基于流形学习的位置指纹室内定位方法研究

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随着普适计算技术的发展,基于位置的服务需求与日俱增并呈现出巨大的商业前景。作为其中关键的技术基础,室内定位技术受到了广泛地关注,由此也衍生出众多技术流派。其中,基于位置指纹的定位方法,由于对无线信号传播过程中的多径效应、非视距传播等具有较好的抑制作用,成为了目前重要的研究方向。  本文通过剖析传统位置指纹定位存在的不足,从指纹库构建以及在线匹配算法两个方面进行了深入的研究。首先,针对传统离线密集型指纹库构建存在的问题,设计了一套支持指纹库在线更新的技术方案。结合定位过程中,传感器网络产生的大量信号数据、空间标注信息,完成指纹库的高效率重建、动态维护。  具体地,从空间信号流形的视角,提炼出指纹定位过程中的三个关键问题。在此基础上,提出了基于流形学习的位置指纹重建方法。通过构建空间信号的流形结构,结合相应的物理坐标信息,完成对信号向量的空间标注并形成对应的位置指纹。通过对指纹特征的筛选,保留其中对于参考点空间特征最具代表性的指纹数据,以此实现指纹库的在线动态更新。  对于匹配定位阶段,针对本文所构建的指纹数据库,采用聚类、分类器相结合的指纹匹配方法。首先,根据信号的空间距离特性,利用k-means聚类对原始指纹库进行初始聚类操作,配合聚类结果完成各类簇的数据重组,以此限定匹配过程中的误差范围。对于重组形成的数据子集,训练对应的 SVM 分类器模型,最终完成对于指纹的精确匹配。  最后,搭建了基于低功耗蓝牙的室内定位系统,对上述方法的有效性分别进行实验分析。通过对指纹动态迭代过程的模拟实验得出,所提出的流形学习建库方式能够在保证指纹精确度的同时,解决传统指纹采集低效率的问题。以此同时,从分类算法、模型方案两个维度对定位匹配算法进行了验证。最终表明,采用聚类和SVM结合的指纹匹配方法,能够在限定匹配误差范围的基础上,有效提高定位稳定性以及精确度。
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