本發(fā)明屬于室內(nèi)定位，具體涉及一種基于光線追蹤的室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、近些年以來，隨著移動(dòng)智能設(shè)備的廣泛普及和室內(nèi)定位技術(shù)的快速發(fā)展，在室內(nèi)尋求一個(gè)良好的室內(nèi)定位方法符合人們的生活需求?；谖恢弥讣y的室內(nèi)定位方法，因其在室內(nèi)部署中適用性高，具有易實(shí)現(xiàn)、成本低廉、精度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢而被廣泛使用。室內(nèi)wifi指紋地圖是實(shí)現(xiàn)良好定位的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此，構(gòu)建一種高精度的室內(nèi)wifi指紋地圖對實(shí)現(xiàn)高精度的室內(nèi)定位和導(dǎo)航，具有重要的研究意義。

2、目前，室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建普遍使用人工采集的方式，這種方式耗費(fèi)大量的人力物力，而使用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)wifi指紋采集又存在死角與偏差，大大影響了wifi指紋地圖的采集效率與精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上問題，本發(fā)明提供了一種基于光線追蹤的室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建方法，通過建模仿真，利用光的傳播特性，模擬wifi無線信號在室內(nèi)環(huán)境中的傳播，使用wifi指紋稀疏真實(shí)值，對其進(jìn)行矯正，具有構(gòu)建簡單、定位速度快、節(jié)約人力物力、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2、具體來說，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光線追蹤的室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建方法，該方法包括如下步驟：

3、s1：對當(dāng)前需要進(jìn)行室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建的室內(nèi)場景進(jìn)行建模仿真，包括但不限于墻壁、家具、障礙物等室內(nèi)固定設(shè)施，以坐標(biāo)的形式對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行標(biāo)注；

4、s2：根據(jù)實(shí)際情景需求，針對不同的wifi信號發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)，使用光線追蹤模擬算法，對wifi信號點(diǎn)進(jìn)行建模，模擬wifi信號在當(dāng)前室內(nèi)空間的分布情況；

5、s3：搭建可在大型室內(nèi)環(huán)境中移動(dòng)的機(jī)器人，用于實(shí)時(shí)采集當(dāng)前室內(nèi)場景中wifi信息并實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人當(dāng)前位置信息等，移動(dòng)機(jī)器人搭建后所能實(shí)現(xiàn)的功能，具體包括：

6、s3.1：移動(dòng)機(jī)器人使用履帶式結(jié)構(gòu)，便于在室內(nèi)環(huán)境中自主移動(dòng)，包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等；

7、s3.2：移動(dòng)機(jī)器人具備自主避障功能，主要實(shí)現(xiàn)模塊為紅外線檢測模塊與攝像頭，當(dāng)檢測或觀測到墻壁、物體等障礙物，移動(dòng)機(jī)器人可以自行避障；

8、s3.3：移動(dòng)機(jī)器人底盤使用stm32開發(fā)板進(jìn)行控制；

9、s3.4：移動(dòng)機(jī)器人所使用的嵌入式開發(fā)板為nvdia?jetson?xavier?nx，使用開發(fā)板所配備的wifi模塊，對當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境中的wifi信號進(jìn)行掃描、識別、記錄wifi發(fā)射點(diǎn)的地址、wifi信號強(qiáng)度值以及機(jī)器人當(dāng)前位置信息；

10、s4：使用移動(dòng)機(jī)器人在目標(biāo)室內(nèi)空間移動(dòng)采集室內(nèi)wifi指紋信息，移動(dòng)機(jī)器人在室內(nèi)空間移動(dòng)采集信息的過程，具體方式包括：

11、s4.1：在室內(nèi)空間允許、保證機(jī)器人正常運(yùn)動(dòng)的情況下，前向運(yùn)動(dòng)距離達(dá)到0.9m時(shí)執(zhí)行采集指令，采集次數(shù)為10次；

12、s4.2：前向運(yùn)動(dòng)距離不足0.9m時(shí)，機(jī)器人通過攝像頭以及紅外傳感裝置，轉(zhuǎn)向(左或右)，滿足前進(jìn)距離時(shí)再次執(zhí)行采集動(dòng)作；

13、s4.3：移動(dòng)機(jī)器人采集的信息包括當(dāng)前位置可掃描到的wifi信號發(fā)射點(diǎn)的地址信息，以及每個(gè)發(fā)射點(diǎn)的信號強(qiáng)度，當(dāng)前所處室內(nèi)環(huán)境的位置信息；

14、s5：使用二階卡爾曼濾波器，對采集到的每個(gè)wifi信號的強(qiáng)度值進(jìn)行濾波，使獲得的wifi信號更加平滑；

15、s6：將經(jīng)預(yù)處理后的wifi信號真實(shí)值，利用高斯過程回歸算法，對wifi模擬指紋地圖進(jìn)行矯正，對wifi指紋地圖矯正的相關(guān)內(nèi)容，具體包括：

16、s6.1：高斯過程回歸的算法中，核函數(shù)為指數(shù)核函數(shù)；

17、s6.2：預(yù)處理后的wifi信號真實(shí)值占wifi指紋地圖的40％。

18、本發(fā)明的有益效果包括：

19、本發(fā)明所述的一種基于光線追蹤的室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建方法，使用光線追蹤模擬算法，模擬wifi信號在室內(nèi)環(huán)境中的傳播，通過高斯過程回歸算法，將稀疏指紋真實(shí)值與模擬wifi指紋地圖相結(jié)合，在模擬指紋地圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了精度，有效的取代了人工采集wifi指紋地圖，節(jié)約了大量的人力物力，且使wifi指紋地圖精度更符合室內(nèi)定位技術(shù)的需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于光線追蹤的室內(nèi)wifi指紋地圖構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于光線追蹤的室內(nèi)WiFi指紋地圖構(gòu)建方法，包括針對目標(biāo)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行建模仿真，使用光線追蹤模擬算法，模擬WiFi信號在室內(nèi)環(huán)境中的傳播，構(gòu)建室內(nèi)WiFi指紋模擬地圖；利用機(jī)器人采集WiFi信息，將采集到的WiFi稀疏真實(shí)值使用卡爾曼濾波器處理，去除噪聲，再利用高斯過程回歸算法，對WiFi指紋模擬地圖進(jìn)行矯正。本發(fā)明通過使用光線追蹤模擬算法，模擬WiFi信號在室內(nèi)環(huán)境中的傳播，不僅極大的減少了WiFi指紋地圖構(gòu)建的人力、物力，而且在一定程度上提高了室內(nèi)環(huán)境中WiFi指紋地圖構(gòu)建的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：徐軍,付琳,張磊,吳曉華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29