一種室內定位方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種室內定位方法及系統，該方法包括：采集傳感數據，并采集室內所有路由器的WIFI指紋數據；確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中；基于采集數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，利用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長以及行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對應的粒子在該室內地圖模型中進行粒子擴散；每擴散一次，利用WIFI指紋對每個粒子的權重進行更新；將所有粒子進行加權求和得到當前坐標，將當前坐標映射到室內地圖模型上的對應的節點作為行人當前在狀態，本發明專利技術可克服現有室內定位技術精度不高的問題。

【技術實現步驟摘要】
一種室內定位方法及系統
本專利技術涉及一種室內定位方法及系統，特別是涉及一種基于粒子濾波的PDR(PedestrianDeadReckoning，行人航跡推算)與WiFi融合的室內定位方法及系統。
技術介紹
實時定位技術已經成為交通、商業、物流、個性服務等多個高層次應用的基礎技術。在室外環境下，全球導航衛星系統經過長期的發展，已經可以提供很好的定位服務。在室內環境中，由于衛星信號到達地面時較弱、不能穿透建筑物，以及多徑效應等問題，全球定位系統無法提供可靠的服務。因此，近年來室內定位技術已經成為導航領域的一個熱門研究方向。當今的智能手機集成了很多內置傳感器，例如方向傳感器，加速度傳感器，磁力計等等，為了實現行人在室內的精確導航定位，航跡推算技術(PDR)逐漸興起，傳統的PDR定位方法就是通過獲得手機已有的方向傳感器和加速度傳感器獲得的數據，基于粒子濾波的方法，獲得行人的室內位置。然而，由于手機傳感器數據存在誤差，隨著時間的推移，PDR方法所產生的累積誤差就會很大。
技術實現思路
為克服上述現有技術存在的不足，本專利技術之目的在于提供一種室內定位方法及系統，以克服現有室內定位技術精度不高的問題。為達上述目的，本專利技術提出一種室內定位方法，包括如下步驟：步驟一，采集傳感數據，并采集室內所有路由器的WIFI指紋數據；步驟二，確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中；步驟三，基于采集數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，利用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長以及行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對應的粒子在該室內地圖模型中進行粒子擴散；步驟四，每擴散一次，利用WiFi指紋對每個粒子的權重進行更新；步驟五，將所有粒子進行加權求和得到當前坐標，將當前坐標映射到室內地圖模型上的對應的節點作為行人當前在狀態。進一步地，于步驟一之前，還包括預先獲取該室內地圖模型的步驟。進一步地，于步驟三中，根據狀態轉移概率分布由前一時刻的狀態{nt-1，θt-1}和檢測到的步長zd,t，以及方向zθ,t來推測新時刻的狀態。進一步地，于步驟四中，所有粒子初始的權重值均設定為其中，N為粒子數，該WIFI指紋數據為測得的WIFIRSSI值。進一步地，于步驟四中，利用WiFi指紋更新粒子權重的公式如下：其中，zi表示實際測得的RSSI值，hi(xt)表示在位置xt的RSSI估計值，σi為實際場景中的實驗值，表示室內地圖模型，I為所有路由器AP的集合，Zw,t表示權重。進一步地，室內地圖模型由表示狹長區域的一維泰森多邊形圖和表示開闊區域的二維規則網格圖構成。為達到上述目的，本專利技術還提供一種室內定位系統，包括：數據采集單元，用于采集傳感數據，并采集室內所有路由器的WIFI指紋數據；初始狀態映射單元，用于確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中；粒子擴散單元，基于采集的數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，利用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長以及行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對應的粒子在該室內地圖模型中進行粒子擴散；權重更新單元，用于每擴散一次，利用WiFi指紋對每個粒子的權重進行更新；位置更新單元，用于將所有粒子進行加權求和得到當前坐標，將當前坐標映射到室內地圖模型上的對應的節點作為行人當前在狀態。進一步地，該系統還包括地圖拓撲模型獲取單元，用于獲取室內地圖模型。進一步地，所有粒子初始的權重值均設定為其中，N為粒子數，該WIFI指紋數據為測得的WIFIRSSI值。進一步地，該權重更新單元利用如下公式更新粒子權重：其中，zi表示實際測得的RSSI值，hi(xt)表示在位置xt的RSSI估計值，σi為實際場景中的實驗值，表示室內地圖模型，I為所有路由器AP的集合，Zw,t表示權重。與現有技術相比，本專利技術一種室內定位方法及系統通過利用WiFi指紋來實現粒子擴散過程中的粒子權重的更新，從而一定程度上糾正了傳統PDR方法所存在的誤差，得到更精確的定位效果。本專利技術由于地圖結構簡單，同時edge的長度接近行人步長，從而可以很容易推算出粒子分布，降低了算法復雜度。附圖說明圖1為本專利技術一種室內定位方法的步驟流程圖；圖2為本專利技術具體實施例室內地圖模型的構建示意圖；圖3為本專利技術具體實施例中粒子擴散過程示意圖；圖4為本專利技術一種室內定位系統的系統架構圖。具體實施方式以下通過特定的具體實例并結合附圖說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本專利技術的其它優點與功效。本專利技術亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本專利技術的精神下進行各種修飾與變更。圖1為本專利技術一種室內定位方法的步驟流程圖。如圖1所示，本專利技術之室內定位方法，應用于一內置慣性傳感器的便攜式設備中，該便攜式設備可以為智能手機、個人數字設備、掌上電腦、智能佩戴設備等，所內置的慣性傳感器包括加速計、磁力計以及陀螺儀等，該室內定位方法包括如下步驟：步驟101，獲取室內地圖模型。在本專利技術，該室內地圖模型可根據現有技術預先繪制，例如該室內地圖模型可由其他設備(例如個人計算機或服務器)獲取到室內地圖信息，由個人計算機或服務器基于室內地圖信息構建室內地圖模型，再將構建的室內地圖模型導入便攜式設備中。其中，相鄰節點間的間距小于或等于行人步長，在具體實施里過程中，可以相鄰節點間的間距取與人的步長相當，例如1m。如圖2所示，在本專利技術具體實施例中，室內地圖模型由表示狹長區域的一維泰森多邊形(Voronoi)圖和表示開闊區域的二維規則網格圖組成，一維泰森多邊形和二維規則網格圖將對應空間表達為由可通行的路徑所形成的離散節點和邊，具體地，模型構建如下：1.提取的平面布局的一維骨架，這等同于它的Voronoi圖。2.當在地圖上發現更大的開放空間(如大堂)，將這些二維區域添加到Voronoi圖。這樣將得到狹窄區域用一維表示，開放空間用二維表示的地圖拓撲。3.在上述地圖結構上，以相等的間隔選取節點(node)，得到最終的地圖。其中，邊(edge)的理想選擇大致等于平均行人步長，這樣就可以用最少的粒子來表示行人的運動。在本專利技術具體實施例中，nt表示當前所在的地圖上的節點(node)當前的位置，θt表示方向，即節點當前的方向與磁北的角度差。步驟102，利用便攜式設備的慣性傳感器采集傳感數據，并采集室內所有路由器(AP)的WIFI指紋數據，即WIFIRSSI(ReceivedSignalStrengthIndication接收的信號強度指示)值。步驟103，確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中。具體地，可以將進入室內時刻的行人位置和行人朝向確定為行人初始狀態，具體也可以參考現有技術知曉行人初始狀態，本專利技術不予贅述。行人初始狀態包括行人初始朝向和行人初始位置。根據行人初始位置，計算在室內地圖模型上與行人初始位置最近的節點，以將行人初始位置映射到室內地圖模型中該最近的節點上，行人初始朝向則直接映射到室內地圖模型中使用。步驟104，基于慣性傳感器的采集數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，應用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長和行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種室內定位方法，包括如下步驟：步驟一，采集傳感數據，并采集室內所有路由器的WIFI指紋數據；步驟二，確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中；步驟三，基于采集數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，利用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長以及行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對應的粒子在該室內地圖模型中進行粒子擴散；步驟四，每擴散一次，利用WIFI指紋對每個粒子的權重進行更新；步驟五，將所有粒子進行加權求和得到當前坐標，將當前坐標映射到室內地圖模型上的對應的節點作為行人當前在狀態。

【技術特征摘要】
1.一種室內定位方法，包括如下步驟：步驟一，采集傳感數據，并采集室內所有路由器的WIFI指紋數據；步驟二，確定行人初始狀態，并將行人初始狀態映射至室內地圖模型中；步驟三，基于采集數據進行PDR檢測，于檢測到行人步行事件時，利用粒子濾波器根據行人歷史狀態、行人步行事件的行人步長以及行人步行事件的行人朝向將行人運動狀態對應的粒子在該室內地圖模型中進行粒子擴散；步驟四，每擴散一次，利用WIFI指紋對每個粒子的權重進行更新；步驟五，將所有粒子進行加權求和得到當前坐標，將當前坐標映射到室內地圖模型上的對應的節點作為行人當前在狀態。2.如權利要求1所述的一種室內定位方法，其特征在于：于步驟一之前，還包括預先獲取該室內地圖模型的步驟。3.如權利要求1所述的一種室內定位方法，其特征在于：于步驟三中，根據狀態轉移概率分布由前一時刻的狀態{nt-1，θt-1}和檢測到的步長zd,t，以及方向zθ,t來推測新時刻的狀態。4.如權利要求1所述的一種室內定位方法，其特征在于，于步驟四中，所有粒子初始的權重值均設定為其中，N為粒子數，該WIFI指紋數據為測得的WIFIRSSI值。5.如權利要求4所述的一種室內定位方法，其特征在于：于步驟四中，利用WiFi指紋更新粒子權重的公式如下：其中，zi表示實際測得的RSSI值，hi(xt)表示在位置xt的RSSI估計值，σi為實際場景中的實驗值，表示室內地圖模型，I為所有路由器AP的集合，Zw,...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙波，
申請(專利權)人：上海斐訊數據通信技術有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31