[发明专利]一种基于无线局域网及分层聚类的室内定位方法

权利要求书

1.一种基于无线局域网的室内定位方法，其特征在于它包括一个由移动终端设备、无线局域网及定位服务器组成架构；

1)移动终端设备：由需要定位的目标携带，采集无线信号强度，同时可与定位服务器通过移动网络或者无线局域网进行通信；

2)无线局域网：指目前在公共空间或者建筑部署的无线网络，由一系列的无线接入点及无线路由器组成，移动终端设备在一个物理位置采集到无线信号强度及其对应的无线接入点作为该位置的定位标记；

3)定位服务器：用于存储室内环境中所有位置的定位标记，在定位服务中接收用户的定位请求并将定位结果通过移动网络或者无线局域网返回给用户；

定位过程分为位置标记指纹库构建和在线定位两个阶段，物理位置的定位标记指纹是指该位置接收到的周围无线接入点的信号强度及其对应的无线接入点编号，物理位置i的无线信号强度采集结果可用一个向量表示：其中表示位置i接收到的第2个无线接入点的信号强度，m表示位置i周围能探测到的所有无线接入点的数目；

所述定位方法的位置标记指纹库采用分层聚类方法进行构建，具体步骤如下所示：

(1)对于需要部署定位服务的室内环境，根据定位精度需求将室内环境划分为等间距的采样点，可表示为：L＝{l₁,l₂,…,l_i,…,l_n}，其中n表示室内环境划分的采样点数目；对于每个采样点，由部署人员使用移动终端设备采集该位置接收到的无线局域网信号强度与每个信号强度对应的无线接入点，位置l_i的采集结果可表示为：F_i＝(R_i,A_Ri)，其中，表示位置i采集到的第j个无线接入点的信号强度；wap_i表示信号强度来自的无线接入点编号；

(2)对于每个物理位置的定位标记指纹采集结果，选择前K大的信号强度及其对应的无线接入点作为物理位置标记指纹，可表示为：其中，TopK(R_i)表示R_i中前K大的元素，表示R_i中每个元素对应的无线接入点编号；

(3)对所有物理位置的定位标记指纹进行K均值聚类，目的是使来自相同区域采集点的标记指纹聚为一类，其中，K均值聚类中两个向量与之间的距离使用杰卡德相似系数衡量，其意义为与的交集元素在与的并集中所占的比例；

(4)构建更稳定的室内定位标记指纹，通过位置i的采集结果中前K大的集合构造R_i的距离关系矩阵其中，若则的第p行q列元素的取值为-1；若则取值为0；若则取值为1，对于步骤(3)聚类得到的每一类中的所有元素，再次使用K均值进行聚类，其中两个元素的距离使用关系矩阵的杰卡德相似系数衡量；

(5)对于步骤(4)中聚类得到所有类别构建查找索引，索引为聚类中心元素的距离关系矩阵。

2.如权利要求1所述的一种基于无线局域网的室内定位方法，其特征在于：所述移动终端设备由智能手机、平板电脑或者笔记本电脑代替，由显示模块、处理模块、通信模块及无线信号采集模块组成，其中，显示模块用于以可视化的方式呈现定位结果，处理模块用于控制设备其他模块的协调工作，通信模块用于与定位服务器进行通信，无线信号采集模块用于采集周围无线接入点的信号强度。

3.如权利要求1所述的一种基于无线局域网的室内定位方法，其特征在于：所述无线局域网它通过无线接入点将以太网转换为无线网络信号，并通过无线路由器实现大范围的无线信号覆盖。

4.如权利要求1所述的一种基于无线局域网的室内定位方法，其特征在于：所述定位服务器由位置标记存储数据库、定位算法模块和网络通信模块组成，位置标记存储数据库用于存储室内环境中所有采集点的定位标记信息，定位算法模块在定位阶段使用移动终端设备采集定位标记作为输入对用户当前位置进行定位，网络通信模块负责接收移动终端设备采集的定位标记并向移动终端设备返回定位结果。