一種圖模型約束的室內定位方法技術

本發明專利技術公開了一種圖模型約束的室內定位方法，包括步驟：將室內定位環境按照地形和功能特征進行分類；基于圖所給的分類，根據給定的生成規則得出sampleNode采樣點；對所述sampleNode進行采樣；建立用于測量步數和步長的航跡推測量模型；在待定位目標的運動過程中，對軌跡位置進行粒子濾波；當待定位目標運動到sampleNode時，觸發一次校準事件，對航跡推測模型的積分漂移校準。與現有技術相比，本發明專利技術充分利用地圖中隱含的信息，建立具有拓撲結構的圖模型，前期采樣過程中，根據從模型中得出的mark點進行采樣。導航過程中，利用粒子濾波算法，在拓撲圖的基礎上，僅需撒少量的粒子便可獲取較高精度的定位。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及室內定位技術，尤其涉及一種圖模型約束的室內定位方法。
技術介紹
因GPS信號無法覆蓋到室內，室內定位環境又復雜多變、無法使用常規的定位方法。近年來隨著智能手機傳感器技術的發展，利用手機上搭載的各類感知器件，獲取環境中的場景、無線信號、地磁等特征，經特定處理后融合各類數據實現定位。常見的定位方法有藍牙定位、WIFI指紋定位、航跡推算定位、地磁指紋定位。上述的一些技術方法，實現了較高精度的定位，但是，其中有些需要布置大量的外置設備，而有些則前期工作需要大量的人力勘測，或是算法實現的復雜度較高，無法單獨在處理和續航能力有限的智能手機上完成。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本專利技術提出了一種圖模型約束的室內定位方法，充分利用了導航地圖中隱含的信息，以減少前期采樣的工作繁瑣程度和實時定位過程中的算法復雜度。本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種圖模型約束的室內定位方法，包括步驟S1：將室內定位環境按照地形和功能特征劃分為狹長通道、半開闊活動區域和開闊活動區域；S2：基于圖所給的分類，根據給定的生成規則得出sampleNode采樣點，所述生成規則為：狹長通道的兩端、分叉點和轉彎點取為sampleNode，半開闊活動區域的出入口和活動范圍轉角處取為sampleNode；開闊活動區域的多個出入口取為sampleNode，將出入口進行最短路徑連線，連線上以單位步長取sampleNode，同時對連線上的sampleNode進行適當的平面擴展；S3：對所述sampleNode進行采樣，采樣數據包括采樣點的地磁量和從邊到邊的旋轉角；S4：建立用于測量步數和步長的航跡推測量模型；S5：在待定位目標的運動過程中，對軌跡位置進行粒子濾波；S6：當待定位目標運動到sampleNode時，觸發一次校準事件，對航跡推測模型的積分漂移校準。進一步地，步驟S1中所述狹長通道泛指走廊和陽臺，所述半開闊區域泛指房間，所述開闊活動區域泛指大廳。進一步地，步驟S4中所述航跡推測量模型包括步數測量模塊和步長自適應估算模塊。進一步地，步驟S5包括步驟：S51：粒子初始化，將各個粒子設置為相同的初始權值；S52：粒子傳播，包括采樣邊傳播和采樣節點傳播，其中采樣邊傳播時，選取夾角與航跡角相差最小的邊傳播；采樣節點傳播則根據估算步長進行概率傳播；S53：權值更新，分為基于地圖約束的更新和基于sampleNode的更新；S54：狀態估計，對所有的粒子做加權求和，再做平均，得出估算位置，此估算位置則為系統呈現給用戶的位置；S55：粒子重采樣，去掉權值過低的粒子，同時復制高權值的粒子，使得粒子總數保持不變。進一步地，步驟S6中觸發一次校準事件需要滿足三個條件：上一次的系統估算出的位置在待觸發的sampleNode附近；檢測到的旋轉角與預存在sampleNode庫中的旋轉角相符；和測量到的地磁與預存在sampleNode庫中的地磁量相匹配。本專利技術的有益效果在于，與現有技術相比，本專利技術充分利用地圖中隱含的信息，建立具有拓撲結構的圖模型，前期采樣過程中，根據從模型中得出的mark點進行采樣。導航過程中，利用粒子濾波算法，在拓撲圖的基礎上，僅需撒少量的粒子便可獲取較高精度的定位。附圖說明圖1是本專利技術圖模型約束的室內定位方法流程圖。圖2是本專利技術一個實施例中步驟S2中根據圖的分類生成的sampleNode點示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術需用到的傳感器包括：陀螺儀、加速度計、磁力計，普通的智能手機上均搭載了這些傳感器，所以可以選擇在智能手機上來實施該方案。請參見圖1，本專利技術一種圖模型約束的室內定位方法，包括步驟S1：首先拿到樓房的平面結構圖，按照地形及功能特征將地圖中的活動區域劃分為三類：狹長通道、半開闊活動區域、開闊活動區域。其中，狹長通道泛指走廊、陽臺，半開闊區域主要是指房間，開闊活動區域是指大廳等室內開闊地。步驟S2：基于圖所給的分類，按照所給定的規則得出sampleNode采樣點，建立sampleNode樣本庫。生成sampleNode的規則為：狹長通道：選取走廊兩端、分叉點、轉彎點為sampleNode；半開闊活動區：在出入口和活動范圍內轉角處取sampleNode；開闊活動區：在多個出入口取sampleNode，將出入口進行最短路徑連線，連線上以單位步長取sampleNode，同時對連線上的sampleNode進行適當的平面擴展。生成的sampleNode點如圖2所示.步驟S3：針對步驟二中標記的sampleNode進行采樣，采樣數據包括：采樣點的地磁量、從邊到邊的旋轉角。地磁計的測量原理是，測量地磁場投射在地磁計三個坐標軸上的投影，然后根據各個軸的地磁量組合換算出地磁矢量。人在手持手機行走過程中，手機的姿態無法預知，手機姿態的確定依賴于航向角，而在復雜的室內地磁場環境中，無法通過受干擾的地磁矢量獲取準確的航向角。所以記錄采集的地磁矢量是沒有意義的，為了使得地磁信息不受姿態影響能前后匹配，實施過程中只記錄采集的地磁強度。旋轉角的采集，主要是指在原路徑邊轉到其他邊時的角度，由于這個角度發生持續時間較短、是相對角度，幾乎不存積分漂移。具有明顯區分特征，故可用于限定范圍內的觸發校準事件。步驟S4：建立航跡推測量模型，用于測量步頻和步長。航跡測量模型分為兩個模塊，分別為步頻測量模塊和步長自適應估算模塊。步數檢測：步數統計主要是將采集的加速度計數據做快速傅立葉變換(FFT)，FFT公式如下：其中x[n]表示加速度計檢測到的加速度，X[k]為輸出值，j為各個頻率波組成的數組，N表示參與計算的加速度數據點數。利用滑動窗口算法，選取最新的連續的100個數據點作為輸入算子。再從X[k]中選取值最大的元素，元素所處的數組位置經換算即為步頻，只有頻率在1Hz-2Hz范圍內的，才認定是邁步。對于步長的估算，有研究表明，正常人行走的步長與步頻和邁步時初始加速度呈線性關系：L＝α*f+β*a+γ其中L是步長，f表示步頻，a表示邁步起始加速度，α、β、γ為可變參數。根據以上關系式，用最小二乘法做線性回歸，可得出α、β、γ三個參數的值，再將得出的參數代入原關系式便可得出步長估算動態方程。步驟S5：實施過程中，對目標進行粒子濾波，包括：粒子初始化、粒子傳播、權值更新、狀態估計、粒子重采樣五個階段。粒子初始化：在算法初始化時，需設定所有粒子的初始狀態。本專利技術假定行人的初始位置已知，以初始位置為幾何中心，均勻散布N個粒子，每個粒子的初始權值都設置成1/N。粒子傳播：在定位時，當檢測到步行事件發生，粒子在狀態轉移模型下進行傳播。粒子狀態由節點n、方向θ兩部分組成，根據后驗概率分布公式可得粒子的狀態轉移模型為：{nt，θt本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種圖模型約束的室內定位方法，其特征在于，包括步驟S1：將室內定位環境按照地形和功能特征劃分為狹長通道、半開闊活動區域和開闊活動區域；S2：基于圖所給的分類，根據給定的生成規則得出sampleNode采樣點，所述生成規則為：狹長通道的兩端、分叉點和轉彎點取為sampleNode，半開闊活動區域的出入口和活動范圍轉角處取為sampleNode；開闊活動區域的多個出入口取為sampleNode，將出入口進行最短路徑連線，連線上以單位步長取sampleNode，同時對連線上的sampleNode進行適當的平面擴展；S3：對所述sampleNode進行采樣，采樣數據包括采樣點的地磁量和從邊到邊的旋轉角；S4：建立用于測量步數和步長的航跡推測量模型；S5：在待定位目標的運動過程中，對軌跡位置進行粒子濾波；S6：當待定位目標運動到sampleNode時，觸發一次校準事件，對航跡推測模型的積分漂移校準。

【技術特征摘要】
1.一種圖模型約束的室內定位方法，其特征在于，包括步驟S1：將室內定位環境按照地形和功能特征劃分為狹長通道、半開闊活動區域和開闊活動區域；S2：基于圖所給的分類，根據給定的生成規則得出sampleNode采樣點，所述生成規則為：狹長通道的兩端、分叉點和轉彎點取為sampleNode，半開闊活動區域的出入口和活動范圍轉角處取為sampleNode；開闊活動區域的多個出入口取為sampleNode，將出入口進行最短路徑連線，連線上以單位步長取sampleNode，同時對連線上的sampleNode進行適當的平面擴展；S3：對所述sampleNode進行采樣，采樣數據包括采樣點的地磁量和從邊到邊的旋轉角；S4：建立用于測量步數和步長的航跡推測量模型；S5：在待定位目標的運動過程中，對軌跡位置進行粒子濾波；S6：當待定位目標運動到sampleNode時，觸發一次校準事件，對航跡推測模型的積分漂移校準。2.如權利要求1所述的圖模型約束的室內定位方法，其特征在于，步驟S1中所述狹長通道泛指走廊和陽臺，所述半開闊區域泛指房間，所述開闊活動區域泛指大廳。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程良倫，劉鴻城，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44