超低部署的室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种超低部署的室内定位系统及方法，包括数据采集模块、数据处理模块、姿态识别模块、目标跟踪模块、地理特征模块和位置修正模块，数据采集模块用于提供数据来源，数据处理模块用于提供预处理信息，姿态识别模块用于识别目标运动姿态，跟踪模块记录目标的运动轨迹；地理特征模块用于辅助定位信息处理；位置修正模块用于通过优化算法提供精确的三维位置，并输出及目标运动姿态。本发明专利技术无需密布信号发射器，通过陀螺仪感知物体运动的角度变化、加速度计感知物体运动的速度变化，进而获得物体当前的位置、以及运动姿态等信息；并结合地磁信号、温度信号、气压信号等辅助定位，修正由于误差累积导致的位置偏差，从而大大提高定位精度。

Indoor positioning system and method for ultra low deployment

The invention provides a low deployment of indoor positioning system and method, including data acquisition module, data processing module, gesture recognition module, tracking module, geographical features module and position correction module, data acquisition module is used to provide the data source, data processing module is used to provide information preprocessing, gesture recognition module for recognizing target motion, trajectory tracking module records the target; geographical feature module for assisting in locating information processing; position correction module is used to provide accurate 3D position through the optimization algorithm, and the output of target motion and attitude. The invention relates to a dense signal transmitter, change the perception of object movement speed by gyro angle changes, accelerometer sensing motion, and to obtain the information of the object location and posture, etc.; and combined with the geomagnetic signal and the temperature signal, pressure signal and other auxiliary positioning, correction of position deviation due to error accumulation, thereby greatly to improve the positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
超低部署的室内定位系统及方法
本专利技术涉及室内定位方法，具体地，涉及超低部署的室内定位系统及方法，不依赖任何外部信息源，即可对目标的位置信息进行多方面采集和跟踪的室内定位。
技术介绍
定位技术近年来备受关注而且发展迅速。虽然室外定位技术已经非常成熟并开始被广泛使用，但是作为定位技术的末端，室内定位技术发展一直相对缓慢。GPS，AGPS等室外定位系统，在室内信号强度明显减弱，存在定位困难和精度下降的问题，因此并不适合室内定位。据研究，常见的室内定位方法有：红外线定位技术，定位目标使用红外线IR标识作为移动点，发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。红外线技术已经非常成熟，但是由于红外线只能视距传播，穿透性极差，当标识被遮挡时就无法工作，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显，所以这种技术使用范围极小。超声波室内定位技术，此技术是基于超声波测距系统而开发，由若干个应答器和主测距器组成：主测距器放置在被测物体上，向位置固定的应答器发射同无线电信号，应答器在收到信号后向主测距器发射超声波信号，利用反射式测距法和三角定位等算法确定物体的位置。超声波室内定位整体精度很高，达到了厘米级，结构相对简单，有一定的穿透性而且超声波本身具有很强的抗干扰能力，但是超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高。蓝牙室内定位技术，此技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持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，然后通过测量信号强度对新加入的盲节点进行三角定位。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。只要设备的蓝牙功能开启，就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大且在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵。Wi-Fi定位技术有两种，一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置(“指纹”定位)。Wi-Fi定位抗干扰能力强，硬件成本低，但是很依赖于Wi-Fi路由器的密集分布，而且用于室内定位的精度只能达到2米左右，无法做到精准定位。ZigBee室内定位技术通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间形成组网，每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。作为一个低功耗和低成本的通信系统，ZigBee的工作效率非常高，但ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影响都很大，而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性，造成定位软件的成本较高。超宽带定位技术，此技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。超宽带定位技术具有穿透力强、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，但由于新加入的盲节点也需要主动通信使得功耗较高，而且事先也需要布局，使得成本还无法降低。因此，如何能够提供一种定位方法，解决室内定位中存在的信号穿透性能差、空气传播衰减快、辅助设备昂贵、定位精度低、通信功耗高等问题，是本专利技术所要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种超低部署的室内定位系统及方法。根据本专利技术提供的超低部署的室内定位系统，包括：数据采集层、数据分析层以及数据融合层，其中：所述数据采集层包括数据采集模块，通过所述数据采集模块采集室内参数，所述参数包括：目标的位置信息、运动参数以及环境参数；所述数据分析层用于对数据采集模块采集到的参数进行处理和分析，输出信息包括：目标运动行为、目标运行速度和方向、目标所在环境的地形信息；所述数据融合层用于融合数据分析层输出的信息，得到目标在三维空间中的位置数据，并预测目标的运动趋势。优选地，所述数据分析层包括：数据处理模块、姿态识别模块、目标跟踪模块以及地理特征模块，具体地：所述数据处理模块用于接收数据采集模块中传感器检测到的数据信息，对所述数据信息进行预处理后生成统一信号单位和格式的信号，并对信号的偏移量进行修正后保存待用；其中所述数据信息包括：目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号；所述姿态识别模块用于对目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号进行滤波和特征提取，区分出目标在不同地形，不同环境下的运动形态，并通过信号特征来解释目标的运动行为；所述目标跟踪模块用于根据获取到的信号的初始状态建立传感器误差模型，所述信息包括：目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号，依据传感器误差模型分析目标位置的准确性，输出较为可信的目标运动的速度和方向；所述地理特征模块用于结合目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号对目标所在环境的地形进行判断，并通过温度、气压信息对地形的高度进行分析，获得经过修正的地形信息。优选地，所述目标融合层包括：位置修正模块，所述位置修正模块用于融合目标运动行为、目标运动的速度和方向、地形信息、地形的高度信息后输出目标在三维空间中的位置数据，并预测出目标的运动趋势。根据本专利技术提供的超低部署的室内定位方法，包括如下步骤：数据采集步骤：通过不同传感器采集室内参数，所述参数包括：目标的位置信息、运动参数以及环境参数；数据分析步骤：对不同传感器采集到的参数进行处理和分析，输出目标运动行为、目标运行速度和方向、目标所在环境的地形信息；数据融合步骤：用于数据分析步骤的信息，得到目标在三维空间中的位置数据，并预测目标的运动趋势。优选地，所述数据采集步骤的目标包括：室内的行人、车辆、智能机器人以及移动的其他物体；不同传感器采集的参数包括：目标加速度、目标角速度、地磁信号、温度气压信号、wifi/蓝牙/基站信号强度向量。优选地，所述数据分析步骤包括：数据处理步骤：接收数据采集模块中传感器检测到的数据信息，对所述数据信息进行预处理后生成统一信号单位和格式的信号，并对信号的偏移量进行修正后保存待用；其中所述数据信息包括：目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号；姿态识别步骤：对目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号进行滤波和运动特征提取，区分出目标在在不同地形，不同环境下的运行形态，并通过运动特征来解释目标的运动行为，输出目标运动姿态；目标跟踪步骤：根据获取到的信号的初始状态建立传感器误差模型，所述信号包括目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号信号，依据传感器误差模型分析目标位置的准确性，输出较为可信的目标运动的速度和方向；并获取目标运动矢量记录目标运动轨迹；地理特征获取步骤：结合目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号对目标所在环境的地形进行判断，并通过温度、气压信息对地形的高度进行分析，获得经过修正的地形信息，提取出目标的环境特征。优选地，所述目标融合步骤包括：融合目标运动行为、目标运动的速度和方向、地形信息、地形的高度信息后输出目标在三维空间中的位置数据，并预测出目标的运动趋势。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低部署的室内定位系统，其特征在于，包括：数据采集层、数据分析层以及数据融合层，其中：所述数据采集层包括数据采集模块，通过所述数据采集模块采集室内参数，所述参数包括：目标的位置信息、运动参数以及环境参数；所述数据分析层用于对数据采集模块采集到的参数进行处理和分析，输出信息包括：目标运动行为、目标运行速度和方向、目标所在环境的地形信息；所述数据融合层用于融合数据分析层输出的信息，得到目标在三维空间中的位置数据，并预测目标的运动趋势。

【技术特征摘要】
1.一种超低部署的室内定位系统，其特征在于，包括：数据采集层、数据分析层以及数据融合层，其中：所述数据采集层包括数据采集模块，通过所述数据采集模块采集室内参数，所述参数包括：目标的位置信息、运动参数以及环境参数；所述数据分析层用于对数据采集模块采集到的参数进行处理和分析，输出信息包括：目标运动行为、目标运行速度和方向、目标所在环境的地形信息；所述数据融合层用于融合数据分析层输出的信息，得到目标在三维空间中的位置数据，并预测目标的运动趋势。2.根据权利要求1所述的超低部署的室内定位系统，其特征在于，所述数据分析层包括：数据处理模块、姿态识别模块、目标跟踪模块以及地理特征模块，具体地：所述数据处理模块用于接收数据采集模块中传感器检测到的数据信息，对所述数据信息进行预处理后生成统一信号单位和格式的信号，并对信号的偏移量进行修正后保存待用；其中所述数据信息包括：目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号；所述姿态识别模块用于对目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号进行滤波和特征提取，区分出目标在不同地形，不同环境下的运动形态，并通过信号特征来解释目标的运动行为；所述目标跟踪模块用于根据获取到的信号的初始状态建立传感器误差模型，所述信息包括：目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号，依据传感器误差模型分析目标位置的准确性，输出较为可信的目标运动的速度和方向；所述地理特征模块用于结合目标加速度信号、目标角速度信号、地磁信号对目标所在环境的地形进行判断，并通过温度、气压信息对地形的高度进行分析，获得经过修正的地形信息。3.根据权利要求1所述的超低部署的室内定位系统，其特征在于，所述目标融合层包括：位置修正模块，所述位置修正模块用于融合目标运动行为、目标运动的速度和方向、地形信息、地形的高度信息后输出目标在三维空间中的位置数据，并预测出目标的运动趋势。4.一种超低部署的室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤：数据采...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶葛旺，李元秋，汪培春，李勇，
申请(专利权)人：上海谦尊升网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31