基于地磁信息的室内定位方法及系统的制作方法

基于地磁信息的室内定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于地磁信息的室内定位方法，该方法包括确定用户在室内的初始位置区域并在该区域内分布多个粒子；基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子并更新每个粒子的坐标；以及根据用户和每个粒子移动前后地磁信息计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度并基于该相似程度来更新粒子的权值。该方法通过移动粒子来跟踪用户的移动并根据地图信息和地磁信息对粒子权重进行更新，然后根据各粒子坐标的加权求和来估计用户的实时位置，实现了对室内用户的高精度定位并节约了部署成本。
【专利说明】基于地磁信息的室内定位方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于室内定位领域，尤其涉及基于地磁的室内定位方法。
【背景技术】
[0002]随着我国社会经济的高速发展和建筑施工水平的提高，大型建筑在各地涌现，如综合购物中心、展览馆、交通枢纽和室内游乐场等。这些建筑在丰富人们日常生活的同时，也给人们带来了不少困惑:建筑物体积庞大、内部结构复杂、方向辨识困难，人们迫切需要知道自己所处建筑物内的位置，以便快速找到自己想去的目的地。随着无线通信技术的快速发展以及移动智能终端的日益普及，室内定位导航技术应运而生。由于移动智能终端设备已经成为人们日常必需品，它们的运算能力逐年提高，且集成了诸如磁场，加速度，陀螺仪等多种传感器。因此利用智能终端上寻求室内定位解决方案成为研究热点，各种无线定位技术得到了较快发展。
[0003]不过，在现有的各种室内无线定位技术中，例如蓝牙和RFID都需要部署基础设施，限制了定位技术的大规模使用。而WiFi网络目前尽管已大规模部署，但由于WiFi网络部署的初衷并不是为了定位应用，所以在将WiFi应用于定位时易受到接收灵敏度较低、多径效应、信号时变性以及设备差异性等因素影响，定位性能一直难以提升。
[0004]近年来利用室内地磁信号畸变进行定位受到越来越多的关注。现代建筑中存在的钢筋混凝土结构对局部范围内的地磁产生稳定干扰，导致建筑物内不同位置的地磁感应强度和方向不同。当人在室内移动时，不同移动轨迹将产生不同的磁场观测结果。利用移动过程中产生的特性磁场波形可实现局域范围内的定位。但是，使用地磁信息定位面临很多挑战，例如在训练阶段采集的信息维度较少且采集信息精度低、移动磁轨迹匹配算法复杂、搜索计算量大等等。

【发明内容】

[0005]因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于地磁信息的室内定位方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—方面，本发明提供了一种基于地磁信息的室内定位方法，包括:
[0008]步骤1，确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子，每个粒子具有两个属性:坐标和权值；
[0009]步骤2，基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标；
[0010]步骤3，基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值，其中，对于相似程度大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值；
[0011]步骤4，对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计。[0012]上述方法中，还可以包括:
[0013]步骤5，判断所述对用户当前位置的估计是否满足设定的误差范围；如果不满足，则返回至步骤I继续执行；如果满足，则对当前的所有粒子进行重要性重采样，然后转至步骤2继续执行；直到用户停止定位为止。
[0014]上述方法中，还可以包括构建地磁定位数据库的步骤，其包括:
[0015]a)以设定的最小定位精度将待定位的室内地图划分为多个区域，在用户可达的每个区域至少标定一个参考点；
[0016]b)连接参考点得到采样路径，采样路径应覆盖该室内所有的可达区域；
[0017]c)对每条采样路径以匀速率进行采样，采集该路径上各点处的磁感应强度和磁场矢量在水平面上投影的指向，并将该磁场矢量在水平面上投影的指向与当前的行进方向的差值作为地磁方向在该点的修正值；
[0018]d)基于每条采样路径采集的地磁数据来设置处于沿采样路径径向方向一定范围内的各个点处的地磁数据。
[0019]上述方法中，所述步骤2可包括:
[0020]步骤21)基于用户移动的方向计算每个粒子移动方向α:
[0021]α = β + ε + δ
[0022]其中β为用户移动的方向，以偏离正北方向的角度来表示；ε为地磁方向在该粒子坐标对应的室内位置处的修正值，对于室内每个位置，地磁方向在该位置处的修正值是一个常数；S为一个随机变量，其取值范围在正负20度之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为δ的取值；
[0023]步骤22)基于用户移动的步长计算每个粒子移动的步长S为:
[0024]S = Β+Δ
[0025]其中B为用户移动的步长，Λ为一个随机变量，取值范围通常在步长B的正负50%之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为Λ的取值；
[0026]步骤23)基于每个粒子移动方向α和移动步长S来更新该粒子的坐标。
[0027]上述方法中，所述步骤3中所述粒子的移动与用户的移动之间的相似程度可以是通过该粒子移动前后位置处的磁感应强度差值与在用户移动前和移动后采集的磁感应强度的差值相减后得到的差的绝对值来衡量的，该绝对值越小，相似程度越高。
[0028]上述方法中，所述步骤3中所述粒子的移动与用户的移动之间的相似程度可以通过所采集用户移动前后的磁感应强度序列和每个粒子移动前后位置之间所连直线上对应各点的磁感应强度构成的序列之间的相似程度来衡量的。
[0029]上述方法中，所述步骤5中判断对用户当前位置的位置估计是否满足设定的误差范围可包括:
[0030]利用该室内环境中已有的其他的定位机制中的任一种来估计用户当前的位置并计算该位置与经步骤4得到的对用户当前位置的估计之间的距离，判断该距离是否在设定的误差范围内。
[0031]上述方法中，在步骤I中，对于没有搭建无线局域网的室内环境，可以部署若干个蓝牙信标，并将信标ID和信标部署坐标相绑定或者采用基于测距的定位方法确定用户的初始位置区域。[0032]又一方面,本发明提供了一种基于地磁信息的室内定位系统,包括:
[0033]用于确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子的装置，其中每个粒子具有两个属性:坐标和权值；
[0034]用于基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标的装置；
[0035]用于基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值的装置；其中，对于相似程度大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值；
[0036]用于对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计的装置。
[0037]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0038]综合考虑了室内定位应对室内原有场景改变尽可能小的需求、现代建筑内WiFi广泛部署、移动智能终端普及以及地磁扭曲信息唯一的特点。以粒子滤波框架为基础，通过移动粒子来跟踪用户的移动并根据地图信息和地磁信息对粒子权重进行更新，根据粒子坐标的加权求和计算出用户的实时位置，从而实现了对室内用户的高精度定位，而且降低了部署成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0039]以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中:
[0040]图1为根据本发明实施例的基于地磁信息的室内定位方法的流程示意图；
[0041]图2为根据本发明实施例的分布粒子的示意图；
[0042]图3为根据本发明实施例的在室内环境设置参考点的示意图；
[0043]图4为根据本发明实施例的室内环境中采样路径示意图；
[0044]图5为采用根据本发明实施例的方法进行定位的测试环境示意图；
[0045]图6为根据本发明实施例的方法的定位效果示意图。
【具体实施方式】
[0046]为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是用来解释本发明，并不用于对本发明的内容进行限制。
[0047]现参考图1，在步骤1，确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子。这里，可以采用现有的多种室内定位方法来确定用户在室内的初始位置。然后将以用户初始位置为中心一定距离内的区域作为用户的在室内的初始位置区域，例如可以是以用户初始位置为中心的通常半径10米的圆，该半径可以根据定位精度来灵活地进行设置。例如，对于已经部署了无线局域网的场所，扫描当前位置接收到的无线接入点的MAC地址和接收信号的强度作为当前位置的特征指纹信息。然后，根据训练好的混合高斯模型计算出用户当前位置区域。又例如，对于采用测距定位的室内环境，可以通过检测当前位置与室内部署的现有信标的距离来判断用户在室内的当前位置。又例如，对于没有搭建无线局域网的场所，可以部署低功耗蓝牙信标(例如蓝牙4.0)。低功耗蓝牙非常省电，其极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久。低功耗蓝牙信标每隔一定的时间用无线电广播一个蓝牙数据包出去，这个数据包可以是ID信息，可以是当前位置的地理坐标(如经度纬度)，也可以是其它任何信息(如店铺名等等)。对于支持蓝牙4.0的设备就可以扫描蓝牙信标发送的ID信息。蓝牙信标除可以单独部署夕卜，还可以作为无线接入点指纹定位法的补充增强，即在已经部署无线局域网的区域内，对于信号区分性差、定位性能欠佳的部分区域，可以补充部署一些蓝牙信标，提高相应区域的定位性能。对于部署密集和部署稀疏蓝牙信标两种情况可以分别采用不同的措施。若蓝牙信标部署稀疏可以用简单的将信标ID和信标部署坐标相绑定的方法，通过查询扫描到的信标ID对应的坐标，即可确定用户所属实时位置区域。为了进一步提高定位性能，可以增加部署密度，保证在同一地理坐标可以接收到两个或以上的信标信号，采用基于测距的方法确定用户的初始位置区域。
[0048]上述的用于确定用户初始位置的方法定位精度都比较低。因此，在本发明的实施例中仅使用这些方法对用户的当前位置进行粗略定位，然后在小范围内使用粒子滤波的方法对用户的位置进行精确定位。在粒子滤波方法中的粒子是一种数学抽象，它们可以理解为一个个点，每个点拥有坐标和权值两项属性。在本实施例中，在确定用户在室内的初始位置区域之后，在所确定的初始位置区域内沿用户可以到达的区域中分布多个粒子，并通过移动这些粒子来跟踪用户的运动。例如在用户的初始位置区域内分布10，000个粒子，在可达区域中所分布的粒子的数量可以根据实际环境和系统需求来灵活设置。由于实际室内环境中用户可达路径并非一条线，而是有宽度的，因此可将沿该可达路径的径向方向一定宽度内的条或带状区域称为可达路径区域或可达区域。其中，关于室内环境中可达路径或可达区域的相关信息可以保存在地磁定位数据库中。在建立地磁定位数据库时，通常是在沿室内环境所有可达路径设置一些参考点并沿由这些参考点连接形成的路径，以及采集该路径上各处的磁感应强度和其他用于定位的数据，例如下文介绍的在该路径上各点处的方向的修正值。并且还也可将沿可达路径采集的相关数据扩展至或可达路径区域内的各个点处。粒子的分布方式可以是围绕该区域中心的二维高斯分布方式进行喷洒，如图2所示。也可以是均匀分布方式在该区域内进行喷洒。或者，也可以是以遍历的方式对可达区域内所有可能坐标都涂抹一定数量的粒子。在所确定的初始位置区域内分布多个粒子在初始时被分配相等的权值。在粒子分布时还检测所分布的粒子是否应该在可达区域，非可达区域将不会分布粒子。初始分布后的每个粒子的坐标为该粒子当前所处的室内位置处的坐标，所有粒子初始时拥有相等的权值。
[0049]在步骤2，基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标。可以采用现有的多种方法来检测用户移动的方向和步长。现有的移动终端设备(例如，智能手机、平板电脑，PDA等)通常内部集成了指南针、磁传感器、加速度传感器、陀螺计等等。例如，可以通过用户所携带的终端设备上指南针采集的指南针方向数据作为用户移动的方向，这里假设用户的行进方向与手机的指向一致。可以通过加速度传感器和用户的移动时间来估计用户的步长。又例如，也可以通过计步器来检测用户的移动以及用户的步长。又例如，也可以将用户的步长设置为人类行走的平均步长，例如0.75m。
[0050]在获取用户移动的方向和步长之后，通过移动这些粒子来跟踪用户的运动。这里，对所有粒子逐个移动。每个粒子移动方向α为:[0051]α = β + ε + δ
[0052]其中β为在实时检测到的用户的移动方向，这里方向是以偏离正北方向的角度来表示的，即偏北的度数，顺时针方向为正值。ε为在地磁定位数据库中保存的对粒子当前坐标点对应室内位置处方向的修正值。对于室内每个位置，地磁方向在该位置处的修正值是一个常数。地磁定位数据库中保存该室内环境中各参考点采集的磁感应强度和对该点处方向的修正值。在定位前通过采样数据以建立地磁定位数据库时，通过采样人员手持例如手机的采样器沿连接参考点的采样路径匀速行，并采集各个参考点的相关数据。在采样时沿某一方向采样，在某个参考点处实际的行进方向，例如手机指向(即手机偏北的度数)是已知的，用这个值减去手机测量到的方向值就可以得到地磁方向在该参考点处的修正值。δ为一个随机变量，其取值范围在正负20度之间，对于每个粒子，可随机地从该范围内取一个数作为S的取值。也就是每个粒子移动的方向并不完全相同，从而可以尽可能地覆盖用户移动的方向。
[0053]接着通过下面公式来计算粒子的移动步长S为:
[0054]S = Β+Δ
[0055]其中B为所估计的用户当前的基本步长，Λ为一个随机变量，取值范围通常在步长B的正负50%之间，对于每个粒子，可随机地从该范围内取一个数作为Λ的取值。也就是每个粒子移动的步长并不完全相同，从而可以尽可能地覆盖用户移动的路径。
[0056]依照计算得到的每个粒子移动方向α和移动步长S来移动该粒子，即更新该粒子的坐标。例如,粒子的新的横坐标为该粒子移动前的横坐标加上步长S*sina ,粒子的新的纵坐标为该粒子移动前的纵坐标加上步长S*cos α。然后遍历所有的粒子，对于已经处于不可达区域的粒子，将其权值降为0，即杀死该粒子。对于非常靠近不可达区域的粒子降低其权值。例如，可以基于粒子与不可达区域(例如，墙)的距离来调整其权值。例如，离墙越近，则权值越低，离墙越远，则权值越高。又例如，可以设定室内地图上每个点的权值系数，越靠近墙，该系数越低，如离墙0.5m以上的点的权值系数为1，离墙在0.5-0.4m之间，该系数为0.8，依次类推。这样在调整粒子权值时，只要根据粒子与墙的距离选择合适的权值系数与该粒子的权值相乘即可更新该粒子的权值。对于所有权值非O的粒子(即当前处于可达区域内的粒子)，执行下面的步骤3。
[0057]在步骤3，基于每个粒子移动前后位置处的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值。如果该粒子的移动与用户的移动相似程度高，则应提高该粒子的权值；如果该粒子的移动与用户的移动相似程度低，则应该降低该粒子的权值。
[0058]在一个实施例中，所述粒子的移动与用户移动的相似程度是可以通过每个粒子移动前后位置处的磁感应强度差值与在用户移动前和移动后采集的磁感应强度的差值相减后得到的差的绝对值来衡量。其中，可以根据每个粒子移动前后的坐标从事先建立的用于该室内环境定位的地磁定位数据库中分别读取每个粒子移动前后其坐标对应的室内位置处的磁感应强度，从而获得每个粒子移动前后位置处的磁感应强度差值。用户移动前和移动后采集的磁感应强度可以通过用户所携带的终端设备上的磁传感器进行实时采集。例如当用户在利用所携带的终端设备请求室内定位时，可以实时采集当前时刻用户所处位置处的磁感应强度。[0059]在获得每个粒子移动前后位置处的磁感应强度差值与在用户移动前和移动后采集的磁感应强度的差值之后，以这两个差值的相减后得到的差的绝对值来衡量二者的相似程度，该绝对值越小，说明粒子的移动与用户的移动相似程度越高，应提高该粒子的权值；该绝对值越大，说明粒子的移动与用户的移动相似程度越低，应降低该粒子的权值。例如，假设某个粒子移动前后位置处的磁感应强度差值是500特斯拉，用户移动前和移动后采集的磁感应强度的差值是200特斯拉，这两个差值相减取绝对值为300，即为该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度。在确定所有粒子对应的相似程度之后，对其进行排序。其相似程度处于前20%的粒子的权值变为4倍，其相似程度处于20% -50%的粒子的权值变为
2倍，其相似程度处于50% -80%的粒子的权值不变，其相似程度处于最后20%的粒子的权值变为O。又例如，可以计算每个粒子对应的相似程度与该粒子移动前后位置处的磁感应强度差值的比值，以该比值的倒数作为更新该粒子权值的系数。仍以上例中的具体粒子为例，该比值为300/500 = 0.6，那么更新该粒子权值的系数为1/0.6?1.7，即将该粒子的权值扩大1.7倍。这里仅是对调整粒子的权值的方式进行举例说明，而非进行任何限制。本领域技术人员也可以基于所述相似程度采用其他方式来调整粒子的权值。
[0060]在又一个实施例中，在步骤3中所述粒子的移动与用户移动的相似程度是可以通过所采集用户移动前后的磁感应强度序列和每个粒子移动前后位置之间所连直线上对应各点的磁感应强度构成的序列的相似程度来衡量。例如，通过采用动态时间归整DTW算法，计算用户移动时采集的磁感应强度序列和每个粒子移动前后位置之间所连直线上对应各点的磁感应强度构成的序列之间的相似度。基于该相似度来调整该粒子的权值。例如，在确定所有粒子对应的相似程度之后，对其进行排序。其相似程度处于前20%的粒子的权值变为4倍，其相似程度处于20% -50%的粒子的权值变为2倍，其相似程度处于50% -80%的粒子的权值不变，其相似程度处于最后20%的粒子的权值变为O。
[0061]在步骤4，对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，从而得到对用户当前位置(x，y)的估计。例如使用的所有粒子坐标加权和的方式。即
[0062]X = Σ IWiXi y = Σ WJi
[0063]其中Wi是第i个粒子的权值，Xi, Yi分别是第i个粒子的横坐标和纵坐标。
[0064]在又一个实施例中，该方法还可以包括在步骤5，判断上述得到的定位结果是否可信。可以将经步骤4得到的对用户当前位置的估计与基于室内环境中现有的可用的任一种其他室内定位方法得到的用户位置进行比较，从而判断步骤4得到的定位结果是否可信。例如，判断对用户当前位置的估计与其他室内定位方法得到的用户位置之间的距离是否满足设定的误差范围；如果不满足，则返回至步骤I继续执行；如果满足，则对当前的所有粒子进行重要性重采样，然后转至步骤2继续执行；直到用户停止定位为止。这里，则对当前的所有粒子进行，是为了避免粒子退化问题。对所有粒子的重要性重采样包括:将权值为O的粒子删除，并计算被删除粒子的个数，以存活粒子的权值为依据，根据每个粒子所占权值的百分比，乘以被删除粒子的个数，即获得该粒子需要被复制的份数，以此维持粒子的总数不变。在粒子复制过程完成该后，重新置所有粒子的权值为相等权值。完成粒子重要性重采样后，跳转转到步骤2，进行下一轮循环，直到用户不再要求定位为止。
[0065]在又一个实施例中，该方法还可以包括构建地磁定位数据库的步骤，其包括:
[0066]a)以设定的最小定位分辨率将待定位的室内地图划分为多个区域，用户可达的每个区域至少标定一个参考点。这里，最小定位分辨率指就是设定的最小定位精度。例如，在已经绘制好的室内地图上沿所有可达路径标定一系列参考点，这些参考点通常是拐弯连接点或者较长路径上的标记点。
[0067]b)连接参考点得到采样路径，如图3所示。采样路径应覆盖需要定位的区域，即该室内所有的可达路径区域。
[0068]c)对采样路径以匀速率进行采样，采集该路径各点处的磁感应强度和磁场矢量在水平面上投影的指向，并将磁场矢量在水平面上投影的指向与当前的行进方向的差值作为地磁方向在该点的偏移量(即上文提到的该点处方向的修正值)。其中，采样时需指明采样行进方向。采样行进中应保持手机指向和地图上路径的方向一致。如图4所示，在待采样路径上标明起点和终点，以手机指向为人前进的方向，匀速率采样。作为采样结果，会同时记录人的行进方向和采样器材测量到的磁场矢量在水平面上投影的指向，以二者的差值作为地磁方向在该点的偏移量。同时需要采集的数据还有地磁场在行进过程中所经过点的磁感应强度。
[0069]d)基于采样路径采集的地磁数据来设置处于沿采样路径径向方向一定范围内的各个点处的地磁数据。如上文所讨论的，由于实际室内环境中用户可达路径并非一条线，而是有宽度的，因此在沿采样路径采集到相关地磁数据后，可将这些数据扩展至沿该采样路径的径向方向一定宽度内的条或带状区域(即可达路径区域或可达区域)中的各个点处。例如，对于采样路径上的某个点，可将可达区域内在该采样路径的径向方向上与该点处于一条直线的所有点的地磁数据设置为与该采样路径上的点的地磁数据相同。又例如，对于在该采样路径的径向方向上一定范围内的点，也可以采用线性差值或二次差值技术根据相邻点的地磁信息获得当前点的磁感应强度值。
[0070]发明人还对上述方法的定位精度进行了测试。图5所示的是进行测试的室内环境，在该室内环境中进行多次定位，对多次定位的定位结果进行统计。实际定位效果测试结果如图6所示。图6中横坐标为定位误差，即定位结果与实际位置的差值；纵坐标为定位精度小于定位误差的概率或百分比。从图6中可见，I σ (68.27% )的定位约为0.85米，表示在该测试中进行各次定位中，定位结果与实际位置的差值小于0.85米的次数占总次数的68.27%, BP定位精度在0.85米以内的占68.27%。这里的I σ是在室内定位领域评估定位精度时普遍使用的衡量参数。从图6中可以看出，采用根据本发明的室内定位方法的定位结果的定位精度绝大部分能保持在4或5米以内。
[0071]在本发明的又一个实施例中，还提供了一种基于地磁信息的室内定位系统，所述系统包括:用于确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子的装置，其中每个粒子具有两个属性:坐标和权值；用于根据上文所讨论的方法基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标的装置；用于如上文所讨论的基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值的装置；其中，对于相似程度大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值；以及用于对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计的装置。
[0072]虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
【权利要求】
1.一种基于地磁信息的室内定位方法，所述方法包括: 步骤1，确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子，每个粒子具有两个属性:坐标和权值； 步骤2，基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标； 步骤3，基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值，其中，对于相似程度 大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值； 步骤4，对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 步骤5，判断所述对用户当前位置的估计是否满足设定的误差范围；如果不满足，则返回至步骤I继续执行；如果满足，则对当前的所有粒子进行重要性重采样，然后转至步骤2继续执行；直到用户停止定位为止。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括构建地磁定位数据库的步骤，其包括: a)以设定的最小定位精度将待定位的室内地图划分为多个区域，在用户可达的每个区域至少标定一个参考点； b)连接参考点得到采样路径，采样路径应覆盖该室内所有的可达区域； c)对每条采样路径以匀速率进行采样，采集该路径上各点处的磁感应强度和磁场矢量在水平面上投影的指向，并将该磁场矢量在水平面上投影的指向与当前的行进方向的差值作为地磁方向在该点的修正值； d)基于每条采样路径采集的地磁数据来设置处于沿采样路径径向方向一定范围内的各个点处的地磁数据。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述步骤2包括: 步骤21)基于用户移动的方向计算每个粒子移动方向α:
α = β + ε + δ 其中β为用户移动的方向，以偏离正北方向的角度来表示；ε为地磁方向在该粒子坐标对应的室内位置处的修正值，对于室内每个位置，地磁方向在该位置处的修正值是一个常数；S为一个随机变量，其取值范围在正负20度之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为δ的取值； 步骤22)基于用户移动的步长计算每个粒子移动的步长S为: S= Β+Δ 其中B为用户移动的步长，Λ为一个随机变量，取值范围通常在步长B的正负50%之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为△的取值； 步骤23)基于每个粒子移动方向α和移动步长S来更新该粒子的坐标。
5.根据权利要求1或2所述的方法，所述步骤3中所述粒子的移动与用户的移动之间的相似程度是通过该粒子移动前后位置处的磁感应强度差值与在用户移动前和移动后采集的磁感应强度的差值相减后得到的差的绝对值来衡量的，该绝对值越小，相似程度越高。
6.根据权利要求1或2所述的方法，所述步骤3中所述粒子的移动与用户的移动之间的相似程度是通过所采集用户移动前后的磁感应强度序列和每个粒子移动前后位置之间所连直线上对应各点的磁感应强度构成的序列之间的相似程度来衡量的。
7.根据权利要求1或2所述的方法，所述步骤5中判断对用户当前位置的位置估计是否满足设定的误差范围包括: 利用该室内环境中已有的其他的定位机制中的任一种来估计用户当前的位置并计算该位置与经步骤4得到的对用户当前位置的估计之间的距离，判断该距离是否在设定的误差范围内。
8.根据权利要求1所述的方法，在步骤I中，对于没有搭建无线局域网的室内环境，部署若干个蓝牙信标，并将信标ID和信标部署坐标相绑定或者采用基于测距的定位方法确定用户的初始位置区域。
9.一种基于地磁信息的室内定位系统，所述系统包括: 用于确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子的装置，其中每个粒子具有两个属性:坐标和权值； 用于基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标的装置； 用于基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值的装置；其中，对于相似程度大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值； 用于对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计的装置。
【文档编号】G01C21/08GK103983266SQ201410229698
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】罗丹, 邵文华, 赵方 申请人:北京天地方元科技有限公司