一种混合室内定位系统的制作方法

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种混合室内定位系统。

背景技术：

随着移动互联网的高速发展和智能手机的普及，人们在日常生活中对智能手机的位置服务也日益增长，已成一项基本需求。在室外有gps、北斗等代表性的定位系统提供位置服务，而在室内由于信号遮挡等原因，这些系统无法提供精确的位置服务。在室内定位领域通常采用wifi(wireless-fidelity)和beacon(一种低功耗蓝牙信标)定位，由于成本和精度原因，室内定位单靠一种定位技术难以提供普适的高精度位置服务。在wifi覆盖良好的情况下，单一的wifi定位精度是在5米到10米；单一的beacon定精度能够达到3米到5米，但铺设beacon成本较高，并且需要用户智能手机支持。现有的技术基本是一种或几种定位技术的融合，不够全面，没有充分利用到每种定位技术的优势。

技术实现要素：

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种混合室内定位系统，融合了gps定位、wifi定位、beacon定位和基站定位，并支持定位子模块的扩充，在融合这些定位结果后，用pdr对行人的轨迹进行修正，用地图匹配结合了室内实际场景，最终得到稳定、高精度的定位。

(二)技术方案

本发明提供了一种混合室内定位系统，包括：

基础定位框架：包括如下a1-a4共四种独立运行的定位模块：

a1、基站定位模块：在建库阶段，使用大数据众包的形式建立的基站库，大致知道每个基站的大致位置，在定位时，根据智能手机上报的基站信息，结合建立的基站库，使用三边定位的方法得到智能手机大致所在的位置，输出结果包括定位坐标和实时定位置信度；

a2、gps定位模块：通过智能手机直接获得gps位置结果，得到经纬度坐标，直接作为输出结果，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；

a3、wi-fi定位模块：采用常规的指纹定位技术，得到室内的定位结果，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；

a4、beacon定位模块：使用基于rssi测距的几何定位，在beacon节点位置已知的情况下，通过终端接收到的beacon节点信号强度来估算终端到节点的距离，根据到多个节点的距离，估计出终端的位置，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；

基础定位融合模块：对基础定位框架中各个定位模块得到的定位结果进行选择，选取最优的定位结果；

pdr融合模块：由智能手机上传的不同类型传感器数据，运用不同的传感器算法对这些数据进行处理，得到行人运动状态信息，将行人运动状态信息、基础定位融合模块输出的定位结果和上一次的定位结果进行融合，得到符合行人运动状态的定位结果；

地图匹配模块：将对用户的位置进一步调整，得到符合室内实景场景的最终位置。

优选的，基础定位融合模块选择最优的定位结果时，选择的方法是根据上一次的定位结果和这一次各个定位模块的定位置信度进行选择，选择置信度最高的定位结果，如果置信度最高的定位结果与上一次定位结果偏差较大，同时置信度次高的定位结果偏差在一定范围以内，则选择置信度次高的定位结果。

优选的，基础定位融合模块输出的定位结果记为结果n，上一次的定位结果记为结果b，pdr融合模块的融合策略为：

当结果n与结果b偏差超过一定阈值时，并且结果n的定位置信度大于结果b的定位置信度，则认为结果n是一个可信的定位结果，直接输出，不利用pdr融合模块进行融合，在该情况下重置pdr融合模块中的数据，将结果n作为新的起始点；

当动静状态判断为静止时，将结果b作为最终输出；

当动静状态判断为运动时，再在结果b的基础上进行推算，结合移动步数、运动方向和关键转向角得到推算结果，推算结果记为结果p，将结果p与结果n进行比较，得前进方向偏差和位置点偏差数据，对pdr融合模块的参数进行修正，得到的结果p将作为输出结果。

优选的，地图匹配模块用到的方法包括：

不可到达区域纠偏：在实际环境下，有很多地方是行人不可达到的，当定位结果在这些区域时，将定位结果拉取到最近可达区域；

道路纠正：用户在运动过程中，将会形成一段轨迹，把这个轨迹与地图生成的道路进行匹配，对应到用户具体在哪一段道路上运动，当用户偏离道路在一定范围时，对用户的位置进行纠正，将其拉到道路上。

优选的，还包括定位结果前向反馈模块：将定位输出结果反馈给基础定位框架、基础定位融合模块和pdr融合模块。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明融合了gps定位、wifi定位、beacon定位和基站定位，并支持定位子模块的扩充，在融合这些定位结果后，用pdr对行人的轨迹进行修正，用地图匹配结合了室内实际场景，最终得到稳定、高精度的定位。每种基础定位技术可以独立运行，也可以多种定位技术一起使用。多种技术一起构成了一个稳定的系统，通过向前反馈，最终形成一个稳定的闭环。

附图说明

图1为本发明提出的一种混合室内定位系统的运行流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本发明提出的一种混合室内定位系统，包括：

基础定位框架：包括如下a1-a4共四种独立运行的定位模块：

a1、基站定位模块：在建库阶段，使用大数据众包的形式建立的基站库，大致知道每个基站的大致位置，在定位时，根据智能手机上报的基站信息，结合建立的基站库，使用三边定位的方法得到智能手机大致所在的位置，基站定位模块的平均定位精度在250米左右，可获得大致的经纬度坐标，输出结果包括定位坐标和实时定位置信度，实时定位置信度的指标由结合基站定位模块平均定位精度和收到基站信号的质量进行评估得到；

a2、gps定位模块：通过智能手机直接获得gps位置结果，得到经纬度坐标，直接作为输出结果，gps定位模块的平均定位精度在10m左右，根据gps的数据质量获得实时定位精度，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；

a3、wi-fi定位模块：采用常规的指纹定位技术，得到室内的定位结果，指纹定位可以在节点位置未知的情况下，通过采集、存储多个已知位置处信号的特征值，用实时接收信号去匹配特征库，估计当前位置，特征库的建立可以使用众包的方式，或人工采集的方式，wi-fi定位模块的平均定位精度在10m左右，实时定位精度是根据获得wifi的数据质量，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；

a4、beacon定位模块：使用基于rssi测距的几何定位，在beacon节点位置已知的情况下，通过终端接收到的beacon节点信号强度来估算终端到节点的距离，根据到多个节点的距离，估计出终端的位置，节点的位置是精确的，部署是人工规划好的，平均定位精度较高约为5米，实时定位精度是根据获得beacon的数据质量，根据实时定位精度和平均定位精度得到实时定位置信度；rssi(receivedsignalstrengthindicator)是接收信号的强度指示，它的实现是在反向通道基带接收滤波器之后进行的；

基础定位融合模块；对基础定位框架中各个定位模块得到的定位结果进行选择，选取最优的定位结果，选择的方法是根据上一次的定位结果和这一次各个定位模块的定位置信度进行选择，选择置信度最高的定位结果，如果置信度最高的定位结果与上一次定位结果偏差较大，同时置信度次高的定位结果偏差在一定范围以内，则选择置信度次高的定位结果；

pdr(行人航位推算)融合模块：由智能手机上传的不同类型传感器数据，运用不同的传感器算法对这些数据进行处理，得到行人运动状态信息，将行人运动状态信息、基础定位融合模块输出的定位结果和上一次的定位结果进行融合，得到符合行人运动状态的定位结果，基础定位融合模块输出的定位结果记为结果n，上一次的定位结果记为结果b，pdr融合模块的融合策略为：

当结果n与结果b偏差超过一定阈值时，并且结果n的定位置信度大于结果b的定位置信度，则认为结果n是一个可信的定位结果，直接输出，不利用pdr融合模块进行融合，在该情况下重置pdr融合模块中的数据，将结果n作为新的起始点：

当动静状态判断为静止时，将结果b作为最终输出；

当动静状态判断为运动时，再在结果b的基础上进行推算，结合移动步数、运动方向和关键转向角得到推算结果，推算结果记为结果p，将结果p与结果n进行比较，得前进方向偏差和位置点偏差数据，对pdr融合模块的参数进行修正，得到的结果p将作为输出结果；

地图匹配模块：将对用户的位置进一步调整，得到符合室内实景场景的最终位置，地图匹配模块用到的方法包括：

不可到达区域纠偏：在实际环境下，有很多地方是行人不可达到的，当定位结果在这些区域时，将定位结果拉取到最近可达区域；

道路纠正：用户在运动过程中，将会形成一段轨迹，把这个轨迹与地图生成的道路进行匹配，对应到用户具体在哪一段道路上运动，当用户偏离道路在一定范围时，对用户的位置进行纠正，将其拉到道路上。

定位结果前向反馈模块：将定位输出结果反馈给基础定位框架、基础定位融合模块和pdr融合模块，对这些模块下一次定位带来更高的定位精度，使系统输出更准确的定位结果。

本发明融合了gps定位、wifi定位、beacon定位和基站定位，并支持定位子模块的扩充，在融合这些定位结果后，用pdr对行人的轨迹进行修正，用地图匹配结合了室内实际场景，最终得到稳定、高精度的定位。每种基础定位技术可以独立运行，也可以多种定位技术一起使用。多种技术一起构成了一个稳定的系统，通过向前反馈，最终形成一个稳定的闭环。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。