[發(fā)明專利]基于多源傳感器室內(nèi)快速定位方法與系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810076013.5
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108225304A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 郭英;高樂;劉清華;姬現(xiàn)磊;郭偉;王邦松
• 申請（專利權）人: 青島美吉海洋地理信息技術有限公司;山東科技大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16
• 代理公司: 青島海昊知識產(chǎn)權事務所有限公司 37201
• 代理人: 劉艷青

本發(fā)明提供了一種基于多源傳感器的快速定位方法和系統(tǒng)，包括：運動特征提取與分類：利用EMD和FFT進行能量頻譜分析并通過經(jīng)典的決策樹模型?NBC進行特征分類，以此構(gòu)建基于加速計信號的行人運動特征；實時行進狀態(tài)識別：利用模糊最小二乘向量機特征分類確切估計行人的運動模式；步態(tài)的參數(shù)模型估計：根據(jù)信號波峰與波谷的時間差和頻譜能量變化，計算行人的步頻和步長，結(jié)合行人本身的身高、體重，初步建立行人的步長估計模型；航向估計：基于啟發(fā)式漂移消除法實現(xiàn)行人航向的可靠性估計。本發(fā)明精確推算行人運動方向，實現(xiàn)了高精度的室內(nèi)快速定位，為智能導航系統(tǒng)的可靠性應用提供有益參考。

技術領域

本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)、大地測量工程技術領域，特別涉及一種基于多源傳感器的高精度室內(nèi)智能定位與導航技術。

背景技術

隨著信息技術的發(fā)展以及人類活動的進程一體化，位置服務信息(LocationBased Service，LBS)占據(jù)了越來越重要的位置。人類活動進程一體化也得到滿足，例如賓館不僅可以解決住宿的問題，還可以完成飲食、娛樂、交友、工作、會議，甚至旅游。一些公共場所，如機場、寫字樓、倉庫、地下停車場甚至監(jiān)獄和軍事訓練基地也都需要準確的定位、導航信息。精確的室內(nèi)定位導航信息能夠為普通百姓帶來行程方便，提高生活質(zhì)量。同時，地理信息系統(tǒng)以及移動通訊的發(fā)展，對人員、車輛、事件等移動目標的定位更有迫切的需求。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，手機成為了用戶生活的一個主要載體，借助手機平臺來提供LBS已經(jīng)成為現(xiàn)代地理信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。人們借助于手機的LBS可以隨時、隨地為手機攜帶者提供實時的位置信息，使他們的生產(chǎn)、生活變得更加方便。目前，根據(jù)定位條件和用戶所處環(huán)境，基于手機LBS的定位方式有：輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星技術(AssistedGlobal Navigation Satellite Service，A-GNSS)，無線定位技術如無線寬帶(WirelessFidelity，WIFI)、藍牙(Beacon)、zigbee、無線射頻識別(Radio FrequencyIdentification，RFID)、超寬帶無線定位(Ultra Wideband，UWB)以及多傳感器研究行人航位推算技術(Pedestrian Dead Reckoning，PDR)。

A-GNSS定位原理：終端向定位平臺發(fā)起請求，定位平臺向終端發(fā)送輔助GNSS定位信息，終端測量偽距，并提交給定位平臺，平臺計算終端的位置。具體由多種方法混合定位，其中常用的有結(jié)合GNSS衛(wèi)星信號和碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)網(wǎng)絡信號混合定位，即在終端能夠接收到GPS衛(wèi)星信號時采用GNSS定位方式，當終端在室內(nèi)或者接受衛(wèi)星信號不好的環(huán)境時采用CDMA基站接收的輔助GNSS衛(wèi)星信號實現(xiàn)輔助定位，滿足室內(nèi)室外的全覆蓋定位。定位精度達到5-50米，一次定位時間一般需要幾秒到幾十秒。

無線定位技術的基本定位原理是，采用測算節(jié)點之間連接信號強度的方法，利用無線信號的空間傳輸衰減模型估算出節(jié)點間傳輸距離。由于多徑、繞射、障礙物等因素，無線電傳播路徑損耗與理論值相比有較大變化，不同的信號受其影響的程度亦不盡相同，產(chǎn)生的定位效果也有所區(qū)別。如在個別的大型辦公區(qū)、大型超市、火車站、醫(yī)院等室內(nèi)環(huán)境下，采用輔助設施WIFI實現(xiàn)精度為2-10m的定位，在一些出入口或者廠房等小區(qū)域內(nèi)Beacon、zigbee、RFID能實現(xiàn)小于1m的定位精度，目前系統(tǒng)復雜的、價格不菲的UWB估計網(wǎng)絡覆蓋內(nèi)的定位，結(jié)果達到亞米的精度。

為確定行人的行進軌跡，將微型的測量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)綁定于人身體的腿部，或者基于腳底、背部的穿戴IMU，其基本原理是：根據(jù)輸出的加速度矢量經(jīng)過兩次積分得到位移矢量，陀螺儀輸出的角速度值一次積分得到方向變化，方向變化值加上前一次的方向即為當前航向。已知當前的位移矢量和航向，結(jié)合初始位置和方向，即可得到當前的導航信息。由于各傳感器信號存在噪聲，定位誤差會隨著積分不斷累積和傳遞，致使定位結(jié)果在很短的時間內(nèi)失去應用的價值。