[發(fā)明專利]一種基于智能手機的自主式行人定位方法

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111829516A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙紅宇;程萬里;仇森;王哲龍
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 大連格智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

本發(fā)明涉及人導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于智能手機的自主式行人定位方法，包括：步驟1，對手機內(nèi)置的信息采集設(shè)備進行誤差校準(zhǔn)；步驟2，采集人體在初始狀態(tài)下的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并進行姿態(tài)解算與系統(tǒng)初始對準(zhǔn)；步驟3，采集行人正常行走時的大腿擺動角度信號數(shù)據(jù)，并進行行人跨步檢測；步驟4，利用得到的行人跨步檢測結(jié)果，基于梯度下降法的航向估計算法，進行陀螺儀與加速度計兩種傳感器的數(shù)據(jù)融合并求解四元數(shù)；步驟5，利用如下的基于加速度計測量值的步長估計模型，進行行人步長估計；步驟6，利用得到的跨步長估計結(jié)果，進行基于粒子濾波的地圖匹配。本發(fā)明能夠提升行人定位精度，優(yōu)化定位軌跡，使得濾波后的軌跡更加符合真實情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及行人導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于智能手機的自主式行人定位方法。

背景技術(shù)

基于位置的服務(wù)對于人們的生活至關(guān)重要，在生活中隨處可見與位置信息相關(guān)的服務(wù)。現(xiàn)有使用最廣泛的定位系統(tǒng)是美國的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)，而基于GPS的定位技術(shù)需要依賴衛(wèi)星實現(xiàn)定位。GPS可以在露天環(huán)境中為行人提供可靠的位置信息，但是在隧道、高層建筑群和室內(nèi)環(huán)境中存在信號阻塞和多路徑問題。近年來，基于Wi-Fi、藍(lán)牙(Bluetooth)、射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)、近場通信(Near Field Communication，簡稱NFC)、超寬帶(Ultra WideBand，簡稱UWB)、5G、可見光、聲源等進行定位的技術(shù)層出不窮。有些技術(shù)需要在一個相對穩(wěn)定不變的環(huán)境中才能夠得到較好的定位效果，部署基礎(chǔ)設(shè)施的場景一旦發(fā)生改變，就會對上述定位技術(shù)中捕獲的信號產(chǎn)生影響，最終的定位效果也大打折扣。以上幾種定位技術(shù)雖然能夠在GPS失效的場景中提供定位服務(wù)，但是都依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的部署和支撐，甚至還需要配備特殊的定位終端，造價成本和技術(shù)局限性限制了它們在社會上的應(yīng)用普及。

位置信息的獲取依賴于定位設(shè)備，將智能手機作為定位載體具有諸多的優(yōu)勢。智能手機作為一種智能移動終端在社會上的普及率高，擁有諸多的用戶，行人不需要額外的資金投入。并且智能手機內(nèi)置了多種傳感器，例如加速度計、陀螺儀、磁力計等，可以采集相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)用于定位。智能手機擁有豐富的計算資源，能夠?qū)?shù)據(jù)進行處理計算，還可以進行方便友好的人機交互。

當(dāng)今一種常用的行人定位技術(shù)如無線局域網(wǎng)定位技術(shù)(Wireless Local AreaNetwork，簡稱WLAN)，其接入點(Access Point，簡稱AP)能夠廣播信標(biāo)幀，通常在一個確定的區(qū)域里可以每100ms發(fā)送一次，信標(biāo)幀包含媒體訪問控制(Media Access Control，簡稱MAC)地址。移動節(jié)點接收這些信號，并根據(jù)AP的MAC地址識別對應(yīng)的AP。可以利用測量到的AP的信號強度(Received Signal Strength，簡稱RSS)估計用戶位置。使用WLAN進行定位時，接收周圍三個及以上的AP信號強度，根據(jù)RSS測量值估算出接收設(shè)備與周圍AP的距離，通過三角定位的方法實現(xiàn)定位。然而，將RSS測量值轉(zhuǎn)換為距離時會產(chǎn)生較大的誤差，這一問題在室內(nèi)環(huán)境中尤其嚴(yán)重，WLAN信號容易被墻壁反射，還會被室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)或者人的身體遮擋而產(chǎn)生信號衰減，定位結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

目前，越來越多研究熱點集中在采用MEMS器件(如加速度計和陀螺儀)固定在行人腰部或腳部等地方，對傳感器采集數(shù)據(jù)進行進行多次積分進行行人定位。然而，由于傳感器的測量原理、固有缺陷等多方面因素致使多次積分后誤差累積過大，航偏嚴(yán)重，無法滿足正常的室內(nèi)定位需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)的行人定位方法依賴外部輔助設(shè)備而實現(xiàn)定位以及行人定位跟蹤軌跡穿墻的技術(shù)問題，提出一種基于智能手機的自主式行人定位方法，在行人航跡推算算法框架下進行了定位，提升行人定位精度，優(yōu)化定位軌跡，使得濾波后的軌跡更加符合真實情況。具有穩(wěn)定性高、獨立性強和抗干擾性能好等特點。

本發(fā)明提供了一種基于智能手機的自主式行人定位方法，包括以下過程：