一种面向高危生产环境的多模态感知定位模型与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向高危生产环境的多模态感知定位系统，包括：至少一个定位终端，佩戴于定位目标上并利用至少一个定位技术进行多模态感知定位而得出所述定位目标在高危生产环境中的当前位置信息；监控终端，与所述定位终端通信连接以远程监控定位目标的当前位置，其特征在于所述监控终端中包括轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块，以使得所述定位终端能够在无信标环境下基于由所述轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块所分别得出的轨迹相似度数据、环境感知模型与定位技术参考地图中的一个或几个以非实时环境感知的方式来选择性唤醒至少一个定位技术进行多模态感知定位。本发明专利技术在提升定位精度的同时保证了多模态定位的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向高危生产环境的多模态感知定位模型与系统
本专利技术涉及人员定位
，尤其涉及一种面向高危生产环境的多模态感知定位模型与系统。
技术介绍
在高危生产环境中，对高危作业人员的准确定位是合理管理人员、保证人身及财产安全的重要前提之一。然而，由于生产原料、产品以及工艺的特殊性，导致生产环境较复杂，现有使用单信号源的定位技术难以满足对人员精确定位的要求。以石油化工企业为例，石油原料存储在尺寸巨大的钢材质油气仓库之中。由于仓库的遮挡及干扰，基于GPS的定位系统对处于该类环境中的人员定位误差大，甚至会对巡检人员的行为做出误判产生误报，增加生产成本。目前针对复杂环境中人员定位问题所提出的解决方案，可归结为如下使用率最高的两大典型定位策略：通过融合多种定位技术的优势提升系统的定位精度的多模态定位为典型定位策略之一。该类典型定位策略是根据定位资源的状态，如定位信号强度、定位节点个数等，进行权值调整。由于定位资源良好(如信噪比高、定位节点多)的技术，其定位结果的置信度相较于定位资源差的技术更高。因此，赋予其高权值可以使定位结果更接近真实值。另外，将低权值赋予定位资源差的技术可以有效地避免这类技术对结果的误导。例如现有技术中公开号为CN109298436A的专利文献所提出的一种多信息融合的室内定位与导航方法，涉及室内导航和定位方法：首先，获取包括GPS位置信息、地磁数据信息和路径数据的室内空间分布信息平面图；其次，移动终端通过内置惯性传感器信息推算当前位置；然后，获取当前位置的地磁数据，通过地磁匹配算法实现室内地磁定位；进一步，依据室内校正点的蓝牙基站进行当前位置的校正；最后，然后利用多信息融合得到用户的位置信息，结合平面图的路径数据可实现室内导航。例如现有技术中公开号为CN104390643B所提出的一种基于多信息融合实现室内定位的方法，其中包括终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化；所述的终端采用局部位置坐标进行定位系统及惯性系统初始化；所述的终端采集磁感应器和加速度计角度信息并推理当前航位；所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正；所述的终端根据航位推理信息和空间绝对定位信息估计当前空间位置；所述的终端将航位推理信息和空间绝对定位信息作为状态信息输入空间位置跟踪滤波器估计当前空间位置。然而，该类方法涉及的所有信号接收单元一直处于工作状态，能耗较高。并且，该类方法中所采用的基于PDR的人员定位步骤，为消除由IMU的线性误差导致的路径漂移问题，需要通过地标(Landmark)对追踪路径进行持续的矫正，地标的选取及监测又会产生额外的人员或者定位基础设施成本。为减少能耗及基础设施开销，另一类典型定位策略根据某种定位资源的变化情况，判断人员所处的环境，进而调用合适的定位技术。例如现有技术中公开号为CN106358154A的专利文献所提出的一种模块化的可扩展室内外无缝定位方法，其通过采集不同环境中的环境特征数据，并根据采集的环境特征数据对环境进行感知确定用户所处的环境类型，根据环境类型选择相应的定位方法，进而实现位置估计。传感器包括声音传感器、光线传感器、温度传感器、磁力计、压力传感器或/和湿度传感器，环境特征数据包括不同环境中的声、光、电磁、气压、温度或/和湿度。定位方法包括Wi-Fi指纹定位方法，惯性定位方法，地磁指纹定位方法，GNSS定位方法，阴影匹配定位方法，BLE定位方法，FM指纹匹配定位方法，视觉定位方法和AGNSS定位方法。但是，此类方法需要经过数秒的数据采集及判断才能判断定位终端所处环境，存在较高的时延。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
针对目前人员定位
中所存在的在高危生产环境下人员定位误差大且增大生产成本的问题，现有主流策略可归结为如下使用率最高的两大典型定位策略：其中一类典型定位策略是通过融合多定位设备来实现高精度定位，但由于其所有信号接收单元普遍采购成本高且一直处于工作状态而存在能耗高使用寿命短的问题，并且此类策略还依赖于地标矫正而增大了基础设施成本；另一类典型定位策略是通过环境数据分析来调用合适的定位技术，但其多种不同类型数据的采集及分析判断过程存在过度时延，导致系统实时定位的可靠度低，严重影响在高危生产环境中的人员安全保障。对此，本专利技术提出了在结合高危生产环境特点的基础上，利用众包策略来构建环境参考地图、进而根据参考地图实时调整的定位系统，本专利技术所提出的定位系统中将环境模型的建立与实时定位相分离，并通过环境指示向量来构建定位技术参考地图，对此解决了现有主流策略所存在的通过单一信号感知环境再触发具体定位方式而产生的高延迟问题，同时避免了采用多种信号的状态来实时调整各定位技术的贡献比所导致的高能耗问题。相较于现有主流策略而言，本专利技术所提出的定位系统能够在提升定位精度的同时保证多模态定位的实时性，提升了在高危生产环境中的人员安全保障。该定位系统解决了现有主流策略中存在的在复杂高危生产环境下因大型生产设施而导致信号被遮挡而单一信号覆盖率低的问题。本专利技术提供了一种面向高危生产环境的多模态感知定位系统，包括：至少一个定位终端，佩戴于定位目标上并利用至少一个定位技术进行多模态感知定位而得出所述定位目标在高危生产环境中的当前位置信息；监控终端，与所述定位终端通信连接以远程监控定位目标的当前位置，其特征在于所述监控终端中包括轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块，以使得所述定位终端能够在无信标环境下基于由所述轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块所分别得出的轨迹相似度数据、环境感知模型与定位技术参考地图中的一个或几个以非实时环境感知的方式来选择性唤醒至少一个定位技术进行多模态感知定位。本申请中提及的无信标环境下是相对现有技术中依赖于地标矫正的典型定位策略而言的。当前基于PDR的人员定位方法需要通过地标对追踪路径进行持续的矫正，以消除由IMU的线性误差导致的路径漂移问题，但地标的选取及监测会产生额外的人员或者定位基础设施成本。对此，本专利技术利用在固定时间段内呈线性的、不易受环境变化影响的且相对稳定的PDR定位误差，提出了一种无需地标即可对定位环境进行评估的定位系统。本申请中提及的非实时环境感知的方式是相对现有技术中需实时采集并实时分析环境特征数据的实时环境感知定位策略而言的。当前主流策略之一的定位策略是通过采集不同环境中的环境特征数据，并根据采集的环境特征数据对环境进行感知确定用户所处的环境类型，根据环境类型选择相应的定位方法，进而实现位置估计。而其依赖于大量持续开启的传感器(包括声音传感器、光线传感器、温度传感器、磁力计、压力传感器或/和湿度传感器等等)，其多种不同类型数据的采集及分析判断过程存在过度时延，导致系统实时定位的可靠度低，严重影响在高危生产环境中的人员安全保障。对此，本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向高危生产环境的多模态感知定位系统，包括：/n至少一个定位终端，佩戴于定位目标上并利用至少一个定位技术进行多模态感知定位而得出所述定位目标在高危生产环境中的当前位置信息；/n监控终端，与所述定位终端通信连接以远程监控定位目标的当前位置，/n其特征在于/n所述监控终端中包括轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块，以使得所述定位终端能够在无信标环境下基于由所述轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块所分别得出的轨迹相似度数据、环境感知模型与定位技术参考地图中的一个或几个以非实时环境感知的方式来选择性唤醒至少一个定位技术进行多模态感知定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向高危生产环境的多模态感知定位系统，包括：
至少一个定位终端，佩戴于定位目标上并利用至少一个定位技术进行多模态感知定位而得出所述定位目标在高危生产环境中的当前位置信息；
监控终端，与所述定位终端通信连接以远程监控定位目标的当前位置，
其特征在于
所述监控终端中包括轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块，以使得所述定位终端能够在无信标环境下基于由所述轨迹相似度计算模块、感知模型建立模块与地图构建模块所分别得出的轨迹相似度数据、环境感知模型与定位技术参考地图中的一个或几个以非实时环境感知的方式来选择性唤醒至少一个定位技术进行多模态感知定位。


2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征是，所述轨迹相似度计算模块至少包括基准计算单元和参考计算单元，所述轨迹相似度计算模块对在预设的时间分片内由所述基准计算单元和参考计算单元所分别计算得到的基准行为轨迹与至少一个参考行为轨迹进行轨迹相似度计算以确定用于建立环境感知模型的至少一个轨迹相似度数据。


3.根据权利要求2所述的定位系统，其特征是，每个轨迹相似度数据与至少一个定位技术及高危生产环境中由所述地图构建模块进行高危生产环境动态规划所确定的至少一个网格区域相关联。


4.根据权利要求2所述的定位系统，其特征是，每个轨迹相似度数据与至少一个定位技术、高危生产环境中由所述地图构建模块进行高危生产环境动态规划所确定的至少一个网格区域、以及与至少一个网格区域所对应的人员权限和停留风险等级中的一个或几个相关联。


5.根据权利要求3或4所述的定位系统，其特征是，所述感知模型建立模块根据由轨迹相似度计算模块所得出的至少一个轨迹相似度数据来构建用以判断可用定位技术的定位环境感知模型。


6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征是，所述地图构建模块利用由所述感知模型建立模块训练的环境感...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖江，李辉楚吴，吴敏睿，金海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42