[發明專利]基于Wi-Fi與圖像融合指紋的室內定位方法

有效

• 申請號: 202110420120.7
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113316080B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張會清;李岳清
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/021;H04W4/33;H04W64/00;G06T5/00;G06T5/40;G06V10/774;G06V30/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

基于Wi?Fi與圖像融合指紋的室內定位算法屬于室內定位領域。本發明在離線階段，對實驗區域劃分參考點。對參考點處獲得的場景圖像和Wi?Fi?RSSI分別提取LBP和KPCA定位特征，生成融合指紋數據庫，訓練得到LightGBM定位模型，建立融合指紋與物理位置坐標之間的映射關系。接著，在線階段對測試點采集的Wi?Fi?RSSI和場景圖像，提取原始Wi?Fi指紋的KPCA特征，提取場景圖像的LBP特征，拼接上述兩種特征生成待定位點融合指紋，利用訓練好的LightGBM定位模型預測當前位置坐標。本發明保留主要定位特征；LBP特征具有灰度和旋轉不變性的優點，同時與Wi?Fi指紋為同一維度的數據，為融合提供了便利，能夠準確對位置建模。

技術領域：

本發明屬于室內定位領域，是一種在離線階段對Wi-Fi指紋提取KPCA特征和對場景圖像提取LBP特征，并拼接生成融合指紋，通過LightGBM構建定位模型的室內定位方法。該方法能夠有效提高室內定位精度。

背景技術：

基于位置的服務(LBS)擁有巨大的研究與商用價值已經成為研究者的共識，全球導航衛星系統(GNSS)在室外提供了可靠的位置服務。集成無線傳感器、視覺傳感器以及加速度計等傳感器的智能手機為室內定位服務提供了便利。然而，由于室內環境復雜多變，目前還未出現被大規模應用的室內定位方案。研究人員將室內多種信號用于定位：WLAN設施廣泛分布于室內環境，Wi-Fi指紋定位無需對提前對距離和角度進行測量，但受室內多徑效應影響嚴重；基于圖像的定位技術雖然精度較高，但面臨遮擋、光照和模糊的影響；融合定位方法通過不同傳感器獲取信息的互補作用，對室內位置進行更豐富的描述，因此成為近年來研究的熱點。

為解決上述問題，本發明提出利用公共室內環境中已存在的無線AP和場景圖像進行融合定位，提出一種融合指紋的LightGBM室內定位方法。

發明內容：

針對單一指紋定位方法精度低的問題，本發明提出采用KPCA提取RSSI信號中的定位特征，采用LBP提取場景圖像的定位特征，并通過構建LightGBM定位模型，實現對位置坐標的預測。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

首先，在離線階段，對實驗區域劃分參考點。對參考點處獲得的場景圖像和Wi-FiRSSI分別提取LBP和KPCA定位特征，生成融合指紋數據庫，訓練得到LightGBM定位模型，建立融合指紋與物理位置坐標之間的映射關系。接著，在線階段對測試點采集的Wi-Fi?RSSI和場景圖像，提取原始Wi-Fi指紋的KPCA特征，提取場景圖像的LBP特征，拼接上述兩種特征生成待定位點融合指紋，利用訓練好的LightGBM定位模型預測當前位置坐標。本發明定位方法的示意圖參見圖2.

一種基于融合指紋的LightGBM室內定位方法，依次包括下述步驟：

(1)在實驗區域均勻劃分參考點，在參考點處采集接入點(AP)的接收信號強度值(RSSI)，作為Wi-Fi指紋；在參考點處面向四周拍攝場景圖像；記錄參考點坐標。

(2)使用KPCA提取原始Wi-Fi指紋定位特征，步驟如下：

1)將原始Wi-Fi指紋數據空間映射至高維空間；