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      基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)研究

      2014-10-15 19:44:14殷學(xué)強
      中國新通信 2014年17期
      關(guān)鍵詞:全球定位系統(tǒng)定位精度

      殷學(xué)強

      【摘要】 全球定位系統(tǒng)以其定位精度高、操作簡便等特點在實際工作生活中得到了廣泛應(yīng)用,很大程度上促進了社會進步,具有重要的現(xiàn)實意義。然而全球定位系統(tǒng)在運行過程中,對室內(nèi)位置的精確定位受到信號折射、人員走動等因素干擾,導(dǎo)致定位位置數(shù)值偏差較大,無法滿足實際需求,存在的問題亟待解決。

      【關(guān)鍵詞】 WiFi 全球定位系統(tǒng) 三維定位技術(shù) 信號折射 定位精度

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)的不斷興起與發(fā)展,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活所發(fā)揮的作用與日俱增。目前基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)由于成本較低、應(yīng)用操作簡便而得到了廣泛使用,在現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的促進作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進行研究,深入分析其所應(yīng)用的主要技術(shù)以及工作原理,為其他研究提供借鑒參考。

      一、基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程分析

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程度的進一步加深,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要的作用,其相應(yīng)的三維定位技術(shù)具體工作流程如圖1所示。

      圖1 基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程

      1.1信號采集

      信號采集是整個三維定位技術(shù)發(fā)揮作用的先決條件。相較于室外空曠環(huán)境,室內(nèi)空間狹小、環(huán)境復(fù)雜、人員走動以及物品陳列都會對無線信號傳播產(chǎn)生較為嚴重的影響,因此信號采集需要使用先進設(shè)備,通過運用高斯分析模型,對收集到的多個Received Signal Strength Indication(RSSI)數(shù)值進行分析處理,選取干擾性強的數(shù)據(jù),運用臨界點常數(shù)來排除不相關(guān)數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)偏差值較大數(shù)據(jù)的影響,繼而提高信號采樣的準確性,為信號采集工作服務(wù)。

      1.2測距

      測距工作主要是計算待測點與各個接入點之間的實際距離,即將室內(nèi)空間根據(jù)接入點的位置以及信號傳播特性劃分為多個測量區(qū)域,在定位過程中根據(jù)上一接入點的信號衰弱程度來選取室內(nèi)信道模型,繼而計算出待測點與接入點之間距離,達到測距的目的[1]。

      1.3初始位置估計

      初始位置估計是根據(jù)待測點與接入點之間距離來計算待測點坐標(biāo)位置。為了能夠有效降低系統(tǒng)復(fù)雜程度,提高定位效率以及準確定,實現(xiàn)三位定位,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)采用了幾何法來計算待測點位置坐標(biāo)。根據(jù)待測點到四個測量點之間已知距離,運用四邊測量方法以及非線性最優(yōu)化計算方法來確定待測點初始位置估計結(jié)果。

      1.4結(jié)果修正

      結(jié)果修正工作采用卡爾曼濾波對上一步所得到的初始位置估計結(jié)果進行修正??柭鼮V波主要作用為消除待測點移動軌跡中存在的跳變點,以提高檢測數(shù)值的精度,實現(xiàn)室內(nèi)準確三維空間定位[2]。

      二、基于WiFi的室內(nèi)三維定位運用技術(shù)分析

      2.1短程感應(yīng)技術(shù)

      短程感應(yīng)不過分強調(diào)定位位置的精確程度,而是運用信號采集方式來將用戶處于信號范圍內(nèi)大致活動距離進行估算,劃定室內(nèi)活動空間,以方便進一步進行數(shù)據(jù)收集分析工作。實際運用中可以通過基站標(biāo)示以及物理聯(lián)系方法,技術(shù)應(yīng)用較為簡便,不僅降低了基于WiFi的室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的總成本,也將實際信號收集測量工作推向了一個更高的發(fā)展階段。

      2.2三角定位技術(shù)

      三角定位技術(shù)是利用三點定一個平面空間的原理,使用測量到的角度以及距離來估計移動終端位置。實際運用中可以根據(jù)基站所接受到的移動終端信號以確定其所處角度,再根據(jù)基站自身地理位置信息來計算待測點準確的地理位置信息以及距離,將數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)在使用此系統(tǒng)的用戶面前,繼而達到三維空間定位的目的,數(shù)據(jù)相對較為準確,誤差基本上處在系統(tǒng)允許范圍內(nèi),不影響測量精度。

      2.3指紋識別技術(shù)

      指紋識別方法主要是提取某個位置的信號強度信息、空間譜信息、圖像信息等,通過尋找與之相關(guān)聯(lián)的位置信息,假若每個位置信息所包含的數(shù)據(jù)資料都是唯一的,那么將大量具有關(guān)聯(lián)性的位置信息整合成一個獨特的指紋信息并建立相應(yīng)的位置指紋數(shù)據(jù)庫。根據(jù)實際需求通過查找相關(guān)的指紋數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)空間三維定位[3]。

      2.4慣性導(dǎo)航技術(shù)

      慣性導(dǎo)航(inertial navigation)依據(jù)牛頓慣性原理,通過使用慣性元件來測量慣性物體本身的加速度、角速度,通過運用不同計算方法來得出慣性物體的速度、所處位置以及姿態(tài)等信息,從而實現(xiàn)對慣性物體慣性導(dǎo)航定位的目的。在運用慣性導(dǎo)航技術(shù)時需要嚴格注意累計誤差所導(dǎo)致的定位漂移問題,防止對精確定位測量造成較為嚴重的干擾現(xiàn)象。

      總結(jié):綜上所述,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)是目前室內(nèi)定位常用手段之一,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善,相信室內(nèi)空間三維定位技術(shù)將會取得更為顯著的進步,測量結(jié)果也會更加精確,為實際工作提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

      參 考 文 獻

      [1]顏俊杰.基于WIFI的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué),2013.

      [2]李海蓮.基于移動終端的室內(nèi)三維定位及跟蹤技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué),2013.

      [3]姜莉.基于WiFi室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連理工大學(xué),2010.

      【摘要】 全球定位系統(tǒng)以其定位精度高、操作簡便等特點在實際工作生活中得到了廣泛應(yīng)用,很大程度上促進了社會進步,具有重要的現(xiàn)實意義。然而全球定位系統(tǒng)在運行過程中,對室內(nèi)位置的精確定位受到信號折射、人員走動等因素干擾,導(dǎo)致定位位置數(shù)值偏差較大,無法滿足實際需求,存在的問題亟待解決。

      【關(guān)鍵詞】 WiFi 全球定位系統(tǒng) 三維定位技術(shù) 信號折射 定位精度

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)的不斷興起與發(fā)展,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活所發(fā)揮的作用與日俱增。目前基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)由于成本較低、應(yīng)用操作簡便而得到了廣泛使用,在現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的促進作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進行研究,深入分析其所應(yīng)用的主要技術(shù)以及工作原理,為其他研究提供借鑒參考。

      一、基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程分析

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程度的進一步加深,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要的作用,其相應(yīng)的三維定位技術(shù)具體工作流程如圖1所示。

      圖1 基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程

      1.1信號采集

      信號采集是整個三維定位技術(shù)發(fā)揮作用的先決條件。相較于室外空曠環(huán)境,室內(nèi)空間狹小、環(huán)境復(fù)雜、人員走動以及物品陳列都會對無線信號傳播產(chǎn)生較為嚴重的影響,因此信號采集需要使用先進設(shè)備,通過運用高斯分析模型,對收集到的多個Received Signal Strength Indication(RSSI)數(shù)值進行分析處理,選取干擾性強的數(shù)據(jù),運用臨界點常數(shù)來排除不相關(guān)數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)偏差值較大數(shù)據(jù)的影響,繼而提高信號采樣的準確性,為信號采集工作服務(wù)。

      1.2測距

      測距工作主要是計算待測點與各個接入點之間的實際距離,即將室內(nèi)空間根據(jù)接入點的位置以及信號傳播特性劃分為多個測量區(qū)域,在定位過程中根據(jù)上一接入點的信號衰弱程度來選取室內(nèi)信道模型,繼而計算出待測點與接入點之間距離,達到測距的目的[1]。

      1.3初始位置估計

      初始位置估計是根據(jù)待測點與接入點之間距離來計算待測點坐標(biāo)位置。為了能夠有效降低系統(tǒng)復(fù)雜程度,提高定位效率以及準確定,實現(xiàn)三位定位,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)采用了幾何法來計算待測點位置坐標(biāo)。根據(jù)待測點到四個測量點之間已知距離,運用四邊測量方法以及非線性最優(yōu)化計算方法來確定待測點初始位置估計結(jié)果。

      1.4結(jié)果修正

      結(jié)果修正工作采用卡爾曼濾波對上一步所得到的初始位置估計結(jié)果進行修正??柭鼮V波主要作用為消除待測點移動軌跡中存在的跳變點,以提高檢測數(shù)值的精度,實現(xiàn)室內(nèi)準確三維空間定位[2]。

      二、基于WiFi的室內(nèi)三維定位運用技術(shù)分析

      2.1短程感應(yīng)技術(shù)

      短程感應(yīng)不過分強調(diào)定位位置的精確程度,而是運用信號采集方式來將用戶處于信號范圍內(nèi)大致活動距離進行估算,劃定室內(nèi)活動空間,以方便進一步進行數(shù)據(jù)收集分析工作。實際運用中可以通過基站標(biāo)示以及物理聯(lián)系方法,技術(shù)應(yīng)用較為簡便,不僅降低了基于WiFi的室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的總成本,也將實際信號收集測量工作推向了一個更高的發(fā)展階段。

      2.2三角定位技術(shù)

      三角定位技術(shù)是利用三點定一個平面空間的原理,使用測量到的角度以及距離來估計移動終端位置。實際運用中可以根據(jù)基站所接受到的移動終端信號以確定其所處角度,再根據(jù)基站自身地理位置信息來計算待測點準確的地理位置信息以及距離,將數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)在使用此系統(tǒng)的用戶面前,繼而達到三維空間定位的目的,數(shù)據(jù)相對較為準確,誤差基本上處在系統(tǒng)允許范圍內(nèi),不影響測量精度。

      2.3指紋識別技術(shù)

      指紋識別方法主要是提取某個位置的信號強度信息、空間譜信息、圖像信息等,通過尋找與之相關(guān)聯(lián)的位置信息,假若每個位置信息所包含的數(shù)據(jù)資料都是唯一的,那么將大量具有關(guān)聯(lián)性的位置信息整合成一個獨特的指紋信息并建立相應(yīng)的位置指紋數(shù)據(jù)庫。根據(jù)實際需求通過查找相關(guān)的指紋數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)空間三維定位[3]。

      2.4慣性導(dǎo)航技術(shù)

      慣性導(dǎo)航(inertial navigation)依據(jù)牛頓慣性原理,通過使用慣性元件來測量慣性物體本身的加速度、角速度,通過運用不同計算方法來得出慣性物體的速度、所處位置以及姿態(tài)等信息,從而實現(xiàn)對慣性物體慣性導(dǎo)航定位的目的。在運用慣性導(dǎo)航技術(shù)時需要嚴格注意累計誤差所導(dǎo)致的定位漂移問題,防止對精確定位測量造成較為嚴重的干擾現(xiàn)象。

      總結(jié):綜上所述,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)是目前室內(nèi)定位常用手段之一,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善,相信室內(nèi)空間三維定位技術(shù)將會取得更為顯著的進步,測量結(jié)果也會更加精確,為實際工作提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

      參 考 文 獻

      [1]顏俊杰.基于WIFI的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué),2013.

      [2]李海蓮.基于移動終端的室內(nèi)三維定位及跟蹤技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué),2013.

      [3]姜莉.基于WiFi室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連理工大學(xué),2010.

      【摘要】 全球定位系統(tǒng)以其定位精度高、操作簡便等特點在實際工作生活中得到了廣泛應(yīng)用,很大程度上促進了社會進步,具有重要的現(xiàn)實意義。然而全球定位系統(tǒng)在運行過程中,對室內(nèi)位置的精確定位受到信號折射、人員走動等因素干擾,導(dǎo)致定位位置數(shù)值偏差較大,無法滿足實際需求,存在的問題亟待解決。

      【關(guān)鍵詞】 WiFi 全球定位系統(tǒng) 三維定位技術(shù) 信號折射 定位精度

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)的不斷興起與發(fā)展,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活所發(fā)揮的作用與日俱增。目前基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)由于成本較低、應(yīng)用操作簡便而得到了廣泛使用,在現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的促進作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進行研究,深入分析其所應(yīng)用的主要技術(shù)以及工作原理,為其他研究提供借鑒參考。

      一、基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程分析

      隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程度的進一步加深,在社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要的作用,其相應(yīng)的三維定位技術(shù)具體工作流程如圖1所示。

      圖1 基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)工作流程

      1.1信號采集

      信號采集是整個三維定位技術(shù)發(fā)揮作用的先決條件。相較于室外空曠環(huán)境,室內(nèi)空間狹小、環(huán)境復(fù)雜、人員走動以及物品陳列都會對無線信號傳播產(chǎn)生較為嚴重的影響,因此信號采集需要使用先進設(shè)備,通過運用高斯分析模型,對收集到的多個Received Signal Strength Indication(RSSI)數(shù)值進行分析處理,選取干擾性強的數(shù)據(jù),運用臨界點常數(shù)來排除不相關(guān)數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)偏差值較大數(shù)據(jù)的影響,繼而提高信號采樣的準確性,為信號采集工作服務(wù)。

      1.2測距

      測距工作主要是計算待測點與各個接入點之間的實際距離,即將室內(nèi)空間根據(jù)接入點的位置以及信號傳播特性劃分為多個測量區(qū)域,在定位過程中根據(jù)上一接入點的信號衰弱程度來選取室內(nèi)信道模型,繼而計算出待測點與接入點之間距離,達到測距的目的[1]。

      1.3初始位置估計

      初始位置估計是根據(jù)待測點與接入點之間距離來計算待測點坐標(biāo)位置。為了能夠有效降低系統(tǒng)復(fù)雜程度,提高定位效率以及準確定,實現(xiàn)三位定位,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)采用了幾何法來計算待測點位置坐標(biāo)。根據(jù)待測點到四個測量點之間已知距離,運用四邊測量方法以及非線性最優(yōu)化計算方法來確定待測點初始位置估計結(jié)果。

      1.4結(jié)果修正

      結(jié)果修正工作采用卡爾曼濾波對上一步所得到的初始位置估計結(jié)果進行修正??柭鼮V波主要作用為消除待測點移動軌跡中存在的跳變點,以提高檢測數(shù)值的精度,實現(xiàn)室內(nèi)準確三維空間定位[2]。

      二、基于WiFi的室內(nèi)三維定位運用技術(shù)分析

      2.1短程感應(yīng)技術(shù)

      短程感應(yīng)不過分強調(diào)定位位置的精確程度,而是運用信號采集方式來將用戶處于信號范圍內(nèi)大致活動距離進行估算,劃定室內(nèi)活動空間,以方便進一步進行數(shù)據(jù)收集分析工作。實際運用中可以通過基站標(biāo)示以及物理聯(lián)系方法,技術(shù)應(yīng)用較為簡便,不僅降低了基于WiFi的室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的總成本,也將實際信號收集測量工作推向了一個更高的發(fā)展階段。

      2.2三角定位技術(shù)

      三角定位技術(shù)是利用三點定一個平面空間的原理,使用測量到的角度以及距離來估計移動終端位置。實際運用中可以根據(jù)基站所接受到的移動終端信號以確定其所處角度,再根據(jù)基站自身地理位置信息來計算待測點準確的地理位置信息以及距離,將數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)在使用此系統(tǒng)的用戶面前,繼而達到三維空間定位的目的,數(shù)據(jù)相對較為準確,誤差基本上處在系統(tǒng)允許范圍內(nèi),不影響測量精度。

      2.3指紋識別技術(shù)

      指紋識別方法主要是提取某個位置的信號強度信息、空間譜信息、圖像信息等,通過尋找與之相關(guān)聯(lián)的位置信息,假若每個位置信息所包含的數(shù)據(jù)資料都是唯一的,那么將大量具有關(guān)聯(lián)性的位置信息整合成一個獨特的指紋信息并建立相應(yīng)的位置指紋數(shù)據(jù)庫。根據(jù)實際需求通過查找相關(guān)的指紋數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)空間三維定位[3]。

      2.4慣性導(dǎo)航技術(shù)

      慣性導(dǎo)航(inertial navigation)依據(jù)牛頓慣性原理,通過使用慣性元件來測量慣性物體本身的加速度、角速度,通過運用不同計算方法來得出慣性物體的速度、所處位置以及姿態(tài)等信息,從而實現(xiàn)對慣性物體慣性導(dǎo)航定位的目的。在運用慣性導(dǎo)航技術(shù)時需要嚴格注意累計誤差所導(dǎo)致的定位漂移問題,防止對精確定位測量造成較為嚴重的干擾現(xiàn)象。

      總結(jié):綜上所述,基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)是目前室內(nèi)定位常用手段之一,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善,相信室內(nèi)空間三維定位技術(shù)將會取得更為顯著的進步,測量結(jié)果也會更加精確,為實際工作提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

      參 考 文 獻

      [1]顏俊杰.基于WIFI的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué),2013.

      [2]李海蓮.基于移動終端的室內(nèi)三維定位及跟蹤技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué),2013.

      [3]姜莉.基于WiFi室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].大連理工大學(xué),2010.

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