CN106323281A

CN106323281A - 室内空间定位方法

Info

Publication number: CN106323281A
Application number: CN201510349834.8A
Authority: CN
Inventors: 许宝东
Original assignee: Beijing Ice Technology Co Ltd
Current assignee: JIANGSU ZHONGSHANG CARBON INSTITUTE Co.,Ltd.
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: CN106323281B

Abstract

本发明提供一种室内空间定位方法，包括：确定移动物体的参考位置，获取参考位置的位置数据，将参考位置的位置数据作为默认校正路标。获取移动物体在空间移动时的路径，获取移动物体在空间移动时的方位，根据获取的移动物体的路径和方位计算得到移动物体的运动轨迹，根据移动物体的运动轨迹获取移动物体的位置数据。将移动物体的位置数据与默认校正路标比较，若移动物体的位置数据与默认校正路标相对应，根据默认校正路标校正移动物体的位置。本发明提供的室内空间定位方法，能够校正移动物体的位置，减小随着时间移动物体的路径漂移造成的累积误差，提高了室内空间定位的准确性。

Description

室内空间定位方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种室内空间定位方法。

背景技术

随着通信技术的发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，常常需要确定室内移动物体的位置信息。现阶段定位技术应用比较成熟的是全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)，GPS具有定位精度高、覆盖范围等优点。但是针对室内空间的定位，由于建筑物的遮挡等因素使得接受到的信号极其微弱，不能满足室内空间定位受时间定位、定位精度、定位范围以及定位目标数等条件的限制，导致采用GPS无法到达室外空间定位的水平。

目前，用于室内空间定位的技术主要采用惯性室内定位技术。惯性室内定位技术是采用三个惯性传感器感知物体沿三个正交坐标轴方向的运动速度，然后通过积分运算得到物体的位置参数。

然而，采用惯性室内定位技术，随着时间物体的路径会有漂移，任何小的常数误差就会无限增长，造成测量的累积误差，影响室内空间定位的准确性。

发明内容

本发明提供一种室内空间定位方法，能够校正移动物体的位置，减小随着时间移动物体的路径漂移造成的累积误差，提高了室内空间定位的准确性。

本发明提供的室内空间定位方法，包括：

确定移动物体的参考位置，获取参考位置的位置数据，将参考位置的位置数据作为默认校正路标；

获取移动物体在空间移动时的路径；

获取移动物体在空间移动时的方位；

根据获取的移动物体的路径和方位计算得到移动物体的运动轨迹，根据移动物体的运动轨迹获取移动物体的位置数据；

将移动物体的位置数据与默认校正路标比较；

若移动物体的位置数据与默认校正路标相对应，根据默认校正路标校正移动物体的位置；

否则，继续获取移动物体的位置数据。

本发明提供的室内空间定位方法，通过确定移动物体的参考位置，将移动物体的参考位置的位置数据作为默认校正路标，将移动物体在空间移动时的位置数据与默认校正路标进行比较，能够根据默认校正路标校正移动物体的位置，减小随着时间移动物体的路径漂移造成的累积误差，提高了室内空间定位的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的室内空间基本平面示意图；

图2为本发明实施例一提供的室内空间定位方法流程图；

图3为本发明实施例提供的移动物体室内空间运动示意图；

图4为本发明实施例二提供的室内空间定位方法流程图；

图5为本发明实施例三提供的室内空间定位方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着通信技术的发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，常常需要确定室内移动物体的位置信息。本发明提供一种室内空间定位方法，以满足封闭环境内的定位需求。本发明提供的室内空间定位方法，可适用于移动机器人、移动小车在室内空间的导航和精确定位，但也不只仅限于移动机器人和移动小车。

图1为本发明实施例提供的室内空间基本平面示意图。如图1所示，根据图1所示的室内空间基本平面示意图，可以获取图1中主卧室长为5700.00毫米(mm)，宽为3300.00mm，书房长为3099.96mm，宽为3300.00mm等室内空间基本平面信息。移动物体(比如，移动机器人或移动小车)上设置有加速度传感器、陀螺仪方位传感器、超声波测距传感器(或红外测距传感器)和超声波测距传感器组(或红外测距传感器组)，当移动物体在室内空间移动时，加速度传感器用于测量获取移动物体在空间移动时的加速度，进而通过移动物体的加速度获取移动物体的移动路径。陀螺仪方位传感器用于测量获取移动物体在空间移动时的方位。超声波测距传感器或红外测距传感器用于测量获取室内空间平面信息的参考位置的位置数据。超声波测距传感器组或红外测距传感器组用于测量获取移动物体稳定状态的位置数据。可以选定室内空间不经常改变的位置作为室内空间平面信息的参考位置。举例来说，若移动物体在主卧室内需要从位置1移动到位置2时，则可以将位置2中不经常改变的位置作为参考位置；若移动物体在餐厅内需要从位置3移动到位置4时，则可以将位置4中不经常改变的位置作为参考位置；若移动物体在厨房内需要从位置3移动到位置5时，则可以将位置5中不经常改变的位置作为参考位置。

图2为本发明实施例一提供的室内空间定位方法流程图。如图2所示，本实施例提供的室内空间定位方法，包括：

S201：确定移动物体的参考位置，获取参考位置的位置数据，将参考位置的位置数据作为默认校正路标。

具体的，可以选定室内一些不经常改变的位置作为参考位置，位置数据中包括参考位置的陀螺仪方位传感器的方位数据和每个超声波测距传感器或红外测距传感器的距离数据。

本实施例中可以通过测距传感器测量获取参考位置的位置数据，比如超声波测距传感器或红外测距传感器，也可以通过其他方式获取参考位置的位置数据，比如，通过从存储有参考位置的位置数据的数据库中获取，本实施例在此不进行限定。

其中，超声波测距传感器是一种采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物体之间的距离的传感器。红外测距传感器是一种用红外线为介质的测量系统。需要说明的是，本实施例提供的超声波测距传感器或红外测距传感器与现有技术中超声波测距传感器或红外测距传感器的工作原理和实现方法相同，本实施例在此不再赘述。

S202：获取移动物体在空间移动时的路径。

具体的，从移动物体在空间移动的起始位置开始移动的过程中，获取移动物体在空间移动时的路径。

需要说明的是，本实施例中移动物体可以是移动机器人，也可以是移动小车，本实施例在此不进行限定。

可选的，获取移动物体在空间移动时的路径，包括：

通过加速度传感器测量获取移动物体的加速度，将加速度通过双重积分计算得到移动物体在空间移动时的路径。

其中，加速度传感器是一种能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器，能够精确测量移动物体的加速度。

需要说明的是，本实施例中加速度传感器与现有技术中加速度传感器的工作原理和实现方法相同，本实施在此不进行赘述。

S203：获取移动物体在空间移动时的方位。

具体的，可以通过方位传感器测量获取移动物体在空间移动时的方位。

可选的，获取移动物体在空间移动时的方位，包括：

通过陀螺仪方位传感器测量获取移动物体在空间移动时的方位。

其中，陀螺仪方位传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统，能够精确地确定移动物体的方位。

需要说明的是，本实施例中陀螺仪方位传感器与现有技术中陀螺仪方位传感器的工作原理和实现方法相同，本实施在比不进行赘述。本实施例中移动物体在空间移动时的方位并不仅限于采用陀螺仪方位传感器测量获取，也可以采用其他方位传感器测量获取，本实施例在此不进行限定。

S204：根据获取的移动物体的路径和方位计算得到移动物体的运动轨迹，根据移动物体的运动轨迹获取移动物体的位置数据。

S205：将移动物体的位置数据与默认校正路标比较。

S206：判断移动物体的位置数据与默认校正路标是否相对应；若移动物体的位置数据与默认校正路标相对应，则执行S207；否则，执行S208。

S207：根据默认校正路标校正移动物体的位置。

S208：继续获取移动物体的位置数据。

具体的，举例来说，图3为本发明实施例提供的移动物体室内空间运动示意图，如图3所示，a点为移动物体的移动起始位置，b点为选取确定的参考位置，c点为移动物体在空间移动时的一个中间位置。确定移动物体的参考位置为b点，获取参考位置b点的位置数据，标记为M，并将位置数据M作为默认校正路标。移动物体从起始位置a点开始运动，运动到参考位置b点的过程中，通过加速度传感器测得移动物体的加速度，进而得到移动物体在空间移动的路径，标记为S；通过方位传感器计算得到移动物体的方位，标记为F，根据移动物体的路径S和方位F计算得到移动物体的运动轨迹，根据移动物体的运动轨迹获取移动物体的位置数据，标记为A。将移动物体的位置数据A与默认校正路标M比较，若移动物体的位置数据A与默认校正路标M相对应，则根据默认校正路标M校正移动物体的位置。否则，继续获取移动物体的位置数据A。

需要说明的是，移动物体在室内空间移动过程中，可能存在移动物体的位置数据与默认校正路标不相对应的情况。也就是说，本实施例提供的室内空间定位方法，只有在移动物体的位置数据与默认校正路标相对应的时候，根据默认校正路标校正移动物体的位置，在移动物体的位置数据与默认校正路标不相对应的情况，则不对移动物体进行校正。

本实施例提供的室内空间定位方法，通过确定移动物体的参考位置，将移动物体的参考位置的位置数据作为默认校正路标，将移动物体在空间移动时的位置数据与默认校正路标进行比较，能够根据默认校正路标校正移动物体的位置，减小随着时间移动物体的路径漂移造成的累积误差，提高了室内空间定位的准确性。

进一步地，在本发明一实施例中，移动物体的位置数据与默认校正路标相对应，包括：

移动物体的位置数据与默认校正路标相匹配或在误差范围内。

其中，误差范围为-1～1厘米之间。

或者，移动物体的位置数据与默认校正路标有相对应的扩大或缩小比例。

若移动移动物体的位置参数与默认校正路标相对应，根据默认校正路标校正移动物体的位置，包括：

若移动物体的位置数据与默认校正路标相匹配或在误差范围内，则根据默认校正路标直接校正移动物体的位置。

或者，若移动物体的位置数据与默认校正路标有相对应的扩大或缩小比例，则根据相对应的扩大或缩小比例将默认校正路标进行扩大或缩小，根据扩大或缩小后的默认校正路标校正移动物体的位置。

图4为本发明实施例二提供的室内空间定位方法流程图。如图4所示，本实施例提供的室内空间定位方法，包括：

S401：获取室内空间平面信息的位置数据，将室内空间平面信息的位置数据保存到数据库中。

具体的，需要确定室内空间的基本平面图，将室内空间中不经常改变的位置数据作为室内空间平面信息的位置数据。

可选的，获取室内空间平面信息的数据，包括：

通过超声波测距传感器或红外测距传感器测量获取室内空间平面信息的数据。

S402：确定移动物体的参考位置，从数据库中获取参考位置的位置数据，将参考位置的位置数据作为默认校正路标。

S403：获取移动物体在空间移动时的路径。

S404：获取移动物体在空间移动时的方位。

S405：根据获取的移动物体的路径和方位计算得到移动物体的运动轨迹，根据移动物体的运动轨迹获取移动物体的位置数据。

S406：将移动物体的位置数据与默认校正路标比较。

S407：判断移动物体的位置数据与默认校正路标是否相对应；若移动物体的位置数据与默认校正路标相对应，则执行S408；否则，执行S409。

S408：根据默认校正路标校正移动物体的位置。

S409：继续获取移动物体的位置数据。

本实施例提供的室内空间定位方法，将室内空间平面信息的位置数据保存到数据库中，从数据库中获取参考位置的位置数据，将数据库中参考位置的位置数据作为默认校正路标，将移动物体在空间移动时的位置数据与默认校正路标进行比较，能够根据默认校正路标校正移动物体的位置，减小随着时间移动物体的路径漂移造成的累积误差，提高了室内空间定位的准确性。

图5为本发明实施例三提供的室内空间定位方法流程图。如图5所示，图5是在图1至图4所示实施例的基础上，若移动物体的位置数据与默认校正路标相对应之后，进一步地还包括：

S501：判断移动物体的运动稳定性，确定移动物体稳定状态的位置。

具体的，判断移动物体的运动稳定性，确定移动物体稳定状态的位置，包括：

根据加速度传感器判断移动物体的加速度变化。

根据陀螺仪方位传感器判断移动物体的方位变化。

根据移动物体的加速度变化和方位变化，判断移动物体的运动稳定性。

S502：获取移动物体稳定状态的位置数据。

具体的，获取移动物体稳定状态的位置数据，包括：

通过测距传感器组测量获取移动物体稳定状态的位置数据。

可选的，测距传感器组包括至少三个测距传感器，至少三个测距传感器的位置为圆形分布，至少三个测距传感器在圆形分布上均匀分布，且方向指向在同一高度平面上。

其中，测距传感器组的组合在移动物体的安装方式具有一定的角度与方向，测距传感器组中测距传感器的个数至少为三个，且设置测距传感器组在360度的分布是均匀的。举例来说，若测距传感器组中为三个测距传感器，则三个测距传感器成120度的夹角，且三个测距传感器方向指向要在同一高度平面上；若测距传感器组中为四个测距传感器，四个测距传感器组成90度夹角，且四个测距传感器方向指向要在同一高度平面上。

可选的，测距传感器组包括：超声波测距传感器组或红外测距传感器组。

S503：将移动物体稳定状态的位置数据作为新的默认校正路标。

其中，移动物体稳定状态为移动物体在移动过程中加速度的变化率小于等于预设阈值，且移动物体的方位不发生转向。

具体的，移动物体稳定状态是移动物体在移动过程中的加速度变化率不会发生较大变化，且移动物体的方位不发生转向。举例来说，移动物体在移动过程中可能先是加速运动，然后再匀速运动，只要移动物体在加速运动中加速度不发生较大变化，在匀速运动过程中速度也不发生较大变化，且移动物体的方位不发生转向，就可以认为移动物体在移动过程中处于稳定状态。或者，移动物体在移动过程中也可能先是加速运动，然后再减速运动，只要移动物体在加速过程中不发生较大变化，在减速过程中也不发生较大变化，且移动物体的方位不发生转向，也可以认为移动物体在移动过程中处于稳定状态。需要说明的是，本实施例提供的预设阈值具体可根据移动物体在移动过程中的距离而定，比如，移动物体在移动过程中的距离越长，则可设置较大的预设阈值。也可以根据移动物体在移动过程中室内路面的环境而定，比如，若室内路面具有一定的坡度，则可将设置较大的预设阈值，若室内路面比较平整，则可设置较小的预设阈值。具体预设阈值的设置根据实际环境而定，本实施例在此不进行限定。

举例来说，如图3所示，a点为移动物体的移动起始位置，b点为选取确定的参考位置，c点为移动物体在空间移动时的一个中间位置。确定移动物体的参考位置为b点，获取参考位置b点的位置数据，标记为M，并将位置数据M作为默认校正路标。移动物体从起始位置a点开始运动，通过超声波传感器组测得移动物体在a点的位置数据，标记为A，将a点的位置数据A与默认校正路标M进行比较，若a点的位置数据A与默认校正路标M相对应，则判断移动物体从a点运动到c点的过程中是否稳定，具体的，判断移动物体从a点运动到c点的过程中是否稳的过程为：移动物体从a点运动到c点的过程中，通过加速度传感器判断移动物体的加速度变化，通过方位传感器判断移动物体的方位变化，若移动物体在从a点运动到c点的过程中移动物体的加速度变化率不会发生较大变化，且移动物体的方位不发生转向，则移动物体从a点运动到c点的过程中是稳定状态。若移动物体从a点运动到c点的过程中是稳定状态，通过超声波传感器组测得移动物体在c点的位置数据，标记为C，则将移动物体在c点的位置数据C作为新的默认校正路标。

本实施例提供的室内空间定位方法，在上述实施例的基础上，在移动物体的位置数据与默认校正路标相对应之后，通过判断移动物体的稳定状态，将移动物体稳定状态的位置数据作为新的默认校正路标，使室内空间定位的准确性更高。

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，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种室内空间定位方法，其特征在于，包括：

确定移动物体的参考位置，获取所述参考位置的位置数据，将所述参考位置的位置数据作为默认校正路标；

获取所述移动物体在空间移动时的路径；

获取所述移动物体在空间移动时的方位；

根据获取的所述移动物体的所述路径和方位计算得到所述移动物体的运动轨迹，根据所述移动物体的运动轨迹获取所述移动物体的位置数据；

将所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标比较；

若所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标相对应，根据所述默认校正路标校正所述移动物体的位置；

否则，继续获取所述移动物体的位置数据。

2.根据权利要求1所述的室内空间定位方法，其特征在于，在所述确定移动物体的参考位置之前，包括：

获取室内空间平面信息的位置数据，将所述室内空间平面信息的位置数据保存到数据库中；

所述确定移动物体的参考位置，获取所述参考位置的位置数据，包括：

确定移动物体的参考位置，从所述数据库中获取所述参考位置的位置数据。

3.根据权利要求2所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标相对应，包括：

所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标相匹配或在误差范围内；

其中，所述误差范围为-1～1厘米之间；

或者，所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标有相对应的扩大或缩小比例；

所述若所述移动物体的位置参数与所述默认校正路标相对应，根据所述默认校正路标校正所述移动物体的位置，包括：

若所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标相匹配或在误差范围内，则根据所述默认校正路标直接校正所述移动物体的位置；

或者，若所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标有相对应的扩大或缩小比例，则根据所述相对应的扩大或缩小比例将所述默认校正路标进行扩大或缩小，根据扩大或缩小后的所述默认校正路标校正所述移动物体的位置。

4.根据权利要求2或3所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述获取室内空间平面信息的位置数据，包括：

通过超声波测距传感器或红外测距传感器测量获取所述室内空间平面信息的位置数据。

5.根据权利要求1-3任一项所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述获取所述移动物体在空间移动时的路径，包括：

通过加速度传感器测量获取所述移动物体的加速度，将所述加速度通过双重积分计算得到所述移动物体在空间移动时的路径；

所述获取所述移动物体在空间移动时的方位，包括：

通过陀螺仪方位传感器测量获取所述移动物体在空间移动时的方位。

6.根据权利要求1-3任一项所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述若所述移动物体的位置数据与所述默认校正路标相对应之后，还包括：

判断所述移动物体的运动稳定性，确定所述移动物体稳定状态的位置；

获取所述移动物体稳定状态的位置数据；

将所述移动物体稳定状态的位置数据作为新的默认校正路标；

其中，所述移动物体稳定状态为所述移动物体在移动过程中加速度的变化率小于等于预设阈值，且所述移动物体的方位不发生转向。

7.根据权利要求6所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述判断所述移动物体的运动稳定性，确定所述移动物体稳定状态的位置，包括：

根据加速度传感器判断所述移动物体的加速度变化；

根据陀螺仪方位传感器判断所述移动物体的方位变化；

根据所述移动物体的加速度变化和方位变化，判断所述移动物体的运动稳定性。

8.根据权利要求6或7所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述获取所述移动物体稳定状态的位置数据，包括：

通过测距传感器组测量获取所述移动物体稳定状态的位置数据。

9.根据权利要求8所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述测距传感器组包括至少三个测距传感器，所述至少三个测距传感器的位置为圆形分布，所述至少三个测距传感器在所述圆形分布上均匀分布，且方向指向在同一高度平面上。

10.根据权利要求8所述的室内空间定位方法，其特征在于，所述测距传感器组包括：超声波测距传感器组或红外测距传感器组。