CN107504968A - 一种基于pdr及移动目标进出点的轨迹追踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，包括PDR定位系统，所述PDR定位系统由智能手机、无线中继节点、WIFI路由、服务器、加速计，陀螺仪测量速度、角速度变化量组成，所述智能手机签由显示屏、带微控制器的蓝牙组成，所述无线中继节点由带微控制器的蓝牙和WIFI通信模块组成，所述服务器可通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机发送信号功能，所述智能手机事先已安装定位导航APP软件，所述智能手机内部嵌入运动传感器、加速度传感器、方向传感器和地磁传感器，推测航迹通常认为行人运动为二维运动，基本原理是平面几何法。该发明定位准确，便于使用，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体为一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法。
背景技术
快速精确搜寻定位目标是各行各业迫切需要解决的难题，高精度轨迹追踪是解决该问题的有效途径。然而，现有的定位技术种类繁多，稳定性差，成本高，成为该技术推广应用的一个瓶颈，说到定位服务，人们最多想到的是基于GPS系统的定位导航系统，然而GPS系统定位性能受遮蔽物的影响很大，而人们生活中大部分的时间生活在室内，当用户在室内活动时，比如说仓库管理，商场购物，还有医院医护，GPS就完全无法满足人们的需求。所以最近几年，室内定位由于其广阔的市场前景而吸引到国内外研究机构们的关注，那么如何发明出一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，这成为我们需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，包括PDR定位系统，所述PDR定位系统由智能手机、无线中继节点、WIFI路由、服务器、加速计，陀螺仪测量速度、角速度变化量组成，所述智能手机签由显示屏、带微控制器的蓝牙组成，所述无线中继节点由带微控制器的蓝牙和WIFI通信模块组成，所述服务器可通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机发送信号功能，所述智能手机事先已安装定位导航APP软件，所述智能手机内部嵌入运动传感器、加速度传感器、方向传感器和地磁传感器，推测航迹通常认为行人运动为二维运动，基本原理是平面几何法，原理为，在采样时间很短的情况下，认为行人做直线运动，得知起始点的位置信息，就可以得到前一刻或下一刻精确的位置信息和采样时间内载体的位移量。
优选的，用户的初始位置P(x)＝{x(0),y(0)}，由基于KWNN的Wi-Fi信号指纹定位算法得到，用户开始移动后，通过加速计，陀螺仪测量速度，角速度变化量，利用PDR定位算法估计每一步用户的坐标，直到用户前进预定步数m后，进行一次基于KWNN的Wi-Fi指纹定位，将Wi-Fi指纹定位结果作为用户当前结果，在随后的m步中，都基于上一次Wi-Fi指纹定位结果进行PDR定位计算即同时利用Wi-Fi指纹定位结果修正PDR算法定位误差，如此循环。
优选的，具体算法如下，向前推测，已知当前时刻的信息推算前一采样时刻的位置信息，假设已知第3个点的信息(x2,y2)，推位计算第2个点(x1,y1)位置信息，可以得到第1个点的位置信息(x0,y0)。
优选的，利用Wi-Fi指纹定位结果修正PDR算法定位误差，能够有效约束误差的积累，其具体计算流程如下：
使用Pt表示用户时刻t所处的真实位置，Pt＝{xt,yt}，Pt,PDR和Pt,WiFi分别表示在该时刻使用PDR定位算法和Wi-Fi指纹定位算法得到的结果；
假设t时刻位置Pt,WiFi已通过Wi-Fi信号指纹定位算法得到，在接下来的m步中，使用PDR定位算法进行位置估计；假设步长为l，得到：
角度定义如下：
其中，βt由传感器获得，表示运动方向变化量；在m步后，可以计算m步移动的距离与转角其中，“||||”表示欧几里得距离；使用下列方程更新用户步长，用于后续PDR定位：
PDR周期性的使用Wi-Fi定位进行修正能够有效约束误差的积累。
优选的，采用多线程同步和异步机制，主要有存储数据线程、定位算法线程、航迹绘制线程。每10ms采集传感器数据一次，进入存储数据线程，把采集的数据存储在本地磁盘，用于分析数据变化，采集的数据每60组进行一次定位，进入定位算法线程，进行本文前述的航位推测，当定位发生更新时，进入航迹绘制线程，在手持设备界面上进行航迹的绘制，高亮显示定位点。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的定位方法采用无线信号强度测距、行人航位推测，通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机，该定位法定位误差小，不会产生积累误差，信号稳定，定位准确，本发明计算过程中，不需要假设各类误差分布，也不需要对误差模型参数进行估计，适用范围较广。通过智能手机上的各种传感器，传输数据，通过数学模型进行计算，不需要修改现有信号指纹数据库，也不要需要频繁更新信号数据库，可用性较好。设备要求低，普通智能手机就包含了实现发明所需的所有传感器，现有Wi-Fi接入点就能作为信号发射装置使用，用户不需要购买特殊传感设备，容易推广。
附图说明
图1为本发明一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法数据偏差模型示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1，本实用发明提供一种技术方案：一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，包括PDR定位系统，所述PDR定位系统由智能手机、无线中继节点、WIFI路由、服务器、加速计，陀螺仪测量速度、角速度变化量组成，所述智能手机签由显示屏、带微控制器的蓝牙组成，所述无线中继节点由带微控制器的蓝牙和WIFI通信模块组成，所述服务器可通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机发送信号功能，所述智能手机事先已安装定位导航APP软件，所述智能手机内部嵌入运动传感器、加速度传感器、方向传感器和地磁传感器，推测航迹通常认为行人运动为二维运动，基本原理是平面几何法，原理为，在采样时间很短的情况下，认为行人做直线运动，得知起始点的位置信息，就可以得到前一刻或下一刻精确的位置信息和采样时间内载体的位移量
实例1
通过步行100米为实例，通过以下公式进行修订：使用Pt表示用户时刻t所处的真实位置，Pt＝{xt,yt}，Pt,PDR和Pt,WiFi分别表示在该时刻使用PDR定位算法和Wi-Fi指纹定位算法得到的结果；
假设t时刻位置Pt,WiFi已通过Wi-Fi信号指纹定位算法得到，在接下来的m步中，使用PDR定位算法进行位置估计；假设步长为l，得到：
角度定义如下：
其中，βt由传感器获得，表示运动方向变化量；在m步后，可以计算m步移动的距离与转角其中，||||表示欧几里得距离；使用下列方程更新用户步长，用于后续PDR定位：
| 步行速度 | 误差 | 误差百分比 |
| 7km/h | -3.95m | 3.95％ |
| 5km/h | 2.84m | 2.84％ |
| 3.5km/h | -2.03m | 2.03％ |
实例2
通过步行300米为实例，通过以下公式进行修订：使用Pt表示用户时刻t所处的真实位置，Pt＝{xt,yt}，Pt,PDR和Pt,WiFi分别表示在该时刻使用PDR定位算法和Wi-Fi指纹定位算法得到的结果；
假设t时刻位置Pt,WiFi已通过Wi-Fi信号指纹定位算法得到，在接下来的m步中，使用PDR定位算法进行位置估计；假设步长为l，得到：
角度定义如下：
其中，βt由传感器获得，表示运动方向变化量；在m步后，可以计算m步移动的距离与转角其中，||||表示欧几里得距离；使用下列方程更新用户步长，用于后续PDR定位：
| 步行速度 | 误差 | 误差百分比 |
| 7km/h | 8.43m | 2.81％ |
| 5km/h | -7.65m | 2.55％ |
| 3.5km/h | -6.22m | 2.07％ |
工作原理：需要说明的是，本发明的定位方法采用无线信号强度测距、行人航位推测，通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机，该定位法定位误差小，不会产生积累误差，信号稳定，定位准确，本发明计算过程中，不需要假设各类误差分布，也不需要对误差模型参数进行估计，适用范围较广。通过智能手机上的各种传感器，传输数据，通过数学模型进行计算，不需要修改现有信号指纹数据库，也不要需要频繁更新信号数据库，可用性较好。设备要求低，普通智能手机就包含了实现发明所需的所有传感器，现有Wi-Fi接入点就能作为信号发射装置使用，用户不需要购买特殊传感设备，容易推广。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，包括PDR定位系统，其特征在于：所述PDR定位系统由智能手机、无线中继节点、WIFI路由、服务器、加速计，陀螺仪测量速度、角速度变化量组成，所述智能手机签由显示屏、带微控制器的蓝牙组成，所述无线中继节点由带微控制器的蓝牙和WIFI通信模块组成，所述服务器可通过WIFI路由和无线中继节点向智能手机发送信号功能，所述智能手机事先已安装定位导航APP软件，所述智能手机内部嵌入运动传感器、加速度传感器、方向传感器和地磁传感器，推测航迹通常认为行人运动为二维运动，基本原理是平面几何法，原理为，在采样时间很短的情况下，认为行人做直线运动，得知起始点的位置信息，就可以得到前一刻或下一刻精确的位置信息和采样时间内载体的位移量。
2.根据权利要求1所述的一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，其特征在于：用户的初始位置P(x)＝{x(0),y(0)}，由基于KWNN的Wi-Fi信号指纹定位算法得到，用户开始移动后，通过加速计，陀螺仪测量速度，角速度变化量，利用PDR定位算法估计每一步用户的坐标，直到用户前进预定步数m后，进行一次基于KWNN的Wi-Fi指纹定位，将Wi-Fi指纹定位结果作为用户当前结果，在随后的m步中，都基于上一次Wi-Fi指纹定位结果进行PDR定位计算即同时利用Wi-Fi指纹定位结果修正PDR算法定位误差，如此循环。
3.根据权利要求2所述的一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，其特征在于：具体算法如下，向前推测，已知当前时刻的信息推算前一采样时刻的位置信息，假设已知第3个点的信息(x2,y2)，推位计算第2个点(x1,y1)位置信息，可以得到第1个点的位置信息(x0,y0)。
4.根据权利要求3所述的一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，其特征在于：利用Wi-Fi指纹定位结果修正PDR算法定位误差，能够有效约束误差的积累，其具体计算流程如下：
使用Pt表示用户时刻t所处的真实位置，Pt＝{xt,yt}，Pt,PDR和Pt,WiFi分别表示在该时刻使用PDR定位算法和Wi-Fi指纹定位算法得到的结果；
假设t时刻位置Pt,WiFi已通过Wi-Fi信号指纹定位算法得到，在接下来的m步中，使用PDR定位算法进行位置估计；假设步长为l，得到：
角度定义如下：
其中，βt由传感器获得，表示运动方向变化量；在m步后，可以计算m步移动的距离与转角其中,“||||”表示欧几里得距离；使用下列方程更新用户步长，用于后续PDR定位：
PDR周期性的使用Wi-Fi定位进行修正能够有效约束误差的积累。
5.根据权利要求2、3和4所述的一种基于PDR及移动目标进出点的轨迹追踪方法，其特征在于：采用多线程同步和异步机制，主要有存储数据线程、定位算法线程、航迹绘制线程。每10ms采集传感器数据一次，进入存储数据线程，把采集的数据存储在本地磁盘，用于分析数据变化，采集的数据每60组进行一次定位，进入定位算法线程，进行本文前述的航位推测，当定位发生更新时，进入航迹绘制线程，在手持设备界面上进行航迹的绘制，高亮显示定位点。
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