一种基于手机PDR的面状磁场指纹库快速构建方法

本发明属于室内定位，具体涉及一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其面向行人室内定位需求的地磁基准指纹库的快速构建，可用于实现商场、地下车库等大尺度室内环境下的地磁指纹构建，为后续磁场指纹匹配定位的实现提供基准磁图。

背景技术：

1、当今的社会生活中，基于位置的服务（location based service，lbs）正在快速融入人们生活的方方面面，包括导航定位、精准广告投放、公共安全突发事件处理、智慧城市、物联网等，这些服务都离不开lbs，因此需要实现室内室外高精度的定位。在室内环境中（如商场，图书馆，地下车库等），gnss的卫星信号被完全遮挡，无法被利用以解算出位置信息。因此伪卫星、超宽带、wifi、蓝牙、超声波、可见光等技术手段陆续发展起来。但是上述的伪卫星，超宽带，蓝牙，超声波等室内定位的手段均需要在环境中布设专门的基础设施，才能进行有效定位。在实际的应用场景中，这些专门设备的提前布设和后续维护都需要花费大量的人力物力，所以这些方法目前无法大规模的使用。并且应急应用场景下，如火灾、地震时，布设好的基础设施也会遭到破环，无法使用，满足不了定位的需求。

2、地磁场是地球本身具有的特性，由于地球本身的不均质性，加之人类活动建造的铁制品对于磁场的影响，导致磁场在不同的位置上具有不同的场强和变化。因此在室内环境中，可以利用磁场强度或者梯度变化形成的独特特征来进行磁场特征匹配定位，以获得准确的位置。因此在地磁匹配定位技术中，一个关键的技术点就是高精度的地磁基准地图的构建方法。在行人室内定位的应用场景中，如商场、剧院、地下车库等，这些地方由于人造建筑的影响，磁场的特征较为丰富，因此建立磁场的分辨率较高，并且面积较大，如果采用专业的地磁测量设备进行精确测量，采集信息建图，耗费的人力和物力成本巨大。因此需要设计一种针对大面积室内场景下的快速、准确的高分辨率磁图构建方法。

3、航迹推算是一种惯性导航的方法，根据惯性器件（加速度计和陀螺仪）的输出，解算自身位置。随着mems惯性器件的发展，原本巨大的惯性器件可以被集成在一块小小的芯片之中，由此发展出了pdr即行人航位推算的方法。这原本是一种行人自主定位的方法，结合惯性测量的相关思想，在有先验信息的前提下，pdr解算得到的位置信息可以和磁场信息相结合，以实现磁场地图的快速构建，从而大大提高磁场地图构建的效率。将航迹推算作为一种测量的手段，这是本发明的一个创新点。

技术实现思路

1、针对如何快速构建室内磁场指纹库的技术问题，本发明面向室内场景中行人利用磁场指纹地图进行匹配定位的需求，提供一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法。由于航迹推算是一种惯性导航的方法，根据惯性器件（加速度计和陀螺仪）的输出，解算自身位置。随着mems惯性器件的发展，原本巨大的惯性器件可以被集成在一块小小的芯片之中，由此发展出了pdr即行人航位推算的方法，其为一种行人自主定位的方法，结合惯性测量的相关思想，在有先验信息的前提下，pdr解算得到的位置信息可以和磁场信息相结合，以实现磁场地图的快速构建，从而大大提高磁场地图构建的效率。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，包括如下步骤：

4、步骤1、进行pdr结果解算，得到原始路径信息，所述原始路径信息包括步长估计的结果、航向估计的结果和脚步点的坐标数据；pdr表示行人航位推算算法；

5、步骤2、测量待建库区域的尺寸作为修正脚步点的坐标数据的先验信息，使用最小二乘平差的方法来完成脚步点的坐标数据的修正；

6、步骤3、使用磁场强度信息的水平量和垂直量分别建立磁场指纹库，从原始的三轴磁力计输出的磁场强度信息中，利用三轴加速度计的输出解算得到水平姿态信息，利用向量投影的原理，完成磁场强度信息的水平量和垂直量的分离和提取；

7、步骤4、将脚步点的坐标数据和磁场强度信息相关联，根据实际需求，选择磁场指纹库的网格大小，构建出磁场指纹库基准网格点的坐标信息，然后利用插值的方法，得到基准网格点处的磁场强度信息，从而构建完整的磁场指纹库。

8、有益效果：

9、本发明中的方法基于手机pdr技术实现面状室内磁场指纹库的快速构建，无需借助室内基站或信源设备辅助，仅需要一台智能手机，将pdr算法作为一种测量手段，实现磁场信息和位置信息的快速关联，是一种低成本、无辐射、高效率的磁场指纹库构建方法，可以极大的减小建库的时间、硬件和人力成本。同时，该方法能够广泛适用于目前典型的室内商场、地下停车场等场景，能够实现亚米级分辨率的磁场指纹库的构建。

技术特征：

1.一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，所述步骤1中，使用智能手机作为数据采集的工具，采集的信息包括三轴加速度计的输出、三轴陀螺仪的输出和三轴磁力计的输出；采集的路线为直角s形，即路线只包括直线和直角转弯两种类型；采集者手持智能手机沿直角s形的路线匀速行走；

3.根据权利要求2所述的一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，所述航向估计包括：

4.根据权利要求2所述的一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，所述步骤2包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，所述步骤3包括：

6.根据权利要求4所述的一种基于手机pdr的面状磁场指纹库快速构建方法，其特征在于，所述步骤4中，利用磁场强度信息的水平量和垂直量分别构建磁场指纹库的步骤相同，包括：

技术总结
本发明提供一种基于手机PDR的面状磁场指纹库快速构建方法，属于室内定位技术领域，包括：步骤1、进行PDR结果解算，得到原始路径信息；步骤2、根据先验信息，修正脚步点，构建采集路径；步骤3、将磁场信息进行水平面投影，提取磁场的水平分量和垂直分量；步骤4、选择磁场建库网格尺寸，构建磁场库。本发明能够实现磁场信息和位置信息的快速关联。

技术研发人员：张文超,曹磊,魏东岩,陈嘉伟,刘晓宙,王冠,刘雨欣,袁洪
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27