一种基于环境特征物体的室内定位方法技术

本发明专利技术公布了一种基于环境特征物体的室内定位方法，针对无卫星信号覆盖的场所，通过场所中的环境特征物体对场所中的待定位目标进行定位。该方法包括建立场所的参考坐标系、建立环境特征物体信息系统、依次选择三个参考物体并同时测量待定位目标分别指向三个参考物体之间的相对转角和识别参考物体获得坐标，最后通过计算获得待定位目标位置的坐标。本方案不依赖于RF信号，克服了信号地图的不确定性以及周期性校准人工成本高的障碍，操作也简单便捷，可促进室内定位服务的快速普及。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环境特征物体的室内定位方法
本专利技术涉及一种室内定位的通用方法，具体涉及一种基于环境特征物体而不依赖于RF（射频，RadioFrequency）信号进行室内目标定位的方法。
技术介绍
随着科技的不断进步，定位与导航技术已经发展到了一个新的时代。在室外开阔环境特别是车载环境下，GPS技术的广泛应用及相关设备成本的不断下降，为人们室外定位导航需求提供了极大便利。然而，在其它环境如高楼林立的城市繁华区或者人们聚集的室内场所中，由于卫星信号被墙体阻隔，GPS系统在这些场所无法使用。最新研究表明，成年人平均花费约90%的时间在室内空间，如起居、工作、购物、医疗、娱乐等，并且人们希望在室内空间也获取精确的位置服务。目前应用最广泛的室内定位服务，谷歌室内地图（GoogleIndoorMap），仅仅覆盖了18个国家（不包括中国）一万个室内场所，如购物商场、飞机场、火车站、博物馆、医院等等。而在全球范围内，这样的室内场所有上百万个，谷歌室内地图仅覆盖了不足百分之一的室内场所。目前，主流的室内定位技术大多基于某些特定设备与网络架构提供的RF信号地图，例如WiFiAP（接入点，AccessPoint）以及蜂窝基站，因此需要大量AP与基站以实现无线网络的充分覆盖，并且需要花费大量人工成本采集信号地图。不仅如此，由于室内环境中的墙壁和天花板会反射信号，并且周围物体也会影响无线信号的接收信号强度（RSS，ReceivedSignalStrength），因此大规模采集的信号地图还需要周期性校准。这些阻碍造成了基于RF信号地图的室内定位方法的使用受到限制，而不能快速大规模地推广使用。
技术实现思路
针对上述室内定位现有技术存在的问题，本专利技术提供一种不依赖于RF信号的室内定位方法，具体为一种基于环境特征物体的室内定位方法，目的是在无卫星信号覆盖的场所（如室内场所），通过环境中丰富的特征物体，如商店商标、海报、ATM机等，来进行室内目标定位，用以克服目前利用RF信号地图进行室内定位的局限性，促进室内定位服务的大规模推广。本专利技术提供的技术方案为：一种基于环境特征物体的室内定位方法，该方法针对无卫星信号覆盖的场所，通过场所中的环境特征物体对场所中的待定位目标进行定位，包括如下步骤：S1.逐个获得所述场所中全部的环境特征物体的名称和坐标，建立场所的参考坐标系；S2.建立环境特征物体的样本图片库，其中每一个环境特征物体对应一张或多张从不同距离、角度拍摄的样本图片；S3.建立环境特征物体信息系统，所述环境特征物体信息系统安装在服务器端或智能移动设备客户端；所述信息至少包括步骤S1所述参考坐标系和步骤S2所述样本图片库；S4.在场所中按顺时针或逆时针依次选择三个环境特征物体，分别为参考物体1、参考物体2和参考物体3；S5.通过环境特征物体信息系统进行名称匹配或图像匹配，对参考物体1、参考物体2和参考物体3进行识别，根据步骤S1所述参考坐标系分别获得它们的坐标，设为参考物体1(x1,y1)、参考物体2(x2,y2)与参考物体3(x3,y3)；S6.通过角度测量，分别获得待定位目标指向参考物体1与待定位目标指向参考物体2之间的相对转角和待定位目标指向参考物体2与待定位目标指向参考物体3之间的相对转角，分别设为α和β；S7.根据参考物体1的坐标(x1,y1)、参考物体2的坐标(x2,y2)、参考物体3的坐标(x3,y3)、相对转角α和相对转角β，建立两个圆的方程，两个圆的两个交点分别为参考物体2和待定位目标的位置，通过解方程获得待定位目标的坐标。在本专利技术的一个具体实施例中，针对无卫星信号覆盖的室内场所，对室内待定位目标进行定位，首先获取室内场所中全部的环境特征物体，建立室内场所的参考坐标系；室内待定位目标为用户，用户选择室内场所中的三个环境特征物体作为参考物体，通过图像匹配对所选参考物体进行识别；通过室内场所的参考坐标系获得参考物体相应的位置坐标；同时通过角度测量依次获取用户到这些参考物体连线之间的相对角度，进而由三个参考物体的坐标和两个相对角度计算得到室内目标所处位置的坐标。在本专利技术一实施例中，智能移动设备采用智能手机，角度测量是在场所中按顺时针或逆时针依次选择三个环境特征物体的同时，通过智能手机的方向传感器自动测量获得。其中，智能手机上通用的方向传感器有两类，一类是使用罗盘测量绝对角度，另一类是使用陀螺仪测量相对转角。通过在室内场所对两种角度测量方法的精度进行衡量，发现陀螺仪获得了更小的角度误差（1～2度），并且罗盘可能出现较大的错误（达到40度）。在本专利技术一实施例中，通过智能手机的陀螺仪进行相对转角的测量。上述基于环境特征物体的室内定位方法中，进一步地，建立无卫星信号覆盖场所的参考坐标系具体包含如下步骤：S11.在室内场所中选择两个起始环境特征物体A和B，A和B之间能够直视，通过人工测量二者之间的距离，设为AB=a；A和B的坐标设为A(0,0)与B(a,0)；S12.选择第三个环境特征物体C，A、B和C相互之间都能够直视，通过角度测量，分别获得A指向B与A指向C之间的相对转角，设为∠BAC＝α；B指向A与B指向C之间的相对转角，设为∠ABC＝β；根据a、α和β通过计算得到C的坐标，设为C(x,y)；S13.以B和C作为两个起始环境特征物体，确定下一个环境特征物体D的坐标；由此依次获得室内场所中全部环境特征物体的坐标，从而建立室内场所的参考坐标系。其中，确定下一个环境特征物体D的坐标分以下情形：当B、C和D相互之间都能够直视时，通过计算获得B到C之间的长度，之后按照步骤S12所述方法确定D的坐标；当B和C之间不能直视，而C和D之间与B和D之间都能直视时，通过人工测量分别获得D和B之间的距离，设为BD；D和C之间的距离，设为CD；通过角度测量获得角BDC的度数，根据BD、CD和角BDC计算D的坐标；当B和C之间与C和D之间都能够直视，而B和D之间不能直视时，通过人工测量分别获得C和B之间的距离，设为BC；C和D之间的距离，设为CD；通过角度测量获得角BCD的度数，根据BC、CD和角BCD计算D的坐标；当B和C之间与B和D之间都能够直视，而C和D之间不能直视时，通过人工测量分别获得C和B之间的距离，设为BC；B和D之间的距离，设为BD；通过角度测量获得角CBD的度数，根据BC、BD和角CBD计算D的坐标；当B和C之间能够直视，而D和C之间与D和B之间都不能直视，在BC连线上选择一点C*，使得C*与D能够直视，进而通过人工测量获得B与C*之间的长度，设为BC*；C*和D之间的长度，设为C*D；再通过角度测量获得角BC*D的度数，根据BC*、C*D和角BC*D计算D的坐标。上述基于环境特征物体的室内定位方法中，进一步地，图像匹配方法具体包含如下步骤：S51.与步骤S4在场所中依次选择参考物体1、参考物体2和参考物体3的同时，利用智能移动设备分别之进行拍照，各获得一张实拍照片；S52.对应每一个参考物体，通过图像检索方法，从样本图片库中提取与对应的实拍照片匹配的一张或多张样本图片；S53.对应每一个参考物体，从匹配的样本图片中选择一张样本图片，作为与之正确匹配的图像；或者通过用户选择对应的实拍照片作为与之错误匹配的图像，再通过优化算法推测获得另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境特征物体的室内定位方法，针对无卫星信号覆盖的场所，通过场所中的环境特征物体对场所中的待定位目标进行定位，包括如下步骤：S1.逐个获得所述场所中全部的环境特征物体的名称和坐标，建立场所的参考坐标系；S2.建立环境特征物体的样本图片库，其中每一个环境特征物体对应一张或多张从不同距离和角度拍摄的样本图片；S3.建立环境特征物体信息系统，所述环境特征物体信息系统安装在服务器端或智能移动设备客户端；所述信息至少包括步骤S1所述参考坐标系和步骤S2所述样本图片库；S4.在场所中按顺时针或逆时针依次选择三个环境特征物体，分别为参考物体1、参考物体2和参考物体3；S5.通过环境特征物体信息系统进行名称匹配或图像匹配，对参考物体1、参考物体2和参考物体3进行识别，根据步骤S1所述参考坐标系分别获得它们的坐标，设为参考物体1(x1,y1)、参考物体2(x2,y2)与参考物体3(x3,y3)；S6.通过角度测量，分别获得待定位目标指向参考物体1与待定位目标指向参考物体2之间的相对转角和待定位目标指向参考物体2与待定位目标指向参考物体3之间的相对转角，分别设为α和β；S7.根据参考物体1的坐标(x1,y1)、参考物体2的坐标(x2,y2)、参考物体3的坐标(x3,y3)、相对转角α和相对转角β，建立两个圆的方程，两个圆的两个交点分别为参考物体2和待定位目标的位置，通过解方程获得待定位目标的坐标。2.如权利要求1所述基于环境特征物体的室内定位方法，其特征是，步骤S3所述智能移动设备为智能手机；步骤S6所述角度测量是通过智能手机的方向传感器测量获得相对转角。3.如权利要求2所述基于环境特征物体的室内定位方法，其特征是，所述智能手机的方向传感器为智能手机的陀螺仪。4.如权利要求1所述基于环境特征物体的室内定位方法，其特征是，步骤S1所述建立场所的参考坐标系具体包括如下步骤：S11.在室内场所中选择两个起始环境特征物体A和B，A和B之间能够直视，通过人工测量二者之间的距离，设为AB＝a；A和B的坐标设为A(0,0)与B(a,0)；S12.选择第三个环境特征物体C，A、B和C相互之间都能够直视，通过角度测量，分别获得A指向B与A指向C之间的相对转角，设为∠BAC＝α；B指向A与B指向C之间的相对转角，设为∠ABC＝β；根据a、α和β通过计算得到C的坐标，设为C(x,y)；S13.以B和C作为两个起始环境特征物体，确定下一个环境特征物体D的坐标；由此依次获得室内场所中全部环境特征物体的坐标，从而建立室内场所的参考坐标系。5.如权利要求4所述基于环境特征物体的室内定位方法，其特征是，步骤S13确定下一个环境特征物体D的坐标，其中：当B、C和D相互之间都能够直视时，通过计算获得B到C之间的长度，之后按照步骤S12确定D的坐标；当B和C之间不能直视，而C和D之间与B和D之间都能直视时，通过人工测量分别获得D和B之间的距离，设为BD；D和C之间的距离，设为CD，通过角度测量获得角BDC的度数，根据BD、CD和角BDC计算D的坐标；当B和C之间与C和D之间都能够直视，而B和D之间不能直视时，通过人工测量分别获得C和B之间的距离，设为BC；C和D之间的距离，设为CD，通过角度测量获得角BCD的度数，根据BC、CD和角BCD计算D的坐标；当B和C之间与B和D之间都能够直视，而C和D之间不能直视时，通过人工测量分别获得C和B之间的距离，设为BC；B和D之间的距离，设为BD，通过角度测量获得角CBD的度数，根据BC、BD和角CBD计算D的坐标；当B和C之间能够直视，而D和C之间与D和B之间都不能直视，在BC...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶凡，边凯归，高睿鹏，田阳，王韬，王亦洲，李晓明，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：