[發(fā)明專利]一種室內(nèi)地圖匹配定位的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910481496.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110345935B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚建嘎;武永峰;陳攀;古富強(qiáng);鄭瀟平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來(lái)

本發(fā)明提供了一種室內(nèi)地圖匹配定位的方法，利用室內(nèi)空間信息，對(duì)行人可運(yùn)動(dòng)空間進(jìn)行描述；在狹長(zhǎng)區(qū)域采用一維路網(wǎng)模型表示，在開(kāi)闊區(qū)域使用格網(wǎng)模型表示，符合室內(nèi)行人的運(yùn)動(dòng)特征。在地圖匹配過(guò)程中，通過(guò)使用行人的朝向信息結(jié)合室內(nèi)空間圖模型中的空間信息，構(gòu)建局部動(dòng)態(tài)圖模型，移除多余的隱藏狀態(tài)，減少地圖匹配的搜索空間，顯著降低地圖匹配計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明在使用朝向輔助室內(nèi)地圖匹配估計(jì)位置時(shí)，使用行人的朝向信息與室內(nèi)空間圖模型中的邊的方向信息動(dòng)態(tài)構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，增強(qiáng)室內(nèi)空間信息的約束，提高了室內(nèi)地圖匹配的精度。本發(fā)明的有益效果是：降低地圖匹配的計(jì)算復(fù)雜度，增強(qiáng)定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及線通信與室內(nèi)定位領(lǐng)域，尤其涉及一種室內(nèi)地圖匹配定位的方法。

背景技術(shù)

位置是人類生活與發(fā)展的重要基礎(chǔ)信息。據(jù)估計(jì)人類所能獲取到的信息中80％都與空間位置有關(guān)，而人們平均花費(fèi)多達(dá)87％的時(shí)間在室內(nèi)空間。獲得準(zhǔn)確、可靠、泛在的室內(nèi)位置信息是公共安全、應(yīng)急救援、特殊人群監(jiān)護(hù)等的迫切需求，是物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)社交、智能制造等的關(guān)鍵支撐。對(duì)于大型商場(chǎng)、出行交通設(shè)施(例如，機(jī)場(chǎng)和火車站)、銀行、醫(yī)院、安全管理以及其他一切向室內(nèi)用戶提供服務(wù)的場(chǎng)所，室內(nèi)位置信息有著非常重要的作用。室內(nèi)環(huán)境通常很復(fù)雜，而且具有以下特征：多層性、存在很多障礙物、空間結(jié)構(gòu)經(jīng)常變換、經(jīng)常有大量行人移動(dòng)、定位信號(hào)容易波動(dòng)和受到噪聲影響等。此外，受當(dāng)前硬件技術(shù)限制，智能手機(jī)的計(jì)算能力和續(xù)航能力有限，過(guò)于復(fù)雜的定位算法將會(huì)導(dǎo)致電量消耗過(guò)快或者定位延遲過(guò)高。

由于無(wú)線局域網(wǎng)和支持Wi-Fi的移動(dòng)設(shè)備的廣泛普及，使得基于Wi-Fi的室內(nèi)定位無(wú)需部署額外的基礎(chǔ)設(shè)施投資，成本低廉。基于Wi-Fi信號(hào)的定位技術(shù)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界均得到了持續(xù)的關(guān)注。另一方面，智能手機(jī)普遍內(nèi)置了慣性傳感器，包括加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤等。通過(guò)慣性傳感器，可以感知行人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)航位推算方法估計(jì)行人位置。

行人航位推算方法是一種自主定位技術(shù)，不依賴任何定位基礎(chǔ)設(shè)施，部署成本非常低，但是該方法存在累積誤差而且需要已知行人的初始狀態(tài)。

室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)限制了行人的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域，合理的使用室內(nèi)空間信息將有利于室內(nèi)定位。例如，行人只能通過(guò)門進(jìn)出房間，通過(guò)樓梯或者電梯來(lái)切換樓層等。地圖匹配方法可以對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行增強(qiáng)，地圖匹配方法一般以其他定位結(jié)果作為輸入信息，以路網(wǎng)作為隱藏狀態(tài)，通過(guò)序列匹配的方法求解違反空間約束最少的最優(yōu)路徑。但是當(dāng)室內(nèi)空間較大時(shí)，隱藏狀態(tài)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致地圖匹配計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，對(duì)智能手機(jī)供電造成很大負(fù)擔(dān)。在地圖匹配定位方法中，隱藏狀態(tài)的數(shù)量不僅對(duì)計(jì)算復(fù)雜度有重要影響，而且對(duì)定位精度也有影響。當(dāng)減少空間模型的隱藏狀態(tài)數(shù)量，即增大路網(wǎng)間隔時(shí)，行人的可運(yùn)動(dòng)區(qū)域?qū)?huì)變得稀疏，從而可在一定程度上降低計(jì)算復(fù)雜度。但是，過(guò)于稀疏的隱藏狀態(tài)，將會(huì)降低地圖匹配的定位精度，使得系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到預(yù)期的定位效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種室內(nèi)地圖匹配定位的方法，主要包括以下步驟：

S1：根據(jù)室內(nèi)空間信息，得到行人可運(yùn)動(dòng)空間，構(gòu)建室內(nèi)空間圖模型；所述室內(nèi)空間圖模型由節(jié)點(diǎn)集合與邊集合構(gòu)成；各節(jié)點(diǎn)中均存儲(chǔ)了可運(yùn)動(dòng)空間的位置信息和室內(nèi)空間語(yǔ)義信息，節(jié)點(diǎn)集合表示了行人的可運(yùn)動(dòng)空間；邊中存儲(chǔ)了節(jié)點(diǎn)間拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔ⅲ吋嫌脕?lái)表示限制行人的運(yùn)動(dòng)空間；

S2：根據(jù)所述室內(nèi)空間圖模型和其他定位技術(shù)首次得到的估計(jì)位置，得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始概率分布π_i，并選擇初始概率最大的k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為隱藏狀態(tài)；k為大于0的正整數(shù)；初始概率分布π_i為：

π_i＝1/((L_e.x-n_i.x)²+(L_e.y-n_i.y)²+γ_e)