一種用于火災救援的室內復合定位方法技術

本發明專利技術公開了一種用于火災救援的室內復合定位方法，其具體步驟為：搭建包括：三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）、氣壓計（4）、讀卡器（5）、RFID標簽（6）和DSP處理器（7）用于火災救援的室內復合定位系統；信號采集模塊（8）采集三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）和氣壓計（4）信號；航位推算模塊（9）獲得救援人員的位置信息；運動狀態提取模塊（10）確定救援人員的運動狀態；匹配修正模塊（12）對救援人員位置進行修正；定點修正模塊（13）結合地圖信息確定救援人員所處位置實現對救援人員位置的定點修正。本發明專利技術實現了高精度室內定位，易于實現、對外界條件依賴低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種室內定位方法，特別是一種用于火災救援的室內復合定位方法。
技術介紹
在火災救援行動中，采用室內定位方法可以獲取救援人員在室內的位置信息，確保救援人員的生命安全。現有的室內定位方法主要有基于室內基站定位法、室外無線電定位法、慣性定位法等。基于室內基站定位法主要利用事先布置好的WIFI、藍牙等室內基站，采用識別碼、幾何解算、場強檢測等技術進行定位，該方法對室內條件要求較高，在火災環境下難以保證電力支持，不適合火災環境下使用；基于室外無線電定位法主要利用室外通信基站、定位基站、導航衛星等無線電發送設施，采用到達角、到達時間等技術進行定位，該方法由于室內無線電傳播受干擾嚴重定位精度較差，在無線電屏蔽嚴重的室內環境將無法定位；基于慣性定位法利用慣性器件對救援人員運動進行感應，采用導航解算實現定位，該方法由于慣性傳感器的誤差偏移和定位算法的誤差累積導致定位精度隨時間發散，不能滿足火災救援的定位需求。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種用于火災救援的室內復合定位方法，解決現有室內定位方法應用條件受限制、精度低等不適用于火災救援的問題。一種用于火災救援的室內復合定位方法，其具體步驟為：第一步搭建用于火災救援的室內復合定位系統用于火災救援的室內復合定位系統包括：三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁羅盤、氣壓計、讀卡器、RFID標簽和DSP處理器，其中DSP處理器上運行信號采集模塊、航位推算模塊、運動狀態提取模塊、室內地圖模塊、匹配修正模塊和定點修正模塊。三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁羅盤和氣壓計的輸出端分別與DSP處理器的輸入端連接，讀卡器與DSP處理器雙向連接，讀卡器和DSP處理器均固定在救援人員腰部；RFID標簽布設在室內，并通過無線電波與讀卡器進行雙向交互。信號采集模塊用于采集三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁羅盤、氣壓計的信號；航位推算模塊根據信號采集模塊采集到的信號對救援人員的位置進行解算；運動狀態提取模塊提取采集到的信號特征，確定救援人員運動狀態；室內地圖模塊提供室內路徑信息；匹配修正模塊根據解算的救援人員位置和提取的救援人員運動狀態，結合地圖信息進行救援人員位置的匹配修正；定點修正模塊控制讀卡器讀取RFID標簽信息，結合地圖信息對定位結果進行定點修正。第二步信號采集模塊采集三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁羅盤和氣壓計信號信號采集模塊采集三軸加速度計的三向加速度信息，采集三軸陀螺儀的三向角速度信息，采集三軸磁羅盤的三向磁場強度信息，采集氣壓計的當地大氣壓力信息。第三步航位推算模塊獲得救援人員的位置信息航位推算模塊根據信號采集模塊獲得的三軸加速度信息、三軸角速度信息、三軸磁場強度信息和當地大氣壓力信息，得出步長、航向角以及海拔高度，并進行航位推算，公式為：（1）其中，、分別為時刻正東、正西方向的坐標，、分別為時刻正東、正西方向的坐標，為步長，為時刻的航向角。航位推算模塊通過公式（1）實現對救援人員的相對位置的確定。第四步運動狀態提取模塊確定救援人員的運動狀態運動狀態提取模塊根據信號采集模塊獲得的三軸加速度信息和當地大氣壓力信息的變化判斷救援人員上樓、下樓或平走的運動狀態；根據信號采集模塊獲得的三軸角速度信息和三軸磁場強度信息的變化判斷救援人員轉彎的運動狀態。第五步匹配修正模塊對救援人員位置進行修正航位推算模塊獲得救援人員位置信息，運動狀態提取模塊確定救援人員的運動狀態，匹配修正模塊結合室內地圖模塊提供的室內路徑信息，將位置信息和運動狀態與室內路徑進行匹配，修正救援人員位置，獲得更加精準的救援人員位置信息，公式為：（2）其中，為每條路徑的開始位置和結束位置，為當前航位推算結果，為匹配修正后的位置信息。第六步定點修正模塊對救援人員位置進行修正在RFID標簽事先布設的室內區域，通過讀卡器獲取RFID標簽的ID信息，定點修正模塊根據ID信息，并結合地圖信息確定救援人員所處位置并進行修正，實現對救援人員位置的定點修正。信號采集模塊對三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁羅盤、氣壓計信號進行采集。航位推算模塊通過對航向的解算和運動步長的估計，通過公式（1）進行位置解算。運動狀態提取模塊對救援人員的上樓、下樓、轉彎或平走的運動狀態進行信號特征提取。室內地圖模塊中的室內地圖事先已經獲取，匹配修正模塊根據位置解算結果和運動狀態與室內路徑進行匹配，通過公式（2）實現對定位結果的匹配修正。RFID標簽采用無源標簽，對外界無依賴，事先將RFID標簽在室內關鍵出入口處進行布置，讀取有效范圍控制在1.5米之內，并建立起RFID標簽與室內坐標信息的映射關系。當讀卡器讀取到RFID標簽時，通過映射關系匹配室內的坐標信息，實現對定位結果的定點修正；通過匹配修正和定點修正補償航位推算的誤差，提高定位精度。本專利技術解決了室內定位方法應用條件受限制、精度低等不適用于火災救援的問題，采用復合定位方法實現了精度高室內定位，原理簡單、易于實現、對外界條件依賴低，可以應用于火災救援領域。附圖說明圖1一種用于火災救援的室內復合定位方法的用于火災救援的室內復合定位系統示意圖。1.三軸加速度計2.三軸陀螺儀3.三軸磁羅盤4.氣壓計5.讀卡器6.RFID標簽7.DSP處理器8.信號采集模塊9.航位推算模塊10.運動狀態提取模塊11.室內地圖模塊12.匹配修正模塊13.定點修正模塊。具體實施方式一種用于火災救援的室內復合定位方法，其具體步驟為：第一步搭建用于火災救援的室內復合定位系統用于火災救援的室內復合定位系統包括：三軸加速度計1、三軸陀螺儀2、三軸磁羅盤3、氣壓計4、讀卡器5、RFID標簽6和DSP處理器7，其中DSP處理器7上運行信號采集模塊8、航位推算模塊9、運動狀態提取模塊10、室內地圖模塊11、匹配修正模塊12和定點修正模塊13。三軸加速度計1、三軸陀螺儀2、三軸磁羅盤3和氣壓計4的輸出端分別與DSP處理器7的輸入端連接，讀卡器5與DSP處理器7雙向連接，讀卡器5和DSP處理器7均固定在救援人員腰部；RFID標簽6布設在室內，并通過無線電波與讀卡器5進行雙向交互。信號采集模塊8用于采集三軸加速度計1、三軸陀螺儀2、三軸磁羅盤3、氣壓計4的信號；航位推算模塊9根據信號采集模塊8采集到的信號對救援人員的位置進行解算；運動狀態提取模塊10提取采集到的信號特征，確定救援人員運動狀態；室內地圖模塊11提供室內路徑信息；匹配修正模塊12根據解算的救援人員位置和提取的救援人員運動狀態，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于火災救援的室內復合定位方法，其特征在于具體步驟為：第一步??搭建用于火災救援的室內復合定位系統用于火災救援的室內復合定位系統包括：三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）、氣壓計（4）、讀卡器（5）、RFID標簽（6）和DSP處理器（7），其中DSP處理器（7）上運行信號采集模塊（8）、航位推算模塊（9）、運動狀態提取模塊（10）、室內地圖模塊（11）、匹配修正模塊（12）和定點修正模塊（13）；三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）和氣壓計（4）的輸出端分別與DSP處理器（7）的輸入端連接，讀卡器（5）與DSP處理器（7）雙向連接，讀卡器（5）和DSP處理器（7）均固定在救援人員腰部；RFID標簽（6）布設在室內，并通過無線電波與讀卡器（5）進行雙向交互；信號采集模塊（8）用于采集三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）、氣壓計（4）的信號；航位推算模塊（9）根據信號采集模塊（8）采集到的信號對救援人員的位置進行解算；運動狀態提取模塊（10）提取采集到的信號特征，確定救援人員運動狀態；室內地圖模塊（11）提供室內路徑信息；匹配修正模塊（12）根據解算的救援人員位置和提取的救援人員運動狀態，結合地圖信息進行救援人員位置的匹配修正；定點修正模塊（13）控制讀卡器（5）讀取RFID標簽（6）信息，結合地圖信息對定位結果進行定點修正；第二步??信號采集模塊（8）采集三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）和氣壓計（4）信號信號采集模塊（8）采集三軸加速度計（1）的三向加速度信息，采集三軸陀螺儀（2）的三向角速度信息，采集三軸磁羅盤（3）的三向磁場強度信息，采集氣壓計（4）的當地大氣壓力信息；第三步??航位推算模塊（9）獲得救援人員的位置信息航位推算模塊（9）根據信號采集模塊（8）獲得的三軸加速度信息、三軸角速度信息、三軸磁場強度信息和當地大氣壓力信息，得出步長、航向角以及海拔高度，并進行航位推算，公式為：（1）其中，、分別為時刻正東、正西方向的坐標，、分別為時刻正東、正西方向的坐標，為步長，為時刻的航向角；航位推算模塊（9）通過公式（1）實現對救援人員的相對位置的確定；第四步??運動狀態提取模塊（10）確定救援人員的運動狀態運動狀態提取模塊（10）根據信號采集模塊（8）獲得的三軸加速度信息和當地大氣壓力信息的變化判斷救援人員上樓、下樓或平走的運動狀態；根據信號采集模塊（8）獲得的三軸角速度信息和三軸磁場強度信息的變化判斷救援人員轉彎的運動狀態；第五步??匹配修正模塊（12）對救援人員位置進行修正航位推算模塊（9）獲得救援人員位置信息，運動狀態提取模塊（10）確定救援人員的運動狀態，匹配修正模塊（12）結合室內地圖模塊（11）提供的室內路徑信息，將位置信息和運動狀態與室內路徑進行匹配，修正救援人員位置，獲得更加精準的救援人員位置信息，公式為：（2）其中，為每條路徑的開始位置和結束位置，為當前航位推算結果，為匹配修正后的位置信息；第六步??定點修正模塊（13）對救援人員位置進行修正在RFID標簽（6）事先布設的室內區域，通過讀卡器（5）獲取RFID標簽（6）的ID信息，定點修正模塊（13）根據ID信息，并結合地圖信息確定救援人員所處位置并進行修正，實現對救援人員位置的定點修正；信號采集模塊（8）對三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）、氣壓計（4）信號進行采集；航位推算模塊（9）通過對航向的解算和運動步長的估計，通過公式（1）進行位置解算；運動狀態提取模塊（10）對救援人員的上樓、下樓、轉彎或平走的運動狀態進行信號特征提取；室內地圖模塊（11）中的室內地圖事先已經獲取，匹配修正模塊（12）根據位置解算結果和運動狀態與室內路徑進行匹配，通過公式（2）實現對定位結果的匹配修正；RFID標簽（6）采用無源標簽，對外界無依賴，事先將RFID標簽（6）在室內關鍵出入口處進行布置，讀取有效范圍控制在1.5米之內，并建立起RFID標簽（6）與室內坐標信息的映射關系；當讀卡器（5）讀取到RFID標簽（6）時，通過映射關系匹配室內的坐標信息，實現對定位結果的定點修正；通過匹配修正和定點修正補償航位推算的誤差，提高定位精度。...

【技術特征摘要】
1.一種用于火災救援的室內復合定位方法，其特征在于具體步驟為：
第一步搭建用于火災救援的室內復合定位系統
用于火災救援的室內復合定位系統包括：三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅
盤（3）、氣壓計（4）、讀卡器（5）、RFID標簽（6）和DSP處理器（7），其中DSP處理器（7）上運行信
號采集模塊（8）、航位推算模塊（9）、運動狀態提取模塊（10）、室內地圖模塊（11）、匹配修正
模塊（12）和定點修正模塊（13）；三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）和氣壓
計（4）的輸出端分別與DSP處理器（7）的輸入端連接，讀卡器（5）與DSP處理器（7）雙向連接，
讀卡器（5）和DSP處理器（7）均固定在救援人員腰部；RFID標簽（6）布設在室內，并通過無線
電波與讀卡器（5）進行雙向交互；信號采集模塊（8）用于采集三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀
（2）、三軸磁羅盤（3）、氣壓計（4）的信號；航位推算模塊（9）根據信號采集模塊（8）采集到的
信號對救援人員的位置進行解算；運動狀態提取模塊（10）提取采集到的信號特征，確定救
援人員運動狀態；室內地圖模塊（11）提供室內路徑信息；匹配修正模塊（12）根據解算的救
援人員位置和提取的救援人員運動狀態，結合地圖信息進行救援人員位置的匹配修正；定
點修正模塊（13）控制讀卡器（5）讀取RFID標簽（6）信息，結合地圖信息對定位結果進行定點
修正；
第二步信號采集模塊（8）采集三軸加速度計（1）、三軸陀螺儀（2）、三軸磁羅盤（3）和
氣壓計（4）信號
信號采集模塊（8）采集三軸加速度計（1）的三向加速度信息，采集三軸陀螺儀（2）的三
向角速度信息，采集三軸磁羅盤（3）的三向磁場強度信息，采集氣壓計（4）的當地大氣壓力
信息；
第三步航位推算模塊（9）獲得救援人員的位置信息
航位推算模塊（9）根據信號采集模塊（8）獲得的三軸加速度信息、三軸角速度信息、三
軸磁場強度信息和當地大氣壓力信息，得出步長、航向角以及海拔高度，并進行航位推算，
公式為：
（1）
其中，、分別為時刻正東、正西方向的坐標，、分別為時刻正東、正西方
向的坐標，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋高順，董進龍，杜瀟，李賀，張嘯宇，
申請(專利權)人：北京機械設備研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11