[發明專利]基于FCM和最小二乘曲面擬合法的WLAN室內優化ANN定位方法

無效

• 申請號: 201010032481.6
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN101778399A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 徐玉濱;周牧;馬琳;沙學軍;孟維曉;譚學治
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W16/20
• 分類號: H04W16/20;H04W64/00;H04W84/12;G06N3/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種模式識別領域中的人工智能室內定位方法，具體涉及 WLAN室內定位方法。

背景技術

近年來，隨著近距離無線電技術的高速發展和無線局域網技術的進步， 使得室內定位技術突飛猛進。在開闊的室外環境中，全球定位系統GPS (Global?Position?System)提供了非常精確的定位信息，但在室內環境下GPS 系統卻因為衛星信號被阻隔而無法使用。人們不但需要在開闊環境下的位置 信息，在室內環境下對定位信息的需求也與日俱增，機場、展廳、寫字樓、 倉庫、地下停車場、監獄、軍事訓練基地等室內環境下，也需要定位信息， 以實現對可用空間和庫存物資的高效管理。自從802.11無線局域網標準問世 以來，無線局域網絡WLAN(Wireless?Local?Area?Network)通信市場一直增 長迅猛。在現有高速無線局域網條件下，用戶憑借輕量級可移動計算設備(如 筆記本電腦、掌上型電腦等)就能隨時隨地接入互聯網，同時移動中的用戶 對信息的即時性和就地性的需求越來越強烈，這就給基于位置的服務和應用 提供了廣闊的市場空間。WLAN網絡具有高速通信、部署方便的特點，切合 了現代社會對移動辦公、移動生活娛樂的需求，快速帶動整個WLAN產業鏈， 在世界范圍內被各種機構和個人在不同環境下(如機場、高檔寫字樓、研究 機構、酒店、餐廳、校園和家庭)廣泛部署。室內環境和人們活動的熱點地 區是WLAN主要的應用環境。基于WLAN的定位技術研究在這種應用背景 下發展起來。

目前，基于WLAN的室內定位技術不需要在現有無線局域網設施中添加 定位測量專用硬件，而是通過讀取接收信號強度，結合信號強度數據庫求解， 確定移動用戶的位置。此外，隨著計算機處理能力的提高，以及人工智能技 術的發展，基于人工神經網絡ANN(Artificial?Neural?Network)和支持向量 機SVM(Support?Vector?Machine)的室內智能優化定位系統逐漸得到人們的 重視。這類方法不僅計算過程簡單、軟件設計方便，還由于其精確的非線性 映射能力，可以有效地刻畫接收信號強度與終端估計坐標的一一對應關系， 從而實現WLAN環境下的實時高精度定位。

然而，人工智能室內定位方法存在的主要問題，體現在對訓練樣本集的 依賴性方面。以室內ANN定位系統為例，定位過程包括離線階段的系統建 立和在線階段的坐標估計，在離線階段，根據不同參考點處接收到的WLAN 信號樣本與其相應的空間位置坐標，構成ANN定位系統的訓練樣本集，利 用梯度下降法、共軛梯度法、遺傳算法和模擬退火等算法，實現對ANN結 構的迭代訓練，生成滿足訓練樣本均方根誤差要求的優化ANN系統。進而， 利用訓練結束后的ANN系統，進行在線階段的坐標估計。可見，ANN定位 系統的性能優劣在很大程度上取決于訓練樣本集的好壞。然而，在WLAN 室內環境下，由于人員走動、開閉門條件、濕度、溫度、墻體遮蔽，以及多 徑效應的影響，使得定位目標區域中的信號強度分布規律不明顯，即在某些 參考點(定義為奇異點)處信號強度出現陡然上升或下降的情況，而若利用 這些奇異信號強度值作為ANN系統的訓練樣本，將會導致系統訓練誤差的 增加和映射能力的下降。

發明內容

本發明的目的在于解決現有ANN室內定位方法中，訓練樣本空間中所 存在的奇異參考點所帶來的ANN系統泛化能力下降，以及定位誤差惡化的 問題。提供一種基于FCM和最小二乘曲面擬合法的WLAN室內優化ANN 定位方法。它包括下述步驟：

一、給定目標定位區域中的接入點AP和參考點位置，保證相鄰參考點 的間距為1m，任意參考點處均可以采集到來自至少1個AP的信號強度，且 信號功率強度大于-100dBm；

二、對目標定位區域建立二維直角坐標系，將所有參考點的空間坐標值 和其相應參考點處采集的，來自不同AP的信號強度樣本和樣本均值保存起 來，建立定位指紋數據庫；

三、確定聚類數目C，并利用FCM方法，將不同參考點處的信號強度 樣本均值聚為C類，且得到C個聚類中心；

四、計算不同參考點處的樣本均值對C個不同聚類中心的隸屬度，并給 出合適的量化級，對隸屬度進行量化處理；