CN106979783A - 一种室内定位方法以及室内定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种室内定位方法，其中，该方法包括以下步骤：通过陀螺仪、数字元元罗盘和加速计，采用航位推测法对该目标物预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置；在该室内地图上选择一个小于该室内地图的目标区域，且该预估位置位于该目标区域内；采用距离感应器测量该目标物与该目标物所在建筑的墙壁之间的第一距离数据D，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2…DM；根据该目标区域内的点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该估位置进行校正。进一步本发明还涉及一种采用上述室内定位方法的室内定位系统。
Description
技术领域
本发明涉及定位系统领域，特别涉及一种室内定位系统(indoor positioning systems, IPS)以及采用该室内定位系统的室内定位方法。
背景技术
目前，有多种室内定位系统和室内定位方法。例如，固定位置（Wi-Fi, 蓝牙等）附近的测距法（distance
measurements），图像定位法（image positioning）或航位推测法（dead reckoning）。
然而，这些方法采用的技术都有其不足。测距法通常需要在建筑附近安置附加装置，例如Wi-Fi，发射器和接收器等，这导致大量安装工作和较高的成本。航位推测法可以省去附加的安装步骤和降低成本，但是无法对累积的误差进行校正。图像定位法虽然无需附加装置也不会导致累积误差，但是该方法成本高昂且涉及大量的图像处理工作。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种采用航位推测法和测距法结合的定位方法和室内定位系统，其可以整合现有定位方法的优点且弥补其不足。
一种室内定位方法，其中，该方法包括以下步骤：
步骤S10，将一室内定位系统安装在一待定位的目标物上，该室内定位系统包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；
步骤S11，通过所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计，采用航位推测法对该目标物预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置，并将该预估位置发送至所述处理器；
步骤S12，所述处理器在该室内地图上选择一个小于该室内地图的目标区域，且该预估位置位于该目标区域内；
步骤S13，采用所述距离感应器测量该目标物与该目标物所在建筑的墙壁之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器根据该目标区域内的点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该估位置进行校正，判断该目标区域内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，如果是，则该唯一点即为该目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S15；以及
步骤S15，取M=2×M，并返回步骤S13。
进一步，所述步骤S12中，所述目标区域为以该预估位置为几何中心的圆形区域、三角形区域、方形区域或N边形区域，其中N≧5；且所述+X方向、+Y方向、-X方向以及-Y方向分别对应方向东、北、西和南。
进一步，所述步骤S12中，所述目标区域为以起始位置为端点且与移动方向的夹角分别为+α和-α的两条射线与以该预估位置为圆心半径为r的圆弧共同定义的区域，其中，r=vt，v表示所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计对的该目标物的速度误差，α表示方向误差，t表示该目标物从起始位置移动至该预估位置的时间。
进一步，所述步骤S14可以包括：
步骤S141，所述处理器在该目标区域内定义间隔距离为H的多个点，计算每个点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d，其中，所述第二距离数据d包括N个分别沿着第1方向、第2方向…第N方向的第二距离值d1、d2…dN，且N=2；
步骤S142，然后判断满足所述第二距离数据d与所述第一距离资料D相互一致的点的个数是否为1，如果是，则该点作为目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S143；
步骤S143，取N=N+1，计算每个点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据dN，继续判断满足所述第二距离资料d与所述第一距离资料D相互一致的点的个数是否为1，如果是，则该点作为目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S144；以及
步骤S144，判断如果N＜M，则返回步骤S143，如果N=M，则进入步骤S15。
进一步，所述目标区域内定义的多个点之间的距离H等于所述距离感应器S；所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致指第一距离值D与对应的第二距离值d之间的距离差小于等于所述距离感应器精度精度S，即，∣D-d∣≦S。
进一步，所述步骤S14可以包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器计算目标区域内每个点在第1方向上距离墙壁的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条；
步骤S142，所述处理器计算目标区域内每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且将所有d2=D2的点连起来得到第2线条；
步骤S143，判断该第2线条和第1线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，选择第N方向计算距离dN确定第N线条，判断该第1线条、第2线条…第N线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
进一步，所述步骤S14可以包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第1方向的反方向平移距离D1后位于该目标区域内的部分定义为第1线条；
步骤S142，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第2方向的反方向平移距离D2后位于该目标区域内的部分定义为第2线条；
步骤S143，判断该第2线条和第1线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，将室内地图的墙壁沿着第N方向的反方向平移距离DN后位于该目标区域内的部分定义为第N线条，判断该第1线条、第2线条…第N线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
进一步，所述步骤S14可以包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器计算目标区域内每个点在第1方向上距离墙壁的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条；
步骤S142，所述处理器计算该第1线条上每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且得到d2=D2的点；
步骤S143，判断该d2=D2的点的个数是否等于1，如果是，则将该d2=D2的点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，计算所有d(N-1)=D(N-1)的点在第N方向上距离墙壁的距离dN，且得到dN=DN的点，判断该dN=DN的点的个数是否等于1，如果是，则将该dN=DN的点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
进一步，所述步骤S14可以包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第1方向的反方向平移距离D1后位于该目标区域内的部分定义为第1线条；
步骤S142，所述处理器计算该第1线条上每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且得到d2=D2的点；
步骤S143，判断该d2=D2的点的个数是否等于1，如果是，则将该d2=D2的点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，计算所有d(N-1)=D(N-1)的点在第N方向上距离墙壁的距离dN，且得到dN=DN的点，判断该dN=DN的点的个数是否等于1，如果是，则将该dN=DN的点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
一种室内定位方法，其中，该方法包括以下步骤：
步骤S10，将一室内定位系统安装在一待定位的目标物上，该室内定位系统包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；
步骤S11，通过所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计，采用航位推测法对该目标物预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置，并将该预估位置发送至所述处理器；
步骤S12，所述处理器在该室内地图上选择一个小于该室内地图的目标区域，且该预估位置位于该目标区域内；
步骤S13，采用所述距离感应器测量该目标物与该目标物所在建筑的墙壁之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=2，且所述第1方向和第2方向之间的夹角为90°；
步骤S14，所述处理器根据该目标区域内的点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该估位置进行校正，判断该目标区域内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，如果是，则该唯一点即为该目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S15；以及
步骤S15，增加M值，并返回步骤S13。
进一步，所述第1方向和第2方向中的至少一个垂直于所述建筑的墙壁。
进一步，所述增加M值的方法为M=M+A，且A为自然数，或M=B×M等，且B为大于1的自然数。
一种室内定位系统，其包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计用于对该目标物进行预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置；所述距离感应器用于测量该目标物与围绕该目标物的墙壁之间的第一距离数据D；所述处理器包括一校正模块根据所述第一距离资料D对所述预估位置进行校正，且该校正方法为上述校正方法。
本发明提供的室内定位方法与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：通过航位推测法得到目标物的预估位置，然后采用测距法对该预估位置进行校正，既克服了单独采用附近测距法或图像定位法的工作量大和成本高的缺点，又弥补了单独采用航位推测法带来的无法对积累的误差进行校正的不足。
附图说明
图1是本发明的实施例1采用的室内定位系统的方框图。
图 2是本发明实施例1的室内定位方法的流程图。
图 3是本发明实施例1的室内定位方法中确定目标区域的方法示意图。
图 4本发明实施例2的室内定位方法中在目标区域内确定目标物的实际位置的方法的流程图。
图5是本发明实施例3的室内定位方法中在目标区域内确定目标物的实际位置的方法的流程图。
图 6是本发明实施例4的室内定位方法中在目标区域内确定目标物的实际位置的方法的流程图。
图 7是本发明实施例5的室内定位方法中在目标区域内确定目标物的实际位置的方法的流程图。
图 8是本发明实施例6的室内定位方法中在目标区域内确定目标物的实际位置的方法的流程图。
主要元件符号说明
| 室内定位系统 | 10 |
| 处理器 | 100 |
| 室内地图 | 101 |
| 陀螺仪 | 102 |
| 目标区域 | 103 |
| 数字罗盘 | 104 |
| 墙壁 | 105 |
| 加速计 | 106 |
| 建筑 | 107 |
| 距离感应器 | 108 |
| 目标物 | 12 |
| 预估位置 | 120 |
| 实际位置 | 122 |
| 起始位置 | 124 |
| 移动方向 | 126 |
| 第1线条 | 130 |
| 第2线条 | 132 |
| 第3线条 | 134 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的室内定位方法以及室内定位系统作进一步的详细说明。
请参阅图1-2，本发明实施例采用的室内定位系统10包括：一陀螺仪102、一数字罗盘104、一加速计106、一距离感应器108以及一处理器100。所述陀螺仪102、数字元罗盘104、加速计106和距离感应器108分别与所述处理器100电连接。本实施例中，所述室内定位系统10仅包括陀螺仪102、数字元罗盘104、加速计106、距离感应器108以及处理器100。
所述室内定位系统10使用时安装在该待定位的目标物12上，所述目标物12在所述建筑107内运动。所述处理器100内存储有该目标物12所在建筑107的室内地图101。所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106用于对该目标物12进行预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120。所述距离感应器108用于测量该目标物12与围绕该目标物12的墙壁105之间的第一距离数据D。所述处理器100包括一校正模块，该校正模块可以根据所述第一距离资料D对所述预估位置120进行校正。所述距离感应器108可以为一个转动式距离感应器或多个非转动距离感应器。所述距离感应器108可以为声纳传感器、电感传感器、磁性传感器、电容传感器或激光传感器等。
可以理解，相对于现有的采用航位推测法的室内定位系统，本发明的室内定位系统10增加了距离感应器108且所述处理器100增加了校正模块。相对于现有的采用测距法的室内定位系统，本发明的室内定位系统10省去了Wi-Fi、蓝牙、射频发射器和接收器等附加装置。相对于现有的采用图像定位法的室内定位系统，本发明的室内定位系统10无需图像采集装置和图像处理模块。
请参阅图2，本发明实施例提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M≧2；
步骤S14，所述处理器100根据该目标区域103内的点与该室内地图101上的墙壁105之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该预估位置120进行校正，判断该目标区域103内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，如果是，则该唯一点即为该目标物12的实际位置，如果否，则进入步骤S15；以及
步骤S15，增加M值，并返回步骤S13。
所述步骤S12中，所述目标区域103的形状不限，可以为以该预估位置120为几何中心的圆形区域、三角形区域、方形区域或N边形区域，其中N≧5。本实施例中，所述目标区域103为以该预估位置120为圆心的圆形区域。可以理解，该目标区域103的选择对减少确定目标物12的实际位置122而需要进行的工作量很重要，因为依照该目标物12与周围墙壁之间的距离D及该室内地图101上取得的距离d来导出目标物12真正位置时，仅需要在该目标区域103内而非整个室内地图101取得距离d。所述目标区域103的选择依据所述传感器精度和累积误差。参见图3，优选地，本实施例中，所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106对的该目标物12的速度误差为v，方向误差为α，该目标物12从起始位置124移动至该预估位置120的时间为t。那么该目标物12的实际位置所在的区域，即所述目标区域103，应该是：以起始位置124为端点且与移动方向126的夹角分别为+α和-α的两条射线与以该预估位置120为圆心半径为r=vt的圆弧共同定义的区域。即，该目标物12的实际位置122应该既位于以起始位置124为端点且与移动方向126的夹角分别为+α和-α的两条射线之间，又位于以该预估位置120为圆心半径为r=vt的圆形区域内。
所述步骤S13中，当M=2，所述第1方向和第2方向之间的夹角为90°，且所述第1方向和第2方向中的至少一个垂直于所述建筑107的墙壁105。参见图2，优选地，M=4，在XY直角坐标系中，所述第1方向为+X方向，第2方向为+Y方向，第3方向为-X方向，第4方向为-Y方向，且该第一距离数据D至少包括四个分别沿+X方向、+Y方向、-X方向以及-Y方向测量得到的第一距离值D1、D2、D3以及D4。当8≧M＞4时，所述第5方向、第6方向、第7方向、第8方向可以为+X方向、+Y方向、-X方向以及-Y方向中相邻两个方向之间的方向。更优选地，所述第1方向、第2方向、第3方向、第4方向方向分别对应方向东、北、西和南。当8≧M＞4时，所述第5方向、第6方向、第7方向、第8方向分别对应方向东北、西北、西南和东南。
所述步骤S14中，判断该目标区域103内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点的方法不限，以下实施例将分别介绍不同的判断方法。
所述步骤S15中，增加M值的方法不限，可以根据需要选择，例如：M=M+A，且A为自然数，或M=B×M等，且B为大于1的自然数。
以下为本发明具体实施例。
实施例1
请参阅图2，本发明实施例1提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100在该目标区域103内定义间隔距离为H的多个点，计算每个点与该室内地图101上的墙壁105之间的第二距离数据d，其中，所述第二距离数据d包括N个分别沿着第1方向、第2方向…第N方向的第二距离值d1、d2…dN，且M≧N≧2；以及
步骤S142，所述处理器100将所述第二距离数据d与所述第一距离数据D进行比较，如果满足所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致的点即为该目标物12的实际位置122。
所述步骤S12中，本实施例中，所述目标区域103为以该预估位置120为圆心的圆形区域。
所述步骤S13中，本实施例中，M=4，所述第1方向、第2方向、第3方向、第4方向方向分别对应方向东、北、西和南。
所述步骤S14中，参见图2，当N=4时，所述每个点的第二距离数据d也包括四个分别沿+X方向、+Y方向、-X方向以及-Y方向测量得到的第二距离值d1、d2、d3以及d4。可以理解，N值越大，计算的第二距离数据d的距离值越多，对比的次数也越多，得到的实际位置122的精度就越高，但是计算和处理的工作量也越大。优选地，本实施例中，先取N=2，然后判断满足所述第二距离数据d与所述第一距离资料D相互一致的点的个数是否为1，如果是，则该点作为目标物12的实际位置122，如果否，则取N=N+1，继续判断。如果N﹤M时，得到满足所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，则该唯一点作为目标物12的实际位置。如果N=M时，仍然无法确定满足所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，则，进入步骤S15，直到只有一个点满足所述第二距离数据d与所述第一距离资料D相互一致的条件为止。
所述步骤S14中，计算第二距离数据d时，该目标区域103内选择的点越多，得到的实际位置122的精度就越高，但是计算和处理的工作量也越大。优选地，所述目标区域103内选择的多个点之间的距离H等于所述距离感应器精度S。所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致指第一距离值D与对应的第二距离值d之间的距离差小于等于所述距离感应器精度S，即，∣D-d∣≦S。
实施例2
请参阅图4，本发明实施例2提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第1方向上距离墙壁105的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条130；以及
步骤S142，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第2方向上距离墙壁105的距离d2，且将所有d2=D2的点连起来得到第2线条132，该第2线条132和第1线条130的公共点即为实际位置122。
本发明实施例2的方法与本发明实施例1的方法基本相同，其区别在于，步骤S14中，先确定第1线条130和第2线条132，再通过该第1线条130和第2线条132的公共点确定实际位置122。本实施例中，所述第1方向为东，第2方向为北。可以理解，所述室内地图101的墙壁105和墙壁105可以为图4所示的直线，也可以为图5所示的曲线或折线。
实施例3
请参阅图5，本发明实施例3提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100将室内地图101的墙壁105沿着第1方向的反方向平移距离D1后位于该目标区域103内的部分定义为第1线条130；以及
步骤S142，所述处理器100将室内地图101的墙壁105沿着第2方向的反方向平移距离D2后位于该目标区域103内的部分定义为第2线条132，该第2线条132和第1线条130的公共点即为实际位置122。
本发明实施例3的方法与本发明实施例2的方法基本相同，其区别在于，步骤S14中，所述第1线条130和第2线条132通过移动墙壁105的方式确定。本实施例中，所述第1方向为东，第2方向为北。
实施例4
请参阅图6，本发明实施例4提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第1方向上距离墙壁105的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条130；
步骤S142，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第2方向上距离墙壁105的距离d2，且将所有d2=D2的点连起来得到第2线条132；
步骤S143，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第3方向上距离第三墙壁105的距离d3，且将所有d3=D3的点连起来得到第3线条134，该第3线条134、第2线条132和第1线条130的公共点即为实际位置122。
本发明实施例4的方法与本发明实施例2的方法基本相同，其区别在于，该第2线条132和第1线条130的具有两个公共点，且进一步确定一第3线条134，并将该第3线条134、第2线条132和第1线条130的公共点作为实际位置122。本实施例中，所述第1方向为东，第2方向为北，第3方向为西。本发明实施例4中确定所述第3线条134、第2线条132和第1线条130的方法也可以采用本发明实施例3的移动墙壁105的方式。
可以理解，如果该第3线条134、第2线条132和第1线条130的公共点个数仍然大于1，则需要选择第4方向计算确定第4线条，并继续确认。也就是说，只要第1线条130至第N线条的公共点个数大于1，则选择N=N+1，继续选择第N方向计算确定的第N线条，并继续确认。如果N﹤M时，满足所有线条只有一个公共点，则该公共点作为目标物12的实际位置。如果N=M时，仍然无法满足所有线条只有一个公共点，则，进入步骤S15，直到满足所有线条只有一个公共点为止。
实施例5
请参阅图7，本发明实施例5提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第1方向上距离墙壁105的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条130；以及
步骤S142，所述处理器100计算该第1线条130上每个点在第2方向上距离墙壁105的距离d2，且将d2=D2的点作为实际位置122。
本发明实施例5的方法与本发明实施例2的方法基本相同，其区别在于，步骤S142中，仅计算该第1线条130上每个点在第2方向上距离墙壁105的距离d2，而非整个目标区域103的每个点。本实施例中，所述第1方向为东，第2方向为北。本发明实施例5中确定所述第1线条130的方法也可以采用本发明实施例3的移动墙壁105的方式。可以理解，本发明实施例5的计算过程简单，计算量减小。
实施例6
请参阅图8，本发明实施例6提供的采用室内定位系统10进行室内定位的方法包括以下步骤：
步骤S11，通过所述陀螺仪102、数字元罗盘104和加速计106，采用航位推测法对该目标物12预定位，从而得到该目标物12在该室内地图101上的预估位置120，并将该预估位置120发送至所述处理器100；
步骤S12，所述处理器100在该室内地图101上选择一个小于该室内地图101的目标区域103，且该预估位置120位于该目标区域103内；
步骤S13，采用所述距离感应器108测量该目标物12与该目标物12所在建筑107的墙壁105之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器100，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器100对该预估位置120进行校正，具体地，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器100计算目标区域103内每个点在第1方向上距离墙壁105的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条130；
步骤S142，所述处理器100计算该第1线条130上每个点在第2方向上距离墙壁105的距离d2，且得到两个d2=D2的点；以及
步骤S143，所述处理器100计算该两个d2=D2的点在第3方向上距离第三墙壁105的距离d3，且将d3=D3的点作为实际位置122。
本发明实施例6的方法与本发明实施例5的方法基本相同，其区别在于，步骤S142中，得到两个d2=D2的点，且进一步通过距离d3来确定实际位置122。本实施例中，所述第1方向为东，第2方向为北，第3方向为西。可以理解，如果满足d3=D3的点的个数大于1，则需要选择第4方向计算所有d3=D3的点在第4方向的距离d4，并继续判断。也就是说，只要满足dN=DN的点的个数大于1，则选择N=N+1，继续判断是否所有满足dN=DN的点只有一个。如果N﹤M时，得到满足dN=DN条件的唯一点，则该唯一点作为目标物12的实际位置。如果N=M时，仍然无法确定满足dN=DN条件的唯一点，则，进入步骤S15，直到只有一个点满足dN=DN条件为止。
可以理解，所述室内定位方法既可以应用于商场、办公室、仓库、车间等顶部封闭的室内场所，也可以应用于足球场、棒球场等顶部开放的室外场所，只要确保该场所的周围边界有建筑包围且该距离传感器的功率足够大使其能传送到周围边界即可。
本发明提供的室内定位方法与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：通过航位推测法得到目标物12的预估位置120，然后采用测距法对该预估位置120进行校正，既克服了单独采用附近测距法或图像定位法的工作量大和成本高的缺点，又弥补了单独采用航位推测法带来的无法对积累的误差进行校正的不足。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (12)
1.一种室内定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S10，将一室内定位系统安装在一待定位的目标物上，该室内定位系统包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；
步骤S11，通过所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计，采用航位推测法对该目标物预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置，并将该预估位置发送至所述处理器；
步骤S12，所述处理器在该室内地图上选择一个小于该室内地图的目标区域，且该预估位置位于该目标区域内；
步骤S13，采用所述距离感应器测量该目标物与该目标物所在建筑的墙壁之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=4，且所述第1方向，第2方向，第3方向为，第4方向中相邻两个方向之间的夹角α为：α=360°/M；
步骤S14，所述处理器根据该目标区域内的点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该估位置进行校正，判断该目标区域内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，如果是，则该唯一点即为该目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S15；以及
步骤S15，取M=2×M，并返回步骤S13。
2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述目标区域为以该预估位置为几何中心的圆形区域、三角形区域、方形区域或N边形区域，其中N≧5；且所述+X方向、+Y方向、-X方向以及-Y方向分别对应方向东、北、西和南。
3.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述目标区域为以起始位置为端点且与移动方向的夹角分别为+α和-α的两条射线与以该预估位置为圆心半径为r的圆弧共同定义的区域，其中，r=vt，v表示所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计对的该目标物的速度误差，α表示方向误差，t表示该目标物从起始位置移动至该预估位置的时间。
4.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141，所述处理器在该目标区域内定义间隔距离为H的多个点，计算每个点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d，其中，所述第二距离数据d包括N个分别沿着第1方向、第2方向…第N方向的第二距离值d1、d2…dN，且N=2；
步骤S142，然后判断满足所述第二距离数据d与所述第一距离资料D相互一致的点的个数是否为1，如果是，则该点作为目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S143；
步骤S143，取N=N+1，计算每个点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据dN，继续判断满足所述第二距离资料d与所述第一距离资料D相互一致的点的个数是否为1，如果是，则该点作为目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S144；以及
步骤S144，判断如果N＜M，则返回步骤S143，如果N=M，则进入步骤S15。
5.根据权利要求4所述的室内定位方法，其特征在于，所述目标区域内定义的多个点之间的距离H等于所述距离感应器S；所述第二距离数据d与所述第一距离数据D相互一致指第一距离值D与对应的第二距离值d之间的距离差小于等于所述距离感应器精度精度S，即，∣D-d∣≦S。
6.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器计算目标区域内每个点在第1方向上距离墙壁的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条；
步骤S142，所述处理器计算目标区域内每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且将所有d2=D2的点连起来得到第2线条；
步骤S143，判断该第2线条和第1线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，选择第N方向计算距离dN确定第N线条，判断该第1线条、第2线条…第N线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
7.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第1方向的反方向平移距离D1后位于该目标区域内的部分定义为第1线条；
步骤S142，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第2方向的反方向平移距离D2后位于该目标区域内的部分定义为第2线条；
步骤S143，判断该第2线条和第1线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，将室内地图的墙壁沿着第N方向的反方向平移距离DN后位于该目标区域内的部分定义为第N线条，判断该第1线条、第2线条…第N线条的公共点个数是否等于1，如果是，则将该公共点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
8.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器计算目标区域内每个点在第1方向上距离墙壁的距离d1，且将所有d1=D1的点连起来得到第1线条；
步骤S142，所述处理器计算该第1线条上每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且得到d2=D2的点；
步骤S143，判断该d2=D2的点的个数是否等于1，如果是，则将该d2=D2的点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，计算所有d(N-1)=D(N-1)的点在第N方向上距离墙壁的距离dN，且得到dN=DN的点，判断该dN=DN的点的个数是否等于1，如果是，则将该dN=DN的点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
9.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141，取N=2，所述处理器将室内地图的墙壁沿着第1方向的反方向平移距离D1后位于该目标区域内的部分定义为第1线条；
步骤S142，所述处理器计算该第1线条上每个点在第2方向上距离墙壁的距离d2，且得到d2=D2的点；
步骤S143，判断该d2=D2的点的个数是否等于1，如果是，则将该d2=D2的点作为实际位置，如果否则进入步骤S144；
步骤S144，取N=N+1，计算所有d(N-1)=D(N-1)的点在第N方向上距离墙壁的距离dN，且得到dN=DN的点，判断该dN=DN的点的个数是否等于1，如果是，则将该dN=DN的点作为实际位置，如果否，则进入步骤S145；以及
步骤S145，判断如果N＜M，则返回步骤S144，如果N=M，则进入步骤S15。
10.一种室内定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S10，将一室内定位系统安装在一待定位的目标物上，该室内定位系统包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；
步骤S11，通过所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计，采用航位推测法对该目标物预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置，并将该预估位置发送至所述处理器；
步骤S12，所述处理器在该室内地图上选择一个小于该室内地图的目标区域，且该预估位置位于该目标区域内；
步骤S13，采用所述距离感应器测量该目标物与该目标物所在建筑的墙壁之间的第一距离数据D，并将该第一距离数据D发送至所述处理器，其中，所述第一距离数据D包括M个分别沿着第1方向、第2方向…第M方向的第一距离值D1、D2 … DM，M=2，且所述第1方向和第2方向之间的夹角为90°；
步骤S14，所述处理器根据该目标区域内的点与该室内地图上的墙壁之间的第二距离数据d以及该第一距离数据D对该估位置进行校正，判断该目标区域内是否具有一满足该第二距离资料d与所述第一距离数据D相互一致的唯一点，如果是，则该唯一点即为该目标物的实际位置，如果否，则进入步骤S15；以及
步骤S15，增加M值，并返回步骤S13。
11.根据权利要求10所述的室内定位方法，其特征在于，所述第1方向和第2方向中的至少一个垂直于所述建筑的墙壁，且所述增加M值的方法为M=M+A，且A为自然数，或M=B×M，且B为大于1的自然数。
12.一种室内定位系统，其特征在于，其包括：一陀螺仪、一数字元罗盘、一加速计、一测距仪以及一处理器，且所述处理器内存储有该目标物所在建筑的室内地图；所述陀螺仪、数字元元罗盘和加速计用于对该目标物进行预定位，从而得到该目标物在该室内地图上的预估位置；所述距离感应器用于测量该目标物与围绕该目标物的墙壁之间的第一距离数据D；所述处理器包括一校正模块根据所述第一距离资料D对所述预估位置进行校正，且该校正方法为如权利要求1至11任意一项所述的方法。
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|---|---|---|---|
| CN201610026294.4A CN106979783A (zh) | 2016-01-16 | 2016-01-16 | 一种室内定位方法以及室内定位系统 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111145634A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-12 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种校正地图的方法及装置 |
| CN111767592A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-10-13 | 上海曼恒数字技术股份有限公司 | 一种用于智慧教室的设备布局方法、装置、存储介质 |
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2016
- 2016-01-16 CN CN201610026294.4A patent/CN106979783A/zh active Pending
Cited By (3)
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20170725 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |