CN104390643A - 基于多信息融合实现室内定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及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；所述的终端根据当前位置信息和欲到达的位置信息启用路径规划算法并进行可行路径选择。采用该种结构的基于多信息融合实现室内定位的方法，通过综合利用多种定位方法，有效减少了因室内建筑结构造成的干扰，提高了室内定位算法的通用性、可行性和准确性，具有更广泛的应用范围。

Description

基于多信息融合实现室内定位的方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及室内定位技术领域，具体是指一种基于多信息融合实现室内定位的方法。
背景技术
十多年以来，为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题，科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究，如基于移动通信网络的辅助GPS(A-GPS)、伪卫星(Pseudolite)、无线局域网(WLAN)、射频标签(RFID)、Zigbee、蓝牙(Bluetooth，BT)、超宽带无线电(UltraWideBand，UWB)、地磁其他卫星或地面数字通信及广播信号、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等。这些技术有些是以导航定位为专门或主要用途，例如伪卫星；有些则主要用于通信，但同时也能提供定位服务，例如无线局域网。
室内定位技术大概分为7类：(1)基于通信的定位技术-GPS(Global Position System，全球定位系统)，2G-4G/LTE，wifi/BT，UWB(Ultra Wide Band，超宽带无线电)，Zigbee(无线个域网)等；(2)基于射频的定位技术包括RFID(Radio frequency identification devices，无线射频识别设备)；(3)地磁定位；(4)信标定位，如二维码；(5)计算机视觉技术定位；(6)LED灯光定位；(7)超声波定位。
每种方法都有自己的优势与不足，有的部署复杂，但运维、使用方便；部署简单或者不需要新的部署的方案，往往后台算法复杂，或者精度不高。室内定位受建筑物内部构造干扰，单独方案很难解决定位问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现基于多信息融合并充分利用实际环境中各种定位信息、综合解决室内定位的可行性和准确性、具有更广泛应用范围的基于多信息融合实现室内定位的方法。
为了实现上述目的，本发明的基于多信息融合实现室内定位的方法具有如下构成：
该基于多信息融合实现室内定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化；
(2)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；
(3)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；
(4)所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正；
(5)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；
(6)所述的终端根据当前位置信息和欲到达的位置信息启用路径规划算法并进行可行路径选择。
较佳地，所述的终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化，包括以下步骤：
(1-1)所述的终端通过磁感应器绘制建筑物内磁感应地图；
(1-2)所述的终端用摄像头拍摄建筑物内部图像并提取定位图像特征集合；
(1-3)所述的终端将生成的磁感应地图和图像特征集合相互匹配、映射并建立相互索引关系。
较佳地，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，包括以下步骤：
(2-1)所述的终端采集局部位置图像特征、磁感应值和移动通信空间定位信息中至少一种局部位置信息；
(2-2)所述的终端根据所述的局部位置信息计算局部位置坐标并输入惯性系统；
(2-3)所述的终端进行惯性系统初始化。
较佳地，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，包括以下步骤：
(3-1)所述的终端采集磁感应器和加速度计角度信息并获取相对移动位移距离；
(3-2)所述的终端采用陀螺仪判断当前位移方向和位姿；
(3-3)所述的终端推理当前航位。
较佳地，所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正，包括以下步骤：
(4-1)所述的终端采集磁感应器数据、建筑物内的视频图像、移动通信通讯信号和地标中的至少一种信息获取空间绝对位置；
(4-2)所述的终端进行惯性系统反馈校正。
较佳地，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，具体为：
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。
较佳地，所述的步骤(6)之后，还包括以下步骤：
(7)所述的终端根据现有的位置信息和导航结果更新存储的导航地图。
采用了该发明中的基于多信息融合实现室内定位的方法，具有如下有益效果：
本发明通过综合利用多种定位方法，有效减少了因室内建筑结构造成的干扰，提高了室内定位算法的通用性、可行性和准确性，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的基于多信息融合实现室内定位的方法的流程图。
图2为本发明的基于多信息融合实现室内定位的方法应用的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该基于多信息融合实现室内定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化；
(2)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；
(3)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；
(4)所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正；
(5)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；
(6)所述的终端根据当前位置信息和欲到达的位置信息启用路径规划算法并进行可行路径选择。
在一种较佳的实施方式中，所述的终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化，包括以下步骤：
(1-1)所述的终端通过磁感应器绘制建筑物内磁感应地图；
(1-2)所述的终端用摄像头拍摄建筑物内部图像并提取定位图像特征集合；
(1-3)所述的终端将生成的磁感应地图和图像特征集合相互匹配、映射并建立相互索引关系。
在实际应用中，终端可以是手机等具有磁感应器、摄像头、陀螺仪的移动终端。
在一种较佳的实施方式中，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，包括以下步骤：
(2-1)所述的终端采集局部位置图像特征、磁感应值和移动通信空间定位信息中至少一种局部位置信息；这三种定位信息可以综合使用，结合两种或三种以实现精度更高的定位，也可以为了节省时间或考虑到终端功能的局限性只选用一种。
(2-2)所述的终端根据所述的局部位置信息计算局部位置坐标并输入惯性系统；
(2-3)所述的终端进行惯性系统初始化。
在一种较佳的实施方式中，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，包括以下步骤：
(3-1)所述的终端采集磁感应器和加速度计角度信息并获取相对移动位移距离；
(3-2)所述的终端采用陀螺仪判断当前位移方向和位姿；
(3-3)所述的终端推理当前航位。
在一种较佳的实施方式中，所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正，包括以下步骤：
(4-1)所述的终端采集磁感应器数据、建筑物内的视频图像、移动通信通讯信号和地标中的至少一种信息获取空间绝对位置；同样的，基于终端功能限定可以选择一种进行分析或选择两种甚至更多种信息综合分析以提高精度。
(4-2)所述的终端进行惯性系统反馈校正。
在一种较佳的实施方式中，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，具体为：
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。
在一种较佳的实施方式中，所述的步骤(6)之后，还包括以下步骤：
(7)所述的终端根据现有的位置信息和导航结果更新存储的导航地图。保证导航地图实时更新，由此提高定位准确性。
下面以一具体实施例进一步介绍本发明的技术方案。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第1步，导航地图初始化：
(a)用磁感应器绘制建筑物内磁感应地图；
(b)用摄像头拍摄建筑物内部图像，提取定位图像特征；
(c)把生成的磁力地图和图像特征集合匹配、映射，建立相互索引关系；
第2步，定位系统及惯性系统初始化：
(a)智能移动终端采集局部位置图像特征，或磁感应值，或GPS/2-4G/wifi空间定位信息，或各种组合信息；
(b)计算位置坐标，输入惯性系统；
(c)惯性系统初始化：静止条件下，3轴磁感应器和3轴加速器共同矫正三轴陀螺仪，计算其相关参数；
第3步，惯性系统航位推理
(a)采集磁感应器和加速度计角度信息，剔除重力加速度，获取运动加速，计算双重积分值，获取相对移动位移距离；
(b)陀螺仪判断当前位移方向和位姿；
(c)推理当前航位，其精度小于1m；
第4步，空间绝对位置计算与反馈矫正
(a)采集磁感应器数据，利用磁力地图匹配磁感应器穿越地磁场特征，获取空间位置；
(b)或者，采集建筑内部的视频图像，提起图像特征点，与已绘制图像特征图匹配，根据匹配结果定位，或关联磁力地图再定位；
(c)或者，采集多个移动终端的GPS/2-4G/wifi通讯信号，通过计算超定概率矩阵，估计目标空间位置。
(d)或者，通过采集landmark获取定位信息；
(e)或者，融合以上定位结果，获取更为鲁棒和准确的估计位置；
(f)根据以上估计获取的定位结果与信度，定期矫正惯性系统存在的系统误差；
第5步，空间位置状态估计
把惯性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；
第6步，室内导航
根据当前位置信息和欲到达的位置，启用路径规划算法，选择最可行的路径，完成整个导航过程。
第7步，根据现有的位置信息和导航结果，更新导航地图，比如地磁图等。比如关闭的某个商店，或者室内局部布局发生了变化，需要把这些信息更新到导航地图里。
采用了该发明中的基于多信息融合实现室内定位的方法，具有如下有益效果：
本发明通过综合利用多种定位方法，有效减少了因室内建筑结构造成的干扰，提高了室内定位算法的通用性、可行性和准确性，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化；
(2)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；
(3)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；
(4)所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正；
(5)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；
(6)所述的终端根据当前位置信息和欲到达的位置信息启用路径规划算法并进行可行路径选择。
2.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，所述的终端通过磁感应器和摄像头进行室内导航地图初始化，包括以下步骤：
(1-1)所述的终端通过磁感应器绘制建筑物内磁感应地图；
(1-2)所述的终端用摄像头拍摄建筑物内部图像并提取定位图像特征集合；
(1-3)所述的终端将生成的磁感应地图和图像特征集合相互匹配、映射并建立相互索引关系。
3.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，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，包括以下步骤：
(2-1)所述的终端采集局部位置图像特征、磁感应值和移动通信空间定位信息中至少一种局部位置信息；
(2-2)所述的终端根据所述的局部位置信息计算局部位置坐标并输入惯性系统；
(2-3)所述的终端进行惯性系统初始化。
4.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，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，包括以下步骤：
(3-1)所述的终端采集磁感应器和加速度计角度信息并获取相对移动位移距离；
(3-2)所述的终端采用陀螺仪判断当前位移方向和位姿；
(3-3)所述的终端推理当前航位。
5.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，所述的终端进行空间绝对位置计算和惯性系统反馈校正，包括以下步骤：
(4-1)所述的终端采集磁感应器数据、建筑物内的视频图像、移动通信通讯信号和地标中的至少一种信息获取空间绝对位置；
(4-2)所述的终端进行惯性系统反馈校正。
6.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，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，具体为：
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。
7.根据权利要求1所述的基于多信息融合实现室内定位的方法，其特征在于，所述的步骤(6)之后，还包括以下步骤：
(7)所述的终端根据现有的位置信息和导航结果更新存储的导航地图。
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