專利名稱：室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定位技術領域，特別是涉及一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法及系統(tǒng)。
背景技術：
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務的快速增加，人們對室內(nèi)定位與導航的需求日益增大，尤其是在復雜的室內(nèi)環(huán)境，如機場大廳、大型展館、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中常常需要確定移動終端或其持有者、設施與物品在室內(nèi)的位置信息。主要的室內(nèi)定位技術有無線局域網(wǎng)技術、光跟蹤技術、射頻識別技術、紅外線技術、新標定位技術等。 隨著WLANs (無線局域網(wǎng))在各種公共場所、辦公環(huán)境等區(qū)域的廣泛使用，基于Wi-Fi (無線相容認證，一種短距離的無線傳輸技術)的室內(nèi)定位技術得到了廣泛的研究與應用?；赪i-Fi的室內(nèi)定位技術可以利用傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡基礎設施進行定位，不需要特意布置昂貴的設備，便于推廣應用?；赪i-Fi的室內(nèi)定位技術一般分為兩個過程線下過程和線上過程。線下過程將需要定位的地理區(qū)域劃分成許多帶有位置信息的微小區(qū)域，在這些微小區(qū)域收集無線網(wǎng)絡接入點(無線網(wǎng)絡接入點)的RSSI (接收的信號強度指示)，每一個位置收集若干次，并提取收集到RSSI的某種特征作為一個指紋庫；線上過程用移動終端實時采集所在位置的RSSI，將采集到的RSSI與指紋庫進行匹配，匹配出來的指紋點的位置信息近似為移動終端所在的位置。為了提高定位精度，往往將需要定位的地理區(qū)域分成盡量多的區(qū)域并且在每個區(qū)域增加收集RSSI值的次數(shù)，指紋采集工作量較大。同時由于室內(nèi)環(huán)境復雜，多徑干擾嚴重，RSSI受環(huán)境影響很大，一旦室內(nèi)布局有較大變動，原有的指紋庫便不再適合用來與所采集的RSSI進行匹配，重新收集指紋就成了必要的工作。室內(nèi)定位技術的指紋采集工作量大嚴重影響基于Wi-Fi室內(nèi)定位技術的推廣應用。設計一種算法來減小采集指紋的工作量對于這種技術的推廣應用尤其重要。收集指紋庫可以看作是一種提取和保存信息的過程。奈奎斯特定理是現(xiàn)代通信的基礎理論之一，它的主要內(nèi)容是在模擬和數(shù)字信號的轉換過程中，采樣頻率必須以不低于信號最高頻率的兩倍，采樣之后的數(shù)字信號才完整的保留了原始信號的信息。定位過程中必須要求指紋庫有一定的信息量，人為的減小指紋采集量必然導致指紋庫中信息的丟失。同時由于指紋庫只保留了原始收集到的指紋的部分特征信息(每個位置點指紋的均值，或者將其視作高斯分布等)，這同樣會丟失很多信息。然而，我們可以利用指紋間的相關性以較少的指紋采集來恢復未采集的指紋信息，這符合壓縮感知的思想。壓縮感知理論為信號采集技術帶來了革命性的突破，它采用非自適應線性投影來保持信號的原始結構，以遠低于奈奎斯特頻率對信號進行采樣，通過數(shù)值最優(yōu)化問題準確重構出原始信號。我們將原始收集到的所有指紋信息看成某種信息，現(xiàn)在考慮將里面的一些RSSI去掉，用一種新的算法來試圖恢復這些值，如果恢復效果足夠好的話，以此認為減少了指紋采集工作量。
現(xiàn)在的指紋收集都是固定在某些點采集，這種采集缺乏靈活性且工作量大，LP算法(標簽擴散算法)是一種嘗試減少帶地理位置信息指紋采集的定位方法。它將指紋分為兩種，帶地理位置信息的和沒有帶地理位置信息的指紋。同樣這種定位方法分為線上和線下兩個過程。線下過程收集小部分帶地理位置信息的指紋和大量的不帶地理位置信息的指紋，將沒有帶地理位置信息的指紋用LP算法歸類到帶地理位置信息的指紋里面形成指紋庫。線上過程將收集到的RSSI值采用同樣的LP算法進行歸類，從而得到相似的地理位置信息。但是，LP算法只在一定程度上減小了采集工作量，因為在減小帶地理位置信息的指紋采集的同時引入了巨大的不帶地理位置信息的指紋采集工作，而且這種不帶地理位置信息的指紋要盡量的覆蓋整個地理位置區(qū)域，這樣才能保證有整個區(qū)域的指紋信息。所以這種算法對于減少指紋采集的工作量有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對室內(nèi)定位技術的指紋采集工作量較大的問題，提供一種室內(nèi) 定位指紋庫的指紋信息收集方法。一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法，包括以下步驟采集定位區(qū)域的指紋信息；將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成原始矩陣；求出當所述原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣；比較所述原始矩陣與所述恢復矩陣，恢復原始矩陣中未采集的指紋信息；將采集的指紋信息與恢復后的未采集的指紋信息保存至指紋庫。在其中的一個實施例中，所述將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成矩陣的步驟，包括以下步驟統(tǒng)計定位區(qū)域的地理位置個數(shù)N、無線網(wǎng)絡接入點個數(shù)M、收集完整指紋信息時每個無線網(wǎng)絡接入點需要采集的RSSI次數(shù)的經(jīng)驗值W以及每個無線網(wǎng)絡接入點實際采集的RSSI次數(shù)的實際值S，其中，S < W，(W-S)對應未采集的指紋信息；設所述原始矩陣為Y，則Y= [E1E2…Ew]t, Ew= {Ew (m, n) },其中，(*)T是矩陣的轉置，EW是原始矩陣Y的第w(w=l，2，…W)個子矩陣，Ew Cm,n)為子矩陣￡￥中第m行第n列的元素，表示第m (m=l，2，…M)個無線網(wǎng)絡接入點在第n(n=l，2，…N)個位置的值。在其中的一個實施例中，所述求出當所述原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣的步驟，包括以下步驟設所述原始矩陣Y，引入測量矩陣B和標示矩陣A，則B=A*YA=[A(i j)]={f； §； I Zl 5其中，測量矩陣B中“0”代表未采集的指紋信息；根據(jù)
權利要求
1.一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法，其特征在于，包括以下步驟 采集定位區(qū)域的指紋信息； 將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成原始矩陣； 求出當所述原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣； 比較所述原始矩陣與所述恢復矩陣，恢復原始矩陣中未采集的指紋信息； 將采集的指紋信息與恢復后的未采集的指紋信息保存至指紋庫。
2.根據(jù)權利要求I所述的指紋信息收集方法，其特征在于，所述將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成矩陣的步驟，包括以下步驟 統(tǒng)計定位區(qū)域的地理位置個數(shù)N、無線網(wǎng)絡接入點個數(shù)M、收集完整指紋信息時每個無線網(wǎng)絡接入點需要采集的RSSI次數(shù)的經(jīng)驗值W以及每個無線網(wǎng)絡接入點實際采集的RSSI次數(shù)的實際值S，其中，S < W，(W-S)對應未采集的指紋信息；
3.根據(jù)權利要求I所述的指紋信息收集方法，其特征在于，所述求出當所述原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣的步驟，包括以下步驟 設所述原始矩陣Y，引入測量矩陣B和標示矩陣A，則 B=A*Y
4.根據(jù)權利要求I所述的指紋信息收集方法，其特征在于，所述采集定位區(qū)域指紋信息的步驟，包括以下步驟 將定位區(qū)域劃分成多個地理位置； 采集所述多個地理位置的指紋信息。
5.根據(jù)權利要求4所述的指紋信息收集方法，其特征在于，所述采集所述多個地理位置的指紋信息的步驟，包括以下步驟檢測所述多個地理位置的無線網(wǎng)絡接入點的個數(shù)及相應的RSSI強度； 選擇所述RSSI強度穩(wěn)定的若干個無線網(wǎng)絡接入點進行指紋信息的采集。
6.一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集系統(tǒng)，其特征在于，包括 采集模塊，用于采集定位區(qū)域的指紋信息； 編排模塊，與所述采集模塊相連，用于將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成原始矩陣； 計算模塊，與所述編排模塊相連，用于求出當所述原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣； 比較模塊，與所述比較模塊相連，用于比較所述原始矩陣與所述恢復矩陣，恢復原始矩陣中未采集的指紋信息；· 存儲模塊，與所述比較模塊相連，用于將采集的指紋信息與恢復后的未采集的指紋信息保存至指紋庫。
7.根據(jù)權利要求6所述的指紋信息收集系統(tǒng)，其特征在于，所述編排模塊包括 統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計定位區(qū)域的地理位置個數(shù)N、無線網(wǎng)絡接入點個數(shù)M、收集完整指紋信息時每個無線網(wǎng)絡接入點需要采集的RSSI次數(shù)的經(jīng)驗值W以及每個無線網(wǎng)絡接入點實際采集的RSSI次數(shù)的實際值S，其中，S < W，(W-S)對應未采集的指紋信息； 排列單元，與所述統(tǒng)計單元相連，用于設置所述原始矩陣為Y，則 Y= [E1E2-**Ew]t, Ew= {Ew (m, n) }, 其中，(Ot是矩陣的轉置，EW是原始矩陣Y的第w(w=l，2，…W)個子矩陣，Ew (m，n)為子矩陣Ew中第m行第n列的元素，表示第m (m=l，2，…M)個無線網(wǎng)絡接入點在第n (n=l,2，…N)個位置的值。
8.根據(jù)權利要求6所述的指紋信息收集系統(tǒng)，其特征在于，所述計算模塊設所述原始矩陣Y，引入測量矩陣B和標示矩陣A，則B=A*Y A=[A(i, j)]={f； §； f ， 其中，測量矩陣B中“0”代表未采集的指紋信息； 根據(jù)C = ||A^(LRT)-B|i+m|L||+||R||) 求出C最小時矩陣L和矩陣R的值L1和R1,其中，I|LI|F =^Ejj)'，HRIIf=Vej轉，j)2 ,矩陣L和矩陣R具有相同的維度和秩，\為平衡因子，.*代表矩陣中對應元素相乘； 根據(jù) Y=L1R1' 求出恢復矩陣f ,其中，R11為矩陣R1的轉置矩陣。
9.根據(jù)權利要求6所述的指紋信息收集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊包括 分區(qū)單元，用于將定位區(qū)域劃分成多個地理位置； 信息收集單元，用于采集所述多個地理位置的指紋信息。
10.根據(jù)權利要求9所述的指紋信息收集系統(tǒng)，其特征在于，所述信息收集單元檢測所述多個地理位置的無線網(wǎng)絡接入點的個數(shù)及相應的RSSI強度，選擇所述RSSI強度穩(wěn)定的若干個無線網(wǎng)絡接入點進行指紋信息的采集。
全文摘要
一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法，包括以下步驟采集定位區(qū)域的指紋信息；將采集的指紋信息與未采集的指紋信息排列成原始矩陣；求出當原始矩陣的秩最小時對應的矩陣并設為恢復矩陣；比較原始矩陣與恢復矩陣，恢復原始矩陣中未采集的指紋信息；將采集的指紋信息與恢復后的未采集的指紋信息保存至指紋庫。此外，還提供了一種室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集系統(tǒng)。上述室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法，只需要采集較少的指紋信息，就可以得到具有較完整指紋信息的指紋庫，減小了指紋采集的工作量。
文檔編號H04W64/00GK102752851SQ20121022333
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者張偉, 張月星, 朱英, 陳愛, 魯鳴鳴, 黃昊權 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院