基于半监督仿射传播聚类和KLDA的室内定位算法*

室内定位中位置指纹库采集的密集程度往往跟定位精度密切相关,针对离线阶段时指纹库稀疏的情况下定位精度低的问题,提出了一种基于半监督仿射传播聚类和KLDA的室内定位算法。该算法结合了在线阶段采集无位置标签的RSSI数据,通过建立局部邻域图将无位置标签的RSSI信息反映到离线指纹数据的结构中,并使用KLDA方法抽取位置指纹库中最大的特征信息,有效利用了无位置标签的RSSI信息从而提高定位精度。实验结果表明,该算法结合在线阶段RSSI数据后定位精度得到了明显的提高。而且在仅保留离线指纹数据库三分之二的情况下,也几乎能够取得与传统KNN算法使用全指纹库时相同的定位精度,相当于减少了离线阶段采集指纹库的工作开销。     

基于KNN算法的可变权值室内指纹定位算法

针对基于静态权值的室内指纹定位算法存在定位精度低、定位结果不稳定以及环境适应性差等问题,提出一种以欧氏距离为权值参考的可变权值室内指纹定位算法。该算法分为离线采样阶段和在线定位阶段。离线采样阶段对接收信号强度指示(RSSI)值进行高斯滤波去噪构建指纹库。在线定位阶段引入权值指数α、β,分别以RSSI、欧氏距离为权值参考计算最近邻点及其加权质心,得出待测节点的坐标。实验结果表明,相比KNN和RW算法,该算法定位精度高,其平均误差为0.965 m,且定位误差波动小。     

基于RSSI信号特征的室内分区指纹定位算法

为提高室内定位精度和算法效率,提出基于RSSI信号特征的分区指纹定位算法。在离线阶段,区别于传统的使用RSSI信号构建离线指纹库的方法,设计使用RSSI信号衰减率建立离线指纹库;在在线定位阶段,针对使用欧式距离进行相似度计算时,容易出现两个点RSSI信号欧式距离较近而物理距离较远的情况,提出使用RSSI信号衰减率进行子区域划分,引入SSD的思想使用二级指纹进行精确定位。通过实验验证了该算法的适应性与有效性。     

基于30°角同心圆环形取样的室内人员检测方法

在现有基于信道状态信息的室内无源定位方法中,取样点的选取对指纹库的特征匹配准确率以及定位精度具有较大影响.根据WiFi信号的传输特性和信道的衰落特征,提出一种30°角同心圆环形取样法.离线阶段,按照同心圆对检测区域实现环形划分并每隔30.进行一次取样,运用主成分分析算法提取差异化信号特征并构建指纹库.在线阶段,通过陆地移动距离算法进行入侵检测,当检测到有人存在时,利用改进的支持向量回归算法并引入高斯核函数对数据进行特征匹配,最终实现人员的精确定位.实验结果表明,与CSI-MIMO、FIFS方法相比,该方法定位精度更高,定位误差更小.     

矿井人员融合定位系统

针对基于传统接收信号强度指示(RSSI)指纹定位算法的井下人员定位系统在离线采样阶段指纹数据库采集工作量大、易受井下环境影响,基于行人航迹推算(PDR)算法的定位系统存在误差累计的问题,设计了一种基于改进RSSI指纹定位算法和PDR算法的矿井人员融合定位系统。该系统采用GS1011控制器和MPU9150惯性传感器构成智能终端,将采集的惯性传感器、RSSI和时间戳数据通过井下WiFi网络上传至地面监控中心定位服务器;定位服务器采用扩展卡尔曼滤波对RSSI指纹定位算法和PDR算法的定位信息进行融合,实现井下人员定位。试验结果表明,该系统平均定位误差为1.79m,小于单独采用RSSI指纹定位算法或PDR算法的系统定位误差,定位精度满足井下人员定位要求。     

基于对数正态模型的二次匹配指纹定位算法

针对复杂室内环境WiFi信号不稳定导致指纹定位算法定位精度不高的问题,对AP选择、指纹库构建和定位算法进行研究,分别提出了基于对数正态模型的AP选择方法、RSSI虚拟指纹库构建方法以及基于对数正态模型的二次匹配指纹定位算法。在离线阶段,通过拟合对数正态模型对WiFi信号建模,筛选出最契合模型的AP并构建RSSI指纹库和虚拟指纹库。在线定位阶段,待定位节点在匹配RSSI指纹库的基础上,利用AP的契合度修正欧氏距离相似度,找出相似度更高的指纹点,初步确定待定位节点区域,接着二次匹配虚拟指纹库进行精准定位。实际环境实验结果表明,本文提出的方法突出了不同AP设备对定位造成的影响,能减少离线阶段指纹采集的工作量,有效的提高了定位精度。     

基于CSI信号的被动式室内指纹定位算法研究

基于信道状态信息(CSI)的定位技术在室内场景应用中被广泛关注,为了提高WiFi信号多径效应对接收信号强度指示的室内定位精度和稳定性,提出一种基于CSI信号的被动式室内指纹定位算法。该算法在离线阶段将定位场所划分为同等大小的区域块,在各连接点位置使用方差补偿的自适应卡尔曼滤波（Kalman）算法对原始数据进行滤波。再对滤波后的数据使用二分K均值聚类（K-means）算法进行分类,将处理得到的CSI幅值和相位信息共同作为指纹;在线阶段根据待测点采集的实时数据与指纹库进行匹配识别,被定位对象无需携带任何设备。仿真实验与实地实验表明,该算法利用信道状态信息中的子载波特征进行定位,能够有效减轻信号接收端的多径衰减影响,定位精度有明显提高。      

基于近邻传播算法的动态自适应室内指纹定位算法

目前传统的室内指纹定位算法中存在以下几个问题,首先在构建指纹库时采用平均值的方式构造指纹库容易受到噪声点影响而降低定位精度,其次使用欧式距离衡量待定位点与指纹点之间的距离可能引入信号强度距离较近,物理距离较远的参考点参与估计待定位点的位置从而增大定位误差,以及当参考点数量较大时,由于K近邻算法的计算量较大,从而造成定位过程耗时较大,能源耗费较多的情况,除此之外,由于K近邻算法无法根据实际情况确定参与定位的参考点个数从而限制了定位系统的精确性和拓展性。针对上述问题,本文设计了一种基于近邻传播算法的动态自适应室内指纹定位算法。该算法在离线阶段对在每一个参考点采集的信号强度值使用方差滤波算法去除噪声值,然后利用加入了参考点物理信息的近邻传播算法对参考点进行聚类处理。在在线阶段,通过进行粗略定位和精确定位动态的估计待定位点的物理位置。经过实验证明,本文所提出的新算法较对比算法有较高的精确度和稳定度。     

基于指纹量化的改进加权质心定位算法

针对室内人员定位信号存在干扰大、定位精度低的问题,提出一种基于指纹量化的改进加权质心定位算法。该算法在ZigBee通信环境下采集实际测量值建立指纹数据库,在量化域内根据未知节点接收到的RSSI值进行量化,获得量化距离及量化RSSI值,将量化距离以及产生的量化误差作为权值参数,进一步利用改进的交集三角形加权质心算法对未知节点进行定位。实验结果表明,该算法可以有效避免因信号衰减严重而造成的理论误差问题,提高了定位精度。     

基于Pearson相关系数的快速虚拟网格匹配定位算法

针对室内环境下位置指纹匹配定位算法中离线数据库采集工作量较大的问题,提出了一种基于Pearson相关系数的快速虚拟网格匹配的定位算法。首先,将接收信号强度指示（RSSI）进行高斯滤波预处理得到接收信号强度向量;然后,利用Bounding-Box方法确定初始虚拟网格区域,将该网格区域快速迭代细分并计算网格中心点到各信标节点的距离对数向量,计算接收信号强度向量和距离对数向量之间的Pearson相关系数;最后,选取Pearson相关系数接近于-1的k个近邻坐标以相关系数加权估计确定待定位节点的最优估计位置。仿真实验结果表明,在1m虚拟网格且RSSI噪声标准差为3dBm的条件下,算法定位误差小于2m的概率大于94.2%,其定位精度优于位置指纹匹配算法,且无需建立RSSI指纹数据库,大大减少了定位工作量。     

一种基于插值的室内指纹定位系统设计与实现

由于室内环境的复杂性,无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)室内定位的精度一直不够理想.本系统在测距定位算法和非测距定位算法的基础上,提出了基于信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)的指纹定位方法.该方法利用Cokriging插值算法建立定位区域的多维RSSI向量指纹,通过匹配目标节点的RSSI向量与指纹RSSI向量确定目标节点的位置范围,最后使用K-中心点聚类算法提取目标节点的实际位置.实际场景实验和仿真实验结果都表明此方法在复杂的室内环境中具有较高的定位精度.     

基于WiFi的一种改进的室内定位算法

为解决室内定位中算法定位精度不高、误差偏大的问题,在原有指纹匹配算法的基础上,提出了一种新的信号能量加权改进接收信号强度的方法.通过对改进后的信号能量进行均值滤波和阈值滤波处理,改善离线建立指纹库阶段建库数据源.在线匹配阶段,改进WKNN算法,利用方差加权结合欧式距离倒数进行相似度匹配.该方法与目前的WKNN算法相比,在减少复杂度的同时,对定位效果进行改善.在不考虑AP组合对定位结果影响的情况下,仿真结果表明所提出的改进算法能明显提高定位精度.     

基于二维网格融合特征参数的室内匹配定位算法

针对接收信号强度值(RSSI)的时变特性降低定位精度的问题,提出了一种基于二维网格特征参数融合的室内匹配定位算法。该算法融合RSSI和信号到达时间差(TDOA)构建网格特征参数模型,基于二维网格快速搜索策略降低匹配定位的计算量,采用网格特征向量的归一化欧氏距离进行最优网格匹配定位,最终由匹配网格的参考节点计算终端的精确位置。定位仿真实验中,该算法在3m网格粒度下的定位均方根误差为1.079m,平均定位误差小于1.865m;3m定位精度下的概率达到94.7%,相对于传统单一RSSI模型法提高了19.6%。所提算法能够有效提高室内定位精度,同时减少搜索数据量,降低匹配定位的计算复杂度。     

基于核岭回归方法的定位算法研究

针对无线传感器网络环境下的定位问题,提出了一种基于核岭回归(Kernel ridge regression,KRR)的定位算法。核岭回归算法是在岭回归算法的基础上加入了核函数,该算法在离线阶段采用核岭回归方法提取所有位置指纹数据间的非线性关系,训练出非线性回归定位模型;在线阶段采集目标点的接收信号强度指示（Received signal strength indicator,RSSI）值,利用非线性定位模型估计目标点的物理位置。仿真分析了影响算法性能的各个因素,并在室内典型办公环境下进行了定位实验。实验结果表明,该算法在不同因素的影响下,相比传统加权K近邻算法(Weight K-nearest neighbor,WKNN)算法能达到更好的定位精度,在位置网格间距1.8 m时,WKNN算法平均定位误差为2.53 m,而该算法误差为1.58 m。     

基于动态时间规整距离指纹匹配的Wi-Fi网络室内定位算法

Wi-Fi网络中常规的基于指纹匹配室内定位算法面临信号时变现象或人为干扰的影响,导致定位精度不高。为此,提出基于动态时间规整（DTW）距离相似性指纹匹配的Wi-Fi网络室内定位算法。首先,该算法将定位区域的Wi-Fi信号特征按照采样的先后顺序转化为时间序列类型指纹,通过计算Wi-Fi信号指纹动态时间规整距离的大小来获取定位点与样本点的相似性;然后,根据采样区域结构特征,将Wi-Fi信号指纹采集问题划分为三类基本的动态路径采样方式;最后,结合多种动态路径采样方式增加指纹特征信息的准确性和完整性,从而提高指纹匹配的准确性和定位精度。大量实验结果表明,较瞬时指纹匹配定位算法,所提算法误差范围在3m以内定位的累积错误率：路径区域匀速运动提高了10%,变速运动提高了13%;开放区域交叉曲线运动提高了9%,S型曲线运动提高了3%。所提算法在实际室内定位应用中能有效提高指纹匹配的准确性和定位精度。     

Min-Max节点定位算法的分析与改进

无线传感器网络中RSSI测距是一项低成本的估算节点间相对距离的技术,而Min-Max算法是适合该技术并能满足网络低功耗要求的节点定位应用。首先在建立RSSI测距模型的基础上分析了Min-Max算法的性能,并针对该算法在室内环境中对靠近边缘区域未知节点的定位误差较大的问题,提出了一种有矩形边缘越界检测法,改进方法能通过检测重合矩形区域是否越界并做出相应的算法修正,仿真结果表明能有效提高定位边缘区域未知节点的定位精度。该改进算法在大规模多个节点的网络环境下,依然可以有效降低网络节点的平均定位误差。     

一种层次Levenshtein距离的无指纹校准的室内定位方法

随着移动计算领域的兴起,基于位置的服务越来越受青睐。目前各种室内定位的方法层出不穷,由于室内广泛部署了无线基础设施,基于WiFi指纹信息的室内定位技术是其主流方法。设备异构和室内环境变化是影响定位精度的主要因素。本文针对以上两个问题,提出一种层次Levenshtein距离（HLD）的WiFi指纹距离计算算法,实现异构设备的指纹无校准比对。将不同移动设备采集的RSSI信息转化为AP序列,根据AP对应的RSSI值的差异性计算其层次能级,结合Levenshtein距离计算WiFi指纹之间的距离。对于需定位的WiFi指纹RSSI信息,利用HLD算法获取K个近邻,采用WKNN算法进行预测定位。实验中,为了验证算法的鲁棒性和有效性,在3种不同类型的室内环境中采用5种不同的移动设备来采集WiFi的RSSI信息,其定位的平均精度达1.5 m。