[發(fā)明專利]一種基于信息融合的超市內(nèi)定位導(dǎo)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510255587.5
• 申請(qǐng)日: 2015-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN105115487B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳希;王暉;尤里克;杜婉茹;楊旭強(qiáng);向詩琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳希
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于信息融合的超市內(nèi)定位導(dǎo)航方法，其特征在于：其使用一種定位導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子貨架標(biāo)簽、無線中繼節(jié)點(diǎn)、WIFI路由、服務(wù)器組成；所述電子貨架標(biāo)簽由顯示屏、帶微控制器的藍(lán)牙組成；所述無線中繼節(jié)點(diǎn)由帶微控制器的藍(lán)牙和WIFI通信模塊組成；所述服務(wù)器可通過WIFI路由和無線中繼節(jié)點(diǎn)向電子貨架標(biāo)簽發(fā)送修改商品價(jià)格顯示信息、電子貨架標(biāo)簽所在位置坐標(biāo)等功能；待定位手機(jī)事先已安裝定位導(dǎo)航APP軟件；

所述方法包括如下步驟：

1)將超市或其它類似商場(chǎng)的商品布局、室內(nèi)場(chǎng)地制作成一張室內(nèi)地圖，并對(duì)電子貨架標(biāo)簽、無線中繼節(jié)點(diǎn)在此地圖上進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)記；定位導(dǎo)航APP軟件已含有此地圖信息；

2)手機(jī)內(nèi)帶的陀螺儀完成角度測(cè)量、加速度傳感器實(shí)現(xiàn)加速度測(cè)量，陀螺儀和加速度傳感器獲取的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換獲得以地面作為參考系，并已去除重力的加速度；

在行走時(shí)，a_z波形為近似周期性波形，可通過起步、停止檢測(cè)；通過加速度濾波，并將連續(xù)的a_z波形以一個(gè)完整周期的近似正弦波進(jìn)行分割，通過加速度零速補(bǔ)償，補(bǔ)償方法如式(1)所示：

azn′(t)=azn(t)-vn(t2)-vn(t1)t2-t1·1Ts---(1)]]>

式中，t₁，t₂為分割后的一個(gè)完整周期加速度起始和結(jié)束時(shí)間，T為采樣時(shí)間，a_zn(t)為補(bǔ)償前Z軸加速度，a'_zn為補(bǔ)償后Z軸加速度；速度v_n可表示為：

vn=v0+12az0Ts+Σi=0n-1aziTs+12anTs---(2)]]>

式中，v₀為初始速度，n為分割后完整周期加速度個(gè)數(shù)；

通過加速度零速補(bǔ)償后，進(jìn)行卡爾曼濾波，進(jìn)一步去除高斯噪聲，獲得更平穩(wěn)的加速度，并通過波峰、波谷檢測(cè)；進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)步數(shù)、步長(zhǎng)檢測(cè)；步長(zhǎng)SL可表示為：

SL=110(Σi=1N|azi|Nc2Δtpp·app)c1---(3)]]>

式中，N為一個(gè)完整周期加速度采樣點(diǎn)數(shù)，a_zi為加速度采樣值，Δt_pp為加速度波峰到波谷的時(shí)間，a_pp加速度峰峰值，c₁，c₂為經(jīng)驗(yàn)值；獲得步長(zhǎng)后，可由行人航位推算模型估算第k步行人坐標(biāo)：

X^(j)(k)=X(j)(k-1)+f(θ[k-1])·(ΔX+c3f(θs)·SL|θs=0·randm(j)(4,1))---(4)]]>

式中，

f(θ[k-1])=cos(θ[k-1])-sin(θ[k-1])00sin(θ[k-1])cos(θ[k-1])0000100001---(5)]]>，

ΔX[k]＝[Δr_x[k],Δr_y[k],Δr_z[k],Δθ[k]]^T，θ_s＝atan2(Δr_y,Δr_x)，randm^(j)(4,1)為4個(gè)隨機(jī)數(shù)，j為迭代次數(shù)，c₃為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

無線接收包括WIFI、藍(lán)牙，通過RSS/LQ/TOF對(duì)無線進(jìn)行信號(hào)測(cè)量接收處理，包括RSSI、TOF測(cè)距、LQ信號(hào)質(zhì)量，并信號(hào)送入自適應(yīng)無線推算模型，自適應(yīng)無線推算模型似然函數(shù)為：

P(RSSI[i]|r^(j)[i])=Πm=1M1σRSSI2π(-|ΔRSSIm(j)|22σRSSI2)---(6)]]>

式中m為收到信號(hào)的錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，σ_RSSI為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，若為WIFI或如NFC等其它無線，則

ΔRSSIm(j)=RSSIm[i]-(RSSI0-10α^m[i]log10(||r^(j)[i]-rAPm||))---(7)]]>

若為藍(lán)牙信號(hào)，則

ΔRSSIm(j)=c4(RSSIm[i]-(RSSI0-10α^m[i]log10(||r^(j)[i]-rAPm||)))+c5(c6LQIm-c7)---(8)]]>

式中，RSSI_m[i]為接收信號(hào)強(qiáng)度，RSSI₀為距離節(jié)點(diǎn)1米時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，為信號(hào)鏈路衰減系數(shù)，為人手機(jī)所在位置，r_APm為節(jié)點(diǎn)位置；c₄、c₅、c₆、c₇為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其中c₄+c₅＝1，LQI_m為第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙鏈路信號(hào)質(zhì)量；位置估計(jì)可通過TOF原理測(cè)量：

r^(j)[i]=r(j)[k-1]+ts[i]-tp[k-1]tp[k]-tp[k-1]·(r(j)[k]-r(j)[k-1])---(9)]]>

t_s[i]為測(cè)量時(shí)間，t_p為步行時(shí)間；動(dòng)態(tài)信號(hào)鏈路衰減系數(shù)估算方法如下：

設(shè)為任意兩錨節(jié)點(diǎn)信號(hào)范圍的交叉節(jié)點(diǎn)，(A_xi,A_yi)為已知的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，則：

{α^m[i]}=argminα1,α2,...αM×((x~-Axi)2-(y~-Ayi)2(r^(j)[i]-rAPm)2-1)2---(10)]]>

式(10)通過Levenberg-Marquardt算法求解動(dòng)態(tài)信號(hào)鏈路衰減系數(shù)

將行人航位推算模型、自適應(yīng)無線推算模型送入粒子濾波算法實(shí)現(xiàn)位置預(yù)測(cè)，每個(gè)粒子的權(quán)值按下式計(jì)算

w(j)[i]=w(j)[i-1]p(z[i]|X^(j)[i])·κn---(11)]]>

式中表示無線信號(hào)藍(lán)牙，WIFI、Zigbee等的似然函數(shù)，κ_n表示各似然函數(shù)特征信息的權(quán)值，通過模糊邏輯推測(cè)權(quán)值，且κ₁+κ₂+…κ_n＝1，當(dāng)某個(gè)信號(hào)不存在時(shí)，對(duì)應(yīng)的κ_n＝0；

3)粒子濾波輸出后的平面位置值X＝[r_x,r_y,θ]，通過超市地圖匹配，在超市地圖上實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)標(biāo)記。