一种基于光线追踪的室内WiFi指纹地图构建方法

本发明属于室内定位，具体涉及一种基于光线追踪的室内wifi指纹地图构建方法。

背景技术：

1、近些年以来，随着移动智能设备的广泛普及和室内定位技术的快速发展，在室内寻求一个良好的室内定位方法符合人们的生活需求。基于位置指纹的室内定位方法，因其在室内部署中适用性高，具有易实现、成本低廉、精度高和抗干扰能力强等优势而被广泛使用。室内wifi指纹地图是实现良好定位的基础和关键。因此，构建一种高精度的室内wifi指纹地图对实现高精度的室内定位和导航，具有重要的研究意义。

2、目前，室内wifi指纹地图构建普遍使用人工采集的方式，这种方式耗费大量的人力物力，而使用机器人进行自动wifi指纹采集又存在死角与偏差，大大影响了wifi指纹地图的采集效率与精度。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本发明提供了一种基于光线追踪的室内wifi指纹地图构建方法，通过建模仿真，利用光的传播特性，模拟wifi无线信号在室内环境中的传播，使用wifi指纹稀疏真实值，对其进行矫正，具有构建简单、定位速度快、节约人力物力、精度高等优点。

2、具体来说，本发明的目的在于提供一种基于光线追踪的室内wifi指纹地图构建方法，该方法包括如下步骤：

3、s1：对当前需要进行室内wifi指纹地图构建的室内场景进行建模仿真，包括但不限于墙壁、家具、障碍物等室内固定设施，以坐标的形式对室内环境进行标注；

4、s2：根据实际情景需求，针对不同的wifi信号发射点与接收点，使用光线追踪模拟算法，对wifi信号点进行建模，模拟wifi信号在当前室内空间的分布情况；

5、s3：搭建可在大型室内环境中移动的机器人，用于实时采集当前室内场景中wifi信息并实时显示机器人当前位置信息等，移动机器人搭建后所能实现的功能，具体包括：

6、s3.1：移动机器人使用履带式结构，便于在室内环境中自主移动，包括前进、后退、左转、右转等；

7、s3.2：移动机器人具备自主避障功能，主要实现模块为红外线检测模块与摄像头，当检测或观测到墙壁、物体等障碍物，移动机器人可以自行避障；

8、s3.3：移动机器人底盘使用stm32开发板进行控制；

9、s3.4：移动机器人所使用的嵌入式开发板为nvdia jetson xavier nx，使用开发板所配备的wifi模块，对当前室内环境中的wifi信号进行扫描、识别、记录wifi发射点的地址、wifi信号强度值以及机器人当前位置信息；

10、s4：使用移动机器人在目标室内空间移动采集室内wifi指纹信息，移动机器人在室内空间移动采集信息的过程，具体方式包括：

11、s4.1：在室内空间允许、保证机器人正常运动的情况下，前向运动距离达到0.9m时执行采集指令，采集次数为10次；

12、s4.2：前向运动距离不足0.9m时，机器人通过摄像头以及红外传感装置，转向(左或右)，满足前进距离时再次执行采集动作；

13、s4.3：移动机器人采集的信息包括当前位置可扫描到的wifi信号发射点的地址信息，以及每个发射点的信号强度，当前所处室内环境的位置信息；

14、s5：使用二阶卡尔曼滤波器，对采集到的每个wifi信号的强度值进行滤波，使获得的wifi信号更加平滑；

15、s6：将经预处理后的wifi信号真实值，利用高斯过程回归算法，对wifi模拟指纹地图进行矫正，对wifi指纹地图矫正的相关内容，具体包括：

16、s6.1：高斯过程回归的算法中，核函数为指数核函数；

17、s6.2：预处理后的wifi信号真实值占wifi指纹地图的40％。

18、本发明的有益效果包括：

19、本发明所述的一种基于光线追踪的室内wifi指纹地图构建方法，使用光线追踪模拟算法，模拟wifi信号在室内环境中的传播，通过高斯过程回归算法，将稀疏指纹真实值与模拟wifi指纹地图相结合，在模拟指纹地图的基础上进一步提高了精度，有效的取代了人工采集wifi指纹地图，节约了大量的人力物力，且使wifi指纹地图精度更符合室内定位技术的需求。

技术特征：

1.一种基于光线追踪的室内wifi指纹地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种基于光线追踪的室内WiFi指纹地图构建方法，包括针对目标室内环境进行建模仿真，使用光线追踪模拟算法，模拟WiFi信号在室内环境中的传播，构建室内WiFi指纹模拟地图；利用机器人采集WiFi信息，将采集到的WiFi稀疏真实值使用卡尔曼滤波器处理，去除噪声，再利用高斯过程回归算法，对WiFi指纹模拟地图进行矫正。本发明通过使用光线追踪模拟算法，模拟WiFi信号在室内环境中的传播，不仅极大的减少了WiFi指纹地图构建的人力、物力，而且在一定程度上提高了室内环境中WiFi指纹地图构建的精度。技术研发人员：徐军,付琳,张磊,吴晓华受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29