CN103900560B - 一种基于白光/ins组合的室内定位装置及其方法 - Google Patents

一种基于白光/ins组合的室内定位装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种基于白光/INS组合的室内定位装置及其方法,属于室内定位系统。该定位装置的惯性传感器模块包括加速度计、陀螺仪和方向传感器;白光干涉模块包括光纤传输系统、信号采集系统、光谱接收系统和自动分析装置;服务器设在总监控室,对应于多套定位装置,用来接收、处理并展示实时数据。基于该定位装置的室内定位方法是在各个白光发射装置所在位置通过白光干涉模块接收白光电磁波信号进行精确定位,而后通过惯性传感器模块上所得行走中的数据计算出实时位置,直到下一个白光发射装置处,再进行位置纠正,消除累积误差。通过该定位装置及其方法,能够快速实现所在室内环境的准确定位和实时监控,成本较低,便携实用,应用在缺少GPS信号的室内环境中。

Description

一种基于白光/INS组合的室内定位装置及其方法
技术领域
[00〇1 ]本发明涉及一种无GPS室内定位系统,具体涉及一种基于白光/INS组合的室内定位装置及其方法。背景技术
[0002] 定位服务从普通的商业活动,科学研究,直至抢险搜救各行业中都有着重要的应用。对于户外环境,GPS是一种成熟的无线定位技术,已在很多行业得到了广泛的应用;但是在人们活动最为频繁的室内环境中,卫星信号因建筑物干扰以及多路径效应影响,导致GPS 定位系统无法正常使用。为此,人们探索了很多室内无线定位技术。
[0003] 与户外环境相比,室内环境要复杂的多。建筑物的布局、内部结构、材料、装饰装修情况等都会对室内定位的效果产生影响。除去纯技术方面的考虑,许多人为的限制因素,如安全性,个人隐私的考虑等,也对室内定位技术体系有很大的影响。从不同的应用和需求出发,人们提出了很多种不同的可用于室内定位的技术方法,如利用红外、超声波、无线电波、 磁场、计算机视觉等技术进行位置推算。但是这些方法一般都有很强的应用背景,适用的定位服务对象也不尽相同,且成本较高。如红外和超声波定位都需要配备特定的信号发送接收设备;无线局域网定位完全依赖无线局域网,网络传输对系统的定位精度影响较大;磁场定位需要铺设专门的压力感应地板铺设并建立识别数据库;计算机视觉定位需要有足够的摄像机。而白光干涉测量技术和基于惯性传感器的定位技术具有这些方法所不具备的优点。
[0004] 白光干涉测量技术由于能够测量干涉仪两干涉臂的光程差,可以用来进行静态量的测量或者断续测量。光谱域白光干涉技术使用宽带光源例如宽带发光二极管或超辐射发光二极管等注入干涉仪,通过测量干涉仪的输出光谱即可测量出干涉仪的光程差,由于不需要机械扫描装置,其稳定性和可靠性有极大提高,而且随着光纤可调谐滤波器技术的发展,其光谱获取技术也变得小巧仪器化。使用绝对干涉测量技术在很多物理量的测量中具有分辨率高、抗干扰能力强、精度高、操作方便等优势,如长度、距离、温度、压力、应变等,并且可以实现表面位置形貌的绝对测量。白光干涉测量技术的测量范围可达1微米〜50微米, 单次测量时间小于50毫秒,适用于微米级、平面有较高光学反射率、具有镜面反射或漫反射的物体测量,其非接触测量的特点不会给精密测量的对象带来表面损伤,且使得测量结果可靠,其高精度和快速检测的优点可实现实时距离测量。但是,该技术受光强损耗等因素的影响,不便于自动测量而需要人工进行干预。
[0005] 基于惯性传感器的定位技术具有定位的自主性和连续性,其传感器涉及到加速度计、陀螺仪、磁罗盘等。基于不同的物理特性和应用环境,这些传感器可以相互组合实现不同的配置方案,如陀螺仪和加速度计组合、磁罗盘和加速度计组合等。且随着微机电系统的快速发展,各种传感器尺寸不断变小,成本降低,可将其广泛应用于各种智能移动终端设备,使得其定位范围不受限制,也不会受外界信号和环境干扰。其定位方法主要分为两种, 一种是传统的积分定位方法,依据牛顿运动定律,通过三个方向的加速度数据积分计算出三维速度和位置,理论上计算结果更精确可靠,但实际应用中,由于加速度计存在数据漂移,使用牛顿运动定律加速度两次积分计算的结果产生持续的累计误差,几秒时间内误差可达几十米,甚至几百米;另一种是航迹推算方法,依据人行走的步数和步长进行定位,定位效果比传统的积分定位方法更准确,但是由于航迹推算方法根据人行走的位移与航向进行位置推算,定位精度依赖于计步效果和行人航向以及行人的步长等因素,因而随着行走时间增加,其定位误差也在不断累积。发明内容
[0006] 本发明针对现有技术的不足,提供一种基于白光/INS组合的室内定位装置及其方法,用以实现在无GPS信号环境下的室内定位,并克服其他单一定位方法各自的缺点。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008] 1.一种基于白光/INS组合的室内定位装置,该定位装置包括惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、RS-232通讯接口、无线传输模块、电源模块、中央处理器和服务器;惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、 控制按键面板和无线传输模块的输出端均与中央处理器的输入端连接,电源模块为定位装置提供电源,中央处理器的输出端与液晶显示模块连接,中央处理器与数据存储模块双向通讯连接,数据存储模块与RS-232通讯接口连接,无线传输模块的输出端与服务器的输入端连接;
[0009] (1)所述的惯性传感器模块包括加速度计、陀螺仪和方向传感器,该模块获取人员行走中的加速度,方向和转弯信息;[〇〇1〇] (2)所述的白光干涉模块包括光纤传输系统、信号采集系统、光谱接收系统和自动分析装置,该模块采用光纤作为传导元件,通过白光干涉仪采集白光发射装置所发出的电磁波信号,然后利用光栅光谱仪接收干涉光谱并输入计算机进行自动分析,计算出所测绝对距离,从而构建白光干涉测量系统;
[0011] (3)所述的时钟模块记录定位时间;所述的液晶显示模块显示中央处理器收到的服务器回传点位坐标,供用户查看自己的位置;所述的控制按键面板进行采样参数和文件名称的交互式设置;所述的无线传输模块建立中央处理器与服务器之间的数据实时传输;
[0012] (4)所述的数据存储模块与RS-232通讯接口连接,数据存储模块存储中央处理器处理后的惯性传感器数据、白光干涉数据和时钟数据,其存储文件的名称可以根据时钟模块记录的时间自动建立,或者通过控制按键面板手动建立,其备份数据在事后通过RS-232 通讯接口传输给计算机系统进行后续处理与分析;
[0013] (5)所述的电源模块包括电池组和电源转换电路,该模块为装置提供电源,其电源转换电路分别与惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、数据存储模块、 无线传输模块和中央处理器连接,并将电池组提供的稳压电源转换成与之相连接的装置各部件所需的供电电源;
[0014] (6)所述的中央处理器通过通讯接口电路连接惯性传感器模块、白光干涉模块、时针模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、无线传输模块和电源模块;中央处理器接收并初步处理惯性传感器模块、白光干涉模块和时钟模块发送过来的数据,同时建立与之连接的各模块之间的数据实时传输;
[0015] (7)所述的服务器通过无线传输模块与中央处理器建立无线连接,服务器设在总监控室,对应于多套定位装置,用来接收并进一步处理中央处理器发送过来的数据,同时展示室内所有持有该定位装置的人员所在位置。
[0016] 2.—种基于白光/INS组合的室内定位方法,该定位方法包括前期准备、数据获取、 数据处理和数据传输四个步骤;
[0017] 步骤一、前期准备:
[0018] 首先选取感兴趣区域建筑物的内部地图并将其导入ArcGIS中,然后通过Sever将其切片发布,作为底图,要求包含坐标和中文注释;
[0019] 步骤二、数据获取:
[0020] 首先通过白光干涉模块接收附近白光发射装置的电磁波信号,自动获取起始点坐标,或者在已知起始点位置的情况下,长按屏幕底图上的对应位置,获取起始点坐标;然后通过惯性传感器模块得到行走中的实时线性加速度、方向以及陀螺仪的数值,用于判断转弯与否,并通过时钟模块获取整个定位过程的时间轴;最后在每次经过白光发射装置附近时通过白光干涉模块获取精确到厘米级的实时位置信息,用于校正定位,消除累积误差;
[0021] 步骤三、数据处理:
[0022] 首先使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)分类算法分析运动状态;对于运动状态, 利用多重约束波峰-波谷检测模型对惯性传感器加速度数据进行步态检测和步长计算,建立融合传感器数据与几何特征的航向估计模型,即借助建筑物几何信息修正通过方向传感器和陀螺仪融合数据所确定的运动航向角;最后,结合感兴趣区域原有底图利用成熟的地图匹配算法以及白光数据约束校正定位结果;[〇〇23]步骤三数据处理中,所述的多重约束波峰-波谷步态检测模型如下:
[0024] (1)双重幅值约束:垂直线性加速度绝对值应大于阈值组apv = (aP,av),设计用于检测伪运动和真运动两种状态;利用检测所得紧邻波峰和紧邻波谷的幅值差A apv= ( A ap, A av)进一步约束确定步态;[〇〇25] (2)双重时间约束:一个完整步态周期应大等于时间阈值t= (tPP,tvv);利用检测所得紧邻波峰-波谷或紧邻波谷-波峰的时间差A t= ( A tpv,A tvp)进一步约束确定完整步态周期,通常可设定At = l/2%[〇〇26]步骤三数据处理中,所述的航向估计模型如下:
[0027] (1)计算几何方向:根据感兴趣区域原有底图,划分矢量域,确定各矢量域方向;
[0028] (2)判断运动属性:利用一个完整步态周期内的陀螺角变量累加值g判断行人运动属性,其包括直行和转弯;[〇〇29] (3)估计行人航向角:当运动属性为直行,若方向传感器中表示方位角值与几何方向之差小于阈值即寸,则航向角为前一时刻的航向角,否则航向角为几何方向角度;当运动属性为转弯,航向角直接取值为方向传感器方位角;
[0030] 步骤四、数据传输:
[0031] 装置获取惯性传感器数据和白光干涉数据后,先在中央处理器上进行初步处理并发送至数据存储模块,再通过无线传输模块打包发送到服务器上进行进一步处理,获得实时的点位坐标后通过无线传输模块传回至中央处理器并显示在液晶显示模块上,供用户实时查看自己的位置,同时将定位结果存储在服务器中,管理人员也可以通过服务器实时关注室内所有持有该装置的人员所在位置。
[0032] 有益效果,由于采用了上述方案,
[0033] (1)实现了多种惯性传感器和白光干涉测量系统的组合与集成,并且采用便携式设计,成本较低,实用性较高,方便人员携带,能够快速实现所在室内环境的准确定位,提高了装置的使用效率。[〇〇34] (2)相比于传统室内定位方法,如wifi和惯导等,具有精度较高且误差积累较小的优点;相比于普通INS测量方法,用户端的传感器装置稍加晃动不会影响定位精度,不需要长时间保持固定,更加人性化。[〇〇35] (3)使用过程中所得的结果,包括路径、速度、所到地点的时间等都会上传服务器,不仅可以实现管理人员对装置持有者的实时位置监控,还可以在事后进行对原始数据进行处理与分析,获取任意用户任意时刻当时的所在位置和行走路径。[〇〇36] (4)本发明在建筑物、地下停车场乃至矿区井下等缺少GPS信号的室内环境中都有着广阔的应用前景,特别是对矿区的井下救援有着极大的使用价值。附图说明
[0037]图1为本发明所述的白光/INS组合室内定位装置的结构框图。[〇〇38]图2为本发明所述的白光/INS组合室内定位方法的实施原理图。
[0039] 图3为本发明实施例中某大楼四层的内部地图。
[0040] 图4a为本发明实施例中加速度数据的加速度和步姿时间连续图。
[0041] 图4b为本发明实施例中加速度数据的错误的波峰和波谷时间连续图。[〇〇42]图4c为本发明实施例中加速度数据的正确的波谷和波峰时间连续图。[〇〇43]图5为本发明实施例中定位装置具体实施流程图。
[0044] 附图中本领域通用的英文缩写解释如下:
[0045] (l)INS:1nertial Navigat1n System,惯性导航系统
[0046] (2)LS_SVM::Least Square-Support Vector Machines,最小二乘支持向量机具体实施方式
[0047] 下面通过实施例并结合附图来详细说明本发明的具体实施方式。
[0048] 如图1所示,为一种基于白光/INS组合的室内定位装置,该定位装置包括惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、RS-232通讯接口、无线传输模块、电源模块、中央处理器和服务器;惯性传感器模块、白光干涉模块、 时钟模块、控制按键面板和无线传输模块的输出端均与中央处理器的输入端连接,电源模块为定位装置提供电源,中央处理器的输出端与液晶显示模块连接,中央处理器与数据存储模块双向通讯连接,数据存储模块与RS-232通讯接口连接,无线传输模块的输出端与服务器的输入端连接;
[0049] (1)所述的惯性传感器模块包括加速度计、陀螺仪和方向传感器,该模块获取人员行走中的加速度,方向和转弯信息;
[0050] (2)所述的白光干涉模块包括光纤传输系统、信号采集系统、光谱接收系统和自动分析装置,该模块采用光纤作为传导元件,通过白光干涉仪采集白光发射装置所发出的电磁波信号,然后利用光栅光谱仪接收干涉光谱并输入计算机进行自动分析,计算出所测绝对距离,从而构建白光干涉测量系统。
[0051] (3)所述的时钟模块记录定位时间;所述的液晶显示模块显示中央处理器收到的服务器回传点位坐标,供用户查看自己的位置;所述的控制按键面板进行采样参数和文件名称的交互式设置;所述的无线传输模块建立中央处理器与服务器之间的数据实时传输; [〇〇52] (4)所述的数据存储模块与RS-232通讯接口连接,数据存储模块存储中央处理器处理后的惯性传感器数据、白光干涉数据和时钟数据,其存储文件的名称可以根据时钟模块记录的时间自动建立,或者通过控制按键面板手动建立,其备份数据在事后通过RS-232 通讯接口传输给计算机系统进行后续处理与分析;
[0053] (5)所述的电源模块包括电池组和电源转换电路,该模块为装置提供电源,其电源转换电路分别与惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、数据存储模块、 无线传输模块和中央处理器连接,并将电池组提供的稳压电源转换成与之相连接的装置各部件所需的供电电源;[〇〇54] (6)所述的中央处理器通过通讯接口电路连接惯性传感器模块、白光干涉模块、时针模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、无线传输模块和电源模块;中央处理器接收并初步处理惯性传感器模块、白光干涉模块和时钟模块发送过来的数据,同时建立与之连接的各模块之间的数据实时传输;
[0055] (7)所述的服务器通过无线传输模块与中央处理器建立无线连接,服务器设在总监控室,对应于多套定位装置,用来接收并进一步处理中央处理器发送过来的数据,同时展示室内所有持有该定位装置的人员所在位置。[〇〇56]如图2所示,为一种基于白光/INS组合的室内定位方法,该定位方法包括前期准备、数据获取、数据处理和数据传输四个步骤。[〇〇57]步骤一、前期准备:[〇〇58]首先选取感兴趣区域建筑物的内部地图并将其导入ArcGIS中,然后通过Sever将其切片发布,作为底图,要求包含坐标和中文注释;本次实施例选取某栋大楼四层的内部地图作为底图,并划定楼道为缓冲区,转角处为自由方向区,并测量缓冲区地图匹配所需的方向,如图3所示;[〇〇59]步骤二、数据获取:
[0060]首先通过白光干涉模块接收附近白光发射装置的电磁波信号,自动获取起始点坐标,或者在已知起始点位置的情况下,长按屏幕底图上的对应位置,获取起始点坐标;然后通过惯性传感器模块得到行走中的实时线性加速度、方向以及陀螺仪的数值,用于判断转弯与否,并通过时钟模块获取整个定位过程的时间轴;最后在每次经过白光发射装置附近时通过白光干涉模块获取精确到厘米级的实时位置信息,用于校正定位,消除累积误差; [0061 ] 步骤三、数据处理:
[0062]首先使用最小二乘支持向量机(LS-SVM)分类算法分析运动状态;对于运动状态, 利用多重约束波峰-波谷检测模型对惯性传感器加速度数据进行步态检测和步长计算,建立融合传感器数据与几何特征的航向估计模型,即借助建筑物几何信息修正通过方向传感器和陀螺仪融合数据所确定的运动航向角;最后,结合感兴趣区域原有底图利用成熟的地图匹配算法以及白光数据约束校正定位结果;
[0063]如图4所示,为本次实施例中加速度数据的时间连续图,从中可以看到,行人的步态是一种循环模式的情节,行人抬起一条腿时将产生一个最大垂直加速度,而腿摔在地面上达到最小加速度值。这种峰谷字符使得能够评估个体的运动状态,正如图4(b)所示的波形,在最大振幅,即真正的波峰或波谷旁边,有可能会出现一些假的高峰和低谷。[〇〇64]步骤三数据处理中,所述的多重约束波峰-波谷步态检测模型如下所示:
[0065] (1)双重幅值约束:垂直线性加速度绝对值应大于阈值组apv = (aP,av),设计用于检测伪运动和真运动两种状态;利用检测所得紧邻波峰和紧邻波谷的幅值差A apv= ( A ap, A av)进一步约束确定步态。[〇〇66] (2)双重时间约束:一个完整步态周期应大等于时间阈值t= (tPP,tvv);利用检测所得紧邻波峰-波谷或紧邻波谷-波峰的时间差A t= ( A tpv,A tvp)进一步约束确定完整步态周期,通常可设定At = l/2t。[〇〇67]步骤三数据处理中,所述的航向估计模型如下所示:
[0068] (1)计算几何方向:根据感兴趣区域原有底图,划分矢量域,确定各矢量域方向。
[0069] (2)判断运动属性:利用一个完整步态周期内的陀螺角变量累加值g判断行人运动属性,其包括直行和转弯。
[0070] (3)估计行人航向角:当运动属性为直行,若方向传感器中表示方位角值与几何方向之差小于阈值即寸,则航向角为前一时刻的航向角,否则航向角为几何方向角度;当运动属性为转弯,航向角直接取值为方向传感器方位角。
[0071] 在实际操作上,由于装置上的方向传感器会不时发生偏离,在开始使用之前要及时重启传感器,将装置在方向传感器的x轴移动,即旋转装置两到三圈。在自由方向区时需将装置拿正,对准正前方,全程尽量保持步速均匀,更有利于提高定位精度。[〇〇72]步骤四:数据传输[〇〇73]装置获取惯性传感器数据和白光干涉数据后,先在中央处理器上进行初步处理并发送至数据存储模块,再通过无线传输模块打包发送到服务器上进行进一步处理,获得实时的点位坐标后通过无线传输模块传回至中央处理器并显示在液晶显示模块上,供用户实时查看自己的位置,同时将定位结果存储在服务器中,管理人员也可以通过服务器实时关注室内所有持有该装置的人员所在位置。
[0074] 如图5所示,为本次实施例中基于INS/白光组合的室内定位方法具体实施流程:
[0075] (1)打开电源,启动定位装置。[〇〇76] (2)在人机交互界面统一设置传感器采样间隔和白光频率等初始参数。[〇〇77] (3)启动白光干涉模块,通过白光发射装置自动获取起始点坐标,或者在已知起始点位置的情况下通过屏幕底图自定义获取起始点坐标。[〇〇78] (4)启动惯性传感器模块,人机交互界面自动提示“是否确认开始定位?”,点击“确定”正式启动,若点击“取消”,则重新设置初始参数。
[0079] (5)启动时钟模块,开始获取惯性传感器数据、白光干涉数据和时钟数据,并通过通讯接口传送至中央处理器。
[0080] (6)中央处理器将数据进行初步处理并发送至数据存储模块后,通过无线传输模块打包发送至服务器。
[0081] (7)服务器将数据进行进一步处理后,获得实时点位坐标,将结果再次通过无线传输模块传回至中央处理器,同时将结果存储在服务器中。
[0082] (8)在液晶显示屏上显示中央处理器收到的服务器回传实时点位坐标。
[0083] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于白光/INS组合的室内定位装置,其特征在于:该定位装置包括惯性传感器 模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块、RS-232通讯 接口、无线传输模块、电源模块、中央处理器和服务器;惯性传感器模块、白光干涉模块、时 钟模块、控制按键面板和无线传输模块的输出端均与中央处理器的输入端连接,中央处理 器的输出端与液晶显示模块连接,中央处理器与数据存储模块双向通讯连接,数据存储模 块与RS-232通讯接口连接,无线传输模块的输出端与服务器的输入端连接;(1) 所述的惯性传感器模块包括加速度计、陀螺仪和方向传感器,该模块获取人员行走 中的加速度,方向和转弯信息;(2) 所述的白光干涉模块采用光纤作为传导元件,通过白光干涉仪采集白光发射装置 所发出的电磁波信号,然后利用光栅光谱仪接收干涉光谱并输入计算机进行自动分析,计 算出所测绝对距离,从而构建白光干涉测量系统;(3) 所述的时钟模块记录定位时间;所述的液晶显示模块显示中央处理器收到的服务 器回传点位坐标,供用户查看自己的位置;所述的控制按键面板进行采样参数和文件名称 的交互式设置;所述的无线传输模块建立中央处理器与服务器之间的数据实时传输;(4) 所述的数据存储模块与RS-232通讯接口连接,数据存储模块存储中央处理器处理 后的惯性传感器数据、白光干涉数据和时钟数据,其存储文件的名称根据时钟模块记录的 时间自动建立,或者通过控制按键面板手动建立,其备份数据在事后通过RS-232通讯接口 传输给计算机系统进行后续处理与分析;(5) 所述的电源模块包括电池组和电源转换电路,该模块为定位装置提供电源,其电源 转换电路分别与惯性传感器模块、白光干涉模块、时钟模块、液晶显示模块、数据存储模块、 无线传输模块和中央处理器连接,并将电池组提供的稳压电源转换成与之相连接的装置各 部件所需的供电电源;(6) 所述的中央处理器通过通讯接口电路连接惯性传感器模块、白光干涉模块、时针模 块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存储模块和无线传输模块,中央处理器接收并初步 处理惯性传感器模块、白光干涉模块和时钟模块发送过来的数据,同时建立与中央处理器 相连接的惯性传感器模块、白光干涉模块、时针模块、液晶显示模块、控制按键面板、数据存 储模块和无线传输模块之间的数据实时传输;(7) 所述的服务器通过无线传输模块与中央处理器建立无线连接,服务器设在总监控 室,对应于多套定位装置,用来接收并进一步处理中央处理器发送过来的数据,同时展示室 内所有持有该定位装置的人员所在位置。
2.—种权利要求1所述的基于白光/INS组合的室内定位装置的定位方法,其特征在于: 该定位方法包括前期准备、数据获取、数据处理和数据传输四个步骤;步骤一、前期准备:首先选取感兴趣区域建筑物的内部地图并将其导入ArcGIS中,然后通过ArcGIS的一个 插件ArcGIS Server将其切片发布,作为底图,要求包含坐标和中文注释;步骤二、数据获取:首先通过白光干涉模块接收附近白光发射装置的电磁波信号,自动获取起始点坐标, 或者在已知起始点位置的情况下,长按屏幕底图上的对应位置,获取起始点坐标;然后通过 惯性传感器模块得到行走中的实时线性加速度、方向以及陀螺仪的数值,用于判断转弯与否,并通过时钟模块获取整个定位过程的时间轴;最后在每次经过白光发射装置附近时通 过白光干涉模块获取精确到厘米级的实时位置信息,用于校正定位,消除累积误差;步骤三、数据处理:首先使用最小二乘支持向量机分类算法分析运动状态;对于运动状态,利用多重约束 波峰-波谷检测模型对惯性传感器加速度数据进行步态检测和步长计算,建立融合传感器 数据与几何特征的航向估计模型,即借助建筑物几何信息修正通过方向传感器和陀螺仪融 合数据所确定的运动航向角;最后,结合感兴趣区域原有底图利用成熟的地图匹配算法以 及白光数据约束校正定位结果;步骤三数据处理中,所述的多重约束波峰-波谷步态检测模型如下:(1) 双重幅值约束:垂直线性加速度绝对值应大于阈值组apv= (aP,av),设计用于检测伪 运动和真运动两种状态;利用检测所得紧邻波峰和紧邻波谷的幅值差A apv= ( A ap,A av) 进一步约束确定步态;(2) 双重时间约束:一个完整步态周期应大等于时间阈值t=(tPP,tvv);利用检测所得紧 邻波峰-波谷或紧邻波谷-波峰的时间差A t= ( A tpv,A tvp)进一步约束确定完整步态周 期,设定A t = l/2t;步骤三数据处理中,所述的航向估计模型如下:(1) 计算几何方向:根据感兴趣区域原有底图,划分矢量域,确定各矢量域方向;(2) 判断运动属性:利用一个完整步态周期内的陀螺角变量累加值g判断行人运动属 性,其包括直行和转弯;(3) 估计行人航向角:当运动属性为直行,若方向传感器中表示方位角值与几何方向之 差小于阈值即寸,则航向角为前一时刻的航向角,否则航向角为几何方向角度;当运动属性 为转弯,航向角直接取值为方向传感器方位角;步骤四、数据传输:装置获取惯性传感器数据和白光干涉数据后,先在中央处理器上进行初步处理并发送 至数据存储模块,再通过无线传输模块打包发送到服务器上进行进一步处理,获得实时的 点位坐标后通过无线传输模块传回至中央处理器并显示在液晶显示模块上,供用户实时查 看自己的位置,同时将定位结果存储在服务器中,管理人员也通过服务器实时关注室内所 有持有该装置的人员所在位置。
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