CN106289241A - 利用磁场特征的定位修正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明利用磁场特征的定位修正方法及装置，方法为：获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；根据室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并分析得到第一极值点及其对应的空间位置，记录成特征点；获取当前定位位置，根据当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；当第二特征指标值取到第一极值点，若当前定位位置的阈值范围内存在特征点，对当前定位位置进行修正。本发明利用磁场特征的定位修正方法及装置，采用极值点及其对应空间位置作为特征点，有效减小磁强计测量位置误差的影响。

Description

利用磁场特征的定位修正方法及装置

技术领域

本发明涉及室内定位领域，尤其涉及一种利用磁场特征的定位修正方法及装置。

背景技术

地磁场起源于地球内部，较为稳定，一般情况下受外界影响较小，理论来说，地球上任一地点，地磁数据都应不同，甚至同一地点，海拔高度不同，地磁数据也不相同，这就提供了地磁导航的理论依据。

现代的建筑大都是钢筋混凝土或钢结构，它们会在局部空间上弯曲地磁场，但在时间上是稳定的，并且在不同方位具有不同的磁场要素。地磁定位技术主要是利用地磁传感器装置，采集室内的三维地磁数据，经计算机处理后生成地磁基准图，用来进行地磁室内定位。

现有技术中，通常采用手机上的磁强计来实现室内定位，但由于手机上的磁强计本身受到其他磁体和软铁效应的影响存在误差，坐标变化后的结果和实际的测量值之间存在一定的误差，容易导致定位位置偏差大，不准确。

因此，现有技术中的缺陷是，通过手机磁强计采集磁场数据进行室内定位，由于磁场数据受外界环境影响较大，会直接导致定位位置偏差大，不准确。

发明内容

本发明提供了一种利用磁场特征的定位修正方法及装置，将极值点及其对应的空间位置作为特征点，对当前定位位置进行修正，有效减小磁强计测量位置误差的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种利用磁场特征的定位修正方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

步骤S2，根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

步骤S3，获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的磁场强度，计算第二特征指标值；

步骤S4，根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。

本发明利用磁场特征的定位修正方法的技术方案为：先获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；然后根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；接着获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的磁场强度，计算第二特征指标值；最后根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。反之，当第二特征指标值没取到第一极值点，修正结果为对当前定位位置不进行位置修正。

因为地磁特征数据是稳定的，不会像用手机磁强计定位位置一样，位置会随着手机姿态和磁偏角的影响而改变，所以本发明中采用地磁特征进行位定位的修正，可以将空间中的地磁强度(包括垂直地磁强度和水平地磁强度)作为表示地磁特征的形式之一，因此本发明中提到的地磁特征指的就是地磁强度。本发明利用磁场特征的定位修正方法中，通过空间垂向和水平向磁场强度得到极值点，将极值点及其对应的空间位置作为特征点，对当前定位位置进行修正，有效减小磁强计测量位置误差的影响。

进一步地，所述阈值范围为1米。在当前定位位置的一定范围内，若检测到特征点，就用特征点来修正定位位置，因此阈值范围不能过大，经试验验证阈值范围为1米，可有效的修正当前定位位置。

进一步地，所述第一特征指标值和所述第二特征指标值为所述垂直向磁场强度和水平向磁场强度之差。本发明中采用垂直向磁场强度和水平向磁场强度来获得极值点，主要是通过将这两个磁场强度做差处理，方法简单。

进一步地，所述第一极值点是根据所述第一特征指标值的涨落规律得到的。极值点，是在某一范围内产生的极大值和极大值，因此本发明中根据特征指标值的涨落规律得到的极值点，根据特征指标值的大小变化得到的极值点。

进一步地，所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过磁强计获得。通常采用磁强计来定位位置信息，磁强计主要是测量磁感应强度的仪器。根据小磁针在磁场作用下能产生偏转或振动的原理制成。而从电磁感应定律可以推出，对于给定的电阻R的闭合回路来说，只要测出流过此回路的电荷q，就可以知道此回路内磁通量的变化。这也就是磁强计的设计原理，用途之一是用来探测地磁场的变化。因此，本发明通过磁强计感应磁场变化，得到磁场强度。

进一步地，所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过地磁传感器装置获得。地磁传感器主要利用移动物体通过地面时对地磁场的影响来完成对移动物体检测，与常用的地磁线圈(又称地感线圈)检测器相比，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面的破坏小(有线安装只需要在路面开一条5毫米宽的缝，无线安装只需要在路面打一个直径55毫米深150毫米的洞，当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面)等优点，通过地磁传感器可检测到所需要的地磁特征数据。

进一步地，所述当前定位位置是步行者航位推算PDR算法获得的。PDR(PedestrianDead Reckoning)称为步行者航位推算，主要是计算获得室内行走的人的位置，该算法是根据步行者行走的步数、步长、方向进行测量和统计，推算出步行者行走轨迹和位置等信息。且步行者行走轨迹和位置是在一维室内空间测量得到的。我们得到的数据都是在一维室内空间得到的，即得到的都是一维的数据，算法简单，便于计算比较。

第二方面，本发明提供利用磁场特征的定位修正装置，包括：

磁场强度获取模块，用于获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

特征点生成模块，用于根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

当前定位位置处理模块，用于获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；

当前定位位置修正模块，用于根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。

本发明利用磁场特征的定位修正装置的技术方案为：首先通过磁场强度获取模块获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；然后通过特征点生成模块，根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；接着通过当前定位位置处理模块，获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；最后通过当前定位位置修正模块，用于根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。

因为地磁特征数据是稳定的，不会像用手机磁强计定位位置一样，位置会随着手机姿态和磁偏角的影响而改变，所以本发明中采用地磁特征数据，具体是采用其中的垂直向磁场强度和水平向磁场强度作为地磁特征。

本发明利用磁场特征的定位修正装置中，通过空间垂向和水平向磁场强度得到极值点，将极值点及其对应的空间位置作为特征点，对当前定位位置进行修正，有效减小磁强计测量位置误差的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本发明第一实施例所提供的一种利用磁场特征的定位修正方法的流程图；

图2示出了本发明第一实施例所提供的一种利用磁场特征的定位修正装置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

室内定位，通常由于在室内环境下对于不同的建筑物而言，室内布置、材料结构，建筑物尺度的不同导致了信号的路径损耗很大，与此同时，建筑物的内在结构会引起信号的反射，绕射，折射和散射，形成多径现象，使得接收信号的幅度，相位和到达时间发生变化，造成信号的损失，定位难度大。因此通常的磁强计定位室内位置都存在很大误差，本发明提出一种利用磁场特征的定位修正方法，来减小这种误差。下面结合具体实施例进行进一步说明。

实施例一

图1示出了本发明第一实施例所提供的一种利用磁场特征的定位修正方法的流程图。如图1所示，根据本发明第一实施例的利用磁场特征的定位修正方法，包括：

步骤S1，获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

步骤S2，根据室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

步骤S3，获取当前定位位置，根据当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；

步骤S4，根据特征点，当第二特征指标值取到第一极值点，将当前定位位置与特征点进行比对，若当前定位位置的阈值范围内存在特征点，根据特征点中第一极值点对应的空间位置对当前定位位置进行修正。

本发明利用磁场特征的定位修正方法的技术方案为：先获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；然后根据室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；接着获取当前定位位置，根据当前定位位置的磁场强度，计算第二特征指标值；最后根据特征点，当第二特征指标值取到第一极值点，将当前定位位置与特征点进行比对，若当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据特征点中第一极值点对应的空间位置对当前定位位置进行修正。反之，当第二特征指标值没取到第一极值点，修正结果为对当前定位位置不进行位置修正。

具体地，通过对室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度进行分析计算，得到磁场特征，特征点中记录了第一极值点及其对应的空间位置，当前定位位置的阈值范围内存在特征点时，对当前定位位置进行修正，可以通过将特征点中第一极值点对应的空间位置替换当前定位位置，实现对当前定位位置的修正，或是分别获得当前定位位置的权重和第一极值点对应空间位置的权重，通过对这两个权重比例的设置，实现对当前定位位置的修正，当然，不限于上述两种方式来实现对当前定位位置的修正。

因为地磁特征数据是稳定的，不会像用手机磁强计定位位置一样，位置会随着手机姿态和磁偏角的影响而改变，所以本发明中采用地磁特征进行位定位的修正，可以将空间中的地磁强度(包括垂直地磁强度和水平地磁强度)作为表示地磁特征的形式之一，因此本发明中提到的地磁特征指的就是地磁强度。本发明利用磁场特征的定位修正方法中，通过空间垂向和水平向磁场强度得到极值点，将极值点及其对应的空间位置作为特征点，对当前定位位置进行修正，有效减小磁强计测量位置误差的影响。

其中，室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度是预先采集的，在室内空间中采集若干点的磁场强度，这样采集磁场强度可以充分利用空间的磁场强度进行定位修正，使修正结果更准确。本发明中提到室内空间的垂直地磁强度和水平地磁场强度，其中，垂直地磁强度是指垂直于地面的空间方向上的地磁强度，水平地磁强度则是指与地面平行空间方向上的地磁强度。相似地，当前定位位置的垂直向磁场强度是指当前定位位置垂直地面方向的磁场强度，当前定位位置的水平向磁场强度指的是当前定位位置平行于地面方向的磁场强度。具体地，阈值范围为1米。在当前定位位置的一定范围内，若检测到特征点，就用特征点来修正定位位置，因此阈值范围不能过大，经试验验证阈值范围为1米，可有效的修正当前定位位置。可以以当前定位位置为圆心，1米为半径的圆周范围内，也可以是以1米为边长的正方形范围内，在本发明中，不作具体的限定。

具体地，采集目标移动预定时间为3～5分钟，当对目标进行定位追踪时，由于用磁强计进行定位会受很多因素的影响，导致位置定位不准确，产生较大的误差，因此在目标移动一段时间后，要进行地磁场探测，利用地磁场随位置的分布是稳定的这一特性，用地磁场特征对上述定位位置进行修正，通常特征指标一般存在多个局部的极大值和极小值，即在一定范围内分散着的极值点，极值点之间可以间隔数米范围，因此，经试验验证，每经过3～5分钟进行一次修正，是累计误差不至于特别大。

具体地，第一特征指标值和第二特征指标值为垂直向磁场强度和水平向磁场强度之差。本发明中采用垂直向磁场强度和水平向磁场强度来获得极值点，主要是通过将这两个磁场强度做差处理，方法简单。

具体地，第一极值点是根据第一特征指标值的涨落规律得到的。极值点，是在某一范围内产生的极大值和极小值，因此本发明中根据特征指标值的涨落规律得到的极值点，根据特征指标值的大小变化得到的极值点。

具体地，当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过磁强计获得。通常采用磁强计来定位位置信息，磁强计主要是测量磁感应强度的仪器。根据小磁针在磁场作用下能产生偏转或振动的原理制成。而从电磁感应定律可以推出，对于给定的电阻R的闭合回路来说，只要测出流过此回路的电荷q，就可以知道此回路内磁通量的变化。这也就是磁强计的设计原理，用途之一是用来探测地磁场的变化。因此，本发明通过磁强计感应磁场变化，得到磁场强度。

具体地，室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过地磁传感器装置获得。地磁传感器主要利用移动物体通过地面时对地磁场的影响来完成对移动物体检测，与常用的地磁线圈(又称地感线圈)检测器相比，具有安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长，对路面的破坏小(有线安装只需要在路面开一条5毫米宽的缝，无线安装只需要在路面打一个直径55毫米深150毫米的洞，当在检测点吊架或侧面安装时不用破坏路面)等优点，通过地磁传感器可检测到所需要的地磁特征数据。

具体地，当前定位位置是通过PDR算法获得的。PDR称为步行者航位推算，主要是计算获得室内行走的人的位置，该算法是根据步行者行走的步数、步长、方向进行测量和统计，推算出步行者行走轨迹和位置等信息。且步行者行走轨迹和位置是在一维室内空间测量得到的。我们得到的数据都是在一维室内空间得到的，即得到的都是一维的数据，算法简单，便于计算比较。

图2示出了本发明第一实施例所提供的一种利用磁场特征的定位修正装置的结构框图。如图2所示，根据本发明第一实施例的利用磁场特征的定位修正装置10，包括：

磁场强度获取模块101，用于获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

特征点生成模块102，用于根据室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

当前定位位置处理模块103，用于获取当前定位位置，根据当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；

当前定位位置修正模块104，用于根据特征点，当第二特征指标值取到第一极值点，将当前定位位置与特征点进行比对，若当前定位位置的阈值范围内存在特征点，根据特征点中第一极值点对应的空间位置对当前定位位置进行修正。

本发明利用磁场特征的定位修正装置10的技术方案为：首先通过磁场强度获取模块101，获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；然后通过特征点生成模块102，根据室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；接着通过当前定位位置处理模块103，获取当前定位位置，根据当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；最后通过当前定位位置修正模块104，用于根据特征点，当第二特征指标值取到第一极值点，将当前定位位置与特征点进行比对，若当前定位位置的阈值范围内存在特征点，根据特征点中第一极值点对应的空间位置对当前定位位置进行修正。

因为地磁特征数据是稳定的，不会像用手机磁强计定位位置一样，位置会随着手机姿态和磁偏角的影响而改变，所以本发明中采用地磁特征数据，具体是采用其中的垂直向磁场强度和水平向磁场强度作为地磁特征。

综上，本发明的有益效果是，通过空间垂向和水平向磁场强度得到极值点，将极值点及其对应的空间位置作为特征点，对当前定位位置进行修正，有效减小磁强计测量位置误差的影响。可以在进行目标定位追踪时，隔一段时间对位置定位结果进行修正，得到较为准确的定位位置，减小累积误差。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

步骤S2，根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

步骤S3，获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；

步骤S4，根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。

2.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述阈值范围为1米。

3.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述第一特征指标值和第二特征指标值为所述垂直向磁场强度和水平向磁场强度之差。

4.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述第一极值点是根据所述第一特征指标值的涨落规律得到的。

5.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过磁强计获得。

6.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过地磁传感器装置获得。

7.根据权利要求1所述的利用磁场特征的定位修正方法，其特征在于，

所述当前定位位置是通过步行者航位推算PDR算法获得的。

8.利用磁场特征的定位修正装置，其特征在于，包括：

磁场强度获取模块，用于获取室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，获取目标移动预定时间后当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度；

特征点生成模块，用于根据所述室内空间的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第一特征指标值，并根据所述第一特征指标值，分析得到第一极值点及其对应的空间位置，将所述第一极值点及其对应的空间位置记录成特征点；

当前定位位置处理模块，用于获取当前定位位置，根据所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度，计算第二特征指标值；

当前定位位置修正模块，用于根据所述特征点，当所述第二特征指标值取到所述第一极值点，将所述当前定位位置与所述特征点进行比对，若所述当前定位位置的阈值范围内存在所述特征点，根据所述特征点中第一极值点对应的空间位置对所述当前定位位置进行修正。

9.根据权利要求8所述的利用磁场特征的定位修正装置，其特征在于，

所述第一特征指标值和所述第二特征指标值为所述垂直向磁场强度和水平向磁场强度之差。

10.根据权利要求8所述的利用磁场特征的定位修正装置，其特征在于，

所述当前定位位置的垂直向磁场强度和水平向磁场强度通过磁强计获得。