一种情境相关的室内定位方法及系统

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一种情境相关的室内定位方法及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种移动通信领域的定位方法及系统，尤其是涉及一种情境相关的室内定位方法及系统。\n背景技术\n[0002] 近年来，室内定位系统因提供在室内环境下基于位置信息的服务越来越受到人们的关注。尽管全球定位系统(GPS)在室外环境中表现十分出色，但是因为GPS信号不能穿透到室内，全球定位系统在室内环境下不能工作。因此，精确的室内定位系统仍然是无线移动应用中缺失的但是很重要的一部分，并且越来越受到各方的广泛关注。下面主要说一下它们的实现原理：\n[0003] 室内定位系统用于提供个人和设备的位置信息。精度和计算收敛时间被认为是定位技术最重要的因素。现在已有很多的定位技术。\n[0004] (1)红外室内定位技术\n[0005] 红外(Infrared)是用于室内定位的最早的技术，红外线室内定位技术定位的原理是，红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。\n[0006] (2)射频识别(RFID)技术\n[0007] 射频(Radio Frequency)也常用于个人室内定位(IPS)。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低，同时系统需要更少的硬件设备。\n[0008] (3)无线局域网(WLAN)定位技术\n[0009] 无线局域网(WLAN)基于IEEE802.11协议，是以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。移动用户对信息的即时性和就地性的需求越来越强烈，这就给基于WLAN系统的位置服务提供了广阔的发展空间。WLAN系统中定位技术主要有GPS卫星定位、基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示)或TOA／TDOA／AOA的三角定位、信号强度定位等技术。其中，信号强度定位技术主要包括信号强度指纹／信号传播模型定位等两类方法。\n有很多著名的WLAN定位系统，如RADAR系统将信号强度和信噪比(signal-to-noise)用于三角定位技术，通过建立射频信道传播模型，多个WLAN接入点(APs)能够根据信号空间(NNSS)定位算法里最近的邻居来定位出移动基站。COMPASS系统通过WLAN基础设施和数字指南针，为携带有WLAN设备的用户提供低成本以及相对高精度的定位服务。\n[0010] (4)航位推算(Dead Reckoning)传感器定位技术\n[0011] 航位推算技术是一种很重要的导航技术，Dead Reckoning起源于17世纪航海，指由已知的定点以罗盘及航速推算出目前所在位置的方法；根据上次所测定的位置，以及前进方向、速度、时间、距离就能够算出当前的位置信息。基于不同的物理特性和应用环境，航位推算传感器可以相互组合实现不同的配置方案，如陀螺仪和加速度计组合的惯性导航系统，磁力计和加速度计组成的无漂移定位方法，陀螺仪、磁力计和加速度计元余定位方法等。Dead Reckoning在短距离定位上有较高的精度，但是具有累积误差的缺点。\n[0012] (5)RSSI技术\n[0013] RSSI技术是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。RSSI具有检测设备和机制简单、硬件成本低、实现简单等优点，但是由于在室内无线信号受反射、多径和衰退的影响，接受信号强度的分布有可能有过个峰值，这样就导致了就算通过多次测量平均值，也不能通过起计算距离。所以对无线信号不能采用平均值的方式，而是要采用特征值分布的方式。\n发明内容\n[0014] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种定位精度高、用户体验好的情境相关的室内定位方法及系统，既能解决无线信号在移动中信号不稳定导致定位不准确的问题，又能克服因为定位误差导致定位结果在不同情境下所产生的较差的用户体验缺点。\n[0015] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：\n[0016] 一种情境相关的室内定位方法，包括以下步骤：\n[0017] 1)智能手持设备实时采集环境信息；\n[0018] 2)利用环境信息，通过传统室内定位方法获得目标的位置集合；\n[0019] 3)利用环境信息，通过情境判断方法获得目标当前所处情境；\n[0020] 4)根据步骤3)获得的情境结果对位置集合进行筛选，获得最终的定位结果并显示；\n[0021] 5)判断是否接收到目标满意指令，若是，则通过无线网络将实时的位置信息和情境对象信息上传到后台处理装置并更新情境对象信息。\n[0022] 所述的环境信息包括物理环境信息和辅助设备信息；其中，所述的物理环境信息包括地球磁场、光照强度、温度、湿度和声音强度；所述的辅助设备信息包括无线网络WLAN列表及相应的无线信号强度、蓝牙设备信息、射频信号、目标加速度信息和电子罗盘数据。\n[0023] 所述的传统室内定位方法包括三边测量定位法、三角测量定位法、位置指纹法定位法或航位推测法。\n[0024] 所述的情境判断方法具体为：\n[0025] a)利用情境的环境信息值概率分布判断所处情境：获取定位区域内各情境的环境信息值概率分布，根据实时采集的环境信息，运用位置指纹图方式情境判断方法判断所处情况；\n[0026] b)利用情境的环境信息值变化幅度判断情境的切换：根据实时采集的环境信息，判断设定间隔时间内，环境信息的变化值是否大于设定阈值，若是，则判定发生情境切换。\n[0027] 所述的位置指纹图方式情境判断方法具体为：\n[0028] a1)获取定位区域的地图和平面图；\n[0029] a2)将定位区域平面图或地图划分成不同的部分，每一部分定义为一个情境；\n[0030] a3)离线采集阶段，智能手持设备在不同情境下连续采集一系列环境信息值，通过无线网络上传到后台处理装置，后台处理装置产生并存储环境信息值概率分布；\n[0031] a4)在线匹配阶段，将实时采集的环境信息值概率分布与预先存储的环境信息值概率分布进行匹配处理，确定定位目标所处情境。\n[0032] 所述的匹配处理指寻找两个环境信息值概率分布中统计相似度参数最大的情境，该情境为定位目标所处的情境。\n[0033] 所述的环境信息值概率分布包括单一环境信息概率分布或混合环境信息概率分布。\n[0034] 所述的步骤4)中，根据情境结果对位置集合进行筛选指：筛选出与当前情境一致的位置信息。\n[0035] 一种实施情境相关的室内定位方法的系统，包括智能手持设备、后台处理装置和多个无线接收节点，所述的后台处理装置通过无线网络与智能手持设备相连，所述的多个无线接收节点分布在室内空间中，所述的智能手持设备上设有多种传感器。\n[0036] 所述的多种传感器包括地磁传感器、光照传感器、温度传感器、湿度传感器、声音强度传感器、惯性传感器、电子罗盘、无线网卡或蓝牙。\n[0037] 与现有技术相比，本发明综合利用多种室内定位方法，并且使用一种情境相关的判断方法得出定位目标所处的情境，使用情境筛选多种定位方法最后的定位结果集合，有效地修正了传统方法存在的误差，定位精度高。两种方式结合保证了系统的准确性、定位的精度和运算的速度，同时克服因为定位误差导致定位结果在不同情境下所产生的较差的用户体验缺点，且部署成本小。\n附图说明\n[0038] 图1为本发明定位方法的流程图。\n具体实施方式\n[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。\n[0040] 如图1所示，一种情境相关的室内定位方法，包括以下步骤：\n[0041] 步骤s01中，智能手持设备实时采集环境信息。\n[0042] 所述的智能手持设备上配有多种传感器，如地磁传感器、光照传感器、温度传感器、湿度传感器、声音强度传感器、惯性传感器、电子罗盘、无线网卡或蓝牙等。\n[0043] 所述的环境信息包括物理环境信息和辅助设备信息；其中，所述的物理环境信息包括地球磁场、光照强度、温度、湿度和声音强度；所述的辅助设备信息包括无线网络WLAN列表及相应的无线信号强度、蓝牙设备信息、射频信号、目标加速度信息和电子罗盘数据。\n[0044] 在步骤s02中，利用环境信息，通过传统室内定位方法获得目标的位置集合。\n[0045] 所述的传统室内定位方法包括利用蓝牙、RFID、WLAN无线信号强度进行三边测量定位、三角测量定位、位置指纹法定位，或利用惯性传感器数据的航位推测法定位。\n[0046] 在步骤s03中，利用环境信息，通过情境判断方法获得目标当前所处情境。\n[0047] 本方法中的情境是指同一个空间环境里面，功能差异比较大的区域。情境判断方法具体为：\n[0048] a)利用情境的环境信息值概率分布判断所处情境：不同情境的环境信息值概率分布是不同的，获取定位区域内各情境的环境信息值概率分布，根据实时采集的环境信息，运用位置指纹图方式情境判断方法判断所处情况。\n[0049] b)利用情境的环境信息值变化幅度判断情境的切换：在目标移动过程中，情境对象的信息会发生变化，根据实时采集的环境信息，判断设定间隔时间内，环境信息的变化值是否大于设定阈值，若是，则判定发生情境切换。\n[0050] 所述的位置指纹图方式情境判断方法具体为：\n[0051] a1)获取定位区域的地图和平面图；\n[0052] a2)将定位区域平面图或地图划分成不同的部分，每一部分定义为一个情境；\n[0053] a3)离线采集阶段，智能手持设备在不同情境下连续采集一系列环境信息值，通过无线网络上传到后台处理装置，后台处理装置产生并存储环境信息值概率分布；\n[0054] a4)在线匹配阶段，将实时采集的环境信息值概率分布与预先存储的环境信息值概率分布进行匹配处理，确定定位目标所处情境。所述的匹配处理指寻找两个环境信息值概率分布中统计相似度参数最大的情境，该情境为定位目标所处的情境。\n[0055] 在步骤s04中，根据获得的情境结果对位置集合进行筛选，筛选出与当前情境一致的位置信息，作为最终的定位结果，并显示在智能手持设备中。\n[0056] 在步骤s05中，判断是否接收到目标满意指令，若是，则执行步骤s06。\n[0057] 在步骤s06中，通过无线网络将实时的位置信息和情境对象信息上传到后台处理装置并更新情境对象信息。\n[0058] 在步骤s07中，判断是否停止定位系统，若是，则停止，若否，则返回步骤s01。\n[0059] 实施上述情境相关的室内定位方法的系统，包括智能手持设备、后台处理装置和多个无线接收节点，所述的后台处理装置通过无线网络与智能手持设备相连，所述的多个无线接收节点分布在室内空间中，所述的智能手持设备上设有多种传感器。