引用本文:
王乐乐,秦岭,胡晓莉,等. 基于Bi-LSTM神经网络的室内可见光定位方法[J]. 光通信技术,2024,48(2):36-41.
王乐乐,秦 岭*,胡晓莉,赵德胜
(内蒙古科技大学 信息工程学院,内蒙古 包头 014010)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:双向长短时记忆(Bi-LSTM)神经网络由于超参数众多,难以获得最优系统模型。同时,考虑到灰狼优化(GWO)算法可能过早收敛的情况,提出了一种采用GWO结合粒子群(GWO-PSO)算法优化Bi-LSTM神经网络的单灯定位方法。通过优化网络中的学习率、隐藏神经元个数等超参数,提高系统的稳定性和定位精度。最后,采用加权K邻近(WKNN)算法对误差较大的点进行优化,以获得更精确的定位位置。仿真结果表明,在3 m×3.6 m×3 m的室内环境中,所提定位方法的平均定位误差为3.57 cm,其中90%的定位误差在6 cm内。
关键词:可见光定位;双向长短时记忆;灰狼结合粒子群;加权K近邻
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2024)02-0036-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.02.007
0 引言
随着人们对室内定位需求的日益增加,研究人员开发出了一些常见的定位技术,如红外、无线网络通信(WiFi)、射频识别(RFID)、蓝牙等。然而,这些技术存在成本较高、定位误差较大和易受到其它信号干扰的问题。相比之下,可见光具有保密性高、成本低、高精度定位等特点,已成为现阶段的研究热点[1-2]。近年来,随着人工智能技术的日益成熟,结合人工智能的室内定位研究不仅成为了热点,还取得了显著的进展。2019年,史明泉等人[3]基于粒子群优化(PSO)算法设计了一种单发光二极管(LED)灯的室内定位系统。该系统通过使用单个LED灯作为光源,避免了多个LED光源信号之间可能产生的相互干扰,不仅部署简单,而且定位精度高达13.67 cm。2020年,HAN W等人[4]提出了一种基于M5模型树(M5Tree)的迭代算法,该算法利用单个LED和多个光电探测器(PD)实现室内定位,并评估了树的最大深度和迭代次数对定位精度的影响,在单个LED定位系统中具有良好的定位性能。2021年,HASAN A B等人[5]提出了使用加权K近邻(WKNN)算法进行基于接收信号强度(RSS)的指纹识别定位,并发现使用少于3个LED灯即可实现定位,且WKNN算法的定位精度优于多层感知器(MLP)。然而,这些文献中的方法均采用单一算法进行定位,因此可能面临定位精度和稳定性不高的问题。为了解决这个问题,本文提出一种基于双向长短时记忆(Bi-LSTM)神经网络的室内可见光定位方法,使用灰狼优化结合粒子群(GWO-PSO)算法[6-9]对Bi-LSTM神经网络进行优化,利用WKNN算法对定位误差较大的点进行修正,以降低系统的最大定位误差和平均定位误差,从而实现更精准的定位。
4 结束语
本文提出了一种利用GWO-PSO算法优化Bi-LSTM神经网络的超参数,并用WKNN算法对误差较大的点进行修正的室内定位方法。仿真结果表明:本文所提定位方法的平均定位误差为3.57 cm,其中90%的定位误差在6 cm内,与其它室内可见光定位算法相比,本文所提定位方法的定位误差更小,更具有鲁棒性。