用戶在樓層中的具體位置；(4)利用顯示模塊，調(diào)用移動(dòng)終端用戶所在樓層的地圖，顯示移動(dòng)終端用戶所在樓層中的位置。本發(fā)明利用WiFi定位的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種基于WiFi的室內(nèi)分層定位系統(tǒng)，并使用改進(jìn)的基于位置指紋識(shí)別方法對(duì)移動(dòng)終端用戶進(jìn)行較為精確的定位。本發(fā)明的定位系統(tǒng)的處理過(guò)程，首先根據(jù)得到的多個(gè)無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和AP所在樓層，判斷移動(dòng)終端用戶所在樓層，再使用指紋識(shí)別方法得到移動(dòng)終端用戶的最終位置信息，同時(shí)指紋識(shí)別方法中的參考點(diǎn)可通過(guò)用戶的參與不斷的進(jìn)行添加和校正，達(dá)到多個(gè)終端用戶共享的目的。因此，本發(fā)明可以滿足移動(dòng)終端用戶獲取自己所在具體樓層的定位信息，而且本發(fā)明的定位系統(tǒng)針對(duì)多層共用同一 AP的情況也可給出判斷，識(shí)別穩(wěn)定性好。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖I是本發(fā)明移動(dòng)終端用戶位置定位框架圖；圖2是本發(fā)明新參考點(diǎn)添加框架圖；圖3是本發(fā)明基于位置指紋識(shí)別的WiFi定位；圖4是本發(fā)明同一樓層參考點(diǎn)、AP和移動(dòng)終端位置示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的基于WiFi的室內(nèi)分層定位系統(tǒng)，包括Receive接口，用于獲取移動(dòng)終端用戶傳送的AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和AP的MAC地址
信息；判斷模塊，用于根據(jù)Receive接口所獲得的信息，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層；定位模塊，用于根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在樓層，并利用基于位置指紋識(shí)別定位方法，最終確定移動(dòng)終端用戶在樓層中的位置；顯示模塊，用于顯示移動(dòng)終端用戶在樓層中的具體位置。對(duì)于上述基于WiFi的室內(nèi)分層定位系統(tǒng)，其具體的實(shí)現(xiàn)方法，見(jiàn)圖I、圖2和圖3所示，包括第一階段為多個(gè)無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和AP的MAC地址獲取階段。當(dāng)顯示移動(dòng)終端用戶在建筑物內(nèi)進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)自動(dòng)通過(guò)web服務(wù)器將AP的MAC地址和無(wú)信號(hào)強(qiáng)度信息傳給定位系統(tǒng)的Receive接口，通過(guò)調(diào)用Receive接口，獲得無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和AP的MAC地址。第二階段為移動(dòng)終端用戶所在樓層判斷階段。在實(shí)際應(yīng)用中，可能存在多個(gè)樓層共用同一個(gè)AP的情況，但由于樓板等障礙物的影響，其他層的WiFi強(qiáng)度會(huì)減弱。因此，在實(shí)際判斷移動(dòng)終端用戶所在樓層時(shí)，需要獲取周?chē)鄠€(gè)AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，在根據(jù)這些AP所在的樓層分布，得到當(dāng)前移動(dòng)終端用戶所在樓層的定位。其具體的處理過(guò)程如下
I)如果沒(méi)有搜索到AP，退出；2)按照接收到的無(wú)線信號(hào)從強(qiáng)到弱的順序進(jìn)行等級(jí)排序；3)如果排在第一級(jí)(無(wú)線信號(hào)最強(qiáng)級(jí))的AP分別位于樓層N和N+n，則判斷移動(dòng)終端用戶所在樓層為N+n/2 ；否則轉(zhuǎn)到步驟4)；4)如果所有搜索到AP都在第一級(jí)AP的上層或下層，則移動(dòng)終端用戶所在樓層和第一級(jí)AP所在樓層相同；否則轉(zhuǎn)到5)；5)如果前幾級(jí)的AP分部在同一層，則移動(dòng)終端用戶所在樓層和第一級(jí)AP所在樓層相同；否則轉(zhuǎn)6)；6)如果第一級(jí)AP所在樓層為N，其他級(jí)AP所在樓層分布兩端，則移動(dòng)終端用戶所在樓層為N，判斷結(jié)束。第三階段為移動(dòng)終端用戶定位階段。由于樓層環(huán)境復(fù)雜，WiFi無(wú)線信號(hào)具有較強(qiáng)的時(shí)變特性。無(wú)線信號(hào)傳播衰減模型在表征距離與信號(hào)強(qiáng)度間的映射關(guān)系時(shí)不是特別準(zhǔn)確，因此，在基于WiFi的室內(nèi)分層定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)采用基于位置指紋識(shí)別定位方法，該方法的穩(wěn)定性較強(qiáng)。常規(guī)的基于位置指紋識(shí)別定位方法主要包括離線訓(xùn)練和在線定位兩個(gè)階段。其中，訓(xùn)練階段的目標(biāo)在于建立一個(gè)位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)(即指紋庫(kù))。在本發(fā)明中，對(duì)基于位置指紋識(shí)別定位方法進(jìn)行了改進(jìn)。其中的訓(xùn)練階段改為在線訓(xùn)練階段，其處理過(guò)程是移動(dòng)終端用戶將搜索得到的各AP的信號(hào)強(qiáng)度和所在的具體位置發(fā)送給本發(fā)明的定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)首先判斷位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有移動(dòng)終端所在位置的記錄，如果有則更新該參考點(diǎn)的信息，即用新獲得的各AP信息強(qiáng)度替換原來(lái)的該參考點(diǎn)的AP信息。否則直接將移動(dòng)終端用戶所在位置作為參考點(diǎn)存入指紋庫(kù)中。指紋庫(kù)中的參考點(diǎn)在開(kāi)始的時(shí)候可以是空白的，通過(guò)移動(dòng)終端用戶的不斷參與，來(lái)逐漸增加參考點(diǎn)的數(shù)目，從而可以為更多的移動(dòng)終端用戶進(jìn)行定位時(shí)提供服務(wù)。當(dāng)然商家也可以手動(dòng)添加一些參考點(diǎn)，為移動(dòng)終端用戶添加新的參考點(diǎn)時(shí)提供參考依據(jù)。在線定位階段，通過(guò)使用獲得的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度去匹配構(gòu)建的指紋庫(kù)，從而獲得移動(dòng)終端用戶的位置定位。其中，移動(dòng)終端用戶定位的具體步驟如下步驟I :根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在的樓層查找同一樓層的指紋庫(kù)。如圖4所示，同一樓層中有多個(gè)接入點(diǎn)AP，參考點(diǎn)不同，在位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)于該參考點(diǎn)的各AP信號(hào)強(qiáng)度不同。步驟2 :根據(jù)接收到的不同AP的RSS值計(jì)算得到移動(dòng)終端用戶的位置信息。假設(shè)待測(cè)點(diǎn)接收的RSS觀測(cè)值為s = Qrss1, rss2, . . . , rssn],同一樓層的指紋庫(kù)中已有的記錄為Si = [rSS1； rSS2，, rSSNi]。其中η代表待測(cè)點(diǎn)上檢測(cè)到的不同AP數(shù)；i e [1，NT]，Nt為當(dāng)前樓層所在表中的記錄數(shù)A代表第i條記錄中存儲(chǔ)的不同AP數(shù)。對(duì)每個(gè)掃描到的AP的Msi值,設(shè)定一個(gè)選擇區(qū)間Qrssi-O，Msi+σ ]，在指紋庫(kù)中查找滿足此范圍內(nèi)的Si,若有m個(gè)記錄落在此區(qū)間范圍,則這些記錄中的參考點(diǎn)分別取權(quán)值為Ι/m。對(duì)所有AP做如此處理后，選出權(quán)值最大的位置點(diǎn)為定位位置。若有多個(gè)位置點(diǎn)權(quán)值一樣，則比較信號(hào)強(qiáng)度距離，取信號(hào)強(qiáng)度距離最小者。
因而，在第三階段中，根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在樓層，在位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該樓層的指紋庫(kù)，再使用相應(yīng)的指紋匹配方法獲取參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)，進(jìn)而最終確定移動(dòng)終端用戶在樓層中的位置。第四階段為移動(dòng)終端用戶所在樓層中具體位置顯示階段。通過(guò)調(diào)用移動(dòng)終端用戶所在樓層的地圖，將移動(dòng)終端用戶在樓層中的位置呈現(xiàn)出來(lái)。因此，本發(fā)明的基于WiFi的室內(nèi)分層定位系統(tǒng)是一個(gè)根據(jù)移動(dòng)終端用戶傳送到定位系統(tǒng)的AP的MAC地址、信號(hào)強(qiáng)度信息，使用基于位置指紋識(shí)別定位方法計(jì)算得到移動(dòng)終端用戶位置信息，并通過(guò)用戶在不斷添加新的參考點(diǎn)，達(dá)到多個(gè)終端用戶共享分層定位系統(tǒng)。利用本發(fā)明的定位系統(tǒng)，可對(duì)室內(nèi)分層移動(dòng)終端用戶進(jìn)行及時(shí)的較為準(zhǔn)確的定位。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)以基于位置指紋識(shí)別定位方法為基礎(chǔ)，使用相應(yīng)的匹配方法在指紋庫(kù)中查找離移動(dòng)終端用戶所在的觀測(cè)點(diǎn)最近的參考點(diǎn)，進(jìn)而獲得移動(dòng)終端用戶在樓層中的位置。同時(shí)將參考點(diǎn)添加的權(quán)限開(kāi)放給用戶，通過(guò)用戶的參與來(lái)擴(kuò)大參考點(diǎn)的數(shù)目，從而達(dá)到越來(lái)越精確定位的目的，因此，在這過(guò)程中，不僅節(jié)省了成本，也為定位的精確性提供了又一有力保證因此。另外，本發(fā)明的定位系統(tǒng)針對(duì)多層共用同一 AP的情況也可給出判斷，識(shí)別穩(wěn)定性好。
權(quán)利要求
1.一種基于WiFi的分層定位系統(tǒng),其特征在于,包括 Receive接口，用于獲取移動(dòng)終端用戶傳送的AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和AP的MAC地址信息； 判斷模塊，用于根據(jù)Receive接口所獲得的信息，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層； 定位模塊，用于根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在樓層，并利用基于位置指紋識(shí)別定位方法，確定移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置； 顯示模塊，用于顯示移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置。
2.如權(quán)利要求I所述的分層定位系統(tǒng)，其特征在于所述Receive接口，用于獲取移動(dòng)終端用戶傳送的多個(gè)AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和多個(gè)AP的MAC地址信息。
3.如權(quán)利要求I所述的分層定位系統(tǒng)，其特征在于所述移動(dòng)終端包括手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、掌上上網(wǎng)設(shè)備、POS機(jī)、車(chē)載電腦。
4.如權(quán)利要求I所述的分層定位系統(tǒng)，其特征在于所述定位模塊中，基于位置指紋識(shí)別定位方法，包括在線訓(xùn)練階段和在線定位階段； 其中，在線訓(xùn)練階段的目標(biāo)在于建立一個(gè)位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)； 在線定位階段，通過(guò)使用獲得的AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度去匹配構(gòu)建的位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)，從而獲得移動(dòng)終端用戶的位置定位。
5.如權(quán)利要求4所述的分層定位系統(tǒng)，其特征在于所述建立位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，包括移動(dòng)終端用戶將搜索得到的各AP的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和所在的具體位置發(fā)送給基于WiFi的分層定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)首先判斷位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有移動(dòng)終端所在位置的記錄，如果有則更新該參考點(diǎn)的信息，否則直接將移動(dòng)終端用戶所在位置作為參考點(diǎn)存入位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中。
6.如權(quán)利要求5所述的分層定位系統(tǒng)，其特征在于所述位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中，參考點(diǎn)還包括商家添加的參考點(diǎn)。
7.—種如權(quán)利要求I所述的基于WiFi的分層定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括 (1)調(diào)用Receive接口，獲得無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和AP的MAC地址； (2)根據(jù)Receive接口所獲得的信息，利用判斷模塊，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層； (3)利用定位模塊，在位置指紋識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該樓層的指紋庫(kù)，再使用相應(yīng)的指紋匹配方法，獲取參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)，最終確定移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置； (4)利用顯示模塊，調(diào)用移動(dòng)終端用戶所在樓層的地圖，顯示移動(dòng)終端用戶所在樓層中的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟(2)中，判斷出移動(dòng)終端用戶所在樓層的具體的處理方法，包括 .1)如果沒(méi)有搜索到AP，退出； .2)按照接收到的無(wú)線信號(hào)從強(qiáng)到弱的順序進(jìn)行等級(jí)排序； .3)如果排在第一級(jí)的AP分別位于樓層N和N+n，則判斷移動(dòng)終端用戶所在樓層為N+n/2 ； 否則轉(zhuǎn)到步驟4)； .4)如果所有搜索到AP都在第一級(jí)AP的上層或下層，則移動(dòng)終端用戶所在樓層和第一級(jí)AP所在樓層相同；否則轉(zhuǎn)到5)； 5)如果前幾級(jí)的AP分部在同一層，則移動(dòng)終端用戶所在樓層和第一級(jí)AP所在樓層相同； 否則轉(zhuǎn)6)； 6)如果第一級(jí)AP所在樓層為N，其他級(jí)AP所在樓層分布兩端，則移動(dòng)終端用戶所在樓層為N，判斷結(jié)束。
9.如權(quán)利要求8所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟(3)中，確定移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置的方法，包括 步驟I :根據(jù)移動(dòng)終端用戶所在的樓層，查找同一樓層的指紋庫(kù)； 步驟2 :根據(jù)接收到的不同AP的RSS值計(jì)算得到移動(dòng)終端用戶的位置信息，其計(jì)算方法如下 假設(shè)待測(cè)點(diǎn)接收的RSS觀測(cè)值為S= [rssi，rss2，...，rssn]，同一樓層的指紋庫(kù)中已有的記錄為Si = LrSS1, rSS2，, rSSNi]，其中η代表待測(cè)點(diǎn)上檢測(cè)到的不同AP數(shù)；i e [I,NT]，Nt為當(dāng)前樓層所在表中的記錄數(shù)；隊(duì)代表第i條記錄中存儲(chǔ)的不同AP數(shù)； 對(duì)每個(gè)掃描到的AP的Msi值,設(shè)定一個(gè)選擇區(qū)間Qrssi-O，rssj+ σ ],在指紋庫(kù)中查找滿足此范圍內(nèi)的Si,若有m個(gè)記錄落在此區(qū)間范圍，則這些記錄中的參考點(diǎn)分別取權(quán)值為1/m，對(duì)所有AP做如此處理后，選出權(quán)值最大的位置點(diǎn)為定位位置；若有多個(gè)位置點(diǎn)權(quán)值一樣，則比較信號(hào)強(qiáng)度距離，取信號(hào)強(qiáng)度距離最小者。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于WiFi的分層定位系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括Receive接口、判斷模塊、定位模塊、顯示模塊；其實(shí)現(xiàn)方法包括1)獲取無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度和AP的MAC地址；2)移動(dòng)終端用戶的所在樓層判斷；3)移動(dòng)終端用戶的定位；4)顯示移動(dòng)終端用戶所在樓層中的具體位置。本發(fā)明可對(duì)室內(nèi)分層移動(dòng)終端用戶進(jìn)行及時(shí)的較為準(zhǔn)確的定位，并通過(guò)用戶的參與來(lái)擴(kuò)大參考點(diǎn)，在節(jié)省成本的同時(shí)，為定位的精確性提供了又一有力保證。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102791025SQ20111013143
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者祝永梅, 范路 申請(qǐng)人:盛樂(lè)信息技術(shù)(上海)有限公司