基于几何聚类指纹库的约束KNN室内定位模型.docx

第 ３９卷 第 １１期２０１４年 １１月武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３９Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２０１４ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉ章编号 ：１６７１－８８６０（２０１４）１１－１２８７－０６基于几何聚类指纹库的约束 ＫＮＮ 室内定位模型刘春燕１王坚１１ 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室 ，江 苏 徐州 ，２２１１１６摘 要 ：针 对室内环境基于 ＲＳＳＩ定 位不稳定问题 ，提 出了以几何信息改进基于指纹库的 ＫＮＮ 定位算法。 根 据室内几何布局建立了聚类指纹库 ，提 出了表征点位几何特性的点散发性强度（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｐｏｒａｄ－ ｉｃ，ＧＳＳ）概 念。利用最邻近样本点的 ＧＳＳ判别移动终端所 在参考点 ＲＰ 控制网结构以动态选择 ＫＮＮ 关键参 数 Ｋ，构 建最佳多边形为约束准 则 自 适 应 选 取 后 Ｋ －１ 个 邻 近 点 ，建 立 了 基 于 几 何 聚 类 指 纹 库 的 约 束 加 权 ＫＮＮ 室内定位模型。结果表明 ，改 进后定位模型可以更好地估计终端位置信息 ，其 中几何聚类指纹库是改善定位准确性的关键 ，约 束 ＫＮＮ 能够有效地提高室内定位精度。关键词 ：室 内定位 ；聚 类指纹库 ；几 何特性 ；ＲＰ 控制网结构 ；约 束 ＫＮＮ 中图法分类号 ：ＴＮ９１１．２３文献标志码 ：Ａ在室内、隧道或者楼群密集的城市环境中 ，卫 星导航定位难以正常应用。 随着ＩＥＥＥ８０２．１１ 技 术的成熟 及无线局域网 的 普 及，基 于 ＲＳＳＩ室 内点（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔ，ＲＰ）。传统 ＲＳＳＩ指 纹库建立 于每个参 考 点 所 有 “可 视 ”无线信号接入点 （ａｃ－ ｃｅｓｓｅｄｐｏｉｎｔｓ，ＡＰｓ）所接收到的 ＲＳＳＩ测量值与坐定位与其他方法相比 ，因无需添加额外任何硬件 标（ＸＲＰ ，ＹＲＰ ），第ｉ个参考点表示为：设备而具有更广泛的 应 用 价 值［１－４］。 由 于 采 集 信［５］Ｐ（Ａ Ｏ ＰｔＰ ＡＯ Ｐｔ熿１ １ｉ） …（ ｋ １ｉ）燄号强度数 据 时 受 室内障碍物遮挡及多径效应干 Ｒｉ ＝扰，使基于指纹 库的传统定位方法对移动终端位 置估计效果不佳［５－７］。 为提 高 复 杂 室 内 环 境 定 位 的准确性，本 文针对楼 道 情 况，引 用 聚 类 技 术［８－９］燀Ｐ（Ａ１Ｏｖ Ｐｔｉ） …Ｐ（ＡｋＯｖＰｔｉ）燅（１）建立了一 种 融 合 几何布局结构特征的聚类指纹 库，然后基于此 类库构建利用参考点几何因子约 束 ＫＮＮ 邻近点自适应选择的室内定位模型。 通 过建立室内试验场以验证本文算法 ，试 验结果表 明，本文算法明显优于其他传统算法 。１ 基于几何聚类指纹库定位模型基于指纹库的室内定位方法分为离线信号采 集建立指纹库阶段和在线预测匹配估计位置阶段式中，Ａ 表 示无线信号接入点 ＡＰ；Ｏ 表 示 ＲＳＳＩ观测值；Ｐｔ表示坐标值。建立基于室内几何布局特征的聚类 指 纹 库， 首先根据布局结构特性 ，将室内环境划分成 多个 感兴趣子区域，并布设不同形状的参考点控制网 。 训练样本点时，除 ＲＳＳＩ观 测值与坐标外，还 应记 录参考点几何特性，得到 一个参考点指纹数据如 式（２）所示：ＲＰｉ＝Ｐ（Ａ１Ｏ１ （θｉ ＣＩ）） … Ｐ（ＡｋＯ１ （θｉ ＣＩ））熿燄两个步骤。１．１ 几何聚类指纹库的建立离线布设样本点建立指纹库 ，一 般将 目 标 区 域划分成规则格网状 ，以格网角点作为训练参考 燀Ｐ（Ａ１Ｏｖ （θｉ ＣＩ）） … Ｐ（ＡｋＯｖ （θｉ ＣＩ））燅（２）式中，θｉ＝ （Ｐｔｉ，ＧＳＳｉ）是 参 考 点 ＲＰ 的 坐 标 与 点收稿日期 ：２０１３－０５－０９项目来源 ：国 家 ８６３计 划资助项目（２０１３ＡＡ１２Ａ２０１）；江苏高校优势学科 建设工程 资 助项目 ；中央高校基本科研业 务费专项资金资助项 目（２０１３ＲＣ１６）；新世纪优秀人才支持计划资助项目（ＮＣＥＴ－１３－１０１９）。第一作者 ：刘 春燕 ，硕 士生 ，研究方向为室内 、井下无线传感器定位系统 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｃｙ＿ｓｉａ＠１６３．ｃｏｍ１２８８武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版２０１４年 １１月几何特性参数，ＧＳＳｉ 描述该 ＲＰ 与其邻近 ＲＰｓ的 拓扑信息；ＣＩ 表示室内按几何布局划分的感兴趣 聚类区域Ｉ，其中Ｉ＝１，２，…，Ｎ，共 Ｎ 类；Ａ 为ＣＩ 聚类区 域 的 有 效 ＡＰ；Ｏ 是ＣＩ 聚 类 区 域 相 关 ＡＰ 的 ＲＳＳＩ