CN115143959A - 测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法和装置，该方法包括：在无线信号发射锚点上的可被观察位置处，布置具有唯一身份标识的二维码、图形和图案中的至少一者；惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到惯性测量数据和图像；从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，识别所述锚点的唯一身份标识，并计算得到所述锚点在所述图像中的二维像素坐标；利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标。利用该方法与装置，可快速、准确和高效地完成对各无线信号发射锚点三维空间坐标的测定，有效提高了5G、UWB等室内定位系统的部署效率。

Description

测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法及装置
技术领域
本发明涉及室内定位、计算机视觉、惯性导航、同时定位与建图(SimultaneousLocalization and Mapping,SLAM)、超宽带(UltraWide Band,UWB)定位、蓝牙(Bluetooth)定位、Wi-Fi定位、5G定位等领域。更具体地，涉及一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法及装置。
背景技术
现有的室内环境下的信号遮挡会导致GPS、北斗等卫星导航系统无法正常定位。因此，在室内定位领域，主要采用无线通信、局域基站、惯性导航等技术实现人员、物体的定位和位置监测。除移动通信网络蜂窝定位技术外，常见的传统室内无线定位技术还包括Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)、红外、超宽带(UWB)、ZigBee和超声波等。目前，随着5G技术的迅猛发展和加速建设，基于5G的室内无线定位技术也开始成为研究热点。
然而，由于很多室内无线定位方法和系统与卫星导航系统类似，采用基于到达时间(Time ofArrival,TOA)或到达时间差(Time Difference ofArrival,TDOA)的定位模型，因此需要首先测定获得各个无线信号发射锚点在室内环境下的准确三维空间坐标。在卫星导航系统无法工作的室内，这并不是一件易事。通常，工作人员需要使用全站仪、激光测距仪、卷尺等多种设备，才能逐一完成对各个无线信号发射锚点的准确三维坐标位置测定，因此费时、费力。当室内定位应用场景较大、较复杂或者布设锚点数量较多时，其工作量更是大幅增加。这一问题在实际应用中尤为突出，严重制约了包括5G等在内的室内无线定位方法与系统的普适化和大众化应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法与装置，用于在对载体装置进行定位的同时，快速、准确和高效地获得各个无线信号发射锚点的位置坐标，从而大幅简化现有室内无线定位系统的部署工作，减轻工作人员负担，提高系统部署效率。
本发明提供了一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，该方法包括：步骤S1，在无线信号发射锚点上的可被观察位置处，布置具有唯一身份标识的二维码、图形和图案中的至少一者；步骤S2，惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；步骤S3，从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；步骤S4，根据采集到的惯性测量数据和图像，识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
优选地，惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像包括，使用惯性传感数据采集和测量装置在定位环境中移动，采集得到惯性测量数据和图像信息，所述惯性测量数据包括：三轴加速度值和三轴角速度值。
优选地，所述步骤S2包括，所述惯性传感数据采集和测量装置从室内局域坐标系中的某一已知位置点处出发，测量和获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在室内局域坐标系下的坐标。
优选地，所述步骤S2包括，所述惯性传感数据采集和测量装置从室外某一位置点处出发，通过卫星导航定位得到该惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下的坐标，从而在移动进入室内后，测量和继续获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在地球坐标系下的坐标。
优选地，在所述步骤S3中，通过以下方式中的一种方式识别所述锚点的唯一身份标识：根据嵌入在所述二维码中的信息直接读取；通过识别所述图形或图案中的特征进行标识；预先存储锚点的识别图像，对比从所述图形或图案中识别的特征和预先存储的识别图像，根据从所述图形或图案中识别的特征和所述预先存储的识别图像之间的相似性，确定所述锚点的唯一身份标识。
优选地，所述步骤S4包括：根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量；求解得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
优选地，该方法还包括：步骤S5，重复执行步骤S2-S4，使所述惯性传感数据采集和测量装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，所采集的图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并沿着设备采集路径来回多次采集，以消除利用SLAM方法对设备的位姿估计时产生的漂移。
优选地，该方法还包括：步骤S6，存储惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标，通过TOA和/或TDOA测距模型向用户提供定位和位置服务。
另一方面，本发明还提供了一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，该装置包括：惯性传感数据采集和测量装置，用于移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；处理器，存储器，包括处理器可执行的程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：从所述惯性传感数据采集和测量装置接收惯性测量数据和图像；从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；根据采集到的惯性测量数据和图像,识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
优选地，所述惯性传感数据采集和测量装置为视觉惯性里程计或轮速计，所述惯性测量数据包括三轴加速度值和三轴角速度值。
优选地，所述惯性传感数据采集和测量装置还用于从室内局域坐标系中的某一已知位置点处出发，测量和获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在室内局域坐标系下的坐标。
优选地，该装置还包括：轮速计模块，用于测量所述装置的行驶速度和行驶距离；磁力计模块，用于测量所述装置的行驶航向。
优选地，该装置还包括：卫星导航定位模块，用于提供所述装置在室外导航卫星信号可用情况下的位置测量和导航信号的原始观测值的测量，所述原始观测值包括导航定位模块所测量的测量时间、伪距、载波相位、信噪比、导航电文参数；所述惯性传感数据采集和测量装置还用于从室外某一位置点处出发，通过卫星导航定位得到该惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下的坐标，从而在移动进入室内后，继续测量和计算该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在地球坐标系下的坐标。
优选地，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：通过以下方式中的一种方式识别所述锚点的唯一身份标识：根据嵌入在二维码中的信息直接读取；通过识别图案特征进行标识；将所有锚点的识别图像事先存储在装置上，在采集过程中，通过对比从图像中识别的特征和事先存储图案，根据其相似性确定锚点的唯一身份标识，根据所述预先存储的识别图像确认的锚点区域，选择具有明显特征的像素点作为所述锚点的位置表征点，从所述预先存储的识别图像中读取所述锚点的位置表征点的像素坐标值。
优选地，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：通过以下方式计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标：根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量。
优选地，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：使所述装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，惯性传感数据采集和测量装置所采集的图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并沿着惯性传感数据采集和测量装置采集路径来回多次采集
优选地，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：存储惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标，通过TOA和/或TDOA测距模型向用户提供定位和位置服务。
优选地，该装置还包括：与所述锚点同类型或相匹配的无线信号接收模块，用于测量无线信号接收模块到所述锚点的距离，并为视觉惯性测量的优化提供距离约束。
利用本发明提供的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法与装置，通过在室内无线信号发射锚点上布置二维码或图形或图案，使其成为可被摄像头传感器唯一识别的目标；在此基础上，结合SLAM技术，在对载体装置进行定位的同时，快速识别、计算和获得各个无线信号发射锚点的三维空间坐标。从而，摆脱了以往室内无线定位系统部署工作中的繁琐操作，工作人员通过手持、推车等方式在定位环境中移动，即可快速、准确和高效地完成对各无线信号发射锚点三维空间坐标的测定，有效提高了5G、UWB等室内定位系统的部署效率，促进了其普适化便捷应用。
本发明实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为根据本发明的方法和装置的工作示意图；
图2为根据本发明的方法的流程图；
图3为根据本发明的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
本发明提供了一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，参见图1-图2，该方法包括以下步骤：
步骤S1，在无线信号发射锚点上的可被观察位置处，布置具有唯一身份标识的二维码、图形和图案中的至少一者；
步骤S2，惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；
步骤S3，从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；
步骤S4，根据采集到的惯性测量数据和图像，识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
具体来说，在步骤S1中，在例如室内的无线信号发射锚点上布置具有唯一身份标识(Identity Document,ID)的二维码、图形和图案中的至少一者。例如，可以通过粘贴等方式，将所述二维码、图形或图案中的至少一者布设在例如室内的各个无线信号发射锚点上的合适位置处。在布设时，应确保二维码或图形或图案能够从地面视距观察到，以便可以被惯性传感数据采集和测量装置(例如，视觉惯性里程计)识别，如图1所示。
在步骤S2中，惯性传感数据采集和测量装置在定位环境中移动和采集测量数据。
惯性传感数据采集和测量装置优选可以为视觉惯性测量装置，例如视觉惯性里程计或轮速计，该视觉惯性测量装置例如可以包括加速度计和陀螺仪，该视觉惯性装置采集得到加速度计和陀螺仪的惯性测量数据和图像，可以在该视觉惯性测量装置的自身三轴确定的参考坐标系下，测量自加速度计的三轴加速度值和测量自陀螺仪的三轴角速度值，因而，所述惯性测量数据可以包括三轴加速度值和三轴角速度值。
此时，惯性传感数据采集和测量装置既可以直接从室内某一位置处启动出发，也可以从室外某一位置处启动、然后移动至室内。
根据一种优选实施例，惯性传感数据采集和测量装置可以从室内某一位置处出发。
在室内定位中，时常会定义和建立一个局域坐标系，以表征载体和用户在室内环境中的坐标位置。此时，发明装置可以从室内某一已知局域坐标系的已知位置点处出发，并将该位置点的坐标作为自身定位的起始坐标。从而，发明装置能够在后续移动和测量过程中，计算得到该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在室内局域坐标系下的坐标。
根据另一种优选实施例，惯性传感数据采集和测量装置可以从从室外某一位置处出发。
当具有卫星导航定位模块时，惯性传感数据采集和测量装置也可以先从室外某一位置处出发，然后再移动至室内。这种方式的有益效果在于，可以利用卫星导航定位模块，在室外空旷环境下事先测量获得惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下三维空间坐标(如地心地固(Earth-Centered Earth-Fixed，ECEF)坐标系下的X、Y和Z，或者地球椭球坐标系下的经度、维度和高程)；这样，当惯性传感数据采集和测量装置从室外移动进入室内后，能够继续在地球坐标系下对惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点进行定位，从而将室外地球坐标系拓展建立至室内，并使得室内、室外定位工作在统一的坐标框架下进行。
在步骤S3中，识别所述锚点的唯一身份标识，并计算得到所述锚点在所述图像中的二维像素坐标。利用采集到的图像，可以基于视觉识别技术，自动确定锚点的唯一身份标识信息。
由于室内存在多个锚点，因此首先需要获取所观测锚点的身份标识，然后再基于图像处理技术检测和跟踪用于位置解算的特征点。锚点的唯一身份标识的确定方法包括但不限于以下三种方式：(1)根据嵌入在所述二维码中的信息直接读取；(2)通过识别所述图形或图案中的特征进行标识；(3)预先存储锚点的识别图像，对比从所述图形或图案中识别的特征和预先存储的识别图像，根据从所述图形或图案中识别的特征和所述预先存储的识别图像之间的相似性，确定所述锚点的唯一身份标识。
在步骤S4中，基于SLAM方法完成对惯性传感数据采集和测量装置以及锚点的定位，获得发明装置和锚点的位置坐标(例如，三维空间坐标)。
根据本发明测量得到的图像和惯性测量数据，识别和跟踪观测到的图像的特征点，并提取其像素坐标系作为观测值，特别地，将步骤S3中获得的锚点二维码的像素坐标系，加入到观测特征点集合中，基于滤波或优化框架，对该装置和特征点的空间坐标进行优化求解。
具体来说，可以通过以下方式计算得到所述锚点在所述图像中的二维像素坐标：
根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；
其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量；求解得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
根据一种优选实施例，该方法还可以包括步骤S5，使所述惯性传感数据采集和测量装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，所采集的图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并沿着设备采集路径来回多次采集，以消除利用SLAM方法对设备的位姿估计时产生的漂移，并提高对发明装置和锚点三维空间坐标的解算精度。
可选地，在发明装置上配置对锚点无线信号的接收器，以接收来自锚点的距离信息，将所测距离信息作为观测约束信息，提高对发明装置和锚点三维空间坐标的解算精度。
可选地，该方法还可以包括步骤S6，存储惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标，通过TOA和/或TDOA测距模型向用户提供定位和位置服务。
利用本发明提供的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标方法，通过在室内无线信号发射锚点上布置二维码或图形或图案，使其成为可被摄像头传感器唯一识别的目标；在此基础上，结合SLAM技术，在对载体装置进行定位的同时，快速识别、计算和获得各个无线信号发射锚点的三维空间坐标。从而，摆脱了以往室内无线定位系统部署工作中的繁琐操作，工作人员通过手持、推车等方式在定位环境中移动，即可快速、准确和高效地完成对各无线信号发射锚点三维空间坐标的测定，有效提高了5G、UWB等室内定位系统的部署效率，促进了其普适化便捷应用。
同时，本发明还提供了一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，如图3所示，该装置包括：
惯性传感数据采集和测量装置，用于移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；
处理器，
存储器，包括处理器可执行的程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
从所述惯性传感数据采集和测量装置接收惯性测量数据和图像；
从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；
根据采集到的惯性测量数据和图像,识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
根据一种优选实施例，所述惯性传感数据采集和测量装置可以为视觉惯性测量装置，例如视觉惯性里程计，该视觉惯性测量装置例如可以包括加速度计和陀螺仪，该视觉惯性装置采集得到加速度计和陀螺仪的惯性测量数据和图像，可以在该视觉惯性测量装置的自身三轴确定的参考坐标系下，测量自加速度计的三轴加速度值和测量自陀螺仪的三轴角速度值，因而，所述惯性测量数据可以包括三轴加速度值和三轴角速度值。视觉惯性测量装置可以包括相机传感器和惯性传感器，相机传感器用于提供周围环境的图像，以感知无线信号锚点所在空间位置，并提供视觉观测量信息，惯性传感器用于提供两帧图像间高频次的位姿约束。
首先，在例如室内的无线信号发射锚点上布置具有唯一身份标识(IdentityDocument,ID)的二维码、图形和图案中的至少一者。例如，可以通过粘贴等方式，将所述二维码、图形或图案中的至少一者布设在例如室内的各个无线信号发射锚点上的合适位置处。在布设时，应确保二维码或图形或图案能够从地面视距观察到，以便可以被惯性传感数据采集和测量装置(例如，视觉惯性里程计)识别，如图1所示。
根据一种优选实施例，所述惯性传感数据采集和测量装置用于从室内局域坐标系中的某一已知位置点处出发，测量和获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在室内局域坐标系下的坐标。
在室内定位中，时常会定义和建立一个局域坐标系，以表征载体和用户在室内环境中的坐标位置。此时，发明装置可以从室内某一已知局域坐标系的已知位置点处出发，并将该位置点的坐标作为自身定位的起始坐标。从而，发明装置能够在后续移动和测量过程中，计算得到该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在室内局域坐标系下的坐标。
根据另一种可替换的实施例，该装置还可以包括磁力计模块，用于提供所述装置在全局坐标中行驶航向的测量，减少室内外无缝定位坐标系的偏差，并为所述装置自身运动状态的估计提供角度观测量。
基于视觉惯性装置进行状态估计时，装置的航向角度信息缺失，从而无法获取统一的全局坐标系。通过磁力计模块进行航向角度的测量，可以构建室内外一致的坐标系，并提供对所述装置姿态的观测约束，进而提供所述装置位姿及锚点坐标的估计精度。
根据另一种可替换的实施例，该装置还可以包括轮速计模块，用于提供对装置移动速度或里程的测量。获取该测量值有助于提高所述装置位姿及锚点坐标的估计精度。
根据另一种可替换的实施例，该装置还可以包括卫星导航定位模块，用于提供所述装置在室外导航卫星信号可用情况下的位置测量和导航信号的原始观测值的测量。所述原始观测值包括导航定位模块所测量的测量时间、伪距、载波相位、信噪比、导航电文参数所述惯性传感数据采集和测量装置用于从室外某一位置点处出发，通过卫星导航定位得到该惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下的坐标，从而在移动进入室内后，测量和继续获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在地球坐标系下的坐标。
当具有卫星导航定位模块时，惯性传感数据采集和测量装置也可以先从室外某一位置处出发，然后再移动至室内。这种方式的有益效果在于，可以利用卫星导航定位模块，在室外空旷环境下事先测量获得惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下三维空间坐标(如地心地固(Earth-Centered Earth-Fixed，ECEF)坐标系下的X、Y和Z，或者地球椭球坐标系下的经度、维度和高程)；这样，当惯性传感数据采集和测量装置从室外移动进入室内后，能够继续在地球坐标系下对惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点进行定位，从而将室外地球坐标系拓展建立至室内，并使得室内、室外定位工作在统一的坐标框架下进行。
当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
由于室内存在多个锚点，因此首先需要获取所观测锚点的身份标识，然后再基于图像处理技术检测和跟踪用于位置解算的特征点。锚点的唯一身份标识的确定方法包括但不限于以下三种方式：(1)根据嵌入在所述二维码中的信息直接读取；(2)通过识别所述图形或图案中的特征进行标识；(3)预先存储锚点的识别图像，对比从所述图形或图案中识别的特征和预先存储的识别图像，根据从所述图形或图案中识别的特征和所述预先存储的识别图像之间的相似性，确定所述锚点的唯一身份标识。
根据一种优选实施例，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
通过以下方式计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标：
根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；
其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量；求解得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
根据一种优选实施例，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
使所述装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，设备所采集图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并大致沿着设备采集路径来回多次采集，以消除利用SLAM方法对设备的位姿估计时产生的漂移，并提高对锚点位置坐标的测量精度。
进一步优选地，可以存储惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标，通过TOA和/或TDOA测距模型向用户提供定位和位置服务。
该装置还可以包括与所述锚点同类型或相匹配的无线信号接收模块，用于测量无线信号接收模块到所述锚点的距离，并为视觉惯性测量的优化提供距离约束。
利用本发明提供的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标装置，通过在室内无线信号发射锚点上布置二维码或图形或图案，使其成为可被摄像头传感器唯一识别的目标；在此基础上，结合SLAM技术，在对载体装置进行定位的同时，快速识别、计算和获得各个无线信号发射锚点的三维空间坐标。从而，摆脱了以往室内无线定位系统部署工作中的繁琐操作，工作人员通过手持、推车等方式在定位环境中移动，即可快速、准确和高效地完成对各无线信号发射锚点三维空间坐标的测定，有效提高了5G、UWB等室内定位系统的部署效率，促进了其普适化便捷应用。
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

Claims (15)

1.一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，该方法包括：
步骤S1，在无线信号发射锚点上的可被观察位置处，布置具有唯一身份标识的二维码、图形和图案中的至少一者；
步骤S2，惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；
步骤S3，从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；
步骤S4，根据采集到的惯性测量数据和图像,识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
2.根据权利要求2所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，惯性传感数据采集和测量装置移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像包括，使用惯性传感数据采集和测量装置在定位环境中移动，采集得到惯性测量数据和图像信息，所述惯性测量数据包括：三轴加速度值和三轴角速度值。
3.根据权利要求1所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，所述步骤S2包括，
所述惯性传感数据采集和测量装置从室外某一位置点处出发，通过卫星导航定位得到该惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下的坐标，从而在移动进入室内后，测量和继续获得该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在地球坐标系下的坐标。
4.根据权利要求1所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，在所述步骤S3中，通过以下方式中的一种方式识别所述锚点的唯一身份标识：根据嵌入在所述二维码中的信息直接读取；通过识别所述图形或图案中的特征进行标识；预先存储锚点的识别图像，对比从所述图形或图案中识别的特征和预先存储的识别图像，根据从所述图形或图案中识别的特征和所述预先存储的识别图像之间的相似性，确定所述锚点的唯一身份标识。
5.根据权利要求1所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，所述步骤S4包括：
根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；
其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量；求解得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
6.根据权利要求1所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，该方法还包括：
步骤S5，重复执行步骤S2-S4，使所述惯性传感数据采集和测量装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，所采集的图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并沿着设备采集路径来回多次采集，以消除利用SLAM方法对设备的位姿估计时产生的漂移。
7.根据权利要求1所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的方法，其中，该方法还包括：
步骤S6，存储惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点的位置坐标，通过TOA和/或TDOA测距模型向用户提供定位和位置服务。
8.一种测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，该装置包括：
惯性传感数据采集和测量装置，用于移动采集得到该惯性传感数据采集和测量装置的惯性测量数据和图像；
处理器，
存储器，包括处理器可执行的程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
从所述惯性传感数据采集和测量装置接收惯性测量数据和图像；
从所述图像中，检测所述锚点上的所述二维码、图形和图案中的至少一者，根据所述二维码、图形和图案中的至少一者识别所述锚点的唯一身份标识；
根据采集到的惯性测量数据和图像,识别和跟踪图像中的特征点，获得所述特征点的像素坐标作为观测值，利用SLAM方法，计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标。
9.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，所述惯性传感数据采集和测量装置为视觉惯性里程计，所述惯性测量数据包括三轴加速度值和三轴角速度值。
10.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，该装置还包括：
轮速计模块，用于测量所述装置的行驶速度和行驶距离；
磁力计模块，用于测量所述装置的行驶航向。
11.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，其中，该装置还包括：
卫星导航定位模块，用于提供所述装置在室外导航卫星信号可用情况下的位置测量和导航信号的原始观测值的测量，所述原始观测值包括导航定位模块所测量的测量时间、伪距、载波相位、信噪比、导航电文参数；
所述惯性传感数据采集和测量装置还用于从室外某一位置点处出发，通过卫星导航定位得到该惯性传感数据采集和测量装置在地球坐标系下的坐标，从而在移动进入室内后，继续测量和计算该惯性传感数据采集和测量装置以及所述锚点在地球坐标系下的坐标。
12.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，其中，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
通过以下方式中的一种方式识别所述锚点的唯一身份标识：根据嵌入在二维码中的信息直接读取；通过识别图案特征进行标识；将所有锚点的识别图像事先存储在装置上，在采集过程中，通过对比从图像中识别的特征和事先存储图案，根据其相似性确定锚点的唯一身份标识，根据所述预先存储的识别图像确认的锚点区域，选择具有明显特征的像素点作为所述锚点的位置表征点，从所述预先存储的识别图像中读取所述锚点的位置表征点的像素坐标值。
13.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，其中，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
通过以下方式计算得到所述惯性传感数据采集和测量装置的位姿以及所述锚点的位置坐标：
根据所识别的图像或图案，利用图像边缘识别技术提取图像或图案的边缘轮廓，确定图像或图案的几何中心或其他具有辨识度的几何特征；将所确定的几何特征点的像素坐标作为确定所述锚点位置坐标在图像中的观测值；
其中，对传感器获取的整幅图像，利用特征点检测算法提取图像中的角点，并将所述角点作为图像特征点用于后续解算，所述角点包括但不限于Fast角点、Harris角点、Shi-Tomasi角点；利用图像跟踪算法对所检测角点在连续多幅图像之间进行跟踪；提取所述图像特征点的像素坐标作为观测量。
14.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，其中，当所述程序指令由所述处理器执行时，还使得所述测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置执行以下的操作：
使所述装置依次朝着每个室内无线信号发射锚点运动，惯性传感数据采集和测量装置所采集的图像依次覆盖所有待测定室内无线信号发射锚点，并沿着惯性传感数据采集和测量装置采集路径来回多次采集。
15.根据权利要求8所述的测定室内无线信号发射锚点的位置坐标的装置，该装置还包括：
与所述锚点同类型或相匹配的无线信号接收模块，用于测量无线信号接收模块到所述锚点的距离，并为视觉惯性测量的优化提供距离约束。
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