CN104007416A - 一种室内定位误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位误差的校正方法，通过建立定位区域内的直角坐标系和轨迹数据库，将行人在定位区域内可能出现的位置建立在直角坐标系中，再通过判断定位过程中相邻两组位置间的时间差和移动距离是否合理，从而找出定位有误的位置，最后通过对有误位置进行合理校正，使有误位置处在行人的运动轨迹上。这样在不增加任何软硬件成本基础上能够快速准确的校正定位误差，具有低成本的优点，适合当前室内定位发展的需要。

Description

一种室内定位误差的校正方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种室内定位误差的校正方法。

背景技术

目前的室内定位方法主要包括测距定位方法和非测距定位方法。测距定位方法通过参数设置将各种测量信息比如信号接收强度、到达时间差、到达时间等换算成信号发射源与信号接收器之间的距离，利用多个已知坐标的信号发射源与一个信号接收器可以获得多个测量信息，换算成多个距离后通过欧氏公式解出信号接收器的坐标。非测量定位方法主要采用数据库匹配定位的方法，通过事先采集的信号数据定位数据库(多个信号发射源在定位区域内的固定位置发射信号，记录预定位置的接收器接收到各个信号发射源的信号数据)，在实时定位阶段，将未知位置的接收器接收到的各固定位置的信号发射源发射的与数据库里记录保存的相同的信号数据进行计算匹配得到的目标位置即为待定位目标所在的位置。

上述的两种室内定位方法，由于无线信号的不稳定性，定位结果存在着一定的误差。比如测距定位方法，在信号发射源发射的信号出现不稳定的情况下，信号发射源与信号接收器之间的距离就有可能出现误差，那么根据多个可能出现误差的距离计算得到的信号接收器的位置就有可能出错(比如定位到柱子里，墙壁里等)。又比如非测距定位方法，虽然得到的目标位置是将未知位置的接收器接收到的各固定位置的信号发射源发射的与数据库里记录保存的相同的信号数据进行计算匹配得到的，也就是说目标位置必然是数据库里记录的预定位置，不会出现定位到柱子里或者墙壁里等不合常理的情况，但是却有可能在信号本身出现不稳定的情况下，可能出现本来用户在通道A上行走，时间t以后得到的匹配的目标位置是B，虽然位置B属于预先采集的数据库，但却是时间t以内常人不可能到达的位置，如位置B到通道A的距离过远，时间t以内常人不可能出现这么大的位移。

为了减小室内定位技术的误差，目前一般采用的减小误差的方法有：通过增加信号发射源的数量，加大定位区域内的信号发射源密度，改变信号发射源的分布位置，调节信号发射源的发射功率等方法，增强信号的质量；其次，通过减小采集点的间距以及重复采集等方法，增加事先采集的信号数据库容量。然而，这两种方法的缺点在于工作量和成本都大大地增加，并且由于室内定位技术本身依赖于无线信号数据，在无线信号本身存在一定的不稳定性的情况下，基于无线信号的算法和改良算法都无法改变由于信号本身的不稳定性产生的误差，上文所述的误差依然可能存在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种室内定位误差的校正方法，通过建立定位区域内的直角坐标系和轨迹数据库，对定位存在误差的位置进行校正，具有校正快速且精准的优点。

为实现上述发明目的，本发明一种室内定位误差的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、建立定位区域内的直角坐标系以及行人可能出现的轨迹数据库；

建立直角坐标系并使定位区域位于直角坐标系内，再根据定位区域内的所有道路信息和建筑信息，以一定的距离为单位，确定该定位区域内的行人可能出现的所有位置在该直角坐标系内的坐标，以及所对应的位置能否相互达到的关系，建立轨迹数据库；

(2)、记录定位过程中得到的定位数据；

当行人走入定位区域时，对行人出现的位置和对应时间进行记录，将行人出现的当前位置D_n标记在直角坐标系内，记为(X_n,Y_n)，对应时间记为T_n，每次记录行人出现的当前位置及对应时间用定位数据H_n表示，其中，n＝0,1,2,…；

(3)、对定位数据H_n进行判断和校正；

设定位数据H₀为正常，H₀为行人走入室内的第一个定位数据，对定位数据H_n进行判断；根据平面几何两点间距离公式计算当前位置D_n与上一位置D_n-1之间的距离d和两次定位时间的差值Δt，Δt＝T_n-T_n-1，再结合正常行走速度和误差系数来判断Δt时间内的位移d是否合理，如果位移d合理，保存该定位数据H_n并结束；如果位移d不合理，则进入步骤3.1)；

3.1)将位移d修正为Δt时间内可以到达的位移d′，将上一位置D_n-1和当前位置D_n连接成线段D_n-1D_n，在线段D_n-1D_n上，以D_n-1为起点，取长度为d′的点记为D，将位置D_n的坐标替换为该点D对应的坐标，

3.2)、对位置D_n对应的坐标进行判断：判断D_n对应的坐标是否属于步骤(1)中得到的该定位区域内的行人可能出现的所有位置，如果属于，则位置D_n的修改合理，保存定位数据H_n并结束该定位数据H_n的校正；如果不属于，则位置D_n的修改不合理，进入步骤3.3)；

3.3)、将位置D_n对应的坐标校正到行人的运动轨迹上；

根据轨迹数据库，找到行人从位置D_n-1出发可能出现的所以位置，记为D_m，m＝0,1,2,…，m表示行人从位置D_n-1出发可能出现位置的个数，以位置D_n-1为端点分别连接成射线D_n-1D_m，再以位置D_n为端点作垂线段，分别与射线D_n-1D_m或射线D_n-1D_m的反向延长线相交于点D′_m，通过比较D_nD′_m的长度，找到D_nD′_m中的最小值，将D_n对应的坐标替换为D′_m对应的坐标，从而将D_n校正到行人的运动轨迹上。

其中，所述的正常行走速度的取值通过建立行人行走数据库来确定，通过对数据库中两次正常的相邻数据所对应点的距离除以两次数据的时间差值，得到速度V_k，k＝0,1,2,…，其中，数据库里的初始值为V_o＝1.2m/s，记录满足条件V_k＞0.2m/s的所有V_k，对速度V_k求平均值得到正常行走速度。

进一步地，所述的误差系数由实测效果设置，可以为1.2、1.5等；所述D_nD′_m长度的最小值可能为多个，任取其中一个。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明室内定位误差的校正方法，通过建立定位区域内的直角坐标系和轨迹数据库，将行人在定位区域内可能出现的位置建立在直角坐标系中，再通过判断定位过程中相邻两组位置间的时间差和移动距离是否合理，从而找出定位有误的位置，最后通过对有误位置进行合理校正，使有误位置处在行人的运动轨迹上。这样在不增加任何软硬件成本基础上能够快速准确的校正定位误差，具有低成本的优点，适合当前室内定位发展的需要。

同时，本发明室内定位误差的校正方法还具有以下有益效果：

(1)、现有技术中，需要增加信号发射源的数量，加大定位区域内的信号发射源密度，改变信号发射源的分布位置；而本发明不要额外增加成本，同时也不需要改变信号发射源的密度和分别位置，这样降低了成本，减少了工作量；

(2)、通过本发明能够快速确定定位的误差位置，并能快速、准确的将误差位置校正到行人运行轨迹上，又具有简单易行的优点。

附图说明

图1是本发明室内定位误差的校正方法的具体校正示意图；

图2是本发明中定位数据合理的示意图；

图3是本发明中定位数据位移不合理的校正示意图；

图4是本发明中定位数据位移不合理的校正示意图；

图5是本发明中定位数据行动轨迹不合理的校正示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明室内定位误差的校正方法的具体校正示意图。

在本实施例中，以商场内部某一层的平面布局结构为例，对室内存在定位误差的位置进行校正，如图1所示，本发明一种室内定位误差的校正方法，包括以下步骤：

(1)、建立定位区域内的直角坐标系以及行人可能出现的轨迹数据库；

建立直角坐标系并使定位区域位于直角坐标系内，再根据定位区域内的所有道路信息和建筑信息，以一定的距离为单位，确定该定位区域内的行人可能出现的所有位置在该直角坐标系内的坐标，以及所对应的位置能否相互达到的关系，建立轨迹数据库；

(2)、记录定位过程中得到的定位数据；

当行人走入定位区域时，对行人出现的位置和对应时间进行记录，将行人出现的当前位置D_n标记在直角坐标系内，记为(X_n,Y_n)，对应时间记为T_n，每次记录行人出现的当前位置及对应时间用定位数据H_n表示，其中，n＝0,1,2,…；

(3)、对定位数据H_n进行判断和校正；

设定位数据H₀为正常，H₀为行人走入室内的第一个定位数据，对定位数据H_n进行判断；根据平面几何两点间距离公式计算当前位置D_n与上一位置D_n-1之间的距离d和两次定位时间的差值Δt，Δt＝T_n-T_n-1，再结合正常行走速度和误差系数来判断Δt时间内的位移d是否合理，如果位移d合理，保存该定位数据H_n并结束；如果位移d不合理，则进入步骤3.1)；

其中，位移d＝正常行走速度×两次定位时间的差值Δt×误差系数；误差系数由实测效果设置，可以为1.2、1.5等；而正常行走速度的取值则通过建立行人行走数据库来确定，由于不同的用户的年龄、身体情况存在一定误差，通过对数据库中两次正常的相邻数据所对应点的距离除以两次数据的时间差值，得到速度V_k，k＝0,1,2,…，其中，数据库里的初始值为V_o＝1.2m/s，记录满足条件V_k＞0.2m/s的所有V_k，对速度V_k求平均值得到正常行走速度，随着定位的不断进行，用户行走数据库中的速度越多，正常行走速度越接近用户的真实行走速度；

3.1)将位移d修正为Δt时间内可以到达的位移d′，将上一位置D_n-1和当前位置D_n连接成线段D_n-1D_n，在线段D_n-1D_n上，以D_n-1为起点，取长度为d′的点记为D，将位置D_n的坐标替换为该点D对应的坐标；

如图2、图3和图4所示，在本实施例中，方框表示障碍物，用户不能进入，空白区域表示过道，当前位置D_n的坐标为(X_n,Y_n)、对应时间为T_n，和上一位置D_n-1的坐标为(X_n-1,Y_n-1)、对应时间为T_n-1，根据平面几何两点间距离公式计算当前位置D_n与上一位置D_n-1之间的距离d和两次定位时间的差值Δt，Δt＝T_n-T_n-1，结合正常行走速度和误差系数来判断，图2中Δt时间内的位移d合理，保存该定位数据并结束；图3和图4中Δt时间内的位移d不合理，将位移d修正为Δt时间内可以到达的位移d′，将上一位置D_n-1和当前位置D_n连接成线段D_n-1D_n，在线段D_n-1D_n上，以D_n-1为起点，取长度为d′的点记为D，将位置D_n的坐标替换为该点D对应的坐标；

3.2)、对位置D_n对应的坐标进行判断：判断D_n对应的坐标是否属于步骤(1)中得到的该定位区域内的行人可能出现的所有位置，如果属于，则位置D_n的修改合理，保存定位数据H_n并结束该定位数据H_n的校正；如果不属于，则位置D_n的修改不合理，进入步骤3.3)；

本实施例中，如图3和图4所示，经过步骤3.1)的处理，将当前位置D_n的坐标替换为点D对应的坐标后，如图3中点D对应的坐标属于步骤(1)中得到的该定位区域内的行人可能出现的所有位置，则位置D_n的修改合理，保存定位数据H_n并结束该定位数据H_n的校正；而图4中点D对应的坐标不属于步骤(1)中得到的该定位区域内的行人可能出现的所有位置，则位置D_n的修改不合理，进入步骤3.3)。

3.3)、将位置D_n对应的坐标校正到行人的运动轨迹上；

根据轨迹数据库，找到行人从位置D_n-1出发可能出现的所以位置，记为D_m，m＝0,1,2,…，m表示行人从位置D_n-1出发可能出现位置的个数，以位置D_n-1为端点分别连接成射线D_n-1D_m，再以位置D_n为端点作垂线段，分别与射线D_n-1D_m或射线D_n-1D_m的反向延长线相交于点D′_m，通过比较D_nD′_m的长度，找到D_nD′_m中的最小值，将D_n对应的坐标替换为D′_m对应的坐标，从而将D_n校正到行人的运动轨迹上；

本实施例中，如图1和图5所示，经过步骤3.2)的判断，位置D_n的修改不合理，将位置D_n对应的坐标校正到行人的运动轨迹上，如图5中的位置D_n-1在一条过道中间，从位置D_n-1出发，行人所有可能出现的位置只有2处，即图5中两个箭头方向的过道内，以当前位置D_n为端点作垂线段与这2条运动轨迹相交于同一点D′₀，将当前位置D_n对应的坐标替换为D′₀对应的坐标，从而将D_n校正到行人的运动轨迹上；图1中点D_n-1在两条过道的交汇处，从位置D_n-1出发，行人所有可能出现的位置只有4处，即图1中4个箭头方向的过道内，同样以当前位置D_n为端点作垂线段与这4条运动轨迹相交于两点D′₀和D′₁，则垂线段D_nD′₀和D_nD′₁的长度就是行人从D_n-1出发的所有可能的行动轨迹之间的距离，通过比较线段D_nD′₀和D_nD′₁的长度，结论是D_nD′₀最小，那么将当前位置D_n对应的坐标替换为D′₀对应的坐标，从而将当前位置D_n校正到行人的运动轨迹上。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种室内定位误差的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、建立定位区域内的直角坐标系以及行人可能出现的轨迹数据库；

建立直角坐标系并使定位区域位于直角坐标系内，再根据定位区域内的所有道路信息和建筑信息，以一定的距离为单位，确定该定位区域内的行人可能出现的所有位置在该直角坐标系内的坐标，以及所对应的位置能否相互达到的关系，建立轨迹数据库；

(2)、记录定位过程中得到的定位数据；

当行人走入定位区域时，对行人出现的位置和对应时间进行记录，将行人出现的当前位置D_n标记在直角坐标系内，记为(X_n,Y_n)，对应时间记为T_n，每次记录行人出现的当前位置及对应时间用定位数据H_n表示，其中，n＝0,1,2,…；

(3)、对定位数据H_n进行判断和校正；

设定位数据H₀为正常，H₀为行人走入室内的第一个定位数据，对定位数据H_n进行判断；根据平面几何两点间距离公式计算当前位置D_n与上一位置D_n-1之间的距离d和两次定位时间的差值Δt，Δt＝T_n-T_n-1，再结合正常行走速度和误差系数来判断Δt时间内的位移d是否合理，如果位移d合理，保存该定位数据H_n并结束；如果位移d不合理，则进入步骤3.1)。

3.1)将位移d修正为Δt时间内可以到达的位移d′，将上一位置D_n-1和当前位置D_n连接成线段D_n-1D_n，在线段D_n-1D_n上，以D_n-1为起点，取长度为d′的点记为D，将位置D_n的坐标替换为该点D对应的坐标；

3.2)、对位置D_n对应的坐标进行判断：判断D_n对应的坐标是否属于步骤(1)中得到的该定位区域内的行人可能出现的所有位置，如果属于，则位置D_n的修改合理，保存定位数据H_n并结束该定位数据H_n的校正；如果不属于，则位置D_n的修改不合理，进入步骤3.3)；

3.3)、将位置D_n对应的坐标校正到行人的运动轨迹上；

根据轨迹数据库，找到行人从位置D_n-1出发可能出现的所以位置，记为D_m，m＝0,1,2,…，m表示行人从位置D_n-1出发可能出现位置的个数，以位置D_n-1为端点分别连接成射线D_n-1D_m，再以位置D_n为端点作垂线段，分别与射线D_n-1D_m或射线D_n-1D_m的反向延长线相交于点D′_m，通过比较D_nD′_m的长度，找到D_nD′_m中的最小值，将D_n对应的坐标替换为D′_m对应的坐标，从而将D_n校正到行人的运动轨迹上。

2.根据权利要求1所述的一种室内定位误差的校正方法，其特征在于，所述的正常行走速度的取值通过建立行人行走数据库来确定，通过对数据库中两次正常的相邻数据所对应点的距离除以两次数据的时间差值，得到速度V_k，k＝0,1,2,…，其中，数据库里的初始值为V_o＝1.2m/s，记录满足条件V_k＞0.2m/s的所有V_k，对速度V_k求平均值得到正常行走速度。

3.根据权利要求1所述的一种室内定位误差的校正方法，其特征在于，所述的误差系数由实测效果设置，可以为1.2、1.5等。

4.根据权利要求1所述的一种室内定位误差的校正方法，其特征在于，所述D_nD′_m长度的最小值可能为多个，任取其中一个。