一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法技术

一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，包括如下步骤：1)初始化：2)采集和存储姿态传感器和气压计数据；3)如果是平稳期，跳到步骤4)，否则跳到步骤2)：4)计算相对海拔高度值；5)如果平稳期，则采用箱型图方法对所选择的相对海拔高度数据进行异常点检测和修正，将这些相对海拔数据的平均值作为当前时刻的消防员的高度值，否则跳到步骤2)；6)判别消防员的行为，对行为判别结果进行修正；7)计算当前二维移动距离，计算自身的二维位置坐标；8)计算和输出消防员的室内三维坐标；9)如果消防员手动结束室内三维定位功能，则退出，否则跳到步骤2)。本发明专利技术能够实时判别消防员的移动行为情况和位置坐标，降低了位置误差。

A Three-Dimensional Positioning Method for Fireman Indoor Based on Multi-Sensor

A multi-sensor based three-dimensional positioning method for firefighters indoors includes the following steps: 1) initialization: 2) acquisition and storage of attitude sensor and barometer data; 3) if it is stationary, jump to step 4, or jump to step 2): 4) calculation of relative altitude value; 5) if stationary, then use box chart method to check the selected relative altitude data. Measure and revise the average value of these relative elevation data as the height value of firefighters at the current moment, otherwise jump to step 2); 6) discriminate the behavior of firefighters and revise the results of behavior discrimination; 7) calculate the current two-dimensional moving distance, calculate their two-dimensional position coordinates; 8) calculate and output the three-dimensional coordinates of firefighters; 9) if firefighters manually end the three-dimensional indoor coordinates. Location function, then exit, otherwise jump to step 2. The invention can real-time distinguish the movement behavior and position coordinates of firefighters, and reduce the position error.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法
本专利技术涉及室内三维定位领域，尤其涉及一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法。
技术介绍
火灾是各种灾害发生最为频繁且具有相当大破坏性的灾害之一，火灾所造成的直接经济损失仅次于干旱和洪涝所造成的损失。根据有关统计结果显示：全世界每天发生火灾1万多起，数百人由于火灾而导致直接死亡，在一些发达国家里，每年火灾所造成的直接经济损失占国民经济总值的2％。在中国，火灾已成为我国公民主要死亡原因之一。仅2016年，全国共接报火灾31.2万起，死亡1582人，受伤1065人，直接财产损失37.2亿元。火灾事故不仅造成人民群众的财产损失和生命伤亡，还严重威胁着消防员的生命安全。根据公安部相关统计数据，2010-2014年，全国在救火抢险一线牺牲的消防员达144人，每年有近30名消防员在灭火救援战斗中牺牲，300多名消防员受伤甚至致残。尤其在2015年8月12日，天津港事件中瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，造成95名消防员牺牲，大量消防员受伤。因此消防员已成为和平时期危险性最高的职业之一。同时，火灾发生后，现场出现大量的浓烟、毒气和烈火，浓烟、毒气和烈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)初始化：初始化各个参数，包括起始位置的海拔高度、横轴、纵轴和竖轴的方向，二维平面坐标和姿态角信息；2)采集当前时刻t的姿态传感器中的三轴加速度计数据并记为

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)初始化：初始化各个参数，包括起始位置的海拔高度、横轴、纵轴和竖轴的方向，二维平面坐标和姿态角信息；2)采集当前时刻t的姿态传感器中的三轴加速度计数据并记为其中表示t时刻的横轴加速度，表示t时刻的纵轴加速度，表示t时刻的竖轴加速度，采集当前时刻t的姿态传感器中的三轴陀螺仪数据并记为其中表示t时刻的横轴角速度，表示t时刻的纵轴角速度，表示t时刻的竖轴角速度；采集当前时刻t的姿态传感器中的三轴磁力计数据并记为其中表示t时刻的横轴地磁强度，表示t时刻的纵轴地磁强度，表示t时刻的竖轴地磁强度；采集当前时刻t的气压计的气压值并记为ρt，然后将所有采集的数据存储到存储器中；3)根据加速度计和陀螺仪输出的信息，采用过零检测方法判断当前时刻t是处于平稳期还是处于迈步期：4)获取当前时刻t的气压计数据，通过公式(9)计算消防员所在的海拔高度，通过公式(10)计算相对海拔高度值，采用卡尔曼滤波方法对相对海拔高度数据进行滤波；Δht＝Ht-h0(10)其中,ρt表示t时刻消防员所处位置的大气压力值，ρ0表示标准大气压力值1013.25mbar，Ht表示t时刻消防员所处的海拔高度，单位m；Δht表示t时刻消防员所处的相对海拔高度，h0表示起始位置的海拔高度；5)根据步骤3过零检测的结果，判断当前时刻是否处于平稳期，如果处于平稳期且该平稳期内卡尔曼滤波后输出的相对海拔高度数据个数大于或等于100个，则选择该100个相对海拔高度数据，否则如果处于平稳期且该平稳期内卡尔曼滤波后输出的相对海拔高度数据个数小于100个，则直接选择该平稳期内所有相对海拔高度数据，否则直接跳到步骤2)，采用箱型图方法对所选择的相对海拔高度数据进行异常点检测和修正，将这些相对海拔数据的平均值作为当前时刻的消防员的高度值，跳到步骤6)；6)根据前后时刻消防员高度，判别消防员的行为，对行为判别结果进行修正；7)根据加速度计和陀螺仪的值，计算当前二维移动距离，根据陀螺仪和磁力计的值，采用互补滤波修正航向角，并通过移动距离计算自身的二维位置坐标；8)采用Kalman融合方法对信息进行融合处理，计算和输出消防员的室内三维坐标；9)如果消防员手动结束室内三维定位功能，则退出，否则跳到步骤2)。2.如权利要求1所述的一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述步骤3)中，过零检测方法包含如下步骤：3.1)获取t时刻的三轴加速度计数据，通过公式(1)计算t时刻的合加速度，通过公式(2)计算合加速度幅值均方根；其中，at表示t时刻的三个方向的合加速度大小；其中，表示t时刻的合加速度幅值均方根，n表示窗口长度；3.2)判断合加速度的均方根是否满足公式(3)，如果满足，则判断指示符C1置1，否则判断指示符C1置0；其中，C1表示加速度幅值均方根的判断指示符，thmin和thmax表示根据实际情况设置的幅值均方根条件最小和最大阈值；3.3)通过公式(4)计算t时刻的加速度的平均加速度值，通过公式(5)计算加速度的幅值方差；其中，表示t时刻的平均加速度值，s表示平滑窗口长度；其中，表示t时刻的加速度的幅值方差；3.4)判断加速度的幅值方差是否满足公式(6)，如果满足，则判断指示符C2置1，否则判断指示符C2置0；其中，C2表示加速度幅值方差的判断指示符，thσ-min表示根据实际情况设置的幅值方差阈值；3.5)获取t时刻的角速度值，通过公式(7)计算t时刻的角速度幅值均方根；其中，表示t时刻的角速度幅值均方根；3.6)判断角速度幅值均方根是否满足公式(8)，如果满足，则判断指示符C3置1，否则判断指示符C3置0，其中，C3表示角速度幅值均方根的判断指示符，thw-max表示根据实际情况设置的角速度阈值；3.7)如果C1，C2和C3同时为1，则当前时刻t处于平稳期，否则当前时刻t处于迈步期。3.如权利要求2所述的一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述步骤4)中，所述卡尔曼滤波方法包含如下步骤：4.1)建立空间模型为其中，Bt表示t时刻状态向量的估计值，表示t时刻的相对海拔高度变化速率，wt-1表示t-1时刻的过程噪声，ΔT表示数据更新周期；4.2)建立观测方程为：其中，表示滤波方法的测量矩阵，qt表示t时刻的测量噪声，表示t时刻滤波方法的测量值，表示为：4.3)通过时间更新方程和测量更新方程迭代计算，获得滤波后的相对海拔高度值。4.如权利要求3所述的一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述箱型图方法包含如下步骤：5.1)令H表示所选择的相对海拔高度数据集合，对集合H内所有元素进行排序，选择排序第25％的相对海拔高度值作为上四分位值U，选择排序第75％的相对海拔高度值作为下四分位值L，即集合H内只有1/4个数大于U，只有1/4个数小于L，则定义上界高度和下界高度为hupper＝U+1.5(U-L)(14)hlower＝U-1.5(U-L)(15)其中，hupper表示上界高度数值，hlower表示下界高度数值；5.2)选择上下界高度以外的相对海拔高度值为异常相对海拔高度值，其他值为正常相对海拔高度值，对所有正常相对海拔高度值取平均，得到平均值将所有异常相对海拔高度值赋值为获得新的相对海波位置集合5.3)通过公式(16)计算新的相对海波位置集合的平均相对海拔高度值，并将该值作为当前时刻t的消防员所在的高度：其中，表示t时刻相对海拔位置集合的平均相对海拔高度值，表示t时刻相对海拔位置集合的第j个相对海拔高度值，Nh表示相对海拔位置集合内元素个数。5.如权利要求4所述的一种基于多传感器的消防员室内三维定位方法，其特征在于，所述步骤6)中，消防员行为判别包含如下步骤：6.1)令平面行为判断阈值为λh，楼梯行走判断阈值为μh，如果相邻时刻的消防员高度变化的绝对值不大于λh，即|hk-hk-1|≤λh，则认为消防员在平面上行动，否则如果相邻时刻中后一时刻的消防员高度减去前一个时刻的消防员高度大于或等于μh，则认为消防员在乘坐电梯且上行，否则如果相邻时刻中后一时刻的消防员高度减去前一个时刻的消防员高度小于或等于-μh，则认为消防员在乘坐电梯且下行，否...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈友荣，陈浩，刘半藤，王章权，苏子漪，
申请(专利权)人：浙江树人学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33