一种图模型约束的室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种图模型约束的室内定位方法，包括步骤：将室内定位环境按照地形和功能特征进行分类；基于图所给的分类，根据给定的生成规则得出sampleNode采样点；对所述sampleNode进行采样；建立用于测量步数和步长的航迹推测量模型；在待定位目标的运动过程中，对轨迹位置进行粒子滤波；当待定位目标运动到sampleNode时，触发一次校准事件，对航迹推测模型的积分漂移校准。与现有技术相比，本发明专利技术充分利用地图中隐含的信息，建立具有拓扑结构的图模型，前期采样过程中，根据从模型中得出的mark点进行采样。导航过程中，利用粒子滤波算法，在拓扑图的基础上，仅需撒少量的粒子便可获取较高精度的定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位技术，尤其涉及一种图模型约束的室内定位方法。
技术介绍
因GPS信号无法覆盖到室内，室内定位环境又复杂多变、无法使用常规的定位方法。近年来随着智能手机传感器技术的发展，利用手机上搭载的各类感知器件，获取环境中的场景、无线信号、地磁等特征，经特定处理后融合各类数据实现定位。常见的定位方法有蓝牙定位、WIFI指纹定位、航迹推算定位、地磁指纹定位。上述的一些技术方法，实现了较高精度的定位，但是，其中有些需要布置大量的外置设备，而有些则前期工作需要大量的人力勘测，或是算法实现的复杂度较高，无法单独在处理和续航能力有限的智能手机上完成。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种图模型约束的室内定位方法，充分利用了导航地图中隐含的信息，以减少前期采样的工作繁琐程度和实时定位过程中的算法复杂度。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种图模型约束的室内定位方法，包括步骤S1：将室内定位环境按照地形和功能特征划分为狭长通道、半开阔活动区域和开阔活动区域；S2：基于图所给的分类，根据给定的生成规则得出sampleNode采样点，所述生成规则为：狭长通道的两端、分叉点和转弯点取为sampleNode，半开阔活动区域的出入口和活动范围转角处取为sampleNode；开阔活动区域的多个出入口取为sampleNode，将出入口进行最短路径连线，连线上以单位步长取sampleNode，同时对连线上的sampleNode进行适当的平面扩展；S3：对所述sampleNode进行采样，采样数据包括采样点的地磁量和从边到边的旋转角；S4：建立用于测量步数和步长的航迹推测量模型；S5：在待定位目标的运动过程中，对轨迹位置进行粒子滤波；S6：当待定位目标运动到sampleNode时，触发一次校准事件，对航迹推测模型的积分漂移校准。进一步地，步骤S1中所述狭长通道泛指走廊和阳台，所述半开阔区域泛指房间，所述开阔活动区域泛指大厅。进一步地，步骤S4中所述航迹推测量模型包括步数测量模块和步长自适应估算模块。进一步地，步骤S5包括步骤：S51：粒子初始化，将各个粒子设置为相同的初始权值；S52：粒子传播，包括采样边传播和采样节点传播，其中采样边传播时，选取夹角与航迹角相差最小的边传播；采样节点传播则根据估算步长进行概率传播；S53：权值更新，分为基于地图约束的更新和基于sampleNode的更新；S54：状态估计，对所有的粒子做加权求和，再做平均，得出估算位置，此估算位置则为系统呈现给用户的位置；S55：粒子重采样，去掉权值过低的粒子，同时复制高权值的粒子，使得粒子总数保持不变。进一步地，步骤S6中触发一次校准事件需要满足三个条件：上一次的系统估算出的位置在待触发的sampleNode附近；检测到的旋转角与预存在sampleNode库中的旋转角相符；和测量到的地磁与预存在sampleNode库中的地磁量相匹配。本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术充分利用地图中隐含的信息，建立具有拓扑结构的图模型，前期采样过程中，根据从模型中得出的mark点进行采样。导航过程中，利用粒子滤波算法，在拓扑图的基础上，仅需撒少量的粒子便可获取较高精度的定位。附图说明图1是本专利技术图模型约束的室内定位方法流程图。图2是本专利技术一个实施例中步骤S2中根据图的分类生成的sampleNode点示意图。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅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实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术需用到的传感器包括：陀螺仪、加速度计、磁力计，普通的智能手机上均搭载了这些传感器，所以可以选择在智能手机上来实施该方案。请参见图1，本专利技术一种图模型约束的室内定位方法，包括步骤S1：首先拿到楼房的平面结构图，按照地形及功能特征将地图中的活动区域划分为三类：狭长通道、半开阔活动区域、开阔活动区域。其中，狭长通道泛指走廊、阳台，半开阔区域主要是指房间，开阔活动区域是指大厅等室内开阔地。步骤S2：基于图所给的分类，按照所给定的规则得出sampleNode采样点，建立sampleNode样本库。生成sampleNode的规则为：狭长通道：选取走廊两端、分叉点、转弯点为sampleNode；半开阔活动区：在出入口和活动范围内转角处取sampleNode；开阔活动区：在多个出入口取sampleNode，将出入口进行最短路径连线，连线上以单位步长取sampleNode，同时对连线上的sampleNode进行适当的平面扩展。生成的sampleNode点如图2所示.步骤S3：针对步骤二中标记的sampleNode进行采样，采样数据包括：采样点的地磁量、从边到边的旋转角。地磁计的测量原理是，测量地磁场投射在地磁计三个坐标轴上的投影，然后根据各个轴的地磁量组合换算出地磁矢量。人在手持手机行走过程中，手机的姿态无法预知，手机姿态的确定依赖于航向角，而在复杂的室内地磁场环境中，无法通过受干扰的地磁矢量获取准确的航向角。所以记录采集的地磁矢量是没有意义的，为了使得地磁信息不受姿态影响能前后匹配，实施过程中只记录采集的地磁强度。旋转角的采集，主要是指在原路径边转到其他边时的角度，由于这个角度发生持续时间较短、是相对角度，几乎不存积分漂移。具有明显区分特征，故可用于限定范围内的触发校准事件。步骤S4：建立航迹推测量模型，用于测量步频和步长。航迹测量模型分为两个模块，分别为步频测量模块和步长自适应估算模块。步数检测：步数统计主要是将采集的加速度计数据做快速傅立叶变换(FFT)，FFT公式如下：其中x[n]表示加速度计检测到的加速度，X[k]为输出值，j为各个频率波组成的数组，N表示参与计算的加速度数据点数。利用滑动窗口算法，选取最新的连续的100个数据点作为输入算子。再从X[k]中选取值最大的元素，元素所处的数组位置经换算即为步频，只有频率在1Hz-2Hz范围内的，才认定是迈步。对于步长的估算，有研究表明，正常人行走的步长与步频和迈步时初始加速度呈线性关系：L＝α*f+β*a+γ其中L是步长，f表示步频，a表示迈步起始加速度，α、β、γ为可变参数。根据以上关系式，用最小二乘法做线性回归，可得出α、β、γ三个参数的值，再将得出的参数代入原关系式便可得出步长估算动态方程。步骤S5：实施过程中，对目标进行粒子滤波，包括：粒子初始化、粒子传播、权值更新、状态估计、粒子重采样五个阶段。粒子初始化：在算法初始化时，需设定所有粒子的初始状态。本专利技术假定行人的初始位置已知，以初始位置为几何中心，均匀散布N个粒子，每个粒子的初始权值都设置成1/N。粒子传播：在定位时，当检测到步行事件发生，粒子在状态转移模型下进行传播。粒子状态由节点n、方向θ两部分组成，根据后验概率分布公式可得粒子的状态转移模型为：{nt，θt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图模型约束的室内定位方法，其特征在于，包括步骤S1：将室内定位环境按照地形和功能特征划分为狭长通道、半开阔活动区域和开阔活动区域；S2：基于图所给的分类，根据给定的生成规则得出sampleNode采样点，所述生成规则为：狭长通道的两端、分叉点和转弯点取为sampleNode，半开阔活动区域的出入口和活动范围转角处取为sampleNode；开阔活动区域的多个出入口取为sampleNode，将出入口进行最短路径连线，连线上以单位步长取sampleNode，同时对连线上的sampleNode进行适当的平面扩展；S3：对所述sampleNode进行采样，采样数据包括采样点的地磁量和从边到边的旋转角；S4：建立用于测量步数和步长的航迹推测量模型；S5：在待定位目标的运动过程中，对轨迹位置进行粒子滤波；S6：当待定位目标运动到sampleNode时，触发一次校准事件，对航迹推测模型的积分漂移校准。

【技术特征摘要】
1.一种图模型约束的室内定位方法，其特征在于，包括步骤S1：将室内定位环境按照地形和功能特征划分为狭长通道、半开阔活动区域和开阔活动区域；S2：基于图所给的分类，根据给定的生成规则得出sampleNode采样点，所述生成规则为：狭长通道的两端、分叉点和转弯点取为sampleNode，半开阔活动区域的出入口和活动范围转角处取为sampleNode；开阔活动区域的多个出入口取为sampleNode，将出入口进行最短路径连线，连线上以单位步长取sampleNode，同时对连线上的sampleNode进行适当的平面扩展；S3：对所述sampleNode进行采样，采样数据包括采样点的地磁量和从边到边的旋转角；S4：建立用于测量步数和步长的航迹推测量模型；S5：在待定位目标的运动过程中，对轨迹位置进行粒子滤波；S6：当待定位目标运动到sampleNode时，触发一次校准事件，对航迹推测模型的积分漂移校准。2.如权利要求1所述的图模型约束的室内定位方法，其特征在于，步骤S1中所述狭长通道泛指走廊和阳台，所述半开阔区域泛指房间，所述开阔活动区域泛指大厅。...

【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，刘鸿城，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44