一種基於WIFI的定位方法和伺服器與流程
2023-11-05 01:32:07
本發明涉及定位技術領域，尤其涉及一種基於wifi的定位方法和伺服器。
背景技術：
目前，gps(全球定位系統)被各行各業所使用，這種技術在室外區域可以獲得較好的精度，但是由於這種技術本身實現方式的原因，在室內環境下其定位精度等會大幅度下降。
現有技術中，需要在室內布置各種傳感器，如通過聲音傳感器、光傳感器等方式，來獲取用戶或智能設備目前所在的位置，從而實現對智能設備等的控制。這種定位方式需要布置很多個傳感器，成本較高，而且傳感器的數量較多，無論是控制還是數據獲取都比較複雜。
因此，如何提供一種成本更低、更簡便高效的定位方法和伺服器，成為本領域亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種成本更低、更簡便高效的基於wifi的定位方法和伺服器。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種基於wifi的定位方法，包括：
獲取客戶端接收到的所有無線信息；
根據所述無線信息，確定發出無線信息的無線端及對應的電波傳播損耗值；
根據該電波傳播損耗值，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息。
優選的，所述方法進一步包括：採集多組無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl的數據，建立電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間的基於概率模型的經驗資料庫。
優選的，電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間對應關係為：
pl＝–gr–gt+20log(4πr/λ)＝gr+gt+22+20log(r/λ)，其中，pl為電波傳播損耗值，gr為接收天線增益(db)，gt為發射天線增益(db)，r為無線端與客戶端之間的距離，λ為波長。
優選的，其中，當λ＝12.3cm，無線信號頻率f＝2.44ghz時，電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間對應關係為：pl＝-gr-gt+40.2+20log(r)(3.2)，式中r的單位為米。
優選的，其中，電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間對應關係為：pl＝40+31log(r)+8。
優選的，所述無線信息至少包括無線端的ssid信息、rssi信息和mac地址。
優選的，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息的步驟之後，所述方法進一步包括：根據該定位信息，在地圖上顯示該客戶端的具體位置。
本發明公開一種基於wifi的定位伺服器，包括：
獲取模塊，用於獲取客戶端接收到的所有無線信息；
確定模塊，用於根據所述無線信息，確定發出無線信息的無線端及對應的電波傳播損耗值；
定位模塊，用於根據該電波傳播損耗值，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息。
優選的，所述伺服器進一步包括：資料庫建立模塊，用於採集多組無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl的數據，建立電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間的基於概率模型的經驗資料庫。
優選的，所述伺服器進一步包括：顯示模塊，用於根據該定位信息，在地圖上顯示該客戶端的具體位置。
本發明的基於wifi的定位方法由於包括獲取客戶端接收到的所有無線信息；根據所述無線信息，確定發出無線信息的無線端及對應的電波傳播損耗值；根據該電波傳播損耗值，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息。採用這種方式，本發明使用全球通用的無線網絡，通過獲取到無線網絡的信號，根據信號的強度等因素判斷客戶端的當前位置，從而獲取到客戶端的定位，實現更加方便快捷、高效的定位。而且本發明不需要在室內布置其他傳感器，從而更加簡便的應用，節省了零部件成本和布置的成本。本發明還可實現快速的室內定位後，將定位信息傳送給智能家居系統，從而更好的實現智能家居的智能控制。
附圖說明
圖1是本發明實施例的基於wifi的定位方法的流程圖；
圖2是本發明實施例的基於wifi的定位伺服器的示意圖。
具體實施方式
雖然流程圖將各項操作描述成順序的處理，但是其中的許多操作可以被並行地、並發地或者同時實施。各項操作的順序可以被重新安排。當其操作完成時處理可以被終止，但是還可以具有未包括在附圖中的附加步驟。處理可以對應於方法、函數、規程、子例程、子程序等等。
計算機設備包括用戶設備與網絡設備。其中，用戶設備或客戶端包括但不限於電腦、智慧型手機、pda等；網絡設備包括但不限於單個網絡伺服器、多個網絡伺服器組成的伺服器組或基於雲計算的由大量計算機或網絡伺服器構成的雲。計算機設備可單獨運行來實現本發明，也可接入網絡並通過與網絡中的其他計算機設備的交互操作來實現本發明。計算機設備所處的網絡包括但不限於網際網路、廣域網、城域網、區域網、vpn網絡等。
在這裡可能使用了術語「第一」、「第二」等等來描述各個單元，但是這些單元不應當受這些術語限制，使用這些術語僅僅是為了將一個單元與另一個單元進行區分。這裡所使用的術語「和/或」包括其中一個或更多所列出的相關聯項目的任意和所有組合。當一個單元被稱為「連接」或「耦合」到另一單元時，其可以直接連接或耦合到所述另一單元，或者可以存在中間單元。
這裡所使用的術語僅僅是為了描述具體實施例而不意圖限制示例性實施例。除非上下文明確地另有所指，否則這裡所使用的單數形式「一個」、「一項」還意圖包括複數。還應當理解的是，這裡所使用的術語「包括」和/或「包含」規定所陳述的特徵、整數、步驟、操作、單元和/或組件的存在，而不排除存在或添加一個或更多其他特徵、整數、步驟、操作、單元、組件和/或其組合。
下面結合附圖和較佳的實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本實施例中公開一種基於wifi的定位方法，包括：
s101、獲取客戶端接收到的所有無線信息；
s102、根據所述無線信息，確定發出無線信息的無線端及對應的電波傳播損耗值；
s103、根據該電波傳播損耗值，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息。
採用這種方式，本發明實施例使用全球通用的無線網絡，例如wifi網絡等，通過獲取到無線網絡的信號，根據信號的強度等因素判斷客戶端的當前位置，從而獲取到客戶端的定位，實現更加方便快捷、高效的定位。而且本發明實施例不需要在室內布置其他傳感器，從而更加簡便的應用，節省了零部件成本和布置的成本。本發明實施例還可實現快速的室內定位後，將定位信息傳送給智能家居系統，從而更好的實現智能家居的智能控制。
本發明實施例中，步驟s101中可通過帶有無線連接功能的客戶端獲取到無線信息，例如手機、平板等移動智能設備，這類智能設備可以與無線端相連接，接收無線端發送的信號，而後客戶端可以將接收到的無線信息傳輸到伺服器進行處理，或者由客戶端自己處理。無線端可以是無線ap、無線路由器等等。在客戶端與無線端連接後，客戶端可根據收到的無線端的信號的強度大小、信號的衰減度或電波傳播損耗值等，在基於概率模型的經驗資料庫中查找與信號的強度大小、信號的衰減度或電波傳播損耗值等相對應的距離信息，從而獲取到對應的距離信息，據此對客戶端進行定位。
本實施例中，客戶端的周圍可能具有多個無線端，因此客戶端在接收到無線信息後，可根據無線信息判斷該無線信息由哪個無線端發出，從而進一步根據與該無線端對應的資料庫去查找對應的距離信息，從而更加精確的定位。
具體的，客戶端可以獲取一個無線端發送的無線信息，從而得到相對於該一個無線端的距離，進行定位。當然客戶端也可以在獲取該第一個無線端發送的無線信息，確定與該第一個無線端的距離後，再獲取第二個無線端的信號，從而確定與第二個無線端的距離，從而結合與第一個無線端的距離進行定位，這樣定位更加準確。當然第一個無線端和第二個無線端的位置坐標是已確定的，這樣更精確。另外客戶端還可以獲取第三無線端的信號，，從而確定與第三個無線端的距離，這樣就可以結合上述客戶端與第一個無線端的距離和第二個無線端的距離進行更準確的定位。
根據其中一個示例，所述無線信息至少包括無線端的ssid信息、rssi信息和mac地址。通過獲取上述這些無線信息，ssid信息可以判定是哪個無線端發送的無線信息；可以根據rssi信息與經驗資料庫中預存的rssi平均相比較，得到概率值，得到定位結果；mac地址可識別無線信息的無線端。具體的，步驟s103中可以根據rssi信息在定位引擎進行定位計算並將得出的定位結果寫入日誌文件。獲取到無線端的ssid信息、rssi信息和mac地址等信息後，就可以判斷客戶端當前接收的無線信息是哪個無線端發送的，從而根據對應的無線端的位置坐標進行定位，提高定位精度。例如，客戶端當前接收到某一個信號，然後獲取到無線端發送的無線信息，從而根據ssid信息和mac地址等知曉該是哪個無線端發送的無線信息，而且根據獲取的rssi等信息得到對應的電波傳播損耗值，根據經驗資料庫得到該客戶端當前位置與發送信號的無線端之間的距離，從而精確的定位。
例如，當前客戶端所在的位置周圍設有三個無線端，三個無線端均發出信號，並分別設置在三個不同的位置，客戶端與其中一個無線端建立連接，接收該無線端發送的信號，從而得知了該無線信息包括的ssid信息、rssi信息和mac地址等，進而判斷該信號是由三個無線端中的哪個發出的，同時可根據經驗資料庫得到與該無線端的距離，從而根據該無線端的位置坐標進行定位，接著，可以控制客戶端接收其他兩個無線端的信號，採用同樣的方式，獲取相對於無線端的距離，進行定位。這樣依次進行，將客戶端與三個無線端依次確定距離，將得到的距離在地圖模型上標記，就可以準確的定位。
根據其中一個示例，所述方法進一步包括：採集多組無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl的數據，建立電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間的基於概率模型的經驗資料庫。本實施例中，可將無線端的mac地址數據和測得無線端在該點的信號強度數據記錄入資料庫進行各類數據操作。在自由空間下，電波傳播損耗值與距離之間存在對應關係，但是在不同的環境中會有所不同，因此需要進行取樣確定在該特定的環境下電波傳播損耗值與距離之間的對應關係。採集無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl可以通過儀器測量後輸入到客戶端或伺服器中，也可以通過自動測量後進行人工校正，例如在設定客戶端在相對於無線端的同一方位、不同距離的位置測定電波傳播損耗值，從而記錄。然後還可以在同一距離、不同方位的位置測定電波傳播損耗值，從而記錄。這樣獲取到的數據更加準確，為建立經驗資料庫提供了基礎。經驗資料庫可以是建立計算公式，也可以是建立相應的對應關係，一一對應，從而根據輸入的電波傳播損耗進行查詢，得到距離值，從而定位。
一般來說，可用ferris公式計算自由空間的電波傳播損耗：
pl＝–gr–gt+20log(4πr/λ)＝gr+gt+22+20log(r/λ)，其中，pl為電波傳播損耗，gr為接收天線增益(db)，gt為發射天線增益(db)，r為無線端與客戶端之間的距離，λ為波長。該公式表現的為通常情況下，pl與r之間的對應關係，在需要的定位精度不需要特別高的情況下，可以採用該公式的對應關係確定距離。接收天線增益和發射天線增益可通過查詢或檢測得到具體的數據。
具體地，其中，當λ＝12.3cm，無線信號頻率f＝2.44ghz時，電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間對應關係為：pl＝-gr-gt+40.2+20log(r)(3.2)，式中r的單位為米。該公式為在使用無線信號的時候的電波傳播損耗值pl與距離r之間的對應關係，更加具體的適用於基於wifi定位中的距離計算。
具體地，採用無線信號傳播模型中的經驗模型，基於某一特定環境下的實際測量結果。在實際發射機和接收機在特定環境中置於不同的距離和位置，測量其功率損耗，通過收集大量的數據導出功率損耗曲線及函數。用最小均差法算出傳播損耗的近似值:
pl＝40+31log(r)+8公式(1)；
其中r為無線端與客戶端之間的距離，r的單位為米。這樣用戶在攜帶移動終端在家中移動時，移動終端根據接收到的信號值，將數據實時發送給智能家居控制中心，通過公式(1)計算出用戶與無線信號發送機之間的距離，可算出用戶與信號發送機之間的近似距離，從而獲知用戶在家中的位置，進而通過智能家居系統控制用戶附近位置的智能設備做出相應的響應。公式(1)中為更加適用於室內的定位的電波傳播損耗值pl與距離r之間的對應關係，從而可以更加準確的得到客戶端的定位數據。本實施例中，根據採樣的數據得到了公式(1)，因此得到了電波傳播損耗值pl與距離r的模型，在客戶端接收到無線端發送的信號後，即可根據該信號得到發出無線信息的無線端和對應的電波傳播損耗，這樣就可以通過公式(1)計算出客戶端與無線端之間的距離，然後進行定位。當然為了更精確的定位，在計算了客戶端和第一個無線端的距離後，還可以計算客戶端和第二個無線端的距離，也可以計算客戶端和第三個或更多的無線端的距離，從而提高定位的準確性。
本實例中對於概率的計算可以根據當前實測的rssi值、資料庫中存貯的rssi平均值和與平均值對應的標準差，根據高斯分布公式計算出來定位點的位置數據概率值，並將此數據存入基於概率模型的經驗資料庫。
根據其中一個示例，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息的步驟之後，所述方法進一步包括：根據該定位信息，在地圖上顯示該客戶端的具體位置。這樣可以在讓用戶更加直觀的看到客戶端所處的位置，從而方便用戶對客戶端的操作，進而對智能家居中的智能設備進行控制。室內環境下無線信號的信號強度在短距離內與傳播距離存在衰減模型關係，通過信號強度可以計算傳播距離，因此，本發明實施例以信號強度或信號的衰減度等為基礎進行定位無線信號在傳輸過程中，接收信號的功率強度與傳輸距離存在著某種變化關係，找出特定環境中的變化關係，應用於定位技術，從而精確的進行定位。
如圖2所示，本發明實施例公開一種基於wifi的定位伺服器，包括：
獲取模塊201，用於獲取客戶端接收到的所有無線信息；
確定模塊202，用於根據所述無線信息，確定發出無線信息的無線端及對應的電波傳播損耗值；
定位模塊203，用於根據該電波傳播損耗值，使用基於概率模型的經驗資料庫獲取客戶端相對於該無線端的定位信息。
採用這種方式，本發明實施例使用全球通用的無線網絡，例如wifi網絡等，通過獲取到無線網絡的信號，根據信號的強度等因素判斷客戶端的當前位置，從而獲取到客戶端的定位，實現更加方便快捷、高效的定位。而且本發明實施例不需要在室內布置其他傳感器，從而更加簡便的應用，節省了零部件成本和布置的成本。本發明實施例還可實現快速的室內定位後，將定位信息傳送給智能家居系統，從而更好的實現智能家居的智能控制。
本發明實施例中，獲取模塊201可通過帶有無線連接功能的客戶端獲取到無線信息，例如手機、平板等移動智能設備，這類智能設備可以與無線端相連接，接收無線端發送的信號，而後客戶端可以將接收到的無線信息傳輸到伺服器進行處理，或者由客戶端自己處理。無線端可以是無線ap、無線路由器等等。在客戶端與無線端建議連接後，客戶端可根據收到的無線端的信號的強度大小、信號的衰減度或電波傳播損耗值等，在基於概率模型的經驗資料庫中查找與信號的強度大小、信號的衰減度或電波傳播損耗值等相對應的距離信息，從而獲取到對應的距離信息，據此對客戶端進行定位。
本實施例中，客戶端的周圍可能具有多個無線端，因此客戶端在接收到無線信息後，可根據無線信息判斷該無線信息由哪個無線端發出，從而進一步根據與該無線端對應的資料庫去查找對應的距離信息，從而更加精確的定位。
具體的，客戶端可以獲取一個無線端發送的無線信息，從而得到相對於該一個無線端的距離，進行定位。當然客戶端也可以在獲取該第一個無線端發送的無線信息，確定與該第一個無線端的距離後，再獲取第二個無線端的信號，從而確定與第二個無線端的距離，從而結合與第一個無線端的距離進行定位，這樣定位更加準確。當然第一個無線端和第二個無線端的位置坐標是已確定的，這樣更精確。另外客戶端還可以獲取第三無線端的信號，，從而確定與第三個無線端的距離，這樣就可以結合上述客戶端與第一個無線端的距離和第二個無線端的距離進行更準確的定位。
本實施例客戶端可採用android系統，該系統可擴展性強。客戶端可採集各個無線端的rssi和mac地址等信息，將這些數據按照一定格式封裝後發送到伺服器端，供定位模塊使用。本實施例中的數據處理過程，例如資料庫的建立，根據信號強度或信號衰減或電波傳播損耗值等查找對應的距離信息等可由客戶端完成，也可由客戶端傳送到伺服器完成，伺服器的處理能力更為強大，處理速度更快，從而定位更快。伺服器處理完成後可將結果傳輸給客戶端，從而方便客戶端進行顯示等。
根據其中一個示例，所述無線信息至少包括ssid信息、rssi信息和mac地址。通過獲取上述這些無線信息，ssid信息可以判定是哪個無線端發送的無線信息；可以根據rssi信息與經驗資料庫中預存的rssi平均相比較，得到概率值，得到定位結果；mac地址可識別無線信息的無線端。具體的，步驟s103中可以根據rssi信息在定位引擎進行定位計算並將得出的定位結果寫入日誌文件。獲取到無線端的ssid信息、rssi信息和mac地址等信息後，就可以判斷客戶端當前接收的無線信息是哪個無線端發送的，從而根據對應的無線端的位置坐標進行定位，提高定位精度。例如，客戶端當前接收到某一個信號，然後獲取到無線端發送的無線信息，從而根據ssid信息和mac地址等知曉該是哪個無線端發送的無線信息，而且根據獲取的rssi等信息得到對應的電波傳播損耗值，根據經驗資料庫得到該客戶端當前位置與發送信號的無線端之間的距離，從而精確的定位。
例如，當前客戶端所在的位置周圍設有三個無線端，三個無線端均發出信號，並分別設置在三個不同的位置，客戶端與其中一個無線端建立連接，接收該無線端發送的信號，從而得知了該無線信息包括的ssid信息、rssi信息和mac地址等，進而判斷該信號是由三個無線端中的哪個發出的，同時可根據經驗資料庫得到與該無線端的距離，從而根據該無線端的位置坐標進行定位，接著，可以控制客戶端接收其他兩個無線端的信號，採用同樣的方式，獲取相對於無線端的距離，進行定位。這樣依次進行，將客戶端與三個無線端依次確定距離，將得到的距離在地圖模型上標記，就可以準確的定位。
根據其中一個示例，所述伺服器進一步包括：資料庫建立模塊，用於採集多組無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl的數據，建立電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間的基於概率模型的經驗資料庫。本實施例中，可將無線端的mac地址數據和測得無線端在該點的信號強度數據記錄入資料庫進行各類數據操作。在自由空間下，電波傳播損耗值與距離之間存在對應關係，但是在不同的環境中會有所不同，因此需要進行取樣確定在該特定的環境下電波傳播損耗值與距離之間的對應關係。採集無線端與客戶端之間距離r和對應的電波傳播損耗值pl可以通過儀器測量後輸入到客戶端或伺服器中，也可以通過自動測量後進行人工校正，例如在設定客戶端在相對於無線端的同一方位、不同距離的位置測定電波傳播損耗值，從而記錄。然後還可以在同一距離、不同方位的位置測定電波傳播損耗值，從而記錄。這樣獲取到的數據更加準確，為建立經驗資料庫提供了基礎。經驗資料庫可以是建立計算公式，也可以是建立相應的對應關係，一一對應，從而根據輸入的電波傳播損耗進行查詢，得到距離值，從而定位。
一般來說，可用ferris公式計算自由空間的電波傳播損耗值：
pl＝–gr–gt+20log(4πr/λ)＝gr+gt+22+20log(r/λ)，其中，pl為電波傳播損耗值，gr為接收天線增益(db)，gt為發射天線增益(db)，r為無線端與客戶端之間的距離，λ為波長。該公式表現的為通常情況下，pl與r之間的對應關係，在需要的定位精度不需要特別高的情況下，可以採用該公式的對應關係確定距離。接收天線增益和發射天線增益可通過查詢或檢測得到具體的數據。
具體地，其中，當λ＝12.3cm，無線信號頻率f＝2.44ghz時，電波傳播損耗值pl與無線端與客戶端之間的距離r之間對應關係為：pl＝-gr-gt+40.2+20log(r)(3.2)，式中r的單位為米。該公式為在使用無線信號的時候的電波傳播損耗值pl與距離r之間的對應關係，更加具體的適用於基於wifi定位中的距離計算。
具體地，採用無線信號傳播模型中的經驗模型，基於某一特定環境下的實際測量結果。在實際發射機和接收機在特定環境中置於不同的距離和位置，測量其功率損耗，通過收集大量的數據導出功率損耗曲線及函數。用最小均差法算出傳播損耗的近似值:
pl＝40+31log(r)+8公式(2)；
其中r為無線端與客戶端之間的距離，r的單位為米。這樣用戶在攜帶移動終端在家中移動時，移動終端根據接收到的信號值，將數據實時發送給智能家居控制中心，通過公式(2)計算出用戶與無線信號發送機之間的距離，可算出用戶與信號發送機之間的近似距離，從而獲知用戶在家中的位置，進而通過智能家居系統控制用戶附近位置的智能設備做出相應的響應。公式(1)中為更加適用於室內的定位的電波傳播損耗值pl與距離r之間的對應關係，從而可以更加準確的得到客戶端的定位數據。本實施例中，根據採樣的數據得到了公式(1)，因此得到了電波傳播損耗值pl與距離r的模型，在客戶端接收到無線端發送的信號後，即可根據該信號得到發出無線信息的無線端和對應的電波傳播損耗，這樣就可以通過公式(1)計算出客戶端與無線端之間的距離，然後進行定位。當然為了更精確的定位，在計算了客戶端和第一個無線端的距離後，還可以計算客戶端和第二個無線端的距離，也可以計算客戶端和第三個或更多的無線端的距離，從而提高定位的準確性。
本實例中對於概率的計算可以根據當前實測的rssi值、資料庫中存貯的rssi平均值和與平均值對應的標準差，根據高斯分布公式計算出來定位點的位置數據概率值，並將此數據存入基於概率模型的經驗資料庫。
根據其中一個示例，所述伺服器進一步包括：顯示模塊，用於根據該定位信息，在地圖上顯示該客戶端的具體位置。這樣可以在讓用戶更加直觀的看到客戶端所處的位置，從而方便用戶對客戶端的操作，進而對智能家居中的智能設備進行控制。室內環境下無線信號的信號強度在短距離內與傳播距離存在衰減模型關係，通過信號強度可以計算傳播距離，因此，本發明實施例以信號強度或信號的衰減度等為基礎進行定位無線信號在傳輸過程中，接收信號的功率強度與傳輸距離存在著某種變化關係，找出特定環境中的變化關係，應用於定位技術，從而精確的進行定位。
本伺服器的描述中與上述方法相對應，其餘可參考上述方法部分的描述。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。