基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)研究

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(jìn)了社會進(jìn)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(jì)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(jì)發(fā)展中起到了重要的促進(jìn)作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進(jìn)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(jìn)一步加深，在社會經(jīng)濟(jì)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(yán)重的影響，因此信號采集需要使用先進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(dá)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(zhǔn)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(jìn)行修正。卡爾曼濾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(zhǔn)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(jìn)行估算，劃定室內(nèi)活動空間，以方便進(jìn)一步進(jìn)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(zhǔn)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(dá)到三維空間定位的目的，數(shù)據(jù)相對較為準(zhǔn)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(yán)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(yán)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(jìn)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(xiàn)

[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(jìn)了社會進(jìn)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(jì)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(jì)發(fā)展中起到了重要的促進(jìn)作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進(jìn)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(jìn)一步加深，在社會經(jīng)濟(jì)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(yán)重的影響，因此信號采集需要使用先進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(dá)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(zhǔn)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(jìn)行修正。卡爾曼濾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(zhǔn)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(jìn)行估算，劃定室內(nèi)活動空間，以方便進(jìn)一步進(jìn)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(zhǔn)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(dá)到三維空間定位的目的，數(shù)據(jù)相對較為準(zhǔn)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(yán)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(yán)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(jìn)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(xiàn)

[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(jìn)了社會進(jìn)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(jì)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(jì)發(fā)展中起到了重要的促進(jìn)作用。因此本文將針對基于WiFi的室內(nèi)三維定位技術(shù)進(jìn)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(jìn)一步加深，在社會經(jīng)濟(jì)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(yán)重的影響，因此信號采集需要使用先進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(dá)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(zhǔn)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(jìn)行修正。卡爾曼濾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(zhǔn)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(jìn)行估算，劃定室內(nèi)活動空間，以方便進(jìn)一步進(jìn)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(zhǔn)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(dá)到三維空間定位的目的，數(shù)據(jù)相對較為準(zhǔn)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(yán)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(yán)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(jìn)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(xiàn)

[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.