CN106482737A - 室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 - Google Patents
室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106482737A CN106482737A CN201610877698.4A CN201610877698A CN106482737A CN 106482737 A CN106482737 A CN 106482737A CN 201610877698 A CN201610877698 A CN 201610877698A CN 106482737 A CN106482737 A CN 106482737A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- point
- intersection point
- intersection
- region
- correction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
- G01C21/206—Instruments for performing navigational calculations specially adapted for indoor navigation
Abstract
本发明提供了一种室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法，首先让初始的定位数据通过低通滤波器，以此减小由定位误差所引起的轨迹波动较大的问题，再采用基于线段交点或者基于网格符号的轨迹校正方法纠正位于错误区域的定位结果。本发明在室内结构地图信息的基础上，结合相关的判断机制对室内墙壁、门和窗等处的定位结果进行校正，进而得出准确的定位轨迹，以便更好地为室内定位和导航服务。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位和人员导航领域，尤其是一种无线终端定位方法。
背景技术
现代城市生活，人们活动和居住范围主要集中在室内环境中，有数据显示，无线通信将近80％发生在室内场所。这一现象使得基于无线信号的各种室内服务顺势而生，室内位置服务就是其中之一。
室内环境复杂、多变的特点导致人们对室内定位和导航的需求也愈加迫切。随着GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)在室外定位领域的成功发展及其优异表现，更带动了室内定位需求的增加，用户期望在所有环境中提供无缝定位服务，但GPS室外定位方案却根本不能直接用作室内定位。
无线通信的发展和进步，各种形式的无线信号如WIFI、蓝牙和UWB等成为室内定位的主力军。由于室内定位测量大多处于非视距(Non Line of Sight,NLOS)环境下，信号经由反射、折射等造成的多径效应对测量影响较大，使得室内定位精度进一步降低。
根据掌握的文献资料，为了提高定位性能和降低轨迹抖动幅度，有研究者对定位数据进行滤波处理，改善定位轨迹与实际移动轨迹的差异。对轨迹处理的过程中有使用Kalman Filter、Extended Kalman Filter等滤波技术的，也有用非线性粒子过滤技术的，还有借用其它传感元件，如陀螺仪，进一步改善定位轨迹与真实轨迹的误差。
室内定位对精度的要求日益提高，并不意味着追求精度是室内定位的首要目标，室内定位的首要目标是告知移动终端(Mobile Terminal，MT)的确切位置，换言之，定位准确性才是关键所在。例如在误差为1m的定位系统中，当MT位于如墙壁、门和楼梯口等区域临界处附近时，普通定位系统得出的坐标可能位于错误区域，无法保证定位结果的准确性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于室内数字地图的MT准确定位及轨迹校正方法，当MT在室内移动时，可以获得更为准确的移动轨迹。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1，将每次移动终端MT定位测量和计算生成的X轴和Y轴坐标数据进行低通滤波；任意选择一个MT室内轨迹校正方法，若选择基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，转至步骤2；若选择基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，转至步骤3；
步骤2，基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，包括以下步骤：
2.1)设MT前次定位点为A(xA，yA)，本次定位点为待校正点B(xB，yB)；设交点计数器，赋初始值为0；
2.2)以点A、B连线的中点为中心点划定正方形，线段AB的长度以米为单位向上取整作为该正方形的边长，正方形的一条边与X轴平行；
2.3)定义走廊、楼梯和室内空间为通行区域；定义墙体、窗户和立柱空间为禁行区域；定义门和竖直通道为可穿越区域，所述的竖直通道包括但不仅限于楼梯、电梯、扶梯、升降吊篮和卷扬机；将线段AB与所述正方形内代表禁行区域和穿越区域的所有线段求交点，根据交点情况作出如下判断：
a.若无交点，将交点计数器清0，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，转步骤2.4)；
b.若只在禁行区域上有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于n，其中n为禁行区域的阈值，如交点计数器值等于n，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，交点计数器清0；如果交点计数器值未达到n，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
c.若只在禁行区域上有2个交点，交点计数器清0，连接A点和点B1(xA，yB)，连接A点和点B2(xB，yA)，判断线段AB1或AB2中与正方形内禁行区域是否存在交点，选择没有交点的线段对应的点B1或B2的坐标为校正后的B’点坐标'，转步骤2.4)；
d.若只在代表门的可穿越区域有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于m，其中m为可穿越区域的阈值，若交点计数器值等于m，将B点坐标作为校正后的B’点坐标；如果交点计数器值未达到m，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
e.若只在代表竖直通道的可穿越区域有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于m，其中m为可穿越区域的阈值，若交点计数器值等于m，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，并将交点计数器清0；如果交点计数器值未达到m，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
f.其他情况不进行处理；
2.4)检测是否有待校正点，如果没有则校正结束，将交点计数器清0；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的待校正点坐标值赋给B点，转步骤2.2)，进行下一定位点的校正处理；
步骤3，基于网格符号的MT轨迹校正方法，包括以下步骤：
3.1)在每个楼层的室内地图上将不同区域用不同的标识符表示出来，将可穿越区域用G表示，将禁行区域用W表示，被可穿越区域和禁行区域所分割的N个通行区域用字母Ti表示，1≤i≤N；
以每个楼层的室内地图中最外侧墙体的一条直线为矩形的一个边，构建出能把该层平面地图全部包含在内的矩形区域，长和宽以米为单位取整数，以该矩形的长和宽两条邻边为坐标轴建立XOY平面直角坐标系，再分别对此矩形长和宽以1m为间隔等分，即把室内地图分为若干1m×1m的均匀网格，并对划分后的均匀网格进行编号；
以XOY平面直角坐标系中每个均匀网格的左上角顶点为起点，对每个均匀网格的四个顶点按顺时针方向编号1、2、3、4，四个顶点形成的边界和包含在其中的不同区域边界组成各种子区域，将每个子区域的轮廓信息和所属的均匀网格的顶点信息存在网格数据库中，所述的轮廓信息包括子区域的范围及标识符；
3.2)定位点校正，包括以下步骤：
3.2.1)设MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B，首先根据A点所在的楼层信息，检索其所在网格化的地图，然后分别根据A、B的坐标检索出各自所在的均匀网格及其编号；设穿越计数器，赋初始值为0；
3.2.2)根据点A(xA，yA)、B(xB，yB)所属均匀网格规划出判定矩形，方法如下：
xA≥xB，yA≥yB时，以点A所属均匀网格的2号顶点和点B所属均匀网格的4号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＞xB，yA＜yB时，以点A所属均匀网格的3号顶点和点B所属均匀网格的1号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＜xB，yA＜yB时，以点A所属均匀网格的4号顶点和点B所属均匀网格的2号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＜xB，yA＞yB时，以点A所属均匀网格的1号顶点和点B所属均匀网格的3号顶点为对角线规划出判定矩形；
所述的判定矩形被若干均匀网格完全填充；
3.2.3)比较判定点A、B所属子区域的标识符，进行以下校正步骤：
a.点A、B的标识符为同一标识符Ti，穿越计数器清0，把B点坐标作为校正后B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
b.点A的标识符为Ti，B的标识符为W或G，穿越计数器清0，把点(xB，yA)和(xB，yA)中与A点标识符相同的点的坐标为B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
c.点A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k，穿越计数器清0，若此判定矩形包含可穿越区域，则调用可穿越区域的阈值m，若包含禁行区域，则调用禁行区域的阈值n；如果穿越计数器等于相应的阈值，则把B点的坐标作为校正后B’点的坐标；否则把点(xA，yB)和(xB，yA)中与A点标识符相同的点的坐标为B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
3.2.4)检测是否有待校正点，如果没有则校正结束，将交点计数器清0；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的待校正点坐标值赋给B点，转步骤3.2.2)，进行下一定位点的校正处理。
所述的步骤2和步骤3中，所有可穿越区域处的阈值m的取值范围为2～5，所有禁行区域处的阈值n的取值范围为3～10。
本发明的有益效果是：利用室内建筑的结构特点和相关布局信息，并结合人在室内的移动规律，针对MT在不同区域内的定位结果进行校正处理，准确定位MT所处的位置区域，从而提高定位的准确性，具体优点如下：
1)原理简单，运算速度快，且准确性高；
2)不需要额外硬件资源，节约成本；
3)可移植性高，可以和各种不同的轨迹优化方法相结合使用；
4)在精确度不高的定位系统中，通过提高准确性来弥补精度不足的缺点；
5)提高准确性比提高精确度的价值更为重大，不仅简单、成本低，且能充分满足定位需求。
附图说明
图1是本发明低通滤波器的特性图。
图2是本发明通过低通滤波器过滤后的定位轨迹图。
图3是图2的局部放大图。
图4是本发明基于线段交点方法的整体流程图。
图5是本发明基于网格符号方法的整体流程图。
图6是本发明基于线段方法的仿真实例，其中，A、B、C、D、E和F为定位结果，B’、D’和F’为处理后的定位结果，a、b、c、d、e、f点是实际位置点。
图7是本发明基于线段交点方法的流程图。
图8是本发明建筑物拐角处交点的处理方法。
图9是本发明基于网格符号方法的仿真实例。
图10是本发明基于室内结构的符号处理图。
图11是本发明基于网格化室内地图的效果图。
图12是本发明基于网格符号方法的流程图。
图13是本发明网格符号方法的应用实例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明致力于在保证准确性的前提下，再要求精确度，使得室内定位技术朝着更有效和实用的方向发展。对于室内定位各区域边界处出现的准确性问题，在室内结构地图信息的基础上，结合相关的判断机制对室内墙壁、门和窗等处的定位结果进行校正，进而得出准确的定位轨迹，以便更好地为室内定位和导航服务。主要内容包括先让初始的定位数据通过低通滤波器，以此减小由定位误差所引起的轨迹波动较大的问题，再采用基于线段交点或者基于网格符号的轨迹校正方法纠正位于错误区域的定位结果。
本发明包括定位数据处理以及两种轨迹校正方法：基于线段交点的MT室内轨迹校正方法和基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，实际应用中选用其中任一种轨迹校正方法即可。
本发明采用的技术方案是：
步骤1：定位数据处理
将每次MT定位测量和计算生成的X轴和Y轴坐标数据输入到低通滤波器中，使得滤波之后的坐标波动范围变小；
任意选择一个MT室内轨迹校正方法，若选择基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，转至步骤2；若选择基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，转至步骤3；
步骤2：基于线段交点的MT室内轨迹校正方法
2.1MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B，并设立交点计数器记录交点个数，计数器的起始值为“0”；
2.2以A、B中点为中心点划定正方形，线段AB的长度以米为单位向上取整作为该正方形的边长，并且令正方形的一条边与X轴平行；
2.3将线段AB与2.2中正方形内代表禁行区域和穿越区域的所有线段求交点，所得结果有如下五种情况(其他的情况本发明不予考虑)：
●无交点；
●只在禁行区域上有1个交点；
●只在禁行区域上有2个交点；
●只在代表门的可穿越区域上有1个交点；
●和竖直通道处的可穿越区域有1个交点，所述的竖直通道包括且不仅限于楼梯、电梯、扶梯、升降吊篮和卷扬机。
具体处理如下：
a.若无交点，将交点计数器清“0”，B点不作处理，把B的坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转2.4；
b.若只在禁行区域上有1个交点，令交点为P，交点计数器加“1”，判断交点计数器数值是否等于n，其中n为禁行区域的阈值，如交点计数器数值等于n，把B的坐标赋给校正后B’点，意即“穿墙”成功，交点计数器清“0”；如果交点计数器数值未达到n，则将B的坐标校正至A与P连线的中点坐标B’点处，本次定位点校正处理结束，转2.4；
c.如果A、B两点间与墙体线段有2个交点，则表示是与墙体拐角形成的，交点计数器清“0”，若A、B两点的坐标分别表示为(xA，yA)和(xB，yB)，连接A点和B1(xA，yB)，A点和B2(xB，yA)，选择AB1和AB2形成的线段中与正方形内代表墙的线段没有交点的那个端点B1或B2为B'，使轨迹能够绕过拐角，本次定位点校正处理结束，转2.4；
d.与代表门的可穿越区域有1个交点，令交点为P，将交点计数器加“1”，若交点计数器数值等于可穿越区域的阈值m，把B点的坐标赋给校正后的B’点，交点计数器清“0”；如果交点计数器数值未达到m，则将AP中点坐标作为校正后的B’点坐标，本次定位点校正处理结束，转2.4；
e.和竖直通道处的可穿越区域有1个交点，令交点为P，将交点计数器加“1”，若计数器达到可穿越区域阈值，则把B的坐标赋给校正后B’点，将交点计数器清“0”；如果交点计数器数值未达到阈值，则将A与交点P连线的中点坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转2.4；
2.4经过2.3处理后，B’即为校正处理后的定位点，检测低通滤波器有无新定位点输出，如果没有则校正结束，将交点计数器清“0”；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的定位坐标值赋给B，转2.2，进行下一定位点的校正处理；
步骤3：基于网格符号的MT轨迹校正方法
使用该方法进行轨迹校正时，需对室内地图进行预处理，建立相对应的网格数据库，在此基础上，才能实现对定位点的校正，进而得到校正后的MT轨迹。
3.1室内地图预处理
3.1.1在每层楼层室内地图上，将不同区域用不同的标识符表示出来，如：将可穿越区域用G表示，禁行区域用W表示，其余被可穿越区域和禁行区域所分割的通行区域之间用字母Ti表示，1≤i≤N(N为分割后的通行区域个数)；
3.1.2本层室内地图网格化处理
设以建筑物室内地图中最外侧墙体的一条直线为矩形的一个边，构建出能把该层平面地图全部包含在内的矩形区域，长和宽以米为单位取整数，以该矩形的长和宽两条邻边为坐标轴建立XOY平面直角坐标系，再分别对此矩形长和宽以1m为间隔等分，即把室内地图分为许多1m×1m的均匀网格，并对划分后的均匀网格进行编号；
3.1.3以直角坐标系中均匀网格的左上角顶点为起点，对每个均匀网格的四个顶点按顺时针方向编号1、2、3、4，四个顶点形成的边界和包含在其中的区域边界组成了各种子区域，最后将每个子区域的轮廓信息(包括范围及标识符)和所属的均匀网格的顶点信息存在网格数据库中；
3.1.4设置一个计数器(计数器起始值为“0”)，用来记录连续穿越某区域的次数；
3.2定位点校正
3.2.1设该MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B，首先根据A点所在的楼层信息，检索其所在网格化的地图，然后分别根据A，B的坐标检索出各自所在的均匀网格及其编号；
3.2.2根据A、B所属均匀网格规划出判定矩形
若A、B两点的坐标分别表示为(xA，yA)和(xB，yB)，判定矩形的规划方法如下：
●xA≥xB，yA≥yB时，以A所属均匀网格2号顶点和B所属均匀网格的4号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＞xB，yA＜yB时，以A所属均匀网格3号顶点和B所属均匀网格的1号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＜xB，yA＜yB时，以A所属均匀网格4号顶点和B所属均匀网格的2号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＜xB，yA＞yB时，以A所属均匀网格1号顶点和B所属均匀网格的3号顶点为对角线规划出判定矩形；
●所述的判定矩形只能被若干均匀网格完全填充；
3.2.3比较判定矩形中A，B所属子区域的标识符，有如下的三种情况：
●A、B的标识符为同一标识符Ti；
●A的标识符为Ti,B的标识符为W或G；
●A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k；
3.2.4校正判断过程的步骤如下：
a.第一种情况：A，B的标识符为同一标识符Ti，计数器清“0”，B不做处理，把B点坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
b.第二种情况：A点的标识符为Ti，B的标识符为W或G，计数器清“0”，将B点校正至与A具有相同标识符的B’处，具体的校正方法为：选择坐标点(xA，yB)和(xB，yA)中与A点标识符相同的坐标为B’点，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
c.第三种情况：A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k，计数器加1，若此判定矩形包含标识符G，则调用可穿越区域处的阈值，若包含标识符W，则调用禁行区域处的阈值；如果计数器达到了相应的阈值则说明MT穿过墙或者门，则B点不作处理，把B点坐标赋给校正后B’点；否则将B点校正至与A具有相同标识符的B’处，校正方法同步骤3.2.4中的b步骤，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
3.2.5令经过3.2.4处理后B’即为校正处理后的定位点，检测低通滤波器有无新的定位点输出，如果没有则本次校正结束，计数器清“0”；否则将B’点坐标值赋给A点，将新得到的定位结果坐标值赋给B，转至3.2.1，进行下一定位点的校正处理。
所述步骤2和步骤3中，所有可穿越区域处的阈值范围为2-5，禁行区域处的阈值范围为3-10。
无论是采用基于线段交点还是基于网格的轨迹校正方法，之前都要对定位测量和计算生成的X，Y坐标数据进行低通滤波。在仿真设计FIR低通滤波器的参数时，定位系统每秒钟进行五次定位，那么低通滤波器的参数如下：通带3dB截止频率0.2Hz；阻带起始频率1.5Hz；阻带最大衰减40dB；采用的窗函数为KAISE窗，则得到的滤波器的阶数M＝9，滤波器的幅频特性与相频特性如图1所示。
MT在室内的移动轨迹一般都比较规则，大多都是沿着走廊的方向行走，假设MT在XOY平面直角坐标系内先X方向匀速直线移动，再Y方向匀速直线移动，实际的移动轨迹如图2中实线所示，加入了定位误差后的轨迹如图2中虚线所示，经过低通滤波后的轨迹如星线所示。
其中定位误差的分布服从均值为1.5，方差为1的正态分布。图3为图2的局部放大图。在图3中可以看出滤波后的轨迹相较于没有处理的定位轨迹波动要小很多，更接近实际轨迹。
在实际的定位过程中，由于定位误差的影响，只有当MT靠近禁行区域或者可穿越区域时，容易产生误判，将MT定位至隔壁房间。本实例对容易产生误判的情况进行仿真，并对各个禁行区域和可穿越区域设置阈值，验证了该方法对定位准确性的提升。
●关于室内地图的说明
室内数字地图以下简称室内地图，室内地图把曲线或直线段作为边界线，以此分割和区分出不同的相邻区域；各线段和区域的坐标均为已知，或者可以通过计算获得。
定义走廊、楼梯和室内等人可以自由移动的空间为通行区域；
定义墙体、窗户和立柱等人不能自由移动和穿越的空间为禁行区域；
定义门和电梯等人不能自由移动，但可以通过开关穿越通过的区域为可穿越区域。●MT初始位置的获得
任意一个MT的定位肯定有其开始的那个位置，称之为初始位置。MT的初始位置是一个重要的信息，可以通过如下方法获得初始位置的准确信息。
第一种方法是通过多次定位结果，根据概率高低来确定初始定位结果所在的区域。简单的方法就是重复测量定位很多次，比如10—50次，取它们的数学平均值作为初始位置。
第二种方法是MT定位软件提供至少两个位于不同区域的初始定位结果的选项，并通过用户任意选择确定初始位置信息。
将该点坐标定义为第一个定位点A。
对于低通滤波后的数据，提出两种方法(基于线段交点的MT室内轨迹校正方法和基于网格的MT室内轨迹校正方法)进行分析处理，以获得校正后更为准确的室内运动轨迹，图4和图5分别为这两种方法的整体流程图。
本发明包括定位数据处理以及两种轨迹校正方法：基于线段交点的MT室内轨迹校正方法和基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，实际应用中选用其中任一种轨迹校正方法即可。
步骤1：定位数据处理
将每次MT定位测量和计算生成的X轴和Y轴坐标数据输入到低通滤波器中，使得滤波之后的坐标波动范围变小；
系统每秒完成5-10次定位，采用数字低通滤波器抑制定位数据的波动，则低通滤波器的参数如下：3dB截止频率为0.2Hz,阻带起始频率1.5Hz,阻带最大衰减40dB；
任意选择一个MT室内轨迹校正方法，若选择基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，转至步骤2；若选择基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，转至步骤3；
步骤2：基于线段交点的MT室内轨迹校正方法
2.1MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B；
2.2以A、B中点为中心点划定正方形，线段AB的长度以米为单位向上取整作为该正方形的边长，并且令正方形的一条边与X轴平行；
2.3将线段AB与2.2中正方形内代表禁行区域和穿越区域的线段求交点，并设立交点计数器记录交点个数，计数器的起始值为“0”，所得结果有如下五种情况(其他的情况本发明不予考虑)：
●无交点；
●只在禁行区域上有1个交点；
●只在禁行区域上有2个交点；
●只在代表门的可穿越区域上有1个交点；
●和竖直通道处的可穿越区域有1个交点，所述的竖直通道包括且不仅限于楼梯、电梯、扶梯、升降吊篮和卷扬机。
具体处理如下：
a.若无交点，交点计数器清“0”，B点不作处理，把B的坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转2.4；
b.若只在禁行区域上有1个交点，令交点为P，交点计数器加“1”，判断交点计数器数值是否等于n，其中n为禁行区域的阈值，如交点计数器数值等于n，把B的坐标赋给校正后B’点，交点计数器清“0”；如果交点计数器数值未达到n，则将B的坐标校正至A与P连线的中点坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转2.4；
c.如果A、B两点间与墙体线段有2个交点，则表示是与墙体拐角形成的，交点计数器清“0”，若A、B两点的坐标分别表示为(xA，yB)和(xB，yB)，连接A点和B1(xA，yB)，A点和B2(xB，yA)，选择AB1和AB2形成的线段中与正方形内代表墙的线段没有交点的那个端点B1或B2为B'，使轨迹能够绕过拐角，本次定位点校正处理结束，转2.4；
d.与代表门的可穿越区域有1个交点，令交点为P，将交点计数器加“1”，若交点计数器数值等于可穿越区域的阈值m，把B点的坐标赋给校正后的B’点，交点计数器清“0”；如果交点计数器数值未达到m，则将AP中点坐标作为校正后的B’点坐标，本次定位点校正处理结束，转2.4；
e.和竖直通道处的可穿越区域有1个交点，令交点为P，交点计数器加“1”，若计数器达到可穿越区域阈值，则把B的坐标赋给校正后B’点，交点计数器清“0”，并根据B’点的楼层信息更新楼层平面图；如果交点计数器数值未达到阈值，则将A与交点P连线的中点坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转2.4；
2.4经过2.3处理后，B’即为校正处理后的定位点，检测低通滤波器有无新定位点输出，如果没有则校正结束，交点计数器清“0”；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的定位坐标值赋给B，转2.2，进行下一定位点的校正处理；
步骤3：基于网格符号的MT轨迹校正方法
使用该方法进行轨迹校正时，需要对室内地图进行预处理，建立相对应的网格数据库，在此基础上，才能实现对定位点的校正，进而得到校正后的MT轨迹。
3.1室内地图预处理
3.1.1在每层楼层室内地图上，将不同区域用不同的标识符表示出来，如：将可穿越区域用G表示，禁行区域用W表示，其余被可穿越区域和禁行区域所分割的通行区域之间用字母Ti表示，1≤i≤N(N为分割后的通行区域个数)；
3.1.2本层室内地图网格化处理
设以建筑物室内地图中最外侧墙体的一条直线为矩形的一个边，构建出能把该层平面地图全部包含在内的矩形区域，长和宽以米为单位取整数，以该矩形的长和宽两条邻边为坐标轴建立XOY平面直角坐标系，再分别对此矩形长和宽以1m为间隔等分，即把室内地图分为许多1m×1m的均匀网格，并对划分后的均匀网格进行编号；
3.1.3以直角坐标系中均匀网格的左上角顶点为起点，对每个均匀网格的四个顶点按顺时针方向编号1、2、3、4，四个顶点形成的边界和包含在其中的区域边界组成了各种子区域，最后将每个子区域的轮廓信息(包括范围及标识符)和所属的均匀网格的顶点信息存在网格数据库中。
3.2定位点校正
3.2.1设该MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B，首先根据A点所在的楼层信息，检索其所在网格化的地图，然后分别根据A，B的坐标检索出各自所在的均匀网格及其编号；
3.2.2根据A、B所属均匀网格规划出判定矩形
若A、B两点的坐标分别表示为(xA，yA)和(xB，yB)，判定正方形的规划方法如下：●xA≥xB，yA≥yB时，以A所属均匀网格2号顶点和B所属均匀网格的4号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＞xB，yA＜yB时，以A所属均匀网格3号顶点和B所属均匀网格的1号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＜xB，yA＜yB时，以A所属均匀网格4号顶点和B所属均匀网格的2号顶点为对角线规划出判定矩形；
●xA＜xB，yA≥yB时，以A所属均匀网格1号顶点和B所属均匀网格的3号顶点为对角线规划出判定矩形；
3.2.3比较判定矩形中A、B所属子区域的标识符，有如下的三种情况：
●A、B的标识符为同一标识符Ti；
●A的标识符为Ti，B的标识符为W或G；
●A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k；
3.2.4校正判断过程中设置一个计数器(计数器的起始值为“0”)，用来记录连续穿越某区域的次数，校正步骤如下：
a.第一种情况：A，B的标识符为同一标识符Ti，计数器清“0”，B不做处理，把B点坐标赋给校正后B’点，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
b.第二种情况：A的标识符为Ti，B的标识符为W或G，计数器清“0”，将B点校正至与A具有相同标识符的B’处，具体的校正方法为：选择坐标点(xA，yB)和(xB，yA)中与A点标识符相同的坐标为B’点，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
c.第三种情况：A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k，计数器加1，若此判定矩形包含标识符G，则调用可穿越区域处的阈值，若包含标识符W，则调用禁行区域处的阈值；如果计数器达到了相应的阈值则说明MT穿过墙或者门，则B点不作处理，把B点坐标赋给校正后B’点；否则将B点校正至与A具有相同标识符的B’处，校正方法同步骤3.2.4中的b步骤，本次定位点校正处理结束，转至3.2.5；
3.2.5令经过3.2.4处理后B’即为校正处理后的定位点，检测低通滤波器有无新的定位点输出，如果没有则本次校正结束，计数器清“0”；否则将B’点坐标值赋给A点，将新得到的定位结果坐标值赋给B，转至3.2.1，进行下一定位点的校正处理。
所述步骤2和步骤3中，所有可穿越区域处的阈值范围为2-5，本发明取2；禁行区域处的阈值范围为3-10，本发明取5。
两种不同方案的实施实例如下：
实施实例一：
如图6所示，该场景描述的是MT沿着墙壁走。A为初始点，F为滤波后的终点。墙的阈值为5，门的阈值为2(由于本实例采用的是基于线段交点的轨迹校正方法，所以图中墙，门用线段表示)。
根据图7中线段交点轨迹校正方法的流程图，可以分为以下几个步骤：
步骤1：选择A点作为起始点，通过低通滤波之后的下一点作为待校正点B。
步骤2：建立以A、B连线中点为中心点，以AB长度向上取整作为边长的正方形，并且令正方形的一条边与X轴平行。
步骤3：判断A、B连线和代表禁行区域或可穿越区域线段之间的交点个数。
步骤4：若交点个数为0，则按照2.3处理方法中a的方法处理，若交点个数大于1，如图8，则按照2.3处理方法中c的校正方法，否则根据不同区域处的阈值来处理B点，处理方法见2.3中b,d和e中的内容。
步骤5：如果低通滤波器有新的定位点输出，则处理下一待校正点，令B’为新的A点，待校正点为B，重复步骤1；如果低通滤波器没有新的定位点输出，则本次校正结束。
仿真的结果在图6中显示，MT有三次定位结果B、D和E被误判为门和墙壁下侧，但是通过基于线段交点轨迹校正方法，调整为B’、D’和F’，修正回了门和墙壁的上侧。由此可见，本方法对MT在可穿越区域或者禁行区域的轨迹有良好的校正效果。
实施实例二：
另一场景如图9所示，MT从上往下行走，黑色实线为墙壁，两个五角星之间为小门，较长的灰色线段为大门，实际轨迹为三角形连线，滤波后的定位轨迹为加号连线，经过轨迹校正的为星形连线。将门的阈值设置为2，墙壁的阈值设置为5(由于本实例采用的是基于网格符号方法，所以图中墙，门用区域表示)。
首先根据3.1对室内地图进行预处理如图10，再规划出均匀网格，建立起网格数据库如图11。在此基础上，再利用基于网格符号的轨迹校正法对定位点进行校正，得到准确的MT室内运动轨迹。
根据图12所示的流程图，具体的网格符号轨迹校正方法步骤如下：
步骤1：根据滤波后的轨迹，选择起始点A和相邻的下一个点为待校正点B，分别求出各自所属的均匀网格信息。
步骤2：根据A、B各自所属的均匀网格信息，规划出判定矩形。
步骤3：比较A、B点所属均匀网格内的标识符信息。
步骤4：若出现如图13所示的场景，根据3.2.4中对应的情况作相应处理来得到校正点B’。
步骤5：如果低通滤波器有新的定位点输出，则处理下一待校正点，令B’为新的A点，待校正点为B，重复步骤1；如果低通滤波器没有新的定位点输出时，本次校正结束。
结果如图9所示，轨迹校正后准确率很高，尤其是在通过入口和靠近墙壁移动时，效果更为明显，这是由于墙壁和门是有厚度的，它对一些因为定位误差而定位到墙壁所在的子区域的点起到了过滤的作用。
Claims (2)
1.一种室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1，将每次移动终端MT定位测量和计算生成的X轴和Y轴坐标数据进行低通滤波；任意选择一个MT室内轨迹校正方法，若选择基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，转至步骤2；若选择基于网格符号的MT室内轨迹校正方法，转至步骤3；
步骤2，基于线段交点的MT室内轨迹校正方法，包括以下步骤：
2.1)设MT前次定位点为A(xA，yA)，本次定位点为待校正点B(xB，yB)；设交点计数器，赋初始值为0；
2.2)以点A、B连线的中点为中心点划定正方形，线段AB的长度以米为单位向上取整作为该正方形的边长，正方形的一条边与X轴平行；
2.3)定义走廊、楼梯和室内空间为通行区域；定义墙体、窗户和立柱空间为禁行区域；定义门和竖直通道为可穿越区域，所述的竖直通道包括但不仅限于楼梯、电梯、扶梯、升降吊篮和卷扬机；将线段AB与所述正方形内代表禁行区域和穿越区域的所有线段求交点，根据交点情况作出如下判断：
a.若无交点，将交点计数器清0，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，转步骤2.4)；
b.若只在禁行区域上有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于n，其中n为禁行区域的阈值，如交点计数器值等于n，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，交点计数器清0；如果交点计数器值未达到n，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
c.若只在禁行区域上有2个交点，交点计数器清0，连接A点和点B1(xA，yB)，连接A点和点B2(xB，yA)，判断线段AB1或AB2中与正方形内禁行区域是否存在交点，选择没有交点的线段对应的点B1或B2的坐标为校正后的B’点坐标'，转步骤2.4)；
d.若只在代表门的可穿越区域有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于m，其中m为可穿越区域的阈值，若交点计数器值等于m，将B点坐标作为校正后的B’点坐标；如果交点计数器值未达到m，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
e.若只在代表竖直通道的可穿越区域有1个交点P，交点计数器加1，判断交点计数器值是否等于m，其中m为可穿越区域的阈值，若交点计数器值等于m，将B点坐标作为校正后的B’点坐标，并将交点计数器清0；如果交点计数器值未达到m，则将A点与P点连线的中点坐标作为校正后的B’点坐标；转步骤2.4)；
f.其他情况不进行处理；
2.4)检测是否有待校正点，如果没有则校正结束，将交点计数器清0；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的待校正点坐标值赋给B点，转步骤2.2)，进行下一定位点的校正处理；
步骤3，基于网格符号的MT轨迹校正方法，包括以下步骤：
3.1)在每个楼层的室内地图上将不同区域用不同的标识符表示出来，将可穿越区域用G表示，将禁行区域用W表示，被可穿越区域和禁行区域所分割的N个通行区域用字母Ti表示，1≤i≤N；
以每个楼层的室内地图中最外侧墙体的一条直线为矩形的一个边，构建出能把该层平面地图全部包含在内的矩形区域，长和宽以米为单位取整数，以该矩形的长和宽两条邻边为坐标轴建立XOY平面直角坐标系，再分别对此矩形长和宽以1m为间隔等分，即把室内地图分为若干1m×1m的均匀网格，并对划分后的均匀网格进行编号；
以XOY平面直角坐标系中每个均匀网格的左上角顶点为起点，对每个均匀网格的四个顶点按顺时针方向编号1、2、3、4，四个顶点形成的边界和包含在其中的不同区域边界组成各种子区域，将每个子区域的轮廓信息和所属的均匀网格的顶点信息存在网格数据库中，所述的轮廓信息包括子区域的范围及标识符；
3.2)定位点校正，包括以下步骤：
3.2.1)设MT前次定位点为A，本次定位点为待校正点B，首先根据A点所在的楼层信息，检索其所在网格化的地图，然后分别根据A、B的坐标检索出各自所在的均匀网格及其编号；设穿越计数器，赋初始值为0；
3.2.2)根据点A(xA，yA)、B(xB，yB)所属均匀网格规划出判定矩形，方法如下：
xA≥xB，yA≥yB时，以点A所属均匀网格的2号顶点和点B所属均匀网格的4号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＞xB，yA＜yB时，以点A所属均匀网格的3号顶点和点B所属均匀网格的1号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＜xB，yA＜yB时，以点A所属均匀网格的4号顶点和点B所属均匀网格的2号顶点为对角线规划出判定矩形；
xA＜xB，yA＞yB时，以点A所属均匀网格的1号顶点和点B所属均匀网格的3号顶点为对角线规划出判定矩形；
所述的判定矩形被若干均匀网格完全填充；
3.2.3)比较判定点A、B所属子区域的标识符，进行以下校正步骤：
a.点A、B的标识符为同一标识符Ti，穿越计数器清0，把B点坐标作为校正后B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
b.点A的标识符为Ti，B的标识符为W或G，穿越计数器清0，把点(xA，yB)和(xB，yA)中与A点标识符相同的点的坐标为B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
c.点A、B的标识符分别为Tj、Tk，j≠k，穿越计数器清0，若此判定矩形包含可穿越区域，则调用可穿越区域的阈值m，若包含禁行区域，则调用禁行区域的阈值n；如果穿越计数器等于相应的阈值，则把B点的坐标作为校正后B’点的坐标；否则把点(xA，yB)和(xB，yA)中与A点标识符相同的点的坐标为B’点的坐标，转至步骤3.2.4)；
3.2.4)检测是否有待校正点，如果没有则校正结束，将交点计数器清0；否则将B’点坐标值赋给A点，将新的待校正点坐标值赋给B点，转步骤3.2.2)，进行下一定位点的校正处理。
2.根据权利要求1所述的室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法，其特征在于：所述的步骤2和步骤3中，所有可穿越区域处的阈值m的取值范围为2～5，所有禁行区域处的阈值n的取值范围为3～10。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610877698.4A CN106482737B (zh) | 2016-10-09 | 2016-10-09 | 室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610877698.4A CN106482737B (zh) | 2016-10-09 | 2016-10-09 | 室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106482737A true CN106482737A (zh) | 2017-03-08 |
| CN106482737B CN106482737B (zh) | 2019-03-26 |
Family
ID=58268593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610877698.4A Active CN106482737B (zh) | 2016-10-09 | 2016-10-09 | 室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106482737B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144863A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-08 | 上海美迪索科电子科技有限公司 | 一种基于地图信息的gps/bd定位轨迹优化方法 |
| CN108834072A (zh) * | 2017-05-03 | 2018-11-16 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 移动轨迹的获取方法及装置 |
| CN109151728A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-04 | 上海中兴易联通讯股份有限公司 | 一种具备空间过滤机制的室内无线定位方法及其系统 |
| CN110389994A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-29 | 拉扎斯网络科技（上海）有限公司 | 数据处理方法、装置、定位方法、存储介质和电子设备 |
| CN110631589A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-31 | 广东星舆科技有限公司 | 一种实时修正定位轨迹的方法 |
| CN112732682A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-04-30 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 时空轨迹数据的处理方法、装置及计算机存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101408925A (zh) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 上海平安投资有限公司 | Rfid区域划分及范围监控系统和方法 |
| US20100308939A1 (en) * | 2008-09-27 | 2010-12-09 | Kurs Andre B | Integrated resonator-shield structures |
| CN102752855A (zh) * | 2012-08-01 | 2012-10-24 | 重庆大学 | 基于路径规则和预测的室内人员定位系统及方法 |
| CN103438897A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-11 | 杭州东信捷峻科技有限公司 | 基于栅格地图的路径轨迹校正方法 |
| CN105898863A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-08-24 | 西北工业大学 | 一种基于toa的室内楼层定位方法 |
| CN106197419A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-12-07 | 北京建筑大学 | 顾及障碍物和子空间剖分的室内导航方法及系统 |
-
2016
- 2016-10-09 CN CN201610877698.4A patent/CN106482737B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101408925A (zh) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 上海平安投资有限公司 | Rfid区域划分及范围监控系统和方法 |
| US20100308939A1 (en) * | 2008-09-27 | 2010-12-09 | Kurs Andre B | Integrated resonator-shield structures |
| CN102752855A (zh) * | 2012-08-01 | 2012-10-24 | 重庆大学 | 基于路径规则和预测的室内人员定位系统及方法 |
| CN103438897A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-11 | 杭州东信捷峻科技有限公司 | 基于栅格地图的路径轨迹校正方法 |
| CN105898863A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-08-24 | 西北工业大学 | 一种基于toa的室内楼层定位方法 |
| CN106197419A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-12-07 | 北京建筑大学 | 顾及障碍物和子空间剖分的室内导航方法及系统 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144863A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-08 | 上海美迪索科电子科技有限公司 | 一种基于地图信息的gps/bd定位轨迹优化方法 |
| CN108834072A (zh) * | 2017-05-03 | 2018-11-16 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 移动轨迹的获取方法及装置 |
| CN109151728A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-04 | 上海中兴易联通讯股份有限公司 | 一种具备空间过滤机制的室内无线定位方法及其系统 |
| CN109151728B (zh) * | 2018-09-21 | 2020-11-13 | 上海中兴易联通讯股份有限公司 | 一种具备空间过滤机制的室内无线定位方法及其系统 |
| CN110389994A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-29 | 拉扎斯网络科技（上海）有限公司 | 数据处理方法、装置、定位方法、存储介质和电子设备 |
| CN110631589A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-31 | 广东星舆科技有限公司 | 一种实时修正定位轨迹的方法 |
| CN110631589B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-04-27 | 广东星舆科技有限公司 | 一种实时修正定位轨迹的方法 |
| CN112732682A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-04-30 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 时空轨迹数据的处理方法、装置及计算机存储介质 |
| CN112732682B (zh) * | 2019-10-29 | 2022-05-31 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 时空轨迹数据的处理方法、装置及计算机存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106482737B (zh) | 2019-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106482737B (zh) | 室内无线终端定位准确性保证及轨迹校正方法 | |
| CN109782763A (zh) | 一种动态环境下的移动机器人路径规划方法 | |
| CN105004340B (zh) | 结合惯性导航技术和指纹定位技术的定位误差修正方法 | |
| CN104869541B (zh) | 一种室内定位追踪方法 | |
| CN104427108B (zh) | 移动终端及其室内外定位切换的方法 | |
| CN104575075B (zh) | 一种基于北斗的城市路网车辆坐标校正方法及装置 | |
| CN104567906B (zh) | 一种基于北斗的城市路网车辆路径规划方法及装置 | |
| CN105241465B (zh) | 一种道路更新的方法 | |
| CN106102161A (zh) | 基于聚类算法分析数据优化的室内定位方法 | |
| CN105629198B (zh) | 基于密度的快速搜索聚类算法的室内多目标追踪方法 | |
| CN105744535A (zh) | 移动网络小区信息侦测与覆盖标定方法 | |
| CN106840163A (zh) | 一种室内定位方法及系统 | |
| CN103136393A (zh) | 一种基于网格划分的区域覆盖率计算方法 | |
| CN104066058B (zh) | 一种基于双套指纹叠加的wlan室内定位方法 | |
| CN103091662B (zh) | 定位方法、路测终端与手持终端 | |
| CN106441292A (zh) | 一种基于众包imu惯导数据的楼宇室内平面图建立方法 | |
| CN104197934B (zh) | 一种基于地磁的定位方法、装置及系统 | |
| CN106017476B (zh) | 一种生成室内定位导航图模型的方法 | |
| CN102752790A (zh) | 确定无线网络覆盖率的方法及设备 | |
| CN103888972B (zh) | 一种弱覆盖区域的确定方法及装置 | |
| CN108271171A (zh) | 建筑物网络状况统计方法及装置 | |
| CN107179525A (zh) | 一种基于泰森多边形的克里金插值的位置指纹构建方法 | |
| CN104424276B (zh) | 基于流形学习的指纹库自更新方法和装置 | |
| TW201329485A (zh) | 無線通訊定位方法 | |
| CN107064984B (zh) | 一种基于手机信号方向和强弱的手机定位算法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230526 Address after: Room 4001, Block A, Innovation Building, West Polytechnic University, No. 127 Youyi West Road, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710072 Patentee after: Xi'an Xiwei Maichuang Technology Co.,Ltd. Address before: No.127 Youyi West Road, Xi'an, Shaanxi 710072 Patentee before: Northwestern Polytechnical University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |