[發(fā)明專利]一種基于地磁的參與式室內(nèi)定位系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN112566009B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳良銀;張斯尚;巫江;尤小龍;金俊杰;劉詩佳;張媛媛;胡順仿;劉暢;高明珠;鄒可欣
• 申請（專利權(quán)）人: 成都易書橋科技有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/021;H04W4/029;H04W4/33;H04W64/00
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本發(fā)明公開了一種基于地磁的參與式室內(nèi)定位系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。其系統(tǒng)主要包含減少了人力的指紋庫構(gòu)建方案和提升了精度和效率的匹配方案；其中指紋庫構(gòu)建方案從用戶貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)中挖掘地圖拓?fù)洳?gòu)建相應(yīng)的地磁指紋庫，無需平面圖紙、不限制用戶采樣行為、并且能廣泛的使用；地磁匹配方案將地磁序列劃分成單調(diào)區(qū)間，動態(tài)的設(shè)置了匹配窗口的大小，同時預(yù)判機制減少了計算的復(fù)雜度，能在用戶發(fā)送定位請求后快速地返回正確的定位結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位領(lǐng)域，涉及基于地磁指紋庫的室內(nèi)定位系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，系統(tǒng)利用海量智能手機用戶數(shù)據(jù)構(gòu)建地磁指紋庫，并提出了定位效率更優(yōu)的匹配算法，實現(xiàn)了定位精度優(yōu)良的室內(nèi)服務(wù)。

背景技術(shù)

在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，基于位置服務(wù)(Location-Based Service,LBS)的應(yīng)用程序創(chuàng)造了極大的商業(yè)價值，同時對社會產(chǎn)生了巨大的影響力。在室外定位領(lǐng)域中，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)取得了較大的成功。但是GPS信號會被墻壁所阻隔，在室內(nèi)場景下無法進(jìn)行精準(zhǔn)的定位。所以，室內(nèi)定位技術(shù)得以迅速發(fā)展，各種各樣的信號被用于室內(nèi)定位技術(shù)中，如Wi-Fi(Wireless Fidelity)、超帶寬(Ultra-Wide Band,UWB)、RFID(Radio Frequency Identification)、無線電信號FM(Frequency Modulation)、慣性傳感器INS(Inertial Navigation System)、圖像、地磁、聲波和可見光等。

室內(nèi)定位方案在考慮提升定位精度的同時還需要考慮方案的部署和維護成本，部署的成本過高會導(dǎo)致定位方案實施困難，同時難以普及和應(yīng)用。現(xiàn)有的研究存在的主要問題有1)需要部署額外的基礎(chǔ)設(shè)備：基礎(chǔ)設(shè)備的部署和維護成本會限制技術(shù)的擴展。比如基于可見光、聲波、RFID、UWB等的技術(shù)都需要基礎(chǔ)設(shè)備的支持。2)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境影響定位信號的穩(wěn)定性：室內(nèi)的環(huán)境并不像室外環(huán)境那么空曠，射頻信號在室內(nèi)環(huán)境下會出現(xiàn)信號衰減、多徑效應(yīng)等問題。比如超聲波信號容易受到人員流動、多徑效應(yīng)的干擾；Wi-Fi信號容易出現(xiàn)信號衰減的問題。

地磁不需要部署額外的基礎(chǔ)設(shè)施，因此從成本角度來看，采用地磁的定位技術(shù)方案優(yōu)于其他的方案。同時，地磁信號更加穩(wěn)定，不會因為室內(nèi)環(huán)境的變化而產(chǎn)生較大的波動，更適用于室內(nèi)定位中。現(xiàn)有的地磁方案也存在諸多的不足，主要有：1)耗時耗力的指紋庫構(gòu)建過程：現(xiàn)有的研究需要工程師在定位場所進(jìn)行勘察，手動采集實際的指紋數(shù)據(jù)，對位置進(jìn)行標(biāo)記，從而建立指紋和位置的映射。2)用戶參與的眾包建庫方案過分依賴用戶的交互：眾包技術(shù)能將建庫中采集的工作承包給智能手機用戶，這種方案能有效地減少“定制”指紋庫的成本。但是現(xiàn)有技術(shù)方案過分依賴于手機用戶的交互，用戶只能上傳格式固定的數(shù)據(jù)，并且要求用戶積極地對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記。頻繁的交互行為會降低用戶的積極性，如果用戶上傳的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤或者缺失標(biāo)記，將會大大降低指紋庫的精度。3)需要提供定位場地的平面圖：實際應(yīng)用中很難獲取定位場地的平面圖。比如機場、教學(xué)樓等場地的平面圖會涉及到機密問題。4)指紋匹配方案定精度、效率不高：當(dāng)前的序列匹配解決方案存在序列物理端點無法對齊的問題，導(dǎo)致了定位精度不理想。同時由于采樣頻率的限制，待匹配的指紋庫數(shù)據(jù)量級很大。現(xiàn)有的方案計算復(fù)雜度高、收斂性差，導(dǎo)致定位效率不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于地磁的，少人工構(gòu)建的、保障定位精度和定位效率的室內(nèi)定位系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的基于地磁的參與式室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括訓(xùn)練階段和定位階段，訓(xùn)練階段完成地圖和指紋庫構(gòu)建，定位階段通過匹配地磁指紋響應(yīng)用戶的定位請求。1)訓(xùn)練階段：從參與式用戶提供的數(shù)據(jù)中挖掘空間結(jié)構(gòu)信息(地圖拓?fù)?；關(guān)聯(lián)映射地磁指紋與位置。2)定位階段：接收用戶發(fā)送的請求，并及時反饋定位結(jié)果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的參與式地磁庫構(gòu)建方案及其實現(xiàn)，包含軌跡數(shù)據(jù)采集、用戶軌跡處理和地磁指紋庫構(gòu)建三個部分。