基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，按照定位周期基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到定位结果，当定位次数达到预设的次数阈值时，对每次定位结果进行验证，验证时以本次定位结果和历史定位轨迹中若干个定位结果作为定位集合，计算并比较定位集合中各个定位结果的置信度：若本次定位结果的置信度最低，且小于设定的置信度阈值，则舍弃本次定位结果；否则，认为本次定位结果有效并添加至历史定位轨迹，剔除定位集合中置信度最低且小于置信度阈值的定位结果。该室内定位方法不仅能够进行室内位置的定位，而且能够对定位结果进行验证，去除历史定位轨迹中错误的定位结果，费用低廉定位精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法
本专利技术涉及无线室内定位领域，尤其涉及一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法。
技术介绍
随着移动互联网的兴起和手持设备的爆炸式增长，人们对于定位和导航的需求越来越普遍。随着无线通信网络技术的进步与普及，手持设备的种类不断增加，功能也不断完善，现在手机，Ipad等手持设备已成为人们不可或缺的一部分，位置感知计算(Location-awareComputing)和基于位置的服务(Location-basedservice，LBS)在人们的生活生产中的作用也越来越大。基于手持设备的室外定位和导航技术已经得到普遍应用并趋于成熟，而人们对于室内定位的迫切需求还没有得到有效解决。基于手持设备的室内定位需求众多，前景广阔，例如在大型商城内找到最近的餐馆、在超市内部找到指定商品(如牛奶)的货架、在地下停车场找到停车位置和在火灾发生时精确定位出建筑物内人员的位置。对于室外环境，全球定位系统(GPS)已成功地应用于室外环境的定位和导航，如车载导航，室外营救搜索等。但由于GPS定位精度较低，不足以在室内狭小的场所内定位出精确的位置。且在城市环境中，由于GPS卫星发射的信号太微弱，楼宇建筑物的阻隔等，导致了所谓的“都市峡谷”(UrbanCanyon)，降低了GPS的定位精度；在楼宇之内，墙壁会对卫星信号造成阻隔，导致定位误差进一步增大。现阶段的室内定位技术主要分为两类：基于蓝牙，WiFi，红外等的无线定位技术和基于惯性器件的惯性定位技术。典型无线定位技术方案包括ActiveBadge，SpotON等，但这些技术都受制于信号传播距离短，需要安装大量设备覆盖整个室内区域，因而安装和维护成本都较高。另外，无线信号(如WiFi信号)波动较大且具有多路径歧义，定位精度一般较低(约15米)。惯性定位技术存在误差累计问题，根据定位惯性计算出的定位结果往往难以满足实时导航的精度要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，在本专利技术中提出了一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，该室内定位方法不仅可以进行精确的室内位置定位，而且能够自动发现和纠正因测量误差等造成的错误定位结果。另外，由于地磁场无源、稳定、无辐射特性，基于地磁的室内定位费用低廉且更为稳定、安全。一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，按照预设的定位周期基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到定位结果，当定位次数达到预设的次数阈值时，对每次定位结果进行验证，验证时以本次定位结果和历史定位轨迹中若干个定位结果作为定位集合，计算并比较定位集合中各个定位结果的置信度：若本次定位结果的置信度最低，且小于设定的置信度阈值，则舍弃本次定位结果；否则，认为本次定位结果有效并添加至历史定位轨迹，每次获得有效的定位结果后，在定位集合中选择置信度最低的定位结果，若其置信度小于置信度阈值，则在历史定位轨迹中剔除该定位结果。通过对定位结果进行验证，去除历史轨迹中不正确的定位结果，实现对定位结果的校正，提高定位精度。基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到定位结果时，设定若干个参考点，获取各个参考点的地磁场信息，并根据各个参考点的地磁场信息和坐标构建指纹库；定位时，先采集当前时刻所处位置的地磁场信息，然后与指纹库进行匹配进而得到定位结果。定位集合中历史定位轨迹中定位结果的个数根据实际情况设定，可以包括历史定位轨迹中所有定位结果。本专利技术中以本次定位结果和历史定位轨迹中本次定位结果之前的K-1次定位结果作为定位集合，其中K等于所述的次数阈值。K的取值范围为5～20。为保证定位的实时性，作为优选，所述K的取值为5。本专利技术中所述的置信度阈值为0.6～0.8。作为优选，所述置信度阈值为0.7。基于信号传播衰减原理计算定位集合中各个定位结果的置信度，具体步骤如下：(1)从所述定位集合中选出一个定位结果作为起始节点并赋以初始置信度；(1-1)计算定位集合中各个定位结果的局部密度，第i个定位结果Si的局部密度density(Si)：其中，d(Si)为各个为定位结果Si到其第m邻近点的距离；(1-2)比较各个定位结果的局部密度，以局部密度最大的定位结果作为起始节点。(2)按就近原则在定位集合中确定选择m个定位结果作为起始节点的邻近节点，m为K/2的上确界(即K/2向上取整)；(3)根据起始节点的初始置信度，按照传播衰减公式对各个邻近节点赋以置信度；其中，传播衰减公式如下：p(Sy)＝p(Sx)*α*e-d(Sx,Sy)/σ其中，d(Sx,Sy)为当前定位结果Sx与定位结果Sy之间的距离，p(Sx)为当前定位结果的置信度，p(Sy)为由定位结果Sx传播给定位结果Sy的置信度，α为传播衰减因子，α的取值范围为0～1，传播衰减因子为0.8～0.95，进一步优选，所述的传播衰减因子为0.9；σ为调节因子，所述调节因子为当前定位结果到其m个邻近点的平均距离。α为传播衰减因子，α的取值范围为0～1，传播衰减因子为0.8～0.95，进一步优选，所述的传播衰减因子为0.9；σ为调节因子，所述调节因子为当前定位结果到其m个邻近点的平均距离。(4)各个邻近节点获取置信度后均循环操作一次步骤(2)和步骤(3)；每个节点选取获取的置信度中的最大值作为相应的定位结果的最终置信度。与现有技术相比，本专利技术基于地磁场和历史定位轨迹的新型室内定位方法，该方法不仅能够进行室内位置的定位，而且能够对定位结果进行验证，去历史定位轨迹中错误的定位结果，费用低廉、定位精度显著优于以往的室内定位方法。附图说明图1为本实施例的基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法的与定位原理示意图；图2为本实施例的定位结果位置分布示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。本实施例的室内定位算法基于特定的定位系统实现，该定位系统包括移动终端和服务器，移动终端用于采集地磁场数据，服务器用于进行数据存储和定位计算。如图1所示，本实施例的基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法如下：步骤1：建立指纹库，指纹库中的数据既包含磁场强度信息(即地磁场特征数据)，又包含该磁场强度对应的真实位置信息(参考点的坐标)。在建筑物内设置若干个参考点在每个参考点进行100～200次地磁场数据扫描，使用小波变换对扫描结果进行去噪，对去噪后的结果求平均值作为该参考点的地磁场特征数据，将各个参考点的地磁场特征数据和对应的坐标存入后台服务器(即服务器)，形成该建筑物地磁强度的指纹库。设定参考点时相邻两个参考点之间的距离为3～10m。为提高定位效率，本实施例中进一步根据各个参考点的对应地磁场特征数据和对应的坐标构建定位算法模型，定位算法模型主要有两类：一类强调差别程度的平均绝对值差算法、平均方差算法、最小距离算法等；另一类为分类器模型，即通过训练得到分类器，该分类器可以对未知的地磁场数据进行多类分类，多类分类的结果其实就是位置标签。值得说明的是，移动终端(包括手机等)中其他传感器采集的加速度，方向角等数据也可以作为辅助数据加入训练过程，以得到更精确的定位算法模型。步骤2：按照预设的定位周期基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到相应的定位结果，每次定位时如下：先采集当前时刻所处位置的地磁场信息，然后与指纹库进行匹配进而得到定位结果。本实施例的定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，按照预设的定位周期基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到定位结果，其特征在于，当定位次数达到预设的次数阈值时，对每次定位结果进行验证，验证时以本次定位结果和历史定位轨迹中若干个定位结果作为定位集合，计算并比较定位集合中各个定位结果的置信度：若本次定位结果的置信度最低，且小于设定的置信度阈值，则舍弃本次定位结果；否则，认为本次定位结果有效并添加至历史定位轨迹，每次获得有效的定位结果后，在定位集合中选择置信度最低的定位结果，若其置信度小于置信度阈值，则在历史定位轨迹中剔除该定位结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，按照预设的定位周期基于地磁场定位法对当前位置进行定位得到定位结果，其特征在于，当定位次数达到预设的次数阈值时，对每次定位结果进行验证，验证时以本次定位结果和历史定位轨迹中若干个定位结果作为定位集合，计算并比较定位集合中各个定位结果的置信度：若本次定位结果的置信度最低，且小于设定的置信度阈值，则舍弃本次定位结果；否则，认为本次定位结果有效并添加至历史定位轨迹，每次获得有效的定位结果后，在定位集合中选择置信度最低的定位结果，若其置信度小于置信度阈值，则在历史定位轨迹中剔除该定位结果；基于信号传播衰减原理计算定位集合中各个定位结果的置信度，具体步骤如下：(1)从所述定位集合中选出一个定位结果作为起始节点并赋以初始置信度；(2)按就近原则在定位集合中确定选择m个定位结果作为起始节点的邻近节点，m为K/2的上确界；(3)根据起始节点的初始置信度，按照传播衰减公式对各个邻近节点赋以置信度；(4)各个邻近节点获取置信度后均循环操作一次步骤(2)和步骤(3)；每个节点以获取的置信度中的最大值作为所述定位集合中相应定位结果的最终置信度。2.如权利要求1所述的基于地磁场和历史定位轨迹的室内定位方法，其特征在于，以本次定位结果和历史定位轨迹中本次定位结果之前的K-1次定位结果作为定位集合，其中K等于所述的次数阈值。3.如权利要求2所述的基于地磁场和历史...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振广，黄步添，焦颖颖，邢兰涛，郑博仑，王毅，鲍宗亮，
申请(专利权)人：杭州云象网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33