一种基于路网校正的混合室内定位方法与流程

文档序号:14185695

技术特征:

1.一种基于路网校正的混合室内定位方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:

地图制作与定位基站铺设:对室内定位区域进行室内地图制作,将制作完成的室内地图数据保存至空间数据库;在室内定位区域内铺设定位传感器,基于空间数据库中的室内地图数据提取定位传感器坐标数据,连同定位基站信息共同保存;

无线信号采集与处理:对定位终端发射的无线信号采用滤波的方式进行噪声处理,根据滤波后无线信号数据,判定定位终端所在区域,根据区域判定结果,去除无关区域定位基站扫描到的无线信号,提取定位区域内定位基站接收到的无线信号数据;

混合室内定位算法:选取定位终端当前所在区域内的定位基站所扫描到的无线信号,计算定位基站至定位终端之间的实际距离;利用距离估算值,查询数据库中定位基站所在位置坐标信息,采用最小二乘的计算方法计算定位终端所在坐标位置;根据最小二乘定位计算结果,结合室内地图路网数据对定位结果进行校正。

2.根据权利要求1所述的一种基于路网校正的混合室内定位方法,其特征在于,所述地图制作与定位基站铺设包括如下步骤:

室内地图制作:室内地图制作是利用现有室内结构及分布数据制作矢量室内地图及室内通行路网,实现室内定位结果的地图显示及基于室内路网数据的室内定位结果校正,其次定位基站的铺设坐标数据基于室内地图提取;

室内地图数据入库:将制作完成的室内地图数据保存至空间数据库,对入库的室内路网数据进行空间拓扑检查,构建室内地图空间数据引擎,为定位基站坐标提取及定位校正提供基础地图数据依据;

定位基站铺设与坐标提取:定位基站铺设是在建筑物内部铺设定位基站设备;定位基站设备通过网络与定位引擎连接;定位基站可同时接收定位终端发射的无线信号,并通过网络发送至定位引擎。定位基站部署完成后,在室内地图标定定位基站所在室内坐标位置,并将定位基站信息录入定位引擎数据库;

定位基站数据录入:将定位终端基本信息数据连同位置坐标数据保存至空间数据库,为定位计算提供基准数据依据。

3.根据权利要求1所述的一种基于路网校正的混合室内定位方法,其特征在于,所述无线信号采集与处理包括如下步骤:

无线信号扫描与滤波:定位基站每隔固定时间对定位终端发射的无线信号进行扫描;定位基站扫描到的无线信号中存在噪声,采用滤波方法对接收到的无线信号进行去除噪声处理,滤波方法为均值滤波,即对定位基站对同一信号源采集的多次数据进行均值处理,滤波公式如下:

W m A = W m 1 + W m 2 + ... + W m n n - - - ( 1 ) ]]>

WmA为定位基站A扫描到的Wi-Fi传感器m的平均信号强度值,即实际用于距离估算的信号强度;

Wm1、Wm2…Wmn为定位基站A扫描到Wi-Fi传感器的n次信号强度值;

B m A = B m 1 + B m 2 + ... + B m n n - - - ( 2 ) ]]>

BmA为定位基站A扫描到的蓝牙传感器m平均信号强度值,即实际用于距离估算的信号强度;

Bm1、Bm2…Bmn为定位基站A扫描到蓝牙传感器m的n次信号强度值;

通过公式(1)、(2)得到滤波处理后的无线信号强度值,以计算定位终端当前位置。

定位终端区域判定:依据滤波处理后的信号强度的范围,判定定位终端所在区域,设定每个区域所对应的不同定位终端信号强度的最大值与最小值,将数据存储于数据库,根据定位基站接收的定位终端信号强度,对定位区域进行投票,最大投票结果的区域就为定位终端所在的区域;

区域定位基站数据提取:根据区域判定的结果,提取判定区域内定位基站接收到的无线信号数据,剔除其他区域不相干数据,利用提取后的无线信号数据进行定位计算。

4.根据权利要求1所述的一种基于路网校正的混合室内定位方法,其特征在于,对所述混合室内定位算法包括如下步骤:

基于无线信号强度测距:基于信号强度的距离估算方法,基于定位基站接收到的定位终端无线信号强度估算定位终端距定位基站的实际距离,无线信号传输中采用的模型为:

RSSI=-10nlgd-A (3)

其中:RSSI为定位基站接收到的定位终端发射的无线信号强度;

n为信号衰减因子,范围一般为2~4;

d为定位终端与定位基站之间的欧式距离;

A为定位终端与定位基站之间的距离为1m时测得RSSI值;

基于信号强度的蓝牙、Wi-Fi测距模型中A和n使用多次试验结果的经验值,其中A为-50,n为2;

最小二乘定位计算:采用最小二乘的计算方法根据距离测算结果计算定位终端所在位置。

当3个或3个以上的定位基站时扫描到同一定位终端信号,就可以得到多组方程组。

( x - x 1 ) 2 + ( y - y 1 ) 2 = d 1 2 ... ( x - x k ) 2 + ( y - y k ) 2 = d k 2 - - - ( 4 ) ]]>

从(4)第一个方程开始,分别减去最后一个方程得:

x 1 2 - x k 2 - 2 ( x 1 - x k ) x + y 1 2 - y n 2 - 2 ( y 1 - y k ) y = d 1 2 - d k 2 ... x k - 1 2 - x k 2 - 2 ( x k - 1 - x k ) x + y k - 1 2 - y k 2 - 2 ( y k - 1 - y k ) y = d k - 1 2 - d k 2 - - - ( 5 ) ]]>

公式(5)可改写为线性方程组为:

Az=b (6)

其中:

A = 2 ( x 1 - x k ) 2 ( y 1 - y k ) ... 2 ( x k - 1 - x k ) 2 ( y k - 1 - y k ) b = x 1 2 - x k 2 + y 1 2 - y k 2 + d k 2 - d 1 2 ... x k - 1 2 - x k 2 + y k - 1 2 - y k 2 + d k 2 - d k - 1 2 z = x y - - - ( 7 ) ]]>

公式(4)、(5)、(7)中:

(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)...(xk,yk)为定位基站的坐标;

d1,d2,d3...dk为基于无线信号强度测算的定位终端和定位基站之间的距离;

利用最小二乘法原理得:

Q(z)=||b-Az||2 (8)

式(8)对z求导得:

d Q ( z ) d z = 2 A T A z - 2 A T b - - - ( 9 ) ]]>

z=(ATA)-1ATb (10)

公式(8)、(9)、(10)中Q为残差平方和函数,d为求导函数,z为定位终端初步定位结果;

基于室内路网的定位校正:采用基于路网数据的校正方法对定位结果进一步进行校正,根据最小二乘计算的初步定位点确定候选校正路段;对候选校正路段采用基于权值的计算方法确定校正路段;利用计算出的校正路段对初步定位结果进行校正。

5.根据权利要求3所述的一种基于路网校正的混合室内定位方法,其特征在于:所述基于室内路网的定位校正具体包括如下步骤:

候选校正路段计算:以初始定位点为中心、设定以半径为R的圆形区域为置信区域,R取经验值3米,与置信区域相交的室内路网路段都将被列为候选校正路段;

基于权值的校正路段确定:候选校正路段计算完成后,分别计算初始定位点到各候选校正路段的距离权值、速度和运动方向权值,加权得出各候选校正路段的总权值,取总权值最大的路段作为校正路段;

候选路段Si的总权值定义为:

Wi=Wim+Win (11)

其中,Wim表示初始定位点与候选校正路段的接近程度,候选路段越接近初始定位点,其距离权值就大;

定义为:

W i m = s ( R - d i ) R - - - ( 12 ) ]]>

其中,s是距离权值系数;R是置信区域半径;di是初始定位点与候选路段的垂直距离,如果垂足不在路段上,则取轨迹点到路段两个端点连线长度的最小值;

Win表示定位终端运动速度、运动方向与路段方向的接近程度对候选路段选取的影响程度,其定义为:

Win=vh|cos(as-at)| (13)

其中,v是定位终端移动的速度;h是权值系数;as是定位终端前进方向;at是候选路段的方向或反方向;

基于路网的定位结果校正:确定校正路段后,利用垂直投影将初始定位点P投影到校正路段Si上,垂足即为校正后的定位结果。

再多了解一些
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1