一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法及系统，定位方法包括以下步骤：1、网格初始化；2、通过地磁传感器阵列在网格的采样点采集指纹数据；3、保存位置指纹存储至指纹数据库，完成地磁基准图构建；4、待测点通过地磁阵列采集地磁信息，依次计算其与指纹数据库中每一个采样位置的概率表征指纹之间的指纹相似度；5、在地磁基准图中挑选出最优匹配指纹，得到位置估计。与现有技术相比，本发明专利技术基于移动众包的室内定位方法无须人工勘测，通过大量普通用户实现实时、鲁棒、精确的室内定位，大大提升了系统工作效率以及稳定性，有利于推进室内定位技术的有效应用。

An Indoor Fingerprint Location Method and System Based on Geomagnetic Sensor Array

The present invention relates to an indoor fingerprint positioning method and system based on geomagnetic sensor array. The positioning method includes the following steps: 1. grid initialization; 2. fingerprint data acquisition through geomagnetic sensor array at sampling points of the grid; 3. storing position fingerprints into fingerprint database to complete the construction of geomagnetic reference map; 4. collecting geomagnetic information by geomagnetic array from the points to be measured. Secondly, the probability of each sampling position in the fingerprint database is calculated to represent the fingerprint similarity. 5. Select the best matching fingerprint in the geomagnetic datum map and get the position estimation. Compared with the existing technology, the indoor positioning method based on mobile crowdsourcing of the invention does not need manual survey, and achieves real-time, robust and accurate indoor positioning through a large number of ordinary users, which greatly improves the efficiency and stability of the system, and is conducive to promoting the effective application of indoor positioning technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法及系统
本专利技术涉及无线定位
，尤其是涉及一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法及系统。
技术介绍
随着无线定位技术的普及，“基于位置的服务”(LocationBasedService，简称LBS)正向我们展现出广阔的市场前景。随着智能手机普及程度越来越广泛，计算能力越来越强，智能手机上所集成的传感器种类也越来越丰富，多种多样的物理环境特征都被用来实现室内定位，包括GSM、FM、声音和磁场等。利用地磁场受室内建筑结构及家具的干扰、扭曲造成的影响，J.Chung、M.Donahoe等人于2011年设计了利用地磁场特征定位的方法，不仅定位精度达到1m左右，而且能够判断用户方向。然而其代价是需要依赖于专用的硬件设备，且需要在每一个位置的每一个方向上进行磁场指纹的勘探，时间以及花费代价巨大，不利于市场推广。基于指纹匹配原理的定位系统有个共同的局限：需要依赖前期离线的专用设备现场勘探来构建指纹数据库。人工勘测构建指纹数据库的环节需要专业人士持专用设备对场地反复执行，代价高昂，耗时巨大。此外由于室内环境复杂多变，指纹数据库还需要定时更新，人工勘测需要反复执行。C.Wu、Z.Yang等人2012年提出了基于WIFI的WILL无线指纹定位方法，其思想是将人工勘测的任务通过众多智能手机用户自动地完成，但是该系统需利用无线信号衰减性聚类成不同的虚拟房间形成逻辑平面图会造成巨大的距离估算误差。综上所述，传统的室内地磁定位系统具有一定的局限性，已不能满足日益增长的室内定位需求，需要一种更高效、精准的技术来进行定位、导航的应用。专利
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法及系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，该方法包括以下步骤：S1：对待定位区域进行网格初始化。S2：利用众包方式对室内多个采样点进行数据采集，包括当前物理位置、地磁信息和位置方向，并对采集的数据利用限幅滤波法或中位值滤波法对采集的数据进行预处理。S3：将众包采集到的数据传输至服务器进行聚类、筛选、均值化及限幅处理。S4：服务器对处理后的数据按指定形式构建单条指纹。S5：对待定位区域完成所有指纹的构建后保持至指纹数据库，采用插值法获取地磁基准图，且地磁基准图接受来自众包的指纹更新。S6：用户端利用地磁传感器阵列对待测点进行实时的地磁信息采集和位置方向采集，并向服务器发出定位请求。S7：服务器接收用户端采集的地磁信息，并将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳匹配指纹信息，将最佳匹配指纹信息所对应的空间坐标信息发送至用户端。S8：用户端根据接收的空间坐标信息更新待测点的实时位置，完成定位。优选地，将采样点采集的地磁数据作为输入，采用确定性分类器将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳指纹信息，进而获取最佳指纹信息对应的估计定位坐标。优选地，将指纹每一个维度上的地磁矢量的概率参数作为输入，采用概率型分类器将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳指纹信息，进而获取最佳指纹信息对应的估计定位坐标。优选地，将指纹数据库作为训练集输入到神经网络模型，通过一步正切算法学习隐藏单元的系数以构建神经网络模型，将待测点通过地磁阵列采集的一组地磁信息输入至训练后的神经网络模型模型，与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳指纹信息，进而获取最佳指纹信息对应的估计定位坐标。一种定位系统，该系统包括：用户端：设有地磁传感器阵列模块，用于指纹采集，用户端包括：离线阶段移动众包用户，用于采集原始采样点的当前物理位置、地磁信息和位置方向数据；在线阶段定位用户，用于采集待测点的实时指纹数据及地磁信息；服务器：用于对离线阶段移动众包用户采集的数据进行保存及获取地磁基准图，并根据地磁基准图对待测点采集的实时指纹进行匹配，所述的服务器设有用于存储地磁基准图的数据库。优选地，所述的地磁传感器阵列模块包括布置在不同方向上的多个地磁传感器。优选地，所述的地磁传感器的个数至少为三个。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法利用存储在指纹数据库的地磁基准图与待定位点进行匹配，根据匹配的特征点确定待定位用户端的位置信息，方法方便快捷，定位精度高；二、本专利技术基于移动众包的室内定位方法无须人工勘测，可通过大量普通用户实现实时、鲁棒、精确的室内定位，相比于WIFI指纹定位、RFID等传统室内定位方法，大大提升了系统工作效率以及稳定性，有利于推进室内定位技术的有效应用；三、本专利技术系统以多个地磁传感器形成一个传感器阵列，利用地磁信号在不同位置之间、相同位置不同方向的地磁场畸变是不同的，将空间特定位置上的地磁信号特征作为该位置的指纹，建立位置与指纹的关系数据库，为室内用户提供7*24小时精准的定位服务，且可在一些地下管廊定位导航、地下车库判别方向等方面实现较明显的应用。附图说明图1为地磁传感器阵列矢量示意图；图2为本专利技术一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法的原理框图；图3为基于本专利技术利用地磁传感器阵列采集的指纹矢量示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术以多个地磁传感器模块形成一个传感器阵列，利用地磁信号在不同位置之间、相同位置不同方向的地磁场畸变是不同的，将空间特定位置上的地磁信号特征作为该位置的指纹，建立位置与指纹的关系数据库，为室内用户提供7*24小时精准的定位服务，且在一些地下管廊定位导航、地下车库判别方向等方面作用明显。结合图1、图2内容，下面通过具体实施例对本专利技术作详细说明。实施例1一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，具体包括以下步骤：步骤1：根据定位精度的要求，对需要定位的区域进行划分网格，一般按照1米的定位精度划分网格大小为边长2m的正方形网格，并将单元网格的地理位置存储至指纹数据库。步骤2：通过地磁传感器阵列进行指纹采集，4个传感器采集频率为5Hz，在每个采样点采集10组指纹，取各个传感器的地磁强度平均值保存在指纹数据库中，指纹数据库中保存的该位置的指纹形式为：F＝{(||m1||，||m2||，||m3||，||m4||，地理位置)，||mi||为地磁传感器采集的地磁场场强，最终完成一个采样点的指纹采集。步骤3：将采集到的数据传输到服务器中，服务器将10组数据取平均值存储到相应位置的指纹数据库中。步骤4：服务器中将移动众包用户上传的地磁数据进行K-Means聚类，完成地磁基准图的构建。步骤5：通过地磁传感器阵列获取待测点的地磁矢量信息，与上述地磁基准图进行匹配，得到待定位点的位置，具体包括：根据未知地点获取的地磁矢量信息与地磁基准图里聚类的簇保存的计算欧式距离，选择距离最小的簇；根据最小簇内的网格数量，计算待定位点的地磁矢量与簇内所有指纹向量进行计算，筛选出最小的K条指纹；根据这K条指纹数据，这K条指纹所代表的物理位置的几何平均值为最终定位结果。充分利用移动众包用户采集数据量大且能够进行数据处理的优点，同时兼顾众包用户设备差异性、数据不稳定性。所述步骤4中，服务器建立地磁基准图阶段，对指纹数据库中保存的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)对待定位区域进行网格初始化；2)利用众包方式对室内多个采样点进行数据采集，包括当前物理位置、地磁信息和位置方向，并对采集的数据进行预处理；3)将众包采集到的数据传输至服务器进行处理；4)服务器对处理后的数据按指定形式构建单条指纹；5)对待定位区域完成所有指纹的构建后保持至指纹数据库，获取地磁基准图，所述的地磁基准图接受来自众包的指纹更新；6)用户端利用地磁传感器阵列对待测点进行实时的地磁信息采集和位置方向采集，并向服务器发出定位请求；7)服务器接收用户端采集的地磁信息，并将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳匹配指纹信息，将最佳匹配指纹信息所对应的空间坐标信息发送至用户端；8)用户端根据接收的空间坐标信息更新待测点的实时位置，完成定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)对待定位区域进行网格初始化；2)利用众包方式对室内多个采样点进行数据采集，包括当前物理位置、地磁信息和位置方向，并对采集的数据进行预处理；3)将众包采集到的数据传输至服务器进行处理；4)服务器对处理后的数据按指定形式构建单条指纹；5)对待定位区域完成所有指纹的构建后保持至指纹数据库，获取地磁基准图，所述的地磁基准图接受来自众包的指纹更新；6)用户端利用地磁传感器阵列对待测点进行实时的地磁信息采集和位置方向采集，并向服务器发出定位请求；7)服务器接收用户端采集的地磁信息，并将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳匹配指纹信息，将最佳匹配指纹信息所对应的空间坐标信息发送至用户端；8)用户端根据接收的空间坐标信息更新待测点的实时位置，完成定位。2.根据权利要求1所述的一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于，步骤3)中，将众包采集到的数据传输至服务器依次进行聚类、筛选、均值化及限幅处理。3.根据权利要求1所述的一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于，步骤5)中，采用插值法获取地磁基准图。4.根据权利要求1所述的一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于，步骤7)中，将采样点采集的地磁数据作为输入，采用确定性分类器将接收的地磁信息与地磁基准图里保存的信息进行匹配，获取最佳指纹信息，进而获取最佳指纹信息对应的估计定位坐标。5.根据权利要求1所述的一种基于地磁传感器阵列的室内指纹定位方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：章裕润，吴飞，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31