室内定位系统技术方案

本发明专利技术公开了室内定位系统，包括传感器、行人航位推算模块、角速度模块、磁场匹配模块、楼层定位模块、数据传输模块、后台终端，传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁场传感器、压力传感器，陀螺仪为角速度传感器，用于精确角度的测量，加速度传感器用于加速度的测量，磁场传感器用于将磁场信息转为电讯号进行测量，压力传感器用于辅助测量行人位置的海拔高度，行人航位推算模块用于计算行人当前位置信息；本发明专利技术的有益效果是：可获取室内的三维定位信息，实现对同一楼层的用户的数量统计，以及同一栋楼的用户的数量统计，实现用户之间的位置共享。

Indoor positioning system

【技术实现步骤摘要】
室内定位系统
本专利技术涉及定位系统，具体为室内定位系统，属于定位

技术介绍
GPS是全球卫星导航系统的一种，由三个部分组成，即空间部分、控制台和用户设备，用户设备指的是信号接收机，主要包括导航系统的用户终端或者其他与卫星导航系统兼容的智能终端，智能手机等手持设备也可以作为终端来接收卫星发射的信号，GPS定位在室内环境中进行会遇到一系列的问题，首先，基于卫星和基于蜂窝网络等技术的定位系统的误差虽然较低，但是对于较小室内环境来说则偏大，其次信号穿透建筑物能力不强，在室内环境中会严重衰减，并且GPS的无线信号在室内场景中容易产生多径效应，GPS可利用基站信息进行辅助定位，当用户处于无法正常工作的室内环境下，蜂窝基站能够用于协助接收方，具备功能的智能终端将获取到最近的基站信息，并发送给网络服务器，网络服务器分析得到与该位置信息相关的辅助信息，最后通过无线网络将辅助定位信息发送到用户端，技术虽然经过了技术融合与改进，但是其目前的室内定位精度仍然不尽人意，尤其是在博物馆、大型超市等较为复杂的室内环境中，为了在这样信息量较高的室内环境中获得精度较高的行人导航定位结果，定位系统必须借助于其他的定位技术。现有的定位系统，多为基于卫星和蜂窝网络技术的定位，误差虽然较低，但是对于较小室内环境来说偏大，信号穿透建筑物能力不强，在室内环境中会严重衰减，并且GPS的无线信号在室内场景中容易产生多径效应，因为建筑房间的墙壁、家具和随机走动的人员都会使无线信号通过多条路径到达接收端，这些环境因素都会对的定位精度和效果造成一定影响，不具有室内三维定位的功能，不能对各个楼层中的用户进行数量统计，用户之间无法进行位置共享，需要进一步的完善与加强功能。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决现有的定位系统，多为基于卫星和蜂窝网络技术的定位，误差虽然较低，但是对于较小室内环境来说偏大，信号穿透建筑物能力不强，在室内环境中会严重衰减，并且GPS的无线信号在室内场景中容易产生多径效应，因为建筑房间的墙壁、家具和随机走动的人员都会使无线信号通过多条路径到达接收端，这些环境因素都会对的定位精度和效果造成一定影响，不具有室内三维定位的功能，不能对各个楼层中的用户进行数量统计，用户之间无法进行位置共享的问题，而提出室内定位系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：室内定位系统，包括传感器、行人航位推算模块、角速度模块、磁场匹配模块、楼层定位模块、数据传输模块、后台终端；所述传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁场传感器、压力传感器，所述陀螺仪为角速度传感器，用于精确角度的测量，所述加速度传感器用于加速度的测量，所述磁场传感器用于将磁场信息转为电讯号进行测量，所述压力传感器用于辅助测量行人位置的海拔高度，所述行人航位推算模块用于计算行人当前位置信息，具体的处理步骤包括：步骤一：获取在第一个行进过程中，行人在T0时刻的初始位置，初始位置坐标标记为(X(T0),Y(T0))；步骤二：当行人沿着方向角α行进，位移为D0时，获取行人在第二个行进过程中，行人在T1时刻的位置坐标，T1时刻的位置坐标标记为(X(T1),Y(T1))；步骤三：当行人沿着方向角β行进，位移为D1时，获取行人在第三个行进过程中，行人在T2时刻的位置坐标，T2时刻的位置坐标标记为(X(T2),Y(T2))；步骤四：当行人沿着方向角γ行进，位移为D2时，获取行人在第四个行进过程中，行人在T3时刻的位置坐标，T2时刻的位置坐标标记为(X(T3),Y(T3))；步骤五：T2时刻的位置坐标可根据T1时刻的位置坐标得出；X(T2)＝X(T1)+D1·sinβ；Y(T2)＝Y(T1)+D1·cosβ；以此类推，各个时刻的位置坐标信息；步骤六：行人当前位置信息的计算受行人的初始坐标信息、每次行进的位移的影响，通过公式D(Tk)＝n(Tk)·P(Tk)计算时间段内的总位移，其中，参数n(Tk)表示行人在Tk+1到Tk的时间区间行进的步伐数目，参数P(Tk)表示行人在该时间区间内的平均步伐长度，D(Tk)表示行人在该时间段内的总位移，通过计算获得行人的总位移距离信息；所述角速度模块用于行人角位移的计算处理，具体处理步骤包括：S01：对陀螺仪x、y、z三轴读数进行积分，计算出三个轴的角位移θx、θy、θz，积分公式为S02：分别对三轴的角位移进行实时检测，对行人状态进行判定；当x、y、z三轴的角位移都没有超过预设的阈值15°时，则判定行人运动状态为直线行进；当x、y、z三轴的角位移有一项超过预设的阈值15°时，则判定行人运动状态为非直线行进；S03：在行人直线行走的过程中，实时收集x、y、z三轴的加速度传感器数据，并计算器对应的平均值其中，行人在直线行走过程中，x、y、z三轴的平均加速度的矢量和接近于地球的重力加速度g，即在行人坐标系中z轴方向上的加速度分量，z轴方向上的加速度向量分为三个组成部分，即对应x轴的对应y轴的以及对应z轴的S04：通过公式式中θz为行人z轴的角位移，即行人改变方向的角度；所述磁场匹配模块用于磁场地图匹配处理，具体的匹配处理步骤如下：H01：将室内采样点标记为多维向量，其中(x，y)代表室内采样点的坐标，与室内地理位置信息相对应，L代表采样点与初始点的距离，将采样点位置坐标与地磁特征关联；H02：当行人停止在采样点附近停止脚部时，获取用户停止位置的地磁强度|Mk|，通过粒子滤波匹配算法根据实测数据与环境磁场地图P中存储数据‖M‖比较分析，得出一个同地磁特征最为匹配的近似点作为校正点；H03：通过粒子滤波匹配算法进行磁场匹配，消除行人在航位推算算法中不相同的信息，获得校正后的信息反馈给行人航位推算模块；所述楼层定位模块用于根据气压信息判断楼层位置，具体的判断步骤表现为：K01：通过公式进行线性拟合，其中，P0代表标准大气压，H代表海拔高度，Pr代表特定海拔气压值，将相邻楼层的变量Pr值相减，计算平均气压值，平均气压值标记为Pk；K02：将Pk值与预设标准值进行比对判断处理，预设标准值包括0、0.37、0.41、0.44...；当Pk值等于0时，判断楼层为1楼；当Pk值高于0不大于0.37时，判断楼层为2楼；当Pk值高于0.37不大于0.41时，判断楼层为3楼；当Pk值高于0.41不大于0.44时，判断楼层为4楼，以此类推。进一步在于：所述数据传输模块用于获取行人航位推算模块、角速度模块、磁场匹配模块、楼层定位模块计算生成后的数据，并将数据无线传输至后台终端，所述后台终端用于向数据传输模块下传数据。进一步在于：所述后台终端用于行人位置信息的大数据处理，具体处理步骤包括：E01：每个系统均包含有一个数据模块，一个数据模块记做一个用户；E02；实时获取所有的数据模块所上传的楼层信息；E03：相同楼层的用户进行叠加计数，每个楼层的用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.室内定位系统，其特征在于，包括传感器、行人航位推算模块、角速度模块、磁场匹配模块、楼层定位模块、数据传输模块、后台终端；/n所述传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁场传感器、压力传感器，所述陀螺仪为角速度传感器，用于精确角度的测量，所述加速度传感器用于加速度的测量，所述磁场传感器用于将磁场信息转为电讯号进行测量，所述压力传感器用于辅助测量行人位置的海拔高度，所述行人航位推算模块用于计算行人当前位置信息，具体的处理步骤包括：/n步骤一：获取在第一个行进过程中，行人在T

【技术特征摘要】
1.室内定位系统，其特征在于，包括传感器、行人航位推算模块、角速度模块、磁场匹配模块、楼层定位模块、数据传输模块、后台终端；
所述传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁场传感器、压力传感器，所述陀螺仪为角速度传感器，用于精确角度的测量，所述加速度传感器用于加速度的测量，所述磁场传感器用于将磁场信息转为电讯号进行测量，所述压力传感器用于辅助测量行人位置的海拔高度，所述行人航位推算模块用于计算行人当前位置信息，具体的处理步骤包括：
步骤一：获取在第一个行进过程中，行人在T0时刻的初始位置，初始位置坐标标记为(X(T0),Y(T0))；
步骤二：当行人沿着方向角α行进，位移为D0时，获取行人在第二个行进过程中，行人在T1时刻的位置坐标，T1时刻的位置坐标标记为(X(T1),Y(T1))；
步骤三：当行人沿着方向角β行进，位移为D1时，获取行人在第三个行进过程中，行人在T2时刻的位置坐标，T2时刻的位置坐标标记为(X(T2),Y(T2))；
步骤四：当行人沿着方向角γ行进，位移为D2时，获取行人在第四个行进过程中，行人在T3时刻的位置坐标，T2时刻的位置坐标标记为(X(T3),Y(T3))；
步骤五：T2时刻的位置坐标可根据T1时刻的位置坐标得出；
X(T2)＝X(T1)+D1·sinβ；
Y(T2)＝Y(T1)+D1·cosβ；
以此类推，各个时刻的位置坐标信息；
步骤六：行人当前位置信息的计算受行人的初始坐标信息、每次行进的位移的影响，通过公式D(Tk)＝n(Tk)·P(Tk)计算时间段内的总位移，其中，参数n(Tk)表示行人在Tk+1到Tk的时间区间行进的步伐数目，参数P(Tk)表示行人在该时间区间内的平均步伐长度，D(Tk)表示行人在该时间段内的总位移，通过计算获得行人的总位移距离信息；
所述角速度模块用于行人角位移的计算处理，具体处理步骤包括：
S01：对陀螺仪x、y、z三轴读数进行积分，计算出三个轴的角位移θx、θy、θz，积分公式为
S02：分别对三轴的角位移进行实时检测，对行人状态进行判定；
当x、y、z三轴的角位移都没有超过预设的阈值15°时，则判定行人运动状态为直线行进；
当x、y、z三轴的角位移有一项超过预设的阈值15°时，则判定行人运动状态为非直线行进；
S03：在行人直线行走的过程中，实时收集x、y、z三轴的加速度传感器数据，并计算器对应的平均值
其中，行人在直线行走过程中，x、y、z三轴的平均加速度的矢量和接近于地球的重力加速度g，即在行人坐标系中z轴方向上的加速度分量，z轴方向上的加速度向量分为三个组成部分，即对应x轴的对应y轴的以及对应z轴的
S04：通过公式式中θz为行人z轴的角位移，即行人改变方向的角度；
所述磁场匹配模块用于磁场地图匹配处理，具体的匹配处理步骤如下：
H01：将室内采样点标记为多维向量，其中(x，y)代表室内采样点的坐标，与室内地理位置信息相对应，L代表采样点与初始点的距离，将采样点位置坐标与地磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿恺，伍超，鲁航，刘毅，祁蕴晗，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34