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一种基于接收信号强度的层次分类室内定位方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-02-17 09:37:35

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:江苏无锡市| 朱建萍 | 2022-11-24 17:43:33

本发明公开了一种基于接收信号强度的层次分类室内定位方法,属于室内定位技术领域。本发明的基于接收信号强度的层次分类室内定位方法首先给出了1‑sigma区间判别机制,将整个平面楼层空间划分成若干存在交叉数学的区块域;进一步以高斯过程分类,实现以房间为颗粒元素的室内定位。所提方法在浙江某医疗养护中心进行实地测试,通过与支持向量机(SVM)、决策树、K近邻(KNearestNeighbor,KNN)方法相比所提方法在准确率、平均误差和标准误差等方面表现更佳,平均误差达到80.8以下,标准误差达到81.1以下,误差方差达到7.7以下,准确率达到97.6%以上,稳定性仅低于SVM(误差方差为4.6)。

步骤1:采集所有参考点RP的信号;

步骤2:根据各个参考点RP计算1-sigma区间;

步骤3:根据1-sigma区间进行区块划分,得到区块级分类器;

步骤4:在各个区块内训练高斯过程分类器,即颗粒级分类器。

在一种实施方式中,所述的步骤1为:

使用手机或者平板电脑,根据WiFi AP的mac地址,确认采集信号来自哪个WiFiAP;然后确定参考点RP,在每个参考点上站立停留,使用手机或者平板电脑收集来自各个WiFi 的RSS信号,每个位置采集50次以上,标注这些RSS信号采集自哪个RP;当所有RP的RSS信号均采集完毕,保存RSS信号,作为RSS数据库。

在一种实施方式中,所述的步骤2具体为:

采集各个参考点(RP)上各个WiFi节点(AP)的接收信号强度(RSS)值,构成均值集与方差集,记为

均值集与方差集其中j为第j个参考点,n为AP总数。

其中与分别代表参考点RPj与WiFi节点APi之间的k次RSS测量的均值与标准差,其中,i为AP标号,均值与方差计算方法为:

h指代第几次采样,在连加里面变回从1加到k;

对于参考点RPj,WiFi节点APi的1-sigma的区间为:

在一种实施方式中,所述的步骤3为:

将整个环境中的n个WiFi AP划分成n份,每个AP对应一个类别;从第一个参考点RP开始,计算每个RP接收到n个AP的RSS信号的n个1-sigma区间;对于任一RP的n个1-sigma 区域,首先确定均值最大的1-sigma区间,然后到与这个其余(n-1)个1-sigma中与均值最大1-sigma区间相交的1-sigma区间,记录这些区间对应的AP,将该RP聚类至这些AP对应的类别;当所有RP聚类结束,则完成区域划分。

基于指纹的方法也是解决室内定位问题的主流策略(Li Z,Liu J,Niu X,Li L,Wang Z, ***,18(11):40-63.)。接收信号强度RSS(Recved Signal Strength) 指纹定位分为采集所有可能目标位置上RSS数据建立RSS指纹库的离线,与目标体的当前 RSS与指纹库匹配的在线阶段。该方法规避了回归定位中对wifi接入点AP数目和位置的限制,因此基于指纹的定位可以进一步降低室内定位的成本。指纹方法仅关注特征空间中各类别边界,使其鲁棒性较回归方法更具有优势。

本质上,指纹定位是一种基于RSS数据的分类过程,使用RSS数据库对可能的目标位置确定类别标签,建立分类机制,在线阶段利用该分类机制判别信号类别,确定信号位置。但是在稀疏节点条件下,信号源较少使得可用特征数难以实现简单分类,并且由于室内环境中因为存在多径效应(Error probability model for IEEE802.15.4 wireless communications in the presence of co-***,25(1):43-53)、共信道干扰(Elnahrawy,EX,Li,***:# Communications Society Conference on Sensor&Ad HocCommunications&Networks.)以及设备、行人对无线信号的吸收等影响,使RSS测量值的噪声极大,传统分类方法的定位正确率不高。

江南大学是教育部直属、国家“211工程”重点建设高校和“双一流”建设高校。学校具有悠久的办学历史、厚重的文化积淀,源起1902年创建的三江师范学堂,历经国立中央大学、南京大学等发展时期;1958年南京工学院食品工业系整建制东迁无锡独立建校,成立无锡轻工业学院;1962年无锡纺织工学院并入无锡轻工业学院;1995年更名为无锡轻工大学;2001年无锡轻工大学、江南学院、无锡教育学院合并组建江南大学;2003年东华大学无锡校区并入江南大学。

本发明提出一种基于层次分类的室内定位方法,首先给出了1-sigma区间判别机制,将整个平面楼层空间划分成若干存在交叉数学的区块域;进一步以高斯过程分类,实现以房间为颗粒元素的室内定位,可以解决人员流通造成的信号强度不稳定,从而导致定位不准确的问题。本发明所提方法在浙江某医疗养护中心进行实地测试,通过与支持向量机(SVM)、决策树、K近邻(K Nearest Neighbor,KNN)方法相比所提方法在准确率、平均误差和标准误差等方面表现更佳,平均误差达到80.8以下,标准误差达到81.1以下,误差方差达到7.7以下,准确率达到97.6%以上,稳定性仅低于SVM(误差方差为4.6)。

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