一种室内导航系统及方法技术方案

本发明专利技术属于定位导航技术领域，公开了一种室内导航系统及方法，所述室内导航方法包括：利用地磁信号的强度进行室内导航；对传统的地磁信号进行了三轴分离，从而更好的用来进行信号分析；利用增强型卡尔曼滤波进行路径规划；利用气压计进行楼层判别；通过学习模式来构建地图，具有不同建筑导航的自适应性。本发明专利技术对传统的地磁信号进行了三轴分离，从而更好的用来进行信号分析；通过学习模式来构建地图，可以不需要事先设置好地图，具有不同建筑导航的自适应性。

An Indoor Navigation System and Method

The invention belongs to the field of positioning and navigation technology, and discloses an indoor navigation system and method. The indoor navigation method includes: indoor navigation by using the intensity of geomagnetic signals; three-axis separation of traditional geomagnetic signals to better use for signal analysis; path planning by using enhanced Kalman filter; floor discrimination by using barometer; Over-learning model to build maps has different adaptability of building navigation. The invention separates the traditional geomagnetic signals in three axes so as to be better used for signal analysis, and builds a map by learning mode, which has different adaptability of building navigation without having to set up a map in advance.

【技术实现步骤摘要】
一种室内导航系统及方法
本专利技术属于定位导航
，尤其涉及一种室内导航系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着社会的发展，在城市的现代化建设进程中，机场、办公楼、购物中心和停车场等规模巨大、内部构造复杂的室内环境已经逐渐成为人们日常生活和工作的重要场所，人们对室内定位以及导航服务的需求也越来越迫切。室外的全球定位系统(GlobalPositionSystem,GPS)导航已趋于成熟，但是由于建筑物墙壁材料、建筑结构等因素的影响，GPS信号无法穿透太厚的墙壁，所以现有的导航系统在大型建筑、地下建筑、高层楼宇这些复杂的室内环境中因接收不到卫星信号而无法实现精准定位和导航。由于室内定位技术的瓶颈，目前还没有比较成熟的室内导航产品出现。采用合适的定位和导航技术实现室内导航，使之能够用于日常生活中，是非常有研究价值的。室内环境中用户的需求与其在室外环境中是有所不同的，他们在能快速到达目的地的同时，也希望能在室内环境中发现自己感兴趣的位置，这就需要个性化服务的支持。因此，将个性化技术运用到室内导航之中是非常有意义的。然而在很长一段时间内，室内定位在商业场馆中的认可度不高，原因主要包括：1)缺乏合理的商业变现渠道，无法为场馆带来与付出成本相匹配的收益；2)室内定位精度一度与部署成本不成正比，无法满足消费者的刚性需求。两个原因互为因果，导致场馆内的室内定位一直未能形成气候。综上所述，现有技术存在的问题是：缺少比较成熟的室内导航系统。解决上述技术问题的难度和意义：室内定位技术一直是今年来人们探讨的热点，出现了很多室内定位技术，但这些技术仅限于理论和仿真以及实验的初步阶段，并未能在实践中有所突破。有利用地磁信号进行定位的文献，但是用于室内导航则需要考虑获取数据的鲁棒性以及移动定位的准确性，这些是上述文献不能在实践中应用的一个重要原因。如果能够解决上述问题，在室内导航行上将会产生不可估量的社会效益和经济效益。由于建筑物墙壁材料、建筑结构等因素的影响，GPS信号无法穿透太厚的墙壁，所以现有的导航系统在大型建筑、地下建筑、高层楼宇这些复杂的室内环境中因接收不到卫星信号而无法实现精准定位和导航。室内环境中用户的需求与其在室外环境中是有所不同的，他们在能快速到达目的地的同时，也希望能在室内环境中发现自己感兴趣的位置，这就需要个性化服务的支持。因此，将个性化技术运用到室内导航之中是非常有意义的。在商场、机场、车站等人流密集场所，需要高效的人流监控和动线分析手段，以提高运营效率、挖掘商业潜力：工厂：需要实现智能仓储管理、生产过程追踪、自动货物搬运、自动对象加工，达到降本增效目的；矿井和高层建筑：需要在紧急状态下实时定位内部人员；医疗护理机构：需要实时定位护理对象，以提供最及时的医护服务；室内服务机器人、现场工业机器人、无人驾驶车辆：室内定位还是室内服务机器人、现场工业机器人和无人驾驶的必备技术，在一般服务业、军用无人侦查、电力及油气巡线、交通运输领域前景广阔。与此同时，在这个网络化、数字化、信息化的时代，移动计算技术的发展也日益迅速，各类移动计算平台应势而出。作为移动计算平台的一个典型例子，智能移动终端已经成为人们工作、生活、学习中传递信息交流感情的必备工具。在已经普及智能移动终端上实现一个室内导航系统，将为人们的生活、商家的服务、企业的发展起到不可估量的作用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种室内导航系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种室内导航方法包括：1)利用地磁信号的强度进行室内导航；2)对传统的地磁信号进行了三轴分离，从而更好的用来进行信号分析；3)利用增强型卡尔曼滤波进行路径规划；4)利用地磁信号的特性和加速传感器进行楼层判别，而非传统的利用气压计进行楼层判别；5)通过学习模式来构建地图，具有不同建筑导航的自适应性。进一步，利用地磁空间分布实现地图的构建，为了能增加定位精度和减少计算量，依据地磁场传感器能够测量地磁3个正交方向上的分量和地磁的波动曲线来实现地磁信号的采集，通过陀螺仪和加速度传感器分别测量旋转量和加速度，通过气压传感器采集相应楼层的气压值，从而准确判断出对应的楼层。进一步，为传感器构建出一个三维坐标，当传感器运动时，对应的坐标权重会发生相应的变化，通过三维坐标的变化，当传感器旋转90°时，对应的陀螺仪发生相应的变化，通过加速度曲线以及地磁的变化，得出传感器上行还是下行，并且判断出具体行动。进一步，通过学习模式来构建地图，采用数据集的方法，整合多条路径，通过对地磁波动，加速度，转角的变化去分析路径的变化，再优化成具体的室内结构；通过单方向地磁的变化，可以判断出用户行走方向，再结合陀螺仪和加速度传感器，从而实现定位和导航。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术对传统的地磁信号进行了三轴分离，从而更好的用来进行信号分析；通过学习模式来构建地图，可以不需要事先设置好地图，具有不同建筑导航的自适应性。本专利技术需要解决两个个技术难点，转弯、楼层变化和导航精度，本专利技术中进行了很好的解决，主要如下：(1)转弯：如图1所示，当右转时用传感器采样得到曲线会有接近90度的变化，右转的时候则曲线向相反方向发生90度的变化。从而判定需要转弯的点。(2)楼层变化，如图2所示，当乘电梯时，在需要的楼层测得加速度不难看出，三个方向的加速度都有明显变化，但是X轴和Y轴方向发生正向变化，而Z轴方向发生负向变化，从而确定需要到达的楼层。(3)导航精度达到5厘米。附图说明图1是本专利技术实施例提供的右转时用传感器采样得到曲线会有接近90度的变化，右转的时候则曲线向相反方向发生90度的变化图。图2是本专利技术实施例提供的当乘电梯时，在需要的楼层测得加速度不难看出，三个方向的加速度都有明显变化图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供的室内导航方法包括：1)利用地磁信号的强度进行室内导航；2)对传统的地磁信号进行了三轴分离，从而更好的用来进行信号分析；3)利用增强型卡尔曼滤波进行路径规划；4)利用气压计进行楼层判别；5)通过学习模式来构建地图，具有不同建筑导航的自适应性。利用地磁空间分布实现地图的构建，为了能增加定位精度和减少计算量，依据地磁场传感器能够测量地磁3个正交方向上的分量和地磁的波动曲线来实现地磁信号的采集，通过陀螺仪和加速度传感器分别测量旋转量和加速度，通过气压传感器采集相应楼层的气压值，从而准确判断出对应的楼层。为传感器构建出一个三维坐标，当传感器运动时，对应的坐标权重会发生相应的变化，通过三维坐标的变化，当传感器旋转90°时，对应的陀螺仪发生相应的变化，通过加速度曲线以及地磁的变化，得出传感器上行还是下行，并且判断出具体行动。通过学习模式来构建地图，采用数据集的方法，整合多条路径，通过对地磁波动，加速度，转角的变化去分析路径的变化，再优化成具体的室内结构；通过单方向地磁的变化，可以判断出用户行走方向，再结合陀螺仪和加速度传感器，从而实现定位和导航。本专利技术需要解决两个个技术难点，转弯、楼层变化和导航精度，本专利技术中进行了很好的解决；(1)转弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内导航方法，其特征在于，所述室内导航方法包括：1)利用地磁信号的强度进行室内导航；2)对传统的地磁信号进行了三轴分离，更好的用于进行信号分析；3)利用增强型卡尔曼滤波进行路径规划；4)利用地磁信号的特性和加速传感器进行楼层判别；5)通过学习模式来构建地图，具有不同建筑导航的自适应性。

【技术特征摘要】
1.一种室内导航方法，其特征在于，所述室内导航方法包括：1)利用地磁信号的强度进行室内导航；2)对传统的地磁信号进行了三轴分离，更好的用于进行信号分析；3)利用增强型卡尔曼滤波进行路径规划；4)利用地磁信号的特性和加速传感器进行楼层判别；5)通过学习模式来构建地图，具有不同建筑导航的自适应性。2.如权利要求1所述的室内导航方法，其特征在于，利用地磁空间分布实现地图的构建，为了能增加定位精度和减少计算量，依据地磁场传感器能够测量地磁3个正交方向上的分量和地磁的波动曲线来实现地磁信号的采集，通过陀螺仪和加速度传感器分别测量旋转量和加速度，通过气压传感器采集相应楼层的气压值，判断出对应的楼层。3.如权利要求1所述的室内导航方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东卓，郭松涛，陈孟钢，石亚伟，杨元元，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50