一种基于ZigBee的指纹室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee的指纹室内定位系统及方法，本发明专利技术在室内设置参考点后对参考点进行信号强度测量并求平均值，得到每个参考点基准值作为指纹形成指纹库；用户携带ZigBee终端，对ZigBee终端的RSSI值进行采样并求平均值，作为ZigBee终端的定位值；将定位值与指纹库中的指纹进行匹配来确定用户的最终位置坐标。本发明专利技术以ZigBee技术为基础，结合指纹定位算法，通过计算信号强度来实现室内的物体位置，即室内定位，成本低，精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZigBee的指纹室内定位系统及方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于ZigBee的指纹室内定位系统及方法。
技术介绍
室内定位方法按技术类别可以分为基于无线网络及基于视觉定位方法；基于视觉的室内定位技术精度高、价格低，尤其当深度学习理论应用在图像处理上时，定位误差能够达到小于1m；然而，它必须频繁地使用摄像设备来获得图像信息，使用上的不便导致这种方法很难应用在现实当中。目前基于无线网络的室内定位技术主要采用WiFi、蓝牙、UWB等方法技术来实现；其中，UWB方式的设备成本较高，并不适用于普通场所的室内定位，应用场景有限；WiFi和蓝牙的设备成本较低，但是精确度不高；如果要提高定位精度，则需要增加额外的硬件，又提高了整体系统的开销，且功耗也比较大，无法提供较长期的工作周期。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种基于ZigBee的指纹室内定位系统及方法，成本低、精度高。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于ZigBee的指纹室内定位系统，包括多个参考点，多个参考点设于室内形成平面点阵；ZigBee终端，用于用户携带对用户位置进行定位；ZigBee路由器，设于室内且与ZigBee终端进行无线联网通信；ZigBee协调器，用于实现ZigBee路由器和定位计算机的数据传输；定位计算机，用于进行数据处理及定位。按以上方案，相邻参考点的定位间隔为1米。一种基于ZigBee的指纹室内定位方法，其特征在于：采用上述权利要求1至2所述的基于ZigBee的指纹室内定位系统，定位方法步骤包括步骤1，环境设置：室内参考点设置为M个参考点；步骤2，离线训练：对每个参考点的RSSI值进行N次测量并求N个RSSI值的平均值，作为每个参考点的基准值即指纹，获取M个参考点的指纹形成指纹库，指纹库存储于定位计算机中；步骤3，在线匹配及定位：用户携带ZigBee终端，对ZigBee终端的RSSI值进行X次采样并求X个RSSI值的平均值，作为ZigBee终端的定位值；将定位值与指纹库中的指纹进行匹配来确定用户的最终位置坐标。按以上方案，步骤2中，采用下列公式计算每个参考点N个RSSI值的平均值：其中，RSSIm表示第m个参考点的基准值；表示第m个参考点第n次测量的RSSI值；N表示每个参考点测量的次数。按以上方案，步骤2中，N的取值为10～20。按以上方案，所述步骤3中，采用下列公式计算ZigBee终端X个RSSI值的平均值：其中，RSSIz表示ZigBee终端X个RSSI值的平均值，表示ZigBee终端第x次测量的RSSI值；X表示ZigBee终端采样的次数。按以上方案，匹配方式采用K近邻法，利用欧氏距离计算ZigBee终端与指纹库中参考点的距离：其中，表示ZigBee终端距离第m个参考点的距离，RSSIz表示ZigBee终端的定位值，RSSIm表示第m个参考点的基准值，m＝1,2,3,…,M；取距离最小的K个参考点，假设取得的参考点坐标为(xk,yk)，则用户的位置坐标为：其中，k＝1,2,…,K，K表示取得的参考点总数，k表示取得的第k个参考点。按以上方案，ZigBee终端采样的次数X为10，采样间隔为0.1秒，因此系统的定位延迟约为1秒钟。按以上方案，K取值为4。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术以ZigBee技术为基础，结合指纹定位算法，通过计算信号强度(RSSI)来实现室内(场景内)的物体位置，即室内定位；无线通信技术具有安装方便、技术成熟、体积小等优点，基于ZigBee技术的室内定位是其中的代表，成本低、设备易于部署，且精度和定位延迟都能满足大多数场景的应用需求。本专利技术所描述的定位方法的定位精度在1m以内，准确度在95％以上，定位延迟在1秒内，能够较好的符合室内定位的要求。附图说明图1为本专利技术定位系统结构示意图；图2为本实施例中环境设置示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。请参考图1，本专利技术提供一种基于ZigBee的指纹室内定位系统，其包括多个参考点，多个参考点设于室内形成平面点阵；ZigBee终端，用于用户携带对用户位置进行定位；ZigBee路由器，设于室内且与ZigBee终端进行无线联网通信；ZigBee协调器，用于实现ZigBee路由器和定位计算机的数据传输；定位计算机，用于进行数据处理及定位。本专利技术还提供一种基于ZigBee的指纹室内定位方法，采用上述定位系统进行定位，具体步骤为：步骤1，环境设置：室内参考点设置为M个参考点；室内四个角任意一个位置放置1个ZigBee路由器，ZigBee协调器和定位计算机相连，ZigBee路由器和ZigBee协调器之间是处于无线联网的状态。步骤2，离线训练：在定位开始前，对每个参考点的RSSI值进行N次测量并求N个RSSI值的平均值，作为每个参考点的基准值即指纹，N的取值为10～20；按照公式(1)的计算方法获取M个参考点的指纹形成指纹库，指纹库存储于定位计算机中，RSSI值可以直接通过ZigBee协议的收发消息来获取；具体的，采用下列公式(1)计算每个参考点N个RSSI值的平均值：其中，RSSIm表示第m个参考点的基准值；表示第m个参考点第n次测量的RSSI值；N表示每个参考点测量的次数。步骤3，在线匹配及定位：步骤3.1：用户携带ZigBee终端进入房间开始正式定位，对ZigBee终端的RSSI值进行X次采样并求X个RSSI值的平均值，作为ZigBee终端的定位值；本实施例中，ZigBee终端采样的次数X为10，采样间隔为0.1秒，因此系统的定位延迟约为1秒钟；采用下列公式计算ZigBee终端X个RSSI值的平均值：其中，RSSIz表示ZigBee终端X个RSSI值的平均值，表示ZigBee终端第x次测量的RSSI值；X表示ZigBee终端采样的次数。步骤3.2：将定位值与指纹库中的指纹进行匹配来确定用户的最终位置坐标；匹配方式采用K近邻法，利用欧氏距离计算ZigBee终端与指纹库中参考点的距离：其中，表示ZigBee终端距离第m个参考点的距离，RSSIz表示ZigBee终端的定位值，RSSIm表示第m个参考点的基准值，m＝1,2,3,…,M；取距离最小的K个参考点，K取值为4，假设取得的参考点坐标为(xk,yk)，则用户的位置坐标为：其中，k＝1,2,…,K，K表示取得的参考点总数，k表示取得的第k个参考点。下面给出一种具体实施方式：步骤1，环境设置：每个房间设置25个参考点，相邻参考点间隔为1米，如图2所示，假设房间面积为36m2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZigBee的指纹室内定位系统，其特征在于：包括/n多个参考点，多个参考点设于室内形成平面点阵；/nZigBee终端，用于用户携带对用户位置进行定位；/nZigBee路由器，设于室内且与ZigBee终端进行无线联网通信；/nZigBee协调器，用于实现ZigBee路由器和定位计算机的数据传输；/n定位计算机，用于进行数据处理及定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee的指纹室内定位系统，其特征在于：包括
多个参考点，多个参考点设于室内形成平面点阵；
ZigBee终端，用于用户携带对用户位置进行定位；
ZigBee路由器，设于室内且与ZigBee终端进行无线联网通信；
ZigBee协调器，用于实现ZigBee路由器和定位计算机的数据传输；
定位计算机，用于进行数据处理及定位。


2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的指纹室内定位系统，其特征在于：相邻参考点的定位间隔为1米。


3.一种基于ZigBee的指纹室内定位方法，其特征在于：采用上述权利要求1至2所述的基于ZigBee的指纹室内定位系统，定位方法步骤包括
步骤1，环境设置：室内参考点设置为M个参考点；
步骤2，离线训练：对每个参考点的RSSI值进行N次测量并求N个RSSI值的平均值，作为每个参考点的基准值即指纹，获取M个参考点的指纹形成指纹库，指纹库存储于定位计算机中；
步骤3，在线匹配及定位：用户携带ZigBee终端，对ZigBee终端的RSSI值进行X次采样并求X个RSSI值的平均值，作为ZigBee终端的定位值；将定位值与指纹库中的指纹进行匹配来确定用户的最终位置坐标。


4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的指纹室内定位方法，其特征在于：步骤2中，采用下列公式计算每个参考点N个RSSI值的平均值：



其中，RSSIm表示第m个参考点的基准值；表示第m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣，华拓，蔡建军，梅华斌，
申请(专利权)人：无锡职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32