一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統的製作方法

2023-06-08 21:48:36 1

一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，包括用於指紋勘測任務分發、勘測數據存儲、分析、處理的指紋勘測管理伺服器、指紋資料庫、地圖資料庫、管理終端、勘測移動終端、訪問接口；本發明的優點：通過指紋勘測管理伺服器對指紋勘測任務分發、勘測數據存儲、分析、處理及提供指紋數據訪問服務，管理終端對指紋勘測任務規劃、指紋資料庫與地圖資料庫的管理、修改與更新，勘測移動終端用於指紋勘測任務進行，勘測數據採集與上傳，訪問接口用於指紋勘測管理伺服器與其他系統進行指紋與地圖數據交換，能適應任何受智能移動終端支持的指紋定位系統的工程勘測部分，極大的降低勘測工作的技術門檻，降低勘測的人工成本，可避免勘測數據衝突。
【專利說明】一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統。

【背景技術】
[0002] 基於無線信號與地磁信號的指紋定位算法，以下簡稱指紋定位技術，是一種高可 行性，高精度，低成本，和高可靠性的室內與室外精準定位技術，目前被廣泛應用與商業，工 業，醫療，與公共服務機構，指紋定位技術的基本原理如下：根據被定位區域在不同的位置 上來自不同信號源的無線信號強度，或地磁信號在水平與垂直方向上各自的差異，收集並 建立位置與信號的指紋向量資料庫，以下簡稱指紋資料庫，將定位階段檢測的信號指紋向 量與指紋資料庫進行比對，根據指紋資料庫的類型，基於以下方法的計算，包括但不局限 於：最近向量距離，最大概率等，找出資料庫中與檢測信號指紋向量最接近的指紋向量，獲 得候選位置估測；根據其他的定位輔助方法，包括但不局限於：三角定位，慣性導航，位置 過濾等，篩選最佳的定位估測位置，指紋定位實施通常分為兩個部分，訓練部分，即通過集 中的線下實地勘測收集被定位區域的指紋數據，生成供定位使用的指紋資料庫，定位部分， 基於已生成的指紋資料庫，進行指紋定位，目前，指紋數據的勘測通常需要藉助專業設備與 人員團隊實施集中的線下勘測與數據採集，其硬體與技術門檻較高，提高了勘測的硬體與 人力成本，並且勘測效率低下，隨著定位系統部署面積的增加，部署成本會迅速增長，這從 本質上影響了定位系統的部署規模。


【發明內容】

[0003] 本發明要解決的技術問題就是提供一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，可 以解決現有指紋數據的勘測使用的定位方法存在的勘測效率低下、成本高的缺陷。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種用於指紋定位 的分布式並行勘測系統，包括用於指紋勘測任務分發、勘測數據存儲、分析、處理及提供指 紋數據訪問服務的指紋勘測管理伺服器、分別與指紋勘測管理伺服器相連的指紋資料庫、 地圖資料庫、管理終端、勘測移動終端、訪問接口，所述指紋資料庫內存儲有信號指紋向量 的原始勘測數據及經處理與合成後用於定位的合成指紋數據，所述地圖資料庫內存儲有地 圖數據，所述管理終端用於指紋勘測任務規劃、指紋資料庫與地圖資料庫的管理、修改與更 新，所述勘測移動終端用於指紋勘測任務進行、勘測數據採集與上傳，所述訪問接口用於指 紋勘測管理伺服器與其他系統進行指紋與地圖數據交換。
[0005] 優選的，指紋勘測管理伺服器實現定位區域的指紋勘測方法，依次包括以下步 驟：
[0006] 1)規劃：管理終端首先從指紋勘測管理伺服器獲取定位區域的地圖數據，對所需 定位區域通過多條勘測路徑進行覆蓋，並將勘測路徑的規劃上傳至指紋勘測管理伺服器進 行勘測分發；
[0007] 2)分發與勘測：一個或多個指紋勘測移動終端通過請求指紋勘測管理伺服器，各 自獨立地依據獲取步驟1)中勘測路徑的規劃與系統的分配，獲取部分勘測路徑；各個指 紋勘測移動終端獨立地完成其所分配的勘測路徑上的指紋信號採集；
[0008] 3)上傳與數據合併：各個指紋勘測移動終端在完成當前勘測路徑上的指紋信號 採集之後，利用行動網路或Wi-Fi網絡將數據上傳至指紋勘測管理伺服器，並隨指紋勘測 數據同步上傳以下數據，數據包括但不限於採集時間、指紋勘測移動終端硬體型號、勘測人 員身份信息，指紋勘測管理伺服器首先將勘測移動終端上傳的指紋向量原始勘測數據進行 存儲，再根據以上的同步數據，與已有的指紋資料庫進行數據的合併、增刪、更新。
[0009] 通過上述步驟可以成倍的提高勘測速率。
[0010] 優選的，指紋勘測管理伺服器實現路徑的指紋勘測方法，包括勘測路徑劃分方法 和信號指紋採集方法，所述勘測路徑劃分方法，依次包括以下步驟：
[0011] 1)將需勘測區域的地圖均勻分為相等形狀與大小、互不重疊的柵格，並保證柵格 半徑應不大於指紋定位精度；
[0012] 2)依據地圖的地形、建築物、POI信息，將可通行區域中的柵格用一條連續的勘測 路徑串接，實現對定位區域的勘測路徑覆蓋；
[0013] 3)除勘測路徑的兩個端點外，一條勘測路徑上可包含若干關鍵路徑點，關鍵路徑 點用於標明子路徑的端點，用於防止由於環境與操作原因造成的信號採集的不連續性和信 號採集的累計錯誤，整個勘測路徑生成通過依次生成其各個子路徑完成。
[0014] 通過上述步驟可以實現對大面積定位區域進行高效率的指紋數據勘測。
[0015] 優選的，所述信號指紋採集方法依次包括以下步驟：
[0016] 1)勘測移動終端首先選擇一條勘測路徑，系統通過勘測路徑劃分方法獲得該勘測 路徑上覆蓋的柵格和關鍵路徑點；
[0017] 2)勘測移動終端選擇勘測路徑上一個關鍵路徑點作為勘測的起點，開始採集信號 指紋；
[0018] 3)用戶手持勘測移動終端，沿當前勘測路徑進行移動，確保系統在一次信號採集 周期內移動距離不超過系統規定的柵格數；
[0019] 4)當用戶到達下一個關鍵路徑點時，通知勘測移動終端，勘測移動終端依據其行 走速度和採集到的信號指紋，將信號按比例分配到該子路徑的各個柵格；
[0020] 5)重複步驟3)、步驟4)、直到到達整個路徑的端點，或者手動退出當前的勘測；
[0021 ] 6)勘測移動終端將已勘測指紋數據上傳至指紋勘測管理伺服器。
[0022] 通過上述步驟可以實現對大面積定位區域進行高效率的指紋數據勘測。
[0023] 優選的，步驟4)中的信號分配採用以下兩種分配方法：
[0024] 勻速分配：根據系統提示，勘測人員在勘測過程中以均勻速度行走，系統記錄兩個 關鍵路徑點的開始時間與終止時間，以及期間每次檢測的無線信號的時間，根據以上信息 將信號等時間間隔地分配到當前勘測子路徑覆蓋的柵格上；
[0025] 非勻速分配：勘測人員以自由速度行走，勘測移動終端通過步態檢測算法估算人 員的移動速度變化，當勘測人員完成一條路徑的勘測後，系統根據兩個關鍵路徑點的開始 時間與終止時間，期間每次檢測的無線信號的時間，以及勘測人員行走速度的快慢變化，將 檢測時間在tl與t2之間的信號分配至

【權利要求】
1. 一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：包括用於指紋勘測任務分 發、勘測數據存儲、分析、處理及提供指紋數據訪問服務的指紋勘測管理伺服器（1)、分別與 指紋勘測管理伺服器（1)相連的指紋資料庫（2)、地圖資料庫（3)、管理終端（4)、勘測移動 終端（5)、訪問接口 ￠)，所述指紋資料庫（2)內存儲有信號指紋向量的原始勘測數據及經 處理與合成後用於定位的合成指紋數據，所述地圖資料庫（3)內存儲有地圖數據，所述管 理終端（4)用於指紋勘測任務規劃、指紋資料庫與地圖資料庫的管理、修改與更新，所述勘 測移動終端（5)用於指紋勘測任務進行、勘測數據採集與上傳，所述訪問接口（6)用於指紋 勘測管理伺服器與其他系統進行指紋與地圖數據交換。
2. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：指 紋勘測管理伺服器實現定位區域的指紋勘測方法，依次包括以下步驟： 1) 規劃：管理終端首先從指紋勘測管理伺服器獲取定位區域的地圖數據，對所需定位 區域通過多條勘測路徑進行覆蓋，並將勘測路徑的規劃上傳至指紋勘測管理伺服器進行勘 測分發； 2) 分發與勘測：一個或多個指紋勘測移動終端通過請求指紋勘測管理伺服器，各自獨 立地依據獲取步驟1)中勘測路徑的規劃與系統的分配，獲取部分勘測路徑；各個指紋勘測 移動終端獨立地完成其所分配的勘測路徑上的指紋信號採集； 3) 上傳與數據合併：各個指紋勘測移動終端在完成當前勘測路徑上的指紋信號採集 之後，利用行動網路或Wi-Fi網絡將數據上傳至指紋勘測管理伺服器，並隨指紋勘測數據 同步上傳以下數據，數據包括但不限於採集時間、指紋勘測移動終端硬體型號、勘測人員身 份信息，指紋勘測管理伺服器首先將勘測移動終端上傳的指紋向量原始勘測數據進行存 儲，再根據以上的同步數據，與已有的指紋資料庫進行數據的合併、增刪、更新。
3. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：指 紋勘測管理伺服器實現路徑的指紋勘測方法，包括勘測路徑劃分方法和信號指紋採集方 法，所述勘測路徑劃分方法，依次包括以下步驟： 1) 將需勘測區域的地圖均勻分為相等形狀與大小、互不重疊的柵格，並保證柵格半徑 應不大於指紋定位精度； 2) 依據地圖的地形、建築物、POI信息，將可通行區域中的柵格用一條連續的勘測路徑 串接，實現對定位區域的勘測路徑覆蓋； 3) 除勘測路徑的兩個端點外，一條勘測路徑上可包含若干關鍵路徑點，關鍵路徑點用 於標明子路徑的端點，用於防止由於環境與操作原因造成的信號採集的不連續性和信號採 集的累計錯誤，整個勘測路徑生成通過依次生成其各個子路徑完成。
4. 根據權利要求3所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：所 述信號指紋採集方法依次包括以下步驟： 1) 勘測移動終端首先選擇一條勘測路徑，系統通過勘測路徑劃分方法獲得該勘測路徑 上覆蓋的柵格和關鍵路徑點； 2) 勘測移動終端選擇勘測路徑上一個關鍵路徑點作為勘測的起點，開始採集信號指 紋； 3) 用戶手持勘測移動終端，沿當前勘測路徑進行移動，確保系統在一次信號採集周期 內移動距離不超過系統規定的柵格數； 4) 當用戶到達下一個關鍵路徑點時，通知勘測移動終端，勘測移動終端依據其行走速 度和採集到的信號指紋，將信號按比例分配到該勘測路徑的各個柵格； 5) 重複步驟3)、步驟4)、直到到達整個勘測路徑的端點，或者手動退出當前的勘測； 6) 勘測移動終端將已勘測指紋數據上傳至指紋勘測管理伺服器。
5. 根據權利要求4所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：步 驟4)中的信號分配採用以下兩種分配方法： 勻速分配：根據系統提示，勘測人員在勘測過程中以均勻速度行走，系統記錄兩個關鍵 路徑點的開始時間與終止時間，以及期間每次檢測的無線信號的時間，根據以上信息將信 號等時間間隔地分配到當前勘測子路徑覆蓋的柵格上； 非勻速分配：勘測人員以自由速度行走，勘測移動終端通過步態檢測算法估算人員的 移動速度變化，當勘測人員完成一條勘測路徑後，系統根據兩個關鍵路徑點的開始時間與 終止時間，期間每次檢測的無線信號的時間，以及勘測人員行走速度的快慢變化，將檢測時 [v(t)Gt 〖r⑴ 間在tl與t2之間的信號分配至^--D>d>^--/J的柵格中，其中：D為整條勘測 ]>)沒 ]> ⑴ 路徑的物理長度，d為柵格在勘測路徑上距離起始點的距離，T為整條勘測路徑的勘測時間 長度。
6. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：勘 測移動終端通過以下步驟實現信號指紋採集： 1) 通過勘測移動終端內部的射頻通信模塊、電子羅盤模塊、加速度計與陀螺儀模塊，採 集設備周邊的無線信號或地磁信號指紋向量，其中：通信模塊負責採集無線信號的接受信 號強度信息（RSSI)，電子羅盤模塊負責米集地磁信號在水平方向與垂直方向上的強度，力口 速度計與陀螺儀模塊通過卡爾曼濾波器輔助電子羅盤模塊估測正北方方向與手機的傾斜 角度，用於將採集的地磁信號投影到基於正北方向的全局坐標系上； 2) 不同的勘測移動終端由於硬體差異在相同位置上採集到RSSI的差異，通過預置的 增益校正資料庫進行校正，校正公式為RSSI_P=G*RSSI_L，其中：來自手機的原 始勘測數據，G是與參考終端設備相比，依據以下參數確立的手機增益校正係數，包括但不 局限於手機型號、Wi-Fi工作頻道、Wi-Fi信號源位置與行走方向； 3) 由於勘測移動終端的硬體差異產生的地磁信號強度在各個方向上的投影，通過[t_ nt_zt_e]T =M[s_ns_z8_6]1'進行校正，其中[s_ns_zs_e]為由勘測移動終端採集的 未經校正的地磁信號在正北、地心、正東三個方向上的投影向量，M為用於校正的旋轉矩陣， [t_nt_zt_e]為經校正後的地磁信號在正北、地心、正東三個方向上的投影向量，T為轉置 操作符。
7. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：指 紋勘測管理伺服器通過以下步驟實現指紋資料庫合成： 1) 對原始指紋勘測數據按照信號指紋採集的方法進行校正； 2) 根據上傳數據對應的勘測路徑，從指紋資料庫中提取路徑所覆蓋柵格上的指紋數 據； 3) 如果對應柵格上沒有指紋數據，則將校正後的勘測數據添加至對應的柵格； 4)如果對應柵格上已有指紋數據，則根據系統規則將已校正的勘測數據和已有的指紋 數據進行合併。
8. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：指 紋資料庫通過以下步驟實現合成： 1) 對原始指紋勘測數據按照信號指紋採集的方法進行校正； 2) 按照勘測數據的勘測時間，對同一柵格中校正後指紋勘測數據通過S=?進 K=I 行權重合成，其中，S為合成的指紋數據，st_n為在時間t_n獲得的勘測指紋數據，Wn為權重 係數； 3) 對不同的柵格中的勘測數據，通過= 進行權重合成，其中Slrosjl是位置為 n-\ P〇s_n的柵格上的指紋數據，vn為權重係數。
9. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：指 紋勘測管理伺服器包括獨佔勘測模式、非獨佔勘測模式： 獨佔勘測模式，當一個移動終端獲得一條勘測路徑時，指紋勘測管理伺服器即將該路 徑進行鎖定，在當前移動終端沒有完成路徑勘測之前，其他移動終端不能再次獲得這條勘 測路徑進行勘測； 非獨佔勘測模式，每一條路徑可以同時分發給多個勘測移動終端，當勘測移動終端上 傳勘測路徑時，指紋勘測管理伺服器根據路徑勘測時間對勘測數據進行存儲，用於進一步 的勘測數據合成。
10. 根據權利要求1所述的一種用於指紋定位的分布式並行勘測系統，其特徵在於：所 述指紋勘測管理伺服器可以通過本地伺服器和分布式伺服器架設，本地伺服器架設時，所 述指紋資料庫、地圖資料庫、管理終端、勘測移動終端、訪問接口與指紋勘測管理伺服器均 通過程序接口相連，分布式伺服器架設時，所述指紋資料庫、地圖資料庫、管理終端、勘測移 動終端、訪問接口與指紋勘測管理伺服器通過網絡通信接口相連，所述指紋勘測管理服務 器上還設有自檢模塊及定位應用性能評估模塊。
【文檔編號】G06F17/30GK104462281SQ201410697202
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】柳凌峰 申請人:杭州優體科技有限公司