一种人员室内定位以及室内外一体化定位方法技术

本发明专利技术涉及一种人员室内定位以及室内外一体化定位方法，属于定位技术领域，为人员提供室内以及全空域覆盖的位置信息服务。方法通过获取人员在室内行走过程中采集的无线信号数据、气压高度数据、磁场采集数据以及行人加速度和角速率数据，结合数据库中存储的定位区域布设无线基站数据和地磁图数据，基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算。本发明专利技术可为人员提供室内以及全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。

A Personnel Indoor Location and Integrated Indoor and Outdoor Location Method

【技术实现步骤摘要】
一种人员室内定位以及室内外一体化定位方法
本专利技术涉及定位
，尤其是一种人员室内定位以及室内外一体化定位方法。
技术介绍
定位技术是指通过无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套位置定位体系，从而为军事指挥、航空航天、交通运输、气象、出行、应急救援、安全监控等行业的应用提供位置服务。随着移动通信、无线传感网络的发展，定位技术已逐渐步入了全新的阶段。以GPS、北斗为主的卫星定位导航技术已经在室外得到了广泛和成熟的应用，但在室内、地下、洞穴、城市街巷、山地丛林等卫星信号无法覆盖或者遮挡严重的应用场合，应用受限。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种人员室内定位以及室内外一体化定位方法，以实现为人员提供室内以及全空域覆盖的位置信息服务。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术公开了一种人员室内定位方法，通过获取人员在室内行走过程中采集的无线信号数据、气压高度数据、磁场采集数据以及行人加速度和角速率数据，结合数据库中存储的定位区域布设无线基站数据和地磁图数据，基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算。进一步地，所述基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算包括：首次匹配定位步骤：生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；跟踪定位步骤，依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。进一步地，所述首次匹配定位步骤包括：1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；2)进行地磁匹配得到每个粒子的相关值；依据行人航位推算结果，提取设定长度的磁场采集数据作为第一磁场数据，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取磁场采集数据对应的地磁图中的磁场数据作为第二磁场数据，通过地磁匹配算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值；3)粒子权重更新；将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；4)粒子收敛性判别；根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁场采集数据，计算粒子相关值。4、根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述粒子位置聚集程度式中：N为粒子集中的粒子数目；Pxi，Pyi，Pzi为第i个粒子对应的三维位置；wi为第i个粒子对应的权重；当粒子收敛时，首匹配的定位结果为(Cx，Cy，Cz)。进一步地，所述定位跟踪初始粒子集为以首匹配定位结果为中心，覆盖第二设定范围的粒子集；进一步地，跟踪定位步骤中粒子权重的更新，首先采用与首匹配相同的更新方法得到相应的权重，再乘以每个粒子距离当前无线基站距离的倒数，获得当前粒子的最新权重；如果根据地磁图数据判断当前粒子位置为行人无法到达位置，则将该粒子的权重设为0。进一步地，所述行人航位推算数据计算过程中，根据公式判断行人是否前进一步；式中，Var为方差；Acc为合加速度，throld1_acc为合加速度阈值；Acc_max为设定周期内合加速度的最大值；Acc_min为设定周期内合加速度的最小值；throld2_acc：为设定周期内合加速度峰峰值阈值。根据计算行人步长Len_step；式中fs为惯性传感器采集频率；fs_step为当前一步持续的时长。进一步地，所述磁场采集数据为经过校正和磁干扰数据识别分离后的磁场采集数据；所述行人航位推算的输入数据为经过陀螺仪和加速度计数据校正后的惯导数据。本专利技术还公开了一种人员室内外一体化定位方法，包括以下步骤：判断当前定位条件是否处于室内；是，则采用如上述的任一种人员室内定位方法进行定位；否，则采用包括卫星定位在内的组合定位方法进行定位。进一步地，根据采集的导航卫星信号强度或者通过采集的无线信号的发射基站为室内基站，判断当前的定位条件为室内。本专利技术有益效果如下：本专利技术可为人员提供室内以及全空域覆盖的位置信息服务，用于紧急救援、安全管理、定位导航等场景。该方法最大优点是硬件部署少、维护简单、可以分辨楼层、不易受遮挡和干扰；同时通过对整体定位架构的改进，提高了磁场定位的稳定性，从而确保了该室内定位系统的鲁棒性和对绝大多数应用场景的适应性。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中的人员室内定位方法流程图；图2为本专利技术实施例中的首次匹配定位方法流程图；图3为本专利技术实施例中的跟踪定位方法流程图；图4为本专利技术实施例中的人员室内外一体化定位方法流程图；图5为本专利技术实施例中的室外组合定位方法流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本实施例公开了本专利技术公开了一种人员室内定位方法，通过获取人员在室内行走过程中采集的无线信号数据、气压高度数据、磁场采集数据以及行人航位推算数据，结合数据库中存储的定位区域布设无线基站数据和地磁图数据，基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算。如图1所示，所述基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算，具体包括以下步骤：步骤S1、首次匹配定位步骤：生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；步骤S2、跟踪定位步骤，依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。如图2所示，首次匹配定位步骤包括以下子步骤：1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；在首次匹配定位时，行人携带的无线信号接收装置接收到无线信号，识别无线信号发射基站的mac地址，从数据库中存储的定位区域布设无线基站数据中查找与mac地址对应的无线基站的平面位置信息；通过行人携带的气压传感器测量所处位置的大气压强，输出气压高度数据；该高度数据可以确定人员在建筑物内的具体楼层。所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；所述粒子集中各粒子的三维位置以定位关键点的三维位置为中心，以设定的距离为间隔进行设置，覆盖于第一设定范围内；所述间隔可根据定位精度调整；所述第一设定范围可根据首匹配的匹配数据量要求和匹配距离要求按照经验进行设定，例如在以基站平面位置为圆心，半径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人员室内定位方法，其特征在于，通过获取人员在室内行走过程中采集的无线信号数据、气压高度数据、磁场采集数据以及行人加速度和角速率数据，结合数据库中存储的定位区域布设无线基站数据和地磁图数据，基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算。

【技术特征摘要】
1.一种人员室内定位方法，其特征在于，通过获取人员在室内行走过程中采集的无线信号数据、气压高度数据、磁场采集数据以及行人加速度和角速率数据，结合数据库中存储的定位区域布设无线基站数据和地磁图数据，基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述基于粒子滤波的融合定位方法，进行人员的定位解算包括：首次匹配定位步骤：生成以定位关键点位置为中心的首匹配粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，更新粒子权重，直至得到符合收敛性条件的粒子，则判断首匹配成功，输出首匹配定位结果；跟踪定位步骤，依据首匹配定位结果，生成第一次定位跟踪粒子集；通过行人航位推算与地磁匹配的定位融合方法，进行粒子权重更新，输出跟踪定位结果，当判断粒子符合收敛性条件，更新上一次的定位跟踪粒子集，重复上述定位跟踪过程，持续输出跟踪定位结果。3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述首次匹配定位步骤包括：1)生成以定位关键点位置为中心、覆盖第一设定范围的首匹配粒子集；所述定位关键点的平面位置数据为首匹配时接收无线信号数据的发射基站的平面位置数据；所述定位关键点的高度数据为测量的气压高度数据；所述首匹配粒子集中每个粒子的信息包括三维位置、航向和权重；2)进行地磁匹配得到每个粒子的相关值；依据行人航位推算结果，提取设定长度的磁场采集数据作为第一磁场数据，结合首匹配粒子集中的粒子信息，获取磁场采集数据对应的地磁图中的磁场数据作为第二磁场数据，通过地磁匹配算法计算第一、第二磁场数据的匹配相关值，作为每个粒子的相关值；3)粒子权重更新；将所述粒子的相关值与当前粒子的权重相乘，获得粒子的最新权重信息；4)粒子收敛性判别根据每个粒子的三维位置以及最新权重信息，计算当前粒子位置的聚集程度，若粒子聚集程度超过设定阈值，则判定收敛，输出首匹配定位结果；否则，返回2)重新提取磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素敏，王刚刚，申志飞，
申请(专利权)人：李素敏，王刚刚，申志飞，
类型：发明
国别省市：北京,11