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专利号: 2015104379492
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

S01:在室内环境布置D个AP节点,保证室内环境中任意位置点被三个或三个以上的AP节点发出的信号覆盖,同时将目标区域划分为N个小区域,以小区域中心为信号强度采集点,共N个参考点,用于离线阶段采集样本数据;

S02:对目标区域建立二维直角坐标系,获得N个参考点的坐标位置,并在每个参考点上利用移动设备采集k次AP节点的信号强度,并对数据进行处理;

S03:将目标区域利用等面积的方法划分为m个子区域,将不同子区域的指纹信息进行分类,利用指纹信息库训练分区域模块,根据RSS指纹信息选择对应的子区域;

S04:计算每个AP节点与各个子区域的相关性,并将相关性系数排序,选择相关性系数大于Pτ的AP节点,作为该子区域的定位节点,其中,Pτ表示相关性系数的阈值;所述步骤S04具体包括以下步骤:S41:在该子区域中,扫描区域中k个位置点上第j个AP节点的信号,该AP节点在此子区域的相关性系数定义如下:式中:Pj表示第j个AP节点与该子区域的相关性,xi表示第i个位置点的X轴坐标,x表示该区域中k个位置点的X轴坐标的均值,yi表示第i个位置点的Y轴坐标,y表示该区域中k个位置点的Y轴坐标的均值,rssji表示第i个位置点接收到第j个AP节点的信号强度的均值,rssj表示k个位置点接收的第j个AP节点的信号强度均值,k表示该子区域中位置点的个数,D表示定位区域中AP节点的个数;

S42:在每个子区域中,D个AP节点的相关性系数向量表示为:

P(AP)=[P1,P2,...,PD]         (5)

若Pj>Pτ表示第j个AP节点与该子区域相关,反之则不相关,Pτ表示相关性系数的阈值;

S05:在每个子区域中,利用选取的定位节点作为DBN模型的输入,对应的位置点作为DBN模型的输出,训练DBN模型,构建定位预测模型;

S06:在线预测阶段,获取移动设备接收的RSS指纹信息并作为分区域模块的输入向量,分区域模块的输出向量为该RSS指纹信息所属的子区域;

S07:利用步骤S06中获取的子区域对应的AP节点的信号强度作为DBN模型的输入向量,利用已训练的DBN模型获取目标的位置。

2.根据权利要求1所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S02具体包括如下步骤:S21:在每个参考点接收每一个AP节点的信号强度RSS值,构成D维信号向量RSSD;每个参考点采集k次信号强度值,构成了k*D的信号强度矩阵,其矩阵的第i行第j列表示第i次采集中接收第j个AP节点的信号强度RSS值;i为小于或等于k的正整数;j为小于或等于D的正整数;

D

RSS=(rss1,rss2,rss3,…,rssj,…,rssD)     (1)式中:rssj∈[-100,0]表示参考点处接收到第j个AP节点的信号强度;

S22:构建指纹数据库,训练数据集中包含N条记录,每条记录表示为向量r,向量中包含可用AP节点的信号强度和采样点的位置:r=(RSSi,Li)=(rss1,rss2,rss3,…,rssD,Li)      (2)式中:RSSi表示第i次采集中接收的RSS集合,D表示AP节点的个数,Li表示对应于RSSD向量的位置标签。

3.根据权利要求1所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S03具体包括以下步骤:S31:将定位区域S划分为m个子区域,子区域定义如下所示:

式中:c表示第c个子区域,k表示该子区域中位置点的个数,Rc表示第c个子区域中参考位置点集合; 表示第c个子区域中第k个位置点的信息;

S32:将指纹数据库中信号强度根据不同的子区域进行分类,建立子区域与信号强度的记录信息表;

S33:构建分区域模块,确定BP神经网络模型并根据子区域标识与信号强度的记录信息训练建立的BP神经网络,以信号强度RSSI作为输入,对应的子区域标识area作为输出训练BP神经网络,并在训练中修改BP神经网络的参数使其反映RSSI-area的关系;

S34:用实际接收的信号强度值RSSI与对应的子区域标识area去反复训练并验证所建立的BP神经网络,将训练完的BP神经网络封装成一个固定的函数,该函数输入为接收信号强度RSSI,输出即为对应的子区域标识。

4.根据权利要求3所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,所述BP神经网络为五层神经网络,隐含层的层数为2层,输入层的节点数目为D,输出层的节点数目为1,隐含层的节点数目分别为6,4,即采用D:6:4:1的BP神经网络结构,训练函数为traincgf算法,训练次数和目标误差分别设置为100和0.00004。

5.根据权利要求1所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,所述步骤S05具体包括以下步骤:S51:在指纹数据库中获取该子区域中所有位置点信息以及对应的AP节点的信号强度,作为该子区域的训练数据集;

S52:确定DBN模型并用该子区域的训练数据集去训练并建立DBN模型,以接收的对应AP节点的信号强度RSSI作为输入,对应的位置点Location作为输出去训练所建立的DBN模型,并在训练中修改DBN模型的参数,使最终的定位模型能正确反映RSSI-Location的关系;

S53:用实际接收的对应AP节点的信号强度值RSSI与对应的位置点Location去反复训练并验证所建立的DBN模型;通过可见层和隐含层之间的能量函数来调整神经元之间的权值,最后通过反向传播算法来微调网络间的权值。

6.根据权利要求5所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,所述DBN模型为5层网络,其中隐含层的层数为3层,输入层的节点数目为选取的AP节点的个数,输出层的节点数据为2,隐含层的节点数目分别为10,6,4。

7.根据权利要求6所述的基于分布式AP选择策略的室内定位方法,其特征在于,DBN模型包括RBM1和RBM2,RBM1模块和RBM2模块都包括可见层和隐含层,当AP节点的信号强度集合输入到RBM1的可见层,隐含层将通过连接的权值提取输入数据的特征,并通过可见层和隐含层之间的能量函数来调整神经元之间的权值;RBM1隐含层的输出将作为RBM2可见层的输入,RBM2隐含层进一步提取分类数据的深层次特征,将训练完的DBN模型封装成一个固定的函数,该函数输入是接收信号强度RSSI,输出即为目标的位置点。