一种手机室内定位解决方法技术

本发明专利技术公开了一种手机室内定位解决方法，包括以下步骤：S1:在定位目标周围分布多个粒子，形成粒子集，利用粒子滤波算法和室内地磁场地图，根据自所述智能手机的监测传感器接收的方向和磁场分量，确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重；S2:根据所述智能手机传感器检测的地磁分量对地磁地图进行Kring插值；S3:当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程；S4:根据所述重采样粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，确定定位目标在所述室内地磁图中的估计位置。本发明专利技术可以实现室内定位精度较高，平均为1‑2米。此外，与WiFi室内定位技术相比，本发明专利技术耗能小，可靠性高，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种手机室内定位解决方法
本专利技术属于室内定位导航
，尤其涉及一种基于智能手机平台的室内定位方法及定位系统。
技术介绍
近年来，随着物联网与无线通信的快速发展，基于位置的服务(LocationBasedService，LBS)得到越来越多的重视。如GPS提供的LBS服务广泛应用于汽车导航，医疗救护等应用中。但是当GPS接收机在室内工作时，信号受到建筑物的阻碍，定位精度远远达不到应用需求，因此，高精度的室内定位技术的研究成为近些年的研究热点。常见的室内定位技术有室内无线定位技术和基于地磁定位技术的研究。室内无线定位技术主要包括Wi-Fi技术、蓝牙技术、红外线室内定位技术、射频识别技术以及新型的超宽带技术等。但是这些技术均需要预先大量铺设AP或蓝牙基站，成本较高且定位精度对信号稳定性依赖较大。受到鸽子等生物可以利用地球磁场进行定位的启发，产生了基于地磁场实现室内定位的技术。其主要依据是建筑物的钢筋混凝土结构及室内装修设备等使其产生密度不同的地磁场，该特性可以将地磁场看作位置指纹实现室内定位。同理，无线定位技术中也有一种方法是将信号的强度看作位置指纹实现定位，相比较而言，基于地磁场的室内定位技术有更多优势，它不需要铺设任何基础设施，且信号更稳定，随着智能手机的快速发展和普及，使得利用智能手机磁强计实现LBS的研究更有前景。Haverinen等人发表的《Globalindoorself-localizationbasedontheambientmagneticfield》(RoboticsandAutonomousSystems57,1028-1035)提出利用粒子滤波算法融合地磁场实现室内定位的方法，但是只适用于一维空间的室内场景。Chung等人发表的《Indoorlocationsensingusinggeo-magnetism》(Mobisys,ACM.pp.141-154)使用一组磁强计实现二维空间的室内定位，平均精度4.7米，但是它需要对每个位置点旋转360度采集所有朝向的磁场特征，信息采集工作量非常大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提高室内定位的精度以及传统WiFi室内定位技术存在的耗能大、可靠性低和成本高的缺陷。为此，本专利技术提出的技术方案为一种手机室内定位解决方法，包括以下步骤：S1:在定位目标周围分布多个粒子，形成粒子集，利用粒子滤波算法和室内地磁场地图，根据自所述智能手机的监测传感器接收的方向和磁场分量，确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重；S2:根据所述智能手机传感器检测的地磁分量对地磁地图进行Kring插值；S3:当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程；S4:根据所述重采样粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，确定定位目标在所述室内地磁图中的估计位置。进一步，在粒子滤波算法中是根据传感器检测的数据确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，该数据包括：抽取地磁水平方向和垂直方向的分量形成新的HV位置指纹，使用该二维指纹与地磁库匹配，采用磁场的变化率来克服不同的智能手机可能存在的读数偏差问题；采用指数函数加权粒子来估计定位目标的姿态分布。上述室内地磁地图为网格地图，所述Kring插值方法是以粒子滤波算法得到的估计位置为中心，对周围10*10的小方格进行插值。当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程包括：所述粒子集中各粒子均含有一个标志位，每当粒子的位置与定位目标的估计位置超出规定值时，标志位置0，粒子的位置与定位目标的估计位置在规定值之内时，标志位置1，当系统检测到标志位为1的粒子数小于设定的门限值时，系统就采用自适应重采样策略，当系统检测到粒子的标志位为1的粒子数目大于门限值时，就恢复之前的重采样过程。上述自适应重采样方法包括：在重采样过程中，以定位目标的估计位置为中心，以一个较大的距离为半径，在此空间随机一些随机粒子，并在全局空间重采样一部分粒子。该方法中根据智能手机传感器所检测到的信息估计行人的运动步长，包括：通过下式(1)和(2)更新粒子集，粒子集中包含正确跟踪行人的粒子，xt＝xt-1+Tsinθt+N(0，δ)(1)yt＝yt-1+Tcosθt+N(0，δ)(2)其中，(xt-1,yt-1)为粒子在t-1时刻的位置，T为估计的用户移动的步长均值，θt表示t时刻智能手机检测到的相对正北方向的角度，N(0，δ)表示均值为0，方差为δ的高斯变量。该方法中根据智能手机传感器所检测到的信息计算粒子的归一化权重，包括：通过下式(3)和(4)计算所述粒子集中每个粒子的权重，其中，ΔBH，ΔBV分别为传感器t时刻测得的水平和垂直方向上的地磁较上一时刻的变化率，分别表示t时刻的第i个粒子的所在磁场地图位置的水平和垂直方向的磁场较上一时刻的变化率，λ表示指数函数的变化情况，即权重取值的灵敏度。本专利技术还进一步包括一种利用上述手机室内定位解决方法进行基于地磁场的室内定位的智能手机平台系统，包括：粒子集生成模块，用于在定位目标周围分布多个粒子，形成粒子集，利用粒子滤波器和室内地磁图，根据自所述定位目标的监测传感器接收的方向和磁场值，确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重；重采样模块，用于从所述粒子集中选取多个粒子组成重采样粒子集；Kring插值模块，用于更新地磁场地图；自适应重采样模块，用于在跟踪定位目标错误时，重新寻找定位目标，正确估计定位目标；位置确定模块，用于根据所述重采样粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，确定定位目标在所述室内地磁图中的估计位置。上述室内地磁图为网格地图，在开始定位之前需要加载事先采集训练的地磁数据库，在完成对目标的定位之后，关闭系统时更新上传新的地磁数据库。上述重采样模块用于：按归一化权重由大到小的顺序，从所述粒子集中选取多个粒子组成重采样粒子集。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1，提出了一种完整，低成本的室内定位技术，本专利技术不需要外部安装无线节点、发射器等硬件设施的支持，在断电、没有无线网络、充满浓烟等恶劣的环境下可以继续工作，实现室内定位精度较高，平均为1-2米。2，如遇到发生定位错误的情况，即定位误差较大超出可接受范围时，系统会自动检索矫正，更新到正确位置。此外，与WiFi室内定位技术相比，本专利技术耗能小，可靠性高，成本低。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种室内定位方法的的流程图；图2为本专利技术实施例提供的另一种室内定位方法的的流程图；图3为系统建立的运动模型坐标系；图4为实验测试场地的室内平面图；图5为采集的室内磁场图；图6为根据本专利技术实施例提供的室内定位方法对定位目标进行定位的一次测试图；图7为根据现有技术提供的方法对定位目标在不同路径下行走进行定位的测试图；图8为本专利技术实施例在改变步长的情况下测试结果图；图9为本专利技术实施例中粒子数目对定位误差的影响测试图。图10为本专利技术实施例提供的一种室内定位设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手机室内定位解决方法，其特征在于包括以下步骤：S1:在定位目标周围分布多个粒子，形成粒子集，利用粒子滤波算法和室内地磁场地图，根据自所述智能手机的监测传感器接收的方向和磁场分量，确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重；S2:根据所述智能手机传感器检测的地磁分量对地磁地图进行Kring插值；S3:当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程；S4:根据所述重采样粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，确定定位目标在所述室内地磁图中的估计位置。

【技术特征摘要】
1.一种手机室内定位解决方法，其特征在于包括以下步骤：S1:在定位目标周围分布多个粒子，形成粒子集，利用粒子滤波算法和室内地磁场地图，根据自所述智能手机的监测传感器接收的方向和磁场分量，确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重；S2:根据所述智能手机传感器检测的地磁分量对地磁地图进行Kring插值；S3:当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程；S4:根据所述重采样粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，确定定位目标在所述室内地磁图中的估计位置。2.根据权利要求1所述的手机室内定位解决方法，其特征在于在粒子滤波算法中是根据传感器检测的数据确定所述粒子集中各粒子的位姿和归一化权重，该数据包括：抽取地磁水平方向和垂直方向的分量形成新的HV位置指纹，使用该二维指纹与地磁库匹配，采用磁场的变化率来克服不同的智能手机可能存在的读数偏差问题；采用指数函数加权粒子来估计定位目标的姿态分布。3.根据权利要求1所述的手机室内定位解决方法，其特征在于所述室内地磁地图为网格地图，所述Kring插值方法是以粒子滤波算法得到的估计位置为中心，对周围10*10的小方格进行插值。4.根据权利要求1所述的手机室内定位解决方法，其特征在于当系统检测到定位目标失败时，采用自适应重采样策略，当系统检测到正确定位目标后，恢复之前的重采样过程包括：所述粒子集中各粒子均含有一个标志位，每当粒子的位置与定位目标的估计位置超出规定值时，标志位置0，粒子的位置与定位目标的估计位置在规定值之内时，标志位置1，当系统检测到标志位为1的粒子数小于设定的门限值时，系统就采用自适应重采样策略，当系统检测到粒子的标志位为1的粒子数目大于门限值时，就恢复之前的重采样过程。5.根据权利要求1或4所述的手机室内定位解决方法，其特征在于所述自适应重采样方法包括：在重采样过程中，以定位目标的估计位置为中心，以一个较大的距离为半径，在此空间随机一些随机粒子，并在全局空间重采样一部分粒子。6.根据权利要求1所述的手机室内定位解决方法，其特征在于该方法中根据智能手机传感器所检测到的信息估计行人的运动步长，包括：通过下式(1)和(2)更新粒子集，粒子集中包含正确跟踪行人的粒子，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董育宁，刘夫玉，王新珩，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32