一种室内外连续定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种室内外连续定位方法，判断待监测载体处于室外位置时，利用惯性测量数据和卫星接收数据对待监测载体位置进行定位，判断待监测载体处于室内位置时，利用视觉图像和惯性测量数据对待监测载体位置进行定位。本发明专利技术还提供一种室内外连续定位装置。本发明专利技术还提供一种室内外连续定位装置。本发明专利技术实现了室内外环境下的连续定位，充分利用高精度的室外北斗定位数据，以及室内视觉场景的高特征性，结合惯性定位输出，比现有的室内视觉定位更具有使用灵活性，更精确的位置深度信息，更高的定位精度。本发明专利技术具有适用性强、通用性好的优点，可以为单兵提供长短时的高定位精度与可靠性。

A Continuous Location Method and Device for Indoor and Outdoor

The invention provides an indoor and outdoor continuous positioning method, which uses inertial measurement data and satellite receiving data to locate the position of the monitoring carrier when the monitoring carrier is in the outdoor position, and uses visual image and inertial measurement data to locate the position of the monitoring carrier when the monitoring carrier is in the indoor position. The invention also provides an indoor and outdoor continuous positioning device. The invention also provides an indoor and outdoor continuous positioning device. The invention realizes continuous positioning in indoor and outdoor environment, makes full use of high-precision outdoor Beidou positioning data and high characteristics of indoor visual scene, combines inertial positioning output, and has more flexibility in use, more accurate position depth information and higher positioning accuracy than existing indoor visual positioning. The invention has the advantages of strong applicability and good versatility, and can provide high positioning accuracy and reliability for a soldier for a long time and a short time.

【技术实现步骤摘要】
一种室内外连续定位方法及装置
本专利技术属于待监测载体融合定位领域，特别是以惯性导航为基础的室内外融合辅助定位方向。本专利技术涉及一种待监测载体定位方法，尤其涉及一种基于惯性导航与卫星，场景视觉技术相融合的室内外连续定位方法和装置。
技术介绍
为了顺应新世纪国防信息现代化的建设要求，提升部队综合作战能力，实现打赢未来现代化局部战争的要求，智能单兵战术定位系统成为了未来陆军作战的能力倍增器，可以满足单兵在户外以及城市多种环境下的普通作战和特种作战要求。近些年来，随着我国北斗卫星导航定位技术产业的高速发展，通过对GNSS高精度定位理论与方法的深入研究已经为智能化单兵定位提供了一种有效而可靠的实现途径。GNSS具有全球性、全天候导航能力，误差长期稳定，接收机成本较低等优势，但由于卫星信号易受到地理环境干扰、遮挡等因素的影响，从而导致无法捕获卫星信号而丧失定位功能，且无法实现室内环境下的定位需求。并且GNSS通常只能输出载体的位置坐标与速度信息，且输出带宽低。微惯性导航定位技术具有自主性强、短时精度高、输出带宽高、硬件成本低、导航信息全等优势，但其也面临着导航误差随时间积累、长时间精度低的劣势。考虑到在室内环境下GNSS无法有效提供可靠的定位信息这一问题，而如何解决室内定位问题也成为了当下十分热门的方向。目前室内定位技术普遍是基于人的手机终端，采用蓝牙、wifi指纹、Zigbee、超宽带UWB等单一定位方式。这些定位方法普遍存在定位精度不高或者单独定位时硬件布设量大等问题，不适合快速部署使用。场景视觉分析技术是基于摄影测量原理，利用拍摄到的场景照片进行定位。场景视觉分析技术定位精度高、稳定性好。但是，由于视觉场景分析技术需要场景中包含明显的易于配准的特征，但是在单独利用场景分析进行定位的过程中，若需要进行室内、室外环境切换，则可能遇到场景环境中不包含明显特征点的情况，会出现无法定位的盲区，无法实现室内连续定位及室内外连续定位，导致定位的失败。因此，现有的定位技术无法满足现有的室内连续定位及室内外连续定位的要求。
技术实现思路
本专利技术针对室内环境下GNSS无法有效提供可靠的定位信息及无法实现室内连续定位的问题，提供一种室内外连续定位方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种室内外连续定位方法，待监测载体上设置有用于采集惯性测量数据的惯性测量单元和用于采集场景的视觉图像的视觉图像采集单元；所述待监测载体位于Al点时，所述视觉图像采集单元采集第l幅视觉图像image(Al)，l的初始值为1；所述惯性测量数据用于解算Al点的位置坐标；待监测载体的位置坐标、惯性测量单元的位置坐标、视觉图像采集单元的位置坐标相同或具有固定的相互关系；所述室内外连续定位方法包括视觉图像与惯性导航融合定位方法；所述视觉图像与惯性导航融合定位方法包括如下步骤：(A-1)采集视觉图像image(Al)、视觉图像image(Al+1)，并确定视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集Sl,l+1；(A-2)利用同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al)中的像素坐标、同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl,l+1的位置坐标，优选Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标均由所述惯性测量数据解算得到；(A-3)采集视觉图像image(Al+2)，并确定视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)的同名像点集Sl+1,l+2；(A-4)利用下式确定Sl,l+1与Sl+1,l+2的共同同名像点集Sl,l+2Sl,l+2＝Sl,l+1∩Sl+1,l+2，其中Sl,l+1为视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集；(A-5)利用共同同名像点集Sl,l+2的位置坐标、共同同名像点集Sl,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标计算Al+2点的位置坐标；(A-7)利用同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标、Al+1点的位置坐标、Al+2点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl+1,l+2的位置坐标；(A-8)利用卡尔曼滤波法方法，根据第一坐标与第二坐标计算修正后待监测载体(10)在Al+2点的位置坐标，且令l＝l+1，跳转到步骤(A-3)，所述第一坐标是步骤(A-5)中计算得到的Al+2点的位置坐标，所述第二坐标是由惯性测量数据解算的Al+2点的位置坐标。本专利技术中，在刚刚进行视觉图像采集时，需要借助惯性测量数据解算的位置坐标给出前两个点的位置坐标，然后依次进行第一个点和第二个点的同名像点集的位置坐标的计算、第三个点的位置坐标的计算、第二个点和第三个点的同名像点集的位置坐标的计算，然后根据卡尔曼滤波方法，利用惯性测量数据解算的第三个点的位置坐标和视觉图像解算得到的第三个点的位置坐标计算修正后第三个点的位置坐标，然后依次进行迭代运算。本专利技术实现了惯性测量数据与视觉图像测量的融合定位，通过视觉图像解算得到的定位结果对惯性测量数据进行修正，得到更为准确的修正后的定位结果，大大降低了单纯惯导测量中的累积误差。步骤(A-5)中计算得到的Al+2点的位置坐标即为视觉图像解算的位置坐标。在步骤(A-5)中，由于且在步骤(A-2)中已经计算得到同名像点集Sl,l+1的位置坐标，因此共同同名像点集Sl,l+2的位置坐标在步骤(A-5)中为已知。上述技术方案中，还包括将采集的视觉图像保存到场景特征库中；所述步骤(A-3)中，还包括执行第一判断，若第一判断的结果为否，则跳转到步骤(A-4)，若第一判断的结果为是，则执行如下步骤(A-6)以代替步骤(A-4)-(A-5)；所述第一判断为：判断在场景特征库中是否存在一幅视觉图像，使得该视觉图像与视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)有共同同名像点集B且该共同同名像点集B由至少m对所保存的同名像点构成，优选m≥3，更优选m≥5；(A-6)利用共同同名像点集B的位置坐标、共同同名像点集B在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标计算Al+2点的位置坐标，且跳转到步骤(A-7)。本专利技术中，利用卡尔曼滤波方法，结合惯性测量数据解算的位置坐标和视觉图像解算的位置坐标计算修正后待监测载体在Al+2点的位置坐标。由于惯性测量数据解算的位置坐标也会受到累积误差的影响，因此，随着时间的增加，惯性测量数据解算的位置坐标的误差也会逐渐变大，也会影响修正后待监测载体的位置坐标的计算。因此，时间较早时计算的数据的误差要小于时间较晚时计算的数据。因此，可以将将采集的视觉图像保存到场景特征库中，通过判断所保存的视觉图像与视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)是否有共同同名像点集，且该共同同名像点集是否包含至少3对所保存的同名像点，来确定是否再次进入之前曾经进入过的场景，若判断为是，则可利用所保存的同名像点集的位置坐标进行后续计算。这样，在判断再次进入之前曾经进入过的场景时，可以利用保存的时间较早的数据来计算，由此可以减少惯性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内外连续定位方法，其特征在于：待监测载体(10)上设置有用于采集惯性测量数据的惯性测量单元(1)和用于采集场景的视觉图像的视觉图像采集单元(3)；所述待监测载体(10)位于Al点时，所述视觉图像采集单元(3)采集第l幅视觉图像image(Al)，l的初始值为1；所述惯性测量数据用于解算Al点的位置坐标；待监测载体(10)的位置坐标、惯性测量单元(1)的位置坐标、视觉图像采集单元(3)的位置坐标相同或具有固定的相互关系；所述室内外连续定位方法包括视觉图像与惯性导航融合定位方法；所述视觉图像与惯性导航融合定位方法包括如下步骤：(A‑1)采集视觉图像image(Al)、视觉图像image(Al+1)，并确定视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集Sl,l+1；(A‑2)利用同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al)中的像素坐标、同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl,l+1的位置坐标，优选Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标均由所述惯性测量数据解算得到；(A‑3)采集视觉图像image(Al+2)，并确定视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)的同名像点集Sl+1,l+2；(A‑4)利用下式确定Sl,l+1与Sl+1,l+2的共同同名像点集Sl,l+2Sl,l+2＝Sl,l+1∩Sl+1,l+2，其中Sl,l+1为视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集；(A‑5)利用共同同名像点集Sl,l+2的位置坐标、共同同名像点集Sl,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标计算Al+2点的位置坐标；(A‑7)利用同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标、Al+1点的位置坐标、Al+2点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl+1,l+2的位置坐标；(A‑8)利用卡尔曼滤波法方法，根据第一坐标与第二坐标计算修正后待监测载体(10)在Al+2点的位置坐标，且令l＝l+1，跳转到步骤(A‑3)，所述第一坐标是步骤(A‑5)中计算得到的Al+2点的位置坐标，所述第二坐标是由惯性测量数据解算的Al+2点的位置坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种室内外连续定位方法，其特征在于：待监测载体(10)上设置有用于采集惯性测量数据的惯性测量单元(1)和用于采集场景的视觉图像的视觉图像采集单元(3)；所述待监测载体(10)位于Al点时，所述视觉图像采集单元(3)采集第l幅视觉图像image(Al)，l的初始值为1；所述惯性测量数据用于解算Al点的位置坐标；待监测载体(10)的位置坐标、惯性测量单元(1)的位置坐标、视觉图像采集单元(3)的位置坐标相同或具有固定的相互关系；所述室内外连续定位方法包括视觉图像与惯性导航融合定位方法；所述视觉图像与惯性导航融合定位方法包括如下步骤：(A-1)采集视觉图像image(Al)、视觉图像image(Al+1)，并确定视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集Sl,l+1；(A-2)利用同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al)中的像素坐标、同名像点集Sl,l+1在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl,l+1的位置坐标，优选Al点的位置坐标、Al+1点的位置坐标均由所述惯性测量数据解算得到；(A-3)采集视觉图像image(Al+2)，并确定视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)的同名像点集Sl+1,l+2；(A-4)利用下式确定Sl,l+1与Sl+1,l+2的共同同名像点集Sl,l+2Sl,l+2＝Sl,l+1∩Sl+1,l+2，其中Sl,l+1为视觉图像image(Al)和视觉图像image(Al+1)的同名像点集；(A-5)利用共同同名像点集Sl,l+2的位置坐标、共同同名像点集Sl,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标计算Al+2点的位置坐标；(A-7)利用同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+1)中的像素坐标、同名像点集Sl+1,l+2在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标、Al+1点的位置坐标、Al+2点的位置坐标计算并保存同名像点集Sl+1,l+2的位置坐标；(A-8)利用卡尔曼滤波法方法，根据第一坐标与第二坐标计算修正后待监测载体(10)在Al+2点的位置坐标，且令l＝l+1，跳转到步骤(A-3)，所述第一坐标是步骤(A-5)中计算得到的Al+2点的位置坐标，所述第二坐标是由惯性测量数据解算的Al+2点的位置坐标。2.根据权利要求1所述的室内外连续定位方法，其特征在于：还包括将采集的视觉图像保存到场景特征库中；所述步骤(A-3)中，还包括执行第一判断，若第一判断的结果为否，则跳转到步骤(A-4)，若第一判断的结果为是，则执行如下步骤(A-6)以代替步骤(A-4)-(A-5)；所述第一判断为：判断在场景特征库中是否存在一幅视觉图像，使得该视觉图像与视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)有共同同名像点集B且该共同同名像点集B由至少m对所保存的同名像点构成，优选m≥3，更优选m≥5；(A-6)利用共同同名像点集B的位置坐标、共同同名像点集B在视觉图像image(Al+2)中的像素坐标计算Al+2点的位置坐标，且跳转到步骤(A-7)。3.根据权利要求2所述的室内外连续定位方法，其特征在于：所述步骤(A-3)中，若第一判断的结果为是，则执行步骤(A-6)以代替步骤(A-4)-(A-5)，且不执行第二判断，若第一判断的结果为否，则执行第二判断；所述第二判断为：判断视觉图像image(Al+1)和视觉图像image(Al+2)的同名像点集是否由不少于h对同名像点构成，优选h＝3，更优选h＝5；若第一判断的结果为否且第二判断的结果为是，则跳转到步骤(A-4)；若第一判断的结果为否且第二判断的结果为否，则利用惯性测量数据计算Al+2点的位置坐标，且令l＝l+1，跳转到步骤(A-1)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的室内外连续定位方法，其特征在于：所述场景特征库中，任意相邻两幅视觉图像重合的面积不大于一幅图像面积的p％，优选p≤20。5.根据权利要求1-3中任一项所述的室内外连续定位方法，其特征在于：所述步骤(A-1)包括如下子步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丛昊，方楚雄，罗小勇，
申请(专利权)人：湖南格纳微信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43