一种组合的室内定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于惯性导航、wi-fi或者蓝牙信号指纹、室内电子地图的组合定位方法，可广泛应用于室内定位以及室内外定位的无缝结合。其特征有：1)通过wifi或者蓝牙网络进行粗定位，然后通过智能终端的惯性导航系统，结合地图，取得客户精确的位置并实时、持续获得其行走的轨迹；2)基于室内平面图的电子地图的形成和使用，包括一个室内电子地图标注的方法；3)将上述几个因素结合在一起的粒子滤波算法，包括移动状态的检测，步长、步向、步频的检测和调整，对于电子地图和wifi(蓝牙)信号指纹的适配等；4)基于地图的匹配算法，保证行走路径正确和准确；5)本发明专利技术涉及的终端不仅包括智能手机、平板，也包括智能可穿戴设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动终端应用领域以及基于位置的线上线下(o2o)融合的领域，特别是涉及一种组合的室内定位方法。
技术介绍
人类日常生活中，大部分时间呆在室内，在一个陌生的大型室内环境如医院、展览馆、火车站、航站楼、停车场等，常常有快速室内定位和导航的需求，所以室内的定位就非常有市场前景和应用价值。科技发展日新月异，智能手机的功能也越来越强大，人们生活出行和定位越来越依赖于手机。虽然也有很多基于GPS的地图软件可以给人们以定位导航的帮助，但是由于各种大型商场大型场馆越来越多，而GPS因为定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，同时又受到定位器终端的成本较高等原因的限制，因此，GPS技术无法完成室内精确定位。现有技术中有几种室内定位的技术，简单描述如下：——蓝牙技术。蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(Piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。——射频识别技术。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。——超宽带技术。超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。-W1-Fi技术。无线局域网络(WLAN)是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的W1-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。W1-Fi技术的特点是应用于小范围的室内定位，成本较低。但无论是用于室内还是室外定位，W1-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。-ZigBee技术。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于射频识别和蓝牙之间，也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。-粒子滤波技术。粒子滤波(particlefiltering)依赖于两个模型：预测模型和更新(或者叫测量)模型，所谓预测(prediction)是根据目标的前一个位置来推断现有的位置，所谓更新是根据一些第三方的测量数据来调整或者调节对于位置的预测，使得位置的预测更为可靠。公式(1)是状态预测方程，其中x(k)表示当前位置，x(k-1)表示前一个位置，v(k-1)是一个正态分布的误差变量，f(k-1)表示预测方程。在室内定位中，由于状态方程的非线性，使得直接计算状态方程难以进行，所以粒子滤波采用了贝叶斯后延概率的方法来进行数值计算。xk＝fk-1(xk-1，vk-1)(1)测量值z(k)通过方程(2)与目标的当前位置发生关系，其中n(k)是正态分布的噪声。zk＝hk(xk，nk)(2)通过Capman-Kolmogorov定理，在时刻k，如果有Z(1..k)个测量值，那么有方程(3)成立：p(xk|z1：k＝1)＝∫p(xk|xk＝1)p(xk＝1|z1：k＝1)dxk＝1(3)根据贝叶斯定理，有：方程(4)的分母由方程(5)求得：p(zk|z1：k-1)＝∫p(zk|xk)p(xk|z1：k-1)dxk(5)在粒子滤波方法中，后验概率是通过一定数量的粒子以及每个粒子相应的权重来估计的。每个粒子的值及其权重通过方程(3)和(4)推算而来。所有粒子的权重之和为1，目标的当前位置通过公式(6)求得：
技术实现思路
上述技术和方法，大多需要专门的硬件和终端，成本随着室内面积的增大而上升，部署起来周期比较长，所以需要一种移动互联网模式的室内定位技术。比较高随着科技进步，智能手机的传感器越来越精确，处理能力越来越强；室内wifi的部署越来越普遍，特别是一些大型的室内环境，本专利技术的基本目的就是利用现有的wifi或者蓝牙部署，利用手机的传感器，在不增加任何硬件的基础下，提供稳定、可靠、具有一定精度的室内定位技术，提供一种人人都可以使用的室内定位服务。本专利技术就是针对上述
技术介绍
中的不足之处，在粒子滤波技术的基础上而提出的一种综合利用智能终端传感器、wifi或蓝牙指纹、电子地图实现室内定位导航的方法，该方法操作简单，应用广泛，仅仅利用智能手机中的传感器元件以及室内地图即可完成室内精确定位及导航操作，也可以在室外修正GPS误差，提高GPS定位精度。本专利技术的目的是通过如下技术措施来实现的。一种利用智能手机传感器、电子地图和wifi指纹实现室内定位导航的方法，该方法使用的硬件部分包括带有电子罗盘、加速度传感器和陀螺仪传感器的智能终端如手机、平板电脑、可穿戴设备等，该方法包括以下步骤：(I)取得所要定位的空间的建筑平面图，扫描成图形格式，利用本专利技术所提供的图形标注软件，标注出来定位所关心的元素如房间、走廊、楼梯、门、电梯等，同时完成这些元素之间的拓扑关系；标注完成后，生成文本文件doc-A；(2)利用指纹采集客户端，现场采集指纹信息，同时生成指纹文本文件doc-B；(3)将上述两个文件下载到定位终端里；(4)打开室内定位的客户端，根据doc-A生成室内地图；根据doc-B并利用指纹算法确定当前的初始位置；(5)用户走动的过程中，传感器采集有关信息，系统根据算法实时分析移动模态，步态、步长、步向等。由于每个人的步长不同，系统首先设定一个初始步长如70厘米，然后根据个人情况动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于室内电子地图的标注、wifi或者蓝牙信号指纹定位、惯性导航的组合室内定位方法，其特征在于电子地图的标注和解析、运动模态的确定、惯性导航、wifi或蓝牙指纹辅助定位、地图匹配方面，其中电子地图标注和解析方面包括步骤a：上传商场、机场、停车场等的平面图，可以是各种图像格式；步骤b：利用工具对上传的地图进行标注和解析，形成一个中间格式；步骤c：将此中间格式下传到手机或其他类型的定位终端，手机根据此文件重绘空间的平面图，并提供给定位算法加以利用。

【技术特征摘要】
1.一种基于室内电子地图的标注、wifi或者蓝牙信号指纹定位、惯性导航的组合室内定位方法，其特征在于电子地图的标注和解析、运动模态的确定、惯性导航、wifi或蓝牙指纹辅助定位、地图匹配方面，其中电子地图标注和解析方面包括步骤a：上传商场、机场、停车场等的平面图，可以是各种图像格式；步骤b：利用工具对上传的地图进行标注和解析，形成一个中间格式；步骤c：将此中间格式下传到手机或其他类型的定位终端，手机根据此文件重绘空间的平面图，并提供给定位算法加以利用。2.运动模态确定方面：步骤a：采集手机传感器的数据，包含加速度传感器、磁力计、陀螺仪数据；步骤b：对于这些数据进行滤波和模式识别，得到用户运动的模态，所谓的模态包括但不限于正常的走步、跑动、停止、上下电梯、走步行梯等；步骤c：不同的模态之间可以动态实时变换。3.惯性导航及定位方面：步骤a：根据wifi信号指纹确定初始位置，并设置系统初始步长；步骤b：根据惯性导航系统确定第一步的模态、步向；步骤c：每一步都读取地图信息，根据地图匹配算法调整粒子的存活状态；步骤d：读取wifi信号强度信息，根据强度信息利用粒子滤波算法调整粒子的权重并进而决定活动目标下一步的步态、步向和步长；步骤e：确定当前位置点，并结合以前位置点计算行走路径；步骤f：重复步骤b到步骤d；直到退出。4.根据权利要求1步骤b所述的方法，其特征在于，标注中使用像素点来表示所关心的元素的位置，包括：步骤b11：不仅标注元素的类型、位置和尺寸，而且标注元素之间的相互拓扑关系和商业信息如店铺名称、产...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆文，
申请(专利权)人：王庆文，
类型：发明
国别省市：北京;11