一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法，所述的方法包括如下步骤：（1）正反向地磁轨迹匹配；（2）三维地磁指纹：把载体坐标系下地磁传感器读出的具有姿态特征的三维原始地磁数据映射到导航坐标系下统一的三维地磁指纹；（3）反向地磁指纹：根据正向地磁轨迹生成反向地磁轨迹；（4）基于室内外场景检测的地磁校准触发机制；（5）基于FastDTW算法的室内地磁路径匹配算法。本发明专利技术所公开的基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法和装置，不需要前期训练工作，使用成本低廉的惯性传感器以及一些辅助的传感器，利用室内不同路径地磁序列的差异性来消除惯性测量技术的累计误差，从而达到不依赖于外部环境部署以及在紧急情况下，人员的精确定位和导航。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线定位、上下文感知
，尤其涉及一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法和装置。
技术介绍
我国30多年的城市化进程催生了数以万计的大型建筑，例如大型购物中心、 会展中心、交通枢纽、停车场、候机楼、火车站等等。以购物中心为例，截止2015年底，全国已开业的购物中心超过6000家，以每年800家的速度增长，日均客流量超过 50万人/次功能。而我国现有的大型室内停车场就超万个，大中型会展中心超过2000 家，每年举办各种综合、专项会展项目超过8000个，参展企业总数在1000万家以上。这些大型场馆规模庞大，内部布局复杂，公共安全管理问题突出，人们在里面从事各项活动时往往容易迷失方向，难以定位自己并快速准确地找到目的地，存在较强的定位导航需求。此外，商场业主则为了增加收入，提高客户体验及客户数量，往往需要从实时监测统计的场馆内人员位置及驻足时间等数据中，挖掘获取潜在的商业参考信息，用于构建基于位置的信息化管理、数据分析和产品广告及销售平台，从而提升企业智能化经营水平，降低企业运营成本，提高经济效益。现有数量众多的特殊人群对全时空定位跟踪同样提出了迫切需求。据统计，我国现有中小学生2.2亿，空巢老人6200万，煤矿工人150万，应急救援人员50余万，监狱犯人164万，对这些人群的安全管理不仅需要实现室内外全空间定位跟踪，对移动空间定位覆盖度要求较高，而且部分人群甚至需要24小时不间断的定位跟踪，对定位覆盖度、定位实时性和功耗提出了挑战。在室外空旷环境，卫星定位系统（北斗、GPS、格鲁纳斯）定位精度可达10米级左右，能满足车辆导航等应用需求。然而，在室内大多数区域，由于建筑物遮挡，定位设备不能接收到GPS卫星信号。技术人员尝试各种室内定位技术，以满足日益增长的室内定位应用需求。当前，室内定位技术分为基于基础设施和基于原有设备或无需基础设施两部分。基于基础设施定位技术能够达到很高的定位精度，有的定位系统甚至可以精确到厘米级别，主要包括超声波（Ultrasound）、超带宽（Ultra Wide Band，UWB）信号、红外（Infrared）信号和无线射频（Radio Frequency Identification，RFID）定位系统。然后他们基本上都需要部署额外的设备或者对原网络进行相应改造，需要前期的信号通信测试，部署成本过高，而且对于现有手持设备也没有很好的传感器集成，难以实现大规模推广。另一种基于Wi-Fi（802.11/g/n协议）室内定位技术得到快速普及和发展。一方面由于各类智能终端——手机、平板和笔记本已将Wi-Fi 作为标准配置；另一方面Wi-Fi技术已经发展多年，协议相对稳定、成熟和完善，并且是由标准委员会制定，不存在协议分类，具有统一标准；其次， Wi-Fi 具有高速通信、部署方便的特点，各大商场、写字楼、图书馆等场所已经配置很多Wi-Fi设备，基本已经实现全时空覆盖。基于以上优势，在过去几年，室内Wi-Fi定位的研究和应用得到了飞速发展。但由于Wi-Fi信号是基于波进行传输，其传输距离限制以及容易受到室内环境多径效应的影响，并具有时变特性，在定位鲁棒性和实时性方面仍然面临很大挑战。而在室内应急救援场景下，这些技术却并不能很好的发挥作用。这是因为应急救援面对的场所往往均已经遭到了严重破坏，基站无线通讯均属于瘫痪状态；而计算机视觉技术、无线定位等技术需要预先在环境中配置地标或者无线节点，或者进行提前训练，成本过高，且不适用于复杂多变的室内应急救援场景。我们急需一种不需要前期布设基础设施，同时又不需要大量训练工作的定位方法以及一套行之有效可穿戴设备设计方案来满足室内应急救援定位工作的特殊需要。一种可行的技术方案是使用惯性测量技术。惯性测量技术是一种重要的导航技术，在古代就已被用于航海事业。该技术通过一个已知点位置，以及前进方向、速度、时间，就能够算出当前的位置信息，从而对物体进行定位和导航。此方法无需任何额外的基础设施或网络环境，并且具有成本低、体积小、自主性强的优点。但现有的惯性测量技术在短距离定位上有较高的精度，但是具有累积误差的缺点。如何不依赖于其他条件、消除惯性测量技术的累计误差，是实现精准的室内定位的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种不依赖于外部环境部署的基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法和装置。本专利技术采用如下技术方案：一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法，其改进之处在于，所述的方法包括如下步骤：（1）正反向地磁轨迹匹配（11）在线采集和训练指纹：当用户在执行任务的同时设备后台自动在线采集地磁指纹，地磁指纹的位置和航迹推断位置估计结果形成一种对应关系，在线采集的地磁指纹存储在设备中，并用于校准后续的航迹推断位置估计结果；（12）根据正向地磁指纹生成反向地磁指纹，正向地磁指纹是指在线采集地磁指纹和用户行走方向相一致；（13）同时使用正向地磁指纹、反向地磁指纹和后续的在线采集的地磁指纹进行匹配，提高用户出现在同一路径的机率，一旦出现好的地磁指纹匹配，当前航迹推断的位置将会被校准到用户第一次出现在该位置时候航迹推断的位置；（2）三维地磁指纹：把载体坐标系下地磁传感器读出的具有姿态特征的三维原始地磁数据映射到导航坐标系下统一的三维地磁指纹；（3）反向地磁指纹：根据正向地磁轨迹生成反向地磁轨迹；（4）基于室内外场景检测的地磁校准触发机制：利用室内外可见卫星数量的差异进行室内外场景的识别；由于建筑物的遮挡，GPS模块在室内能够搜索到的卫星数量远小于室外能够搜索到的卫星数量；如果一段时间内的可见卫星数量的均值小于某个阈值认为用户在室内；否则认为用户在室外；（5）基于FastDTW算法的室内地磁路径匹配算法：（51）采集地磁数据构建采样样本S={D，M，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（1）正反向地磁轨迹匹配：（11）在线采集和训练指纹：当用户在执行任务的同时设备后台自动在线采集地磁指纹，地磁指纹的位置和航迹推断位置估计结果形成一种对应关系，在线采集的地磁指纹存储在设备中，并用于校准后续的航迹推断位置估计结果；（12）根据正向地磁指纹生成反向地磁指纹，正向地磁指纹是指在线采集地磁指纹和用户行走方向相一致；（13）同时使用正向地磁指纹、反向地磁指纹和后续的在线采集的地磁指纹进行匹配，提高用户出现在同一路径的机率，一旦出现好的地磁指纹匹配，当前航迹推断的位置将会被校准到用户第一次出现在该位置时候航迹推断的位置；（2）三维地磁指纹：把载体坐标系下地磁传感器读出的具有姿态特征的三维原始地磁数据映射到导航坐标系下统一的三维地磁指纹；（3）反向地磁指纹：根据正向地磁轨迹生成反向地磁轨迹；（4）基于室内外场景检测的地磁校准触发机制：利用室内外可见卫星数量的差异进行室内外场景的识别；由于建筑物的遮挡，GPS模块在室内能够搜索到的卫星数量远小于室外能够搜索到的卫星数量；如果一段时间内的可见卫星数量的均值小于某个阈值认为用户在室内；否则认为用户在室外；（5）基于FastDTW算法的室内地磁路径匹配算法：（51）采集地磁数据构建采样样本S={D，M，C}，其中D当前瞬时方向，M={magx，magy，magz}为导航坐标系下三维地磁指纹，C={X，Y}为当前坐标；（52）采样样本加入样本队列构成正向地磁轨迹，如果正向地磁轨迹长度小于阈值则继续采集数据；如果正向地磁轨迹长度大于阈值而且通过室内外检测算法判定用户在室内则触发正向地磁轨迹校准算法；（53）为了缩短校准间隔，采用增量式处理，触发校准算法之后，删掉正向地磁轨迹的最前面一段样本序列，然后在正向地磁轨迹末尾加入新的采样样本构成新的正向地磁轨迹，当正向地磁轨迹长度达到阈值而且通过室内外检测算法判定用户在室内再次触发地磁轨迹校准算法。...

【技术特征摘要】
1.一种基于室内地磁轨迹匹配的航迹推断校准方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（1）正反向地磁轨迹匹配：（11）在线采集和训练指纹：当用户在执行任务的同时设备后台自动在线采集地磁指纹，地磁指纹的位置和航迹推断位置估计结果形成一种对应关系，在线采集的地磁指纹存储在设备中，并用于校准后续的航迹推断位置估计结果；（12）根据正向地磁指纹生成反向地磁指纹，正向地磁指纹是指在线采集地磁指纹和用户行走方向相一致；（13）同时使用正向地磁指纹、反向地磁指纹和后续的在线采集的地磁指纹进行匹配，提高用户出现在同一路径的机率，一旦出现好的地磁指纹匹配，当前航迹推断的位置将会被校准到...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中森，罗海勇，唐怀玉，王曲，赵方，邵文华，叶朗朗，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十二研究所，北京天地方元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37