本發(fā)明涉及無線定位、上下文感知技術領域，尤其涉及一種基于多模態(tài)融合的室內自主定位方法和裝置。

背景技術：

2015年8月12日23:30左右，天津濱海新區(qū)第五大街與躍進路交叉口的一處集裝箱碼頭發(fā)生爆炸。天津港“8·12”爆炸共造成165人遇難，8人失聯(lián)。其中公安消防人員24人，天津港消防人員75人，民警11人，其他人員55人。

2013年1月1日凌晨3時4分，杭州友成機工公司發(fā)生火災，3名消防官兵失去寶貴的生命。

2013年10月11日凌晨，北京市石景山區(qū)蘋果園南路東口喜隆多商場發(fā)生火災，石景山消防支隊的參謀長劉洪坤和八大處消防中隊的副中隊長劉洪魁在返回火場進行偵查時失去了寶貴的生命。

近年來，隨著我國經濟的發(fā)展，國內大型劇院場館、體育場館、會展中心、賣場和娛樂場所等大型公共建筑日益增多。室內建筑面積達10萬平米以上的超大型建筑，如最具代表性的“國家大劇院”建筑面積21.7萬平米，“鳥巢”國家體育場建筑面積25.8萬平米。這些超大型建筑的規(guī)模大、內部結構很復雜、不少建筑擁有多層地下室結構，給緊急情況下的應急救援提出了巨大挑戰(zhàn)。特別是發(fā)生火災時，無論是財產還是人員安全都帶來了巨大的危害。尤其是對參與火場救災的指揮人員和消防官兵來說，面對突發(fā)而來的火情，由于火場地理環(huán)境復雜，濃煙、明火等現(xiàn)場條件阻礙了施救人員的視線和行進線路，使得救援人員無法獲取準確的位置信息，不但不能有效地執(zhí)行救援方案、開展救援工作，更有可能在火場迷失方向甚至危及現(xiàn)場救援人員的生命安全。急需一套有效室內定位方案。

在室內的大多數區(qū)域，由于建筑物的遮擋，人們基本無法接收到GPS衛(wèi)星信號，GPS定位誤差較大，甚至不能進行定位?；跓o線射頻(Radio Frequency Identication，RFID)的定位技術需要在建筑物內部布設RFID標簽或者天線，基于超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)的定位技術需要在建筑物內布設專用的定位通信設備，基于超聲波(Ultrasound)的定位技術需要在室內部署大量的超聲波發(fā)射裝置，基于紅外線的室內定位技術需要在室內安裝特制的光學傳感器，基于藍牙的室內技術需要在室內安裝若干個藍牙接入點。WiFi，ZigBee等基于指紋的定位方法，需要前期采集訓練生成擁有巨量數據的指紋庫，才能有較好的定位效果。由于應急救援具有突發(fā)性和破壞性，環(huán)境中的一切基礎設施將不可靠，定位中需要的歷史訓練數據將不可靠。以上的這些常用的室內定位技術，要么依賴基礎設施，要么需要前期訓練的定位技術在緊急情況下不具有可用性，應急救援中急需一種不需要布設基礎設施，同時又不需要前期大量的訓練工作的定位方法。

一種可行的技術方案是使用慣性導航技術。慣性導航一種完全自主的導航技術，依賴設備自身自主地完成導航任務，不與外界發(fā)生任何光電聯(lián)系，且工作不受氣象條件的限制，不需要額外的基礎設施，不需要前期訓練工作。但是慣性導航利用加速度信息不斷積分求取速度、步長，如果加速度信息含有噪聲則經過不斷積分后便會產生不斷累積的步長誤差。另外，慣性導航利用陀螺儀信息不斷積分求取航向，如果陀螺儀信息含有噪聲則經過不斷積分后便會產生不斷累積的航向誤差。如何有效的消除慣性導航的累積誤差成為應急救援場景中定位與導航的關鍵。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種不依賴于外部環(huán)境部署的基于多模態(tài)融合的室內自主定位方法和裝置。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于多模態(tài)融合的室內自主定位方法，其改進之處在于，所述的方法包括如下步驟：

(1)用戶航跡推斷

(11)用戶初始位置設置：以傳統(tǒng)戶外地圖為基礎進行用戶位置展示，結合GPS自動初始化用戶位置和方向；

(12)基于可穿戴慣性傳感器的位置估計：通過加速度計檢測腳著地瞬間來校準用戶行進速度、水平加速度二重積分結合零速檢測算出用戶每一步的步長、通過陀螺儀可計算每一步的方向改變量、結合每一步的步長和方向可獲得用戶每一步的位置坐標，通過無線網絡將用戶的位置坐標傳給手機或其他處理平臺做進一步處理之后在地圖上顯示用戶的位置信息；

(13)基于拐彎檢測的方向估計：使用用戶兩次拐彎之間所有步伐方向估計的均值作為該路徑和用戶在路徑上的步行方向估計；

(14)基于方向滑動平均的拐彎檢測：航跡推斷系統(tǒng)啟動之后，用戶每走一步執(zhí)行一次方向滑動平均，如果當前觀測方向與滑動平均方向的改變量小于某個預先設定的閾值，則認為用戶當前方向與之前步子在同一條直線上行走，把當前方向加入方向滑動隊列并更新方向均值；另一方面，如果當前觀測方向與滑動平均方向的改變量大于某個預先設定的閾值，則認為用戶拐彎了，此時，清空方向隊列，把當前方向加入方向隊列并把當前方向作為新的方向均值；

(15)基于氣壓的樓層判別：根據大氣壓強與海拔高度的關系，

計算用戶當前位置的海拔高度，實現(xiàn)用戶所在樓層判定；

(2)用戶航跡校準

(21)基于室內樓梯等室內特征點的校準：利用氣壓傳感器收集數據統(tǒng)計氣壓變化特點，利用加速度傳感器收集數據統(tǒng)計加速度變化特點，利用加速度和氣壓變化提取室內樓梯等特征點；室內特征點檢測模塊第一次檢測到室內特征點的時候，賦予室內特征點當前航跡推斷的位置坐標，當室內特征點檢測模塊后續(xù)再次檢測到室內特征點，用戶的位置立即被校準到室內特征點的位置；

(22)基于室內外場景檢測的地磁校準觸發(fā)機制：通過定位衛(wèi)星數量區(qū)分室內外場景，如果一段時間內的可見衛(wèi)星數量的均值小于某個閾值認為用戶在室內，開始收集室內地磁數據，當地磁數據量達到某個閾值時，觸發(fā)地磁軌跡校準算法；如果一段時間內的可見衛(wèi)星數量的均值大于某個閾值認為用戶在室外，停止收集地磁數據不觸發(fā)地磁軌跡校準算法；

(23)基于地磁信號的軌跡校準：利用地磁傳感器收集數據，統(tǒng)計地磁變化特點，利用不同路徑地磁信息的差異性校準用戶航跡。

進一步的，在手機或其他處理平臺的GPS模塊接收到穿過建筑物的衛(wèi)星信號后，利用當前所在建筑物的相關坐標對GPS模塊獲得的定位結果進行修正：

(31)根據建筑物水平尺寸調整參數，使定位結果向建筑物水平中心收斂；

(32)利用建筑物水平面的幾何頂點確定建筑物水平面邊緣，取定位結果和建筑物水平中心連線與建筑物邊緣的交點，或定位結果在建筑邊緣的投影作為修正結果。

進一步的，在步驟(12)中，所述的可穿戴慣性傳感器為鞋載慣性傳感器；所述的無線網絡為低功耗藍牙；在該步驟中還包括判斷運動狀態(tài)是否處于靜止區(qū)間段的靜止檢測，若檢測為靜止則進行零速修正，否則不進行修正，零速修正是將在靜止時間段內獲取的速度與角速度誤差作為卡爾曼濾波觀測量，對姿態(tài)誤差、位置誤差以及加速度誤差進行估計，從而獲取更為精確的位置和方向。

進一步的，所述的步驟(21)包括：

(211)根據公式將氣壓轉換成海拔高度h；

(212)對高度數據h維持滑動窗口w1；

(213)對w1中高度數據求均值并加上滑動窗口w2；

(214)每隔t1時刻計算w2中數據的差值Δh，如果Δh大于閾值α則認為氣壓快速變化，否則認為無氣壓快速變化；

(215)若氣壓快速變化次數fcn超過閾值β，則認為發(fā)生樓層切換，否則無樓層切換；

(216)若發(fā)生樓層切換的同時加速度計識別到用戶處于行走狀態(tài)，則認為用戶在走樓梯；

(217)若發(fā)生樓層切換的同時加速度計識別到用戶處于靜止狀態(tài)，則認為用戶乘坐電梯。

進一步的，所述的步驟(23)包括：

(231)根據正向地磁軌跡生成反向地磁軌跡；

(232)如果是第一次觸發(fā)匹配，直接把正向地磁軌跡加入指紋庫，算法結束；否則執(zhí)行(233)；

(233)分別把正、反向地磁軌跡與指紋庫進行DTW匹配，如果正、反向的DTW距離全都大于閾值，執(zhí)行(234)；如果正向DTW距離小于閾值，執(zhí)行(235)；如果反向DTW距離小于閾值，執(zhí)行(236)；如果正、反向DTW距離全都小于閾值，正向DTW距離小于反向DTW距離，執(zhí)行(235)；如果正、反向DTW距離全都小于閾值，正向DTW距離大于反向DTW距離，執(zhí)行(236)；

(234)表示指紋庫中沒有與當前地磁軌跡相似的地磁軌跡，把當前正向地磁軌跡加入指紋庫的末尾，算法結束；

(235)指紋庫中存在與當前正向地磁軌跡相似的地磁軌跡，在這里可得到一條待匹配地磁軌跡，需要對待匹配地磁軌跡進一步的處理，執(zhí)行(237)

(236)指紋庫中存在與當前反向地磁軌跡相似的地磁軌跡，在這里可得到一條待匹配地磁軌跡，需要對待匹配地磁軌跡進一步的處理，執(zhí)行(238)

(237)如果待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡的長度之差大于閾值或者起點距離大于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡不是同一條地磁軌跡，把當前正向地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(231)；如果待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡的長度之差小于閾值和起點距離小于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡是同一條地磁軌跡，把用戶位置校準到待匹配地磁軌跡的終點位置，把待匹配地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(239)；

(238)如果待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡的長度之差大于閾值或者起點距離大于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡不是同一條地磁軌跡，執(zhí)行(231)；如果待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡的長度之差小于閾值和起點距離小于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡是同一條地磁軌跡，把用戶位置校準到待匹配地磁軌跡的起點位置，根據待匹配地磁軌跡生成反向待匹配地磁軌跡，反向待匹配地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(2310)；

(239)如果待匹配地磁軌跡和當前正向地磁軌跡的最大直線長度大于閾值，則計算待匹配地磁軌跡和當前地磁軌跡的最大直線方向差，根據這個方向差更新用戶航向，否則不更新用戶航向；

(2310)如果待匹配地磁軌跡和當前反向地磁軌跡的最大直線長度大于閾值，則計算待匹配地磁軌跡和當前地磁軌跡的最大直線方向差，根據這個方向差更新用戶航向，否則不更新用戶航向。

一種基于多模態(tài)融合的室內自主定位裝置，其改進之處在于：所述的裝置包括相互間通過無線網絡進行通信的可穿戴慣性傳感器和處理平臺，所述的可穿戴慣性傳感器包括加速度計和陀螺儀，所述的處理平臺包括航跡推斷系統(tǒng)和航跡校準系統(tǒng)，其中航跡推斷系統(tǒng)包括氣壓傳感器、加速度傳感器、地磁傳感器、GPS模塊和陀螺儀傳感器，航跡校準系統(tǒng)包括與氣壓傳感器電連接的樓層識別模塊、與地磁傳感器電連接的地磁指紋匹配校準模塊、與氣壓傳感器和加速度傳感器電連接的室內特征點檢測模塊、與GPS模塊電連接的衛(wèi)星校準模塊；用戶的位置坐標經上述的航跡推斷系統(tǒng)和航跡校準系統(tǒng)處理之后，在地圖上顯示用戶的位置信息。

進一步的，所述的無線網絡為低功耗藍牙。

進一步的，所述的可穿戴慣性傳感器為鞋載慣性傳感器。

進一步的，所述的處理平臺為智能手機。

進一步的，所述的GPS模塊還可以接收北斗衛(wèi)星信號或者glonass信號。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所公開的基于多模態(tài)融合的室內自主定位方法和裝置，基于地磁軌跡匹配以及室內特征點，對航跡推斷結果進行校準，消除了累積誤差，有效提高室內自主定位精度。從而達到在不依賴于外部環(huán)境部署、不需要前期訓練工作的情況下，或者說緊急情況下，即可實現(xiàn)用戶的精確定位和導航。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所公開的基于鞋載微機電慣性傳感器的位置估計流程圖；

圖2是短時間內固定位置氣壓波動引起的高度變化示意圖；

圖3是短時間內同一樓層行走氣壓波動引起的高度變化示意圖；

圖4是樓層切換過程中氣壓波動引起的高度變化示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例1所公開的室內特征點檢測流程圖；

圖6是本發(fā)明實施例1所公開的GPS定位修正效果圖；

圖7是本發(fā)明實施例1所公開的定位方法的試驗結果示意圖1；

圖8是本發(fā)明實施例1所公開的定位方法的試驗結果示意圖2；

圖9是本發(fā)明實施例1所公開的定位方法的試驗結果示意圖3；

圖10是本發(fā)明實施例1所公開的定位方法的試驗結果示意圖4；

圖11是本發(fā)明實施例1所公開的定位方法的定位累計誤差分布圖；

圖12是本發(fā)明實施例1所公開的定位裝置的組成框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對目前室內人員定位系統(tǒng)精度不高、累積誤差大、難以實用等難題，本實施例提出一種多模融合校準的高精度人員定位方法和裝置，可實現(xiàn)不依賴于外部環(huán)境部署的自主精確定位。通過基于鞋載慣性傳感器實現(xiàn)定位，并融合地磁、室內地理特征點和GPS等數據準確修正用戶航跡，獲取更高的定位精度。

通過數據采集、分析、建模、驗證，該方法挖掘出用戶在室內不同位置表現(xiàn)出來的不同特征。具體來說就是，地磁場會因為室內鋼筋水泥結構和電子設備影響而發(fā)生不同程度的變化。人在上下樓梯的行為狀態(tài)模式也有著規(guī)律性的變化。氣壓隨樓層變化的特點在室內比較明顯。本實施例在基于鞋載慣性傳感器的定位技術基礎上，根據用戶在室內不同位置表現(xiàn)出來的不同特征進行用戶位置修正，獲得更高的定位精度。

實施例1，本實施例公開了一種基于多模態(tài)融合的室內自主定位方法，所述的方法包括如下步驟：

(1)用戶航跡推斷

(11)用戶初始位置設置：以傳統(tǒng)戶外地圖為基礎進行用戶位置展示，結合GPS自動初始化用戶位置和方向，可實現(xiàn)室內外無縫切換；

(12)基于可穿戴慣性傳感器的位置估計：用戶行走過程中雙腳交替著地來支撐身體重心，通過加速度計檢測腳著地瞬間來校準用戶行進速度、水平加速度二重積分結合零速檢測算出用戶每一步的步長、通過陀螺儀可計算每一步的方向改變量、結合每一步的步長和方向可獲得用戶每一步的位置坐標，通過無線網絡將用戶的位置坐標傳給手機或其他處理平臺做進一步處理之后在地圖上顯示用戶的位置信息；為了得到更精確的緊急救援人員位置估計，本實施例采用基于鞋載微機電(micro-electromechanical system，MEMS)慣性傳感器的位置估計技術，同時可穿戴設備還具有功耗、體積小、靈活性高等優(yōu)勢。與基于手機的位置估計不同之處在于，基于鞋載微機電慣性傳感器的位置估計可使用零速檢測來校準救援人員的步長信息?；谛d微機電慣性傳感器的位置估計流程如圖1所示。

(13)基于拐彎檢測的方向估計：使用用戶兩次拐彎之間所有步伐方向估計的均值作為該路徑和用戶在路徑上的步行方向估計；

當用戶直線行走時，受人員行走晃動、傳感器噪聲、外界鐵磁材料和電器等因素影響，無論使用陀螺儀還是羅盤，獲得的方向估計不斷小幅波動。為抑制這些偶然波動因素對行走方向的影響，本實施例提出基于拐彎判定的方向均值估計算法，該算法的物理基礎是，在室內場景，受墻壁和內部布局影響，用戶在發(fā)生拐彎行為之前，一般是按照直線路徑行走的。

現(xiàn)有Android平臺智能手機定義地磁正北方向為0度，從正北方向順時針旋轉到正南依次為0—+180度；從正北方向逆時針旋轉到正南依次為0—-180度。

使用上述方向定義，當用戶往正南方向附近運動時，采用方向均值計算方法直接求算術平均值得到的方向均值可能是在0度附近，發(fā)生奇異并不能反應真實方向。為消除正南方向運動采用方向均值計算可能產生的奇異，本實施例設計了基于正負方向分布的方向均值算法，可有效避免在正負180度附近方向行走產生的方向奇異。

(14)基于方向滑動平均的拐彎檢測：航跡推斷系統(tǒng)啟動之后，用戶每走一步執(zhí)行一次方向滑動平均，如果當前觀測方向與滑動平均方向的改變量小于某個預先設定的閾值，則認為用戶當前方向與之前步子在同一條直線上行走，把當前方向加入方向滑動隊列并更新方向均值；另一方面，如果當前觀測方向與滑動平均方向的改變量大于某個預先設定的閾值，則認為用戶拐彎了，此時，清空方向隊列，把當前方向加入方向隊列并把當前方向作為新的方向均值；

準確的拐彎檢測對基于滑動窗口的方向估計是至關重要的，為了提高拐彎檢測的準確率，本實施例提出一種基于方向滑動平均的拐彎檢測方法。經過大量實驗，使用這種基于方向滑動平均的方法可以有效地準確檢測拐彎。

(15)基于氣壓的樓層判別：根據大氣壓強與海拔高度的關系，

計算用戶當前位置的海拔高度，實現(xiàn)用戶所在樓層判定；

在通常的航跡推斷定位方法中不包括樓層的判別，但是在應急情況下，高度信息對于多樓層定位是至關重要的。大量實驗結果表明，用戶短時間內在同一層樓走動或者固定位置不動，由于氣壓波動引起的高度變化如圖2和3所示，從圖4中可看出氣壓波動引起的高度變化遠小于發(fā)生樓層切換的高度。本實施例使用氣壓計在不依賴任何附加基礎設施的情況下實現(xiàn)用戶所在樓層判定。

(2)用戶航跡校準

(21)基于室內樓梯等室內特征點的校準：利用氣壓傳感器收集數據統(tǒng)計氣壓變化特點，利用加速度傳感器收集數據統(tǒng)計加速度變化特點，利用加速度和氣壓變化提取室內樓梯等特征點；室內特征點檢測模塊第一次檢測到室內特征點的時候，賦予室內特征點當前航跡推斷的位置坐標，當室內特征點檢測模塊后續(xù)再次檢測到室內特征點，用戶的位置立即被校準到室內特征點的位置；

具體的說，室內環(huán)境有一些可以被慣性傳感器檢測到的地理特征點(樓梯或電梯等)，本實施例正是利用這些地理特征點進行航跡校準。室內特征點檢測流程如圖5所示，不僅可以準確判斷用戶是否發(fā)生樓層切換，而且可以區(qū)分樓層切換的方式(樓梯還是電梯)。

使用氣壓傳感器(例如氣壓計)來實現(xiàn)樓梯和電梯識別的核心思想是通過氣壓計檢測氣壓快速變化的同時通過加速度傳感器(例如加速度計)判斷用戶行走狀態(tài)，根據短時間內氣壓變化次數及用戶行走狀態(tài)判斷用戶是走樓梯還是乘坐電梯。

(22)基于室內外場景檢測的地磁校準觸發(fā)機制：通過定位衛(wèi)星數量區(qū)分室內外場景，如果一段時間內的可見衛(wèi)星數量的均值小于某個閾值認為用戶在室內，開始收集室內地磁數據，當地磁數據量達到某個閾值時，觸發(fā)地磁軌跡校準算法；如果一段時間內的可見衛(wèi)星數量的均值大于某個閾值認為用戶在室外，停止收集地磁數據不觸發(fā)地磁軌跡校準算法；

具體地說，在廣闊的室外，由于磁體少，或者相互距離較遠，對地磁產生的作用較小，地磁場強度的變化不大，因此不適合用作航跡校準。但是在室內，尤其是鋼筋混凝土結構建筑，會對地磁場產生較大的干擾，另外室內存在很多基礎設施(樓梯、電梯，支撐柱)以及特殊場所(廁所，水房，機房)都會影響地磁，不同的室內場景會有不同的磁場表現(xiàn)，不同位置也會有不同的磁場特征，適合用作用戶航跡校準。本實施例設計了如下室內外判斷方法，由于建筑物的遮擋，GPS模塊在室內能夠搜索到的衛(wèi)星數量遠小于室外能夠搜索到的衛(wèi)星數量，根據用戶所處場景來觸發(fā)航跡校準以獲取更高的定位精度。

GPGSV(GPS Satellites in View)，可見衛(wèi)星信息，即當前GPS模塊能夠搜索到的所有衛(wèi)星信息，它是NMEA-0183協(xié)議中兼容性比較廣的一種語句，設備的GPS模塊可以接收到這個信息。本實施例利用室內外可見衛(wèi)星數量的差異進行室內外場景的識別。

本實施例利用GPGSV消息來計算當前可見的衛(wèi)星數量，下面是GPS模塊在室內實際接收到的一條GPGSV消息：

$GPGSV,3,1,12,01,73,078,,03,08,084,,04,03,217,,07,20,192,*79

根據NEMA Reference Manual我們可知消息的第4個字段指示了現(xiàn)在可見衛(wèi)星數量為12，但在實際情況中，我們不能單純地使用這個值作為當前可見的衛(wèi)星數量，因為從消息的第8、12、16、20看出這些衛(wèi)星信號的SNR為空，也就代表著這些衛(wèi)星實際上并沒有被追蹤到，而其余的值只是GPS模塊上次獲取到衛(wèi)星信息之后的緩存值。所以本實施例將GPGSV信息進行解析并獲取每個可見衛(wèi)星信號的SNR，當SNR不為空且SNR>0的時候才認為該衛(wèi)星可見，這樣便可以計算出當前可見衛(wèi)星數量。

(23)基于地磁信號的軌跡校準：由于房屋鋼筋混泥土結構和室內電子設備等干擾地磁信號，使地磁信號發(fā)生畸變，不同路徑的地磁信號具有差異性。本實施例正是利用不同路徑地磁信號的差異性通過采用先進的機器學習模式匹配算法，實現(xiàn)航跡的準確識別和校準。

利用地磁傳感器收集數據，統(tǒng)計地磁變化特點，利用不同路徑地磁信息的差異性校準用戶航跡。

進一步的，在特殊情況(如窗邊、建筑物入口等位置，衛(wèi)星信號滿足定位要求時)下可以使用GPS來對定位結果進行機會性校準，用以消除系統(tǒng)的累積誤差，這一應用對GPS定位精度有較高的要求。在不依賴于基礎設施或者更高精度的硬件設備的條件下，想要進一步提高GPS定位的精度，只能依賴于軟件層次的改進。室內定位系統(tǒng)在特殊情況下應用GPS進行機會性校準，在手機或其他處理平臺的GPS模塊接收到穿過建筑物的衛(wèi)星信號后，由于在穿過建筑物時傳播速度減小，導致在解算時接收機與該衛(wèi)星的偽距較真實值偏大，使得解算結果向“衛(wèi)星—接收機”方向偏移，顯示的定位結果即為向遠離建筑物方向偏移。針對這一特點，本實施例利用當前所在建筑物的相關坐標對GPS模塊獲得的定位結果進行修正：如圖6所示經過修正的GPS定位精度由60米1σ(68.27％)提升到10米1σ(68.27％)。由于在這種應用場景中我們只需要GPS水平面上的定位結果，即經度和緯度，而不需要高度信息，所以在此只對水平面上的定位結果修正進行討論。

(31)根據建筑物水平尺寸調整參數，使定位結果向建筑物水平中心收斂；設建筑物水平中心經緯度為(CENTER_LON，CENTER_LAT)，GPS模塊定位結果為(LOC_LON，LOC_LAT)，經度和緯度兩個方向的參數為thetaLon和thetaLat，則修正后的定位結果可表示為：

correctedLon:＝CENTER_LON+thetaLon*(LOC_LON-CENTER_LON)；

correctedLat:＝CENTER_LAT+thetaLat*(LOC_LAT-CENTER_LAT)；

其中thetaLon和thetaLat兩個參數可以在系統(tǒng)中采用LMS(最小均方法)，使修正后的定位結果收斂到訓練值的最小誤差平方逼近(訓練樣本通過地圖的坐標拾取器選取特殊位置的坐標來獲取)。

(32)利用建筑物水平面的幾何頂點確定建筑物水平面邊緣，取定位結果和建筑物水平中心連線與建筑物邊緣的交點，或定位結果在建筑邊緣的投影作為修正結果。這種修正方法建立在“在這一系統(tǒng)的機會性應用中，用戶所處的窗邊、建筑物入口一般都位于建筑物的邊緣”這一常識性假設上。這種處理方法增加了使用者的工作量，且難以應用于不規(guī)則幾何邊緣的建筑物，普適性較差，但相對簡單。

進一步的，在步驟(12)中，所述的可穿戴慣性傳感器為鞋載慣性傳感器；所述的無線網絡為低功耗藍牙；在該步驟中還包括判斷運動狀態(tài)是否處于靜止區(qū)間段的靜止檢測，若檢測為靜止則進行零速修正，否則不進行修正，零速修正是將在靜止時間段內獲取的速度與角速度誤差作為卡爾曼濾波觀測量，對姿態(tài)誤差、位置誤差以及加速度誤差進行估計，從而獲取更為精確的位置和方向。

進一步的，所述的步驟(21)包括：

(211)根據公式將氣壓轉換成海拔高度h；

(212)對高度數據h維持滑動窗口w1；

(213)對w1中高度數據求均值并加上滑動窗口w2；

(214)每隔t1時刻計算w2中數據的差值Δh，如果Δh大于閾值α則認為氣壓快速變化，否則認為無氣壓快速變化；

(215)若氣壓快速變化次數fcn超過閾值β，則認為發(fā)生樓層切換，否則無樓層切換；

(216)若發(fā)生樓層切換的同時加速度計識別到用戶處于行走狀態(tài)，則認為用戶在走樓梯；

(217)若發(fā)生樓層切換的同時加速度計識別到用戶處于靜止狀態(tài)，則認為用戶乘坐電梯。

進一步的，所述的步驟(23)包括：

(231)根據正向地磁軌跡生成反向地磁軌跡；

(232)如果是第一次觸發(fā)匹配，直接把正向地磁軌跡加入指紋庫，算法結束；否則執(zhí)行(233)；

(233)分別把正、反向地磁軌跡與指紋庫進行DTW(Dynamic Time Wrapping動態(tài)時間規(guī)整)匹配，如果正、反向的DTW距離全都大于閾值，執(zhí)行(234)；如果正向DTW距離小于閾值，執(zhí)行(235)；如果反向DTW距離小于閾值，執(zhí)行(236)；如果正、反向DTW距離全都小于閾值，正向DTW距離小于反向DTW距離，執(zhí)行(235)；如果正、反向DTW距離全都小于閾值，正向DTW距離大于反向DTW距離，執(zhí)行(236)；

(234)表示指紋庫中沒有與當前地磁軌跡相似的地磁軌跡，把當前正向地磁軌跡加入指紋庫的末尾，算法結束；

(235)指紋庫中存在與當前正向地磁軌跡相似的地磁軌跡，在這里可得到一條待匹配地磁軌跡，需要對待匹配地磁軌跡進一步的處理，執(zhí)行(237)

(236)指紋庫中存在與當前反向地磁軌跡相似的地磁軌跡，在這里可得到一條待匹配地磁軌跡，需要對待匹配地磁軌跡進一步的處理，執(zhí)行(238)

(237)如果待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡的長度之差大于閾值或者起點距離大于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡不是同一條地磁軌跡，把當前正向地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(231)；如果待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡的長度之差小于閾值和起點距離小于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前正向地磁軌跡是同一條地磁軌跡，把用戶位置校準到待匹配地磁軌跡的終點位置，把待匹配地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(239)；

(238)如果待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡的長度之差大于閾值或者起點距離大于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡不是同一條地磁軌跡，執(zhí)行(231)；如果待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡的長度之差小于閾值和起點距離小于閾值，則認為待匹配地磁軌跡與當前反向地磁軌跡是同一條地磁軌跡，把用戶位置校準到待匹配地磁軌跡的起點位置，根據待匹配地磁軌跡生成反向待匹配地磁軌跡，反向待匹配地磁軌跡加入指紋庫的末尾，執(zhí)行(2310)；

(239)如果待匹配地磁軌跡和當前正向地磁軌跡的最大直線長度大于閾值，則計算待匹配地磁軌跡和當前地磁軌跡的最大直線方向差，根據這個方向差更新用戶航向，否則不更新用戶航向；

(2310)如果待匹配地磁軌跡和當前反向地磁軌跡的最大直線長度大于閾值，則計算待匹配地磁軌跡和當前地磁軌跡的最大直線方向差，根據這個方向差更新用戶航向，否則不更新用戶航向。

在中國人民大學邊上的雙安商場(5層80米×80米)，對本實施例所公開的定位方法進行測試，隨機選取幾次試驗結果如圖7、8、9、10所示。通過大量測試得到定位累計誤差分布圖如圖11所示。圖中橫坐標為定位誤差，縱坐標為正確率。從定位累計誤差分布圖中可見，定位誤差在5米以內的準確率從67％提升到97％，校準之后精度提升效果明顯。

如圖12所示，本實施例還公開了一種基于多模態(tài)融合的室內自主定位裝置，所述的裝置包括相互間通過無線網絡進行通信的可穿戴慣性傳感器和處理平臺，所述的可穿戴慣性傳感器包括加速度計和陀螺儀，所述的處理平臺包括航跡推斷系統(tǒng)和航跡校準系統(tǒng)，其中航跡推斷系統(tǒng)包括氣壓傳感器、加速度傳感器、地磁傳感器、GPS模塊和陀螺儀傳感器，航跡校準系統(tǒng)包括與氣壓傳感器電連接的樓層識別模塊、與地磁傳感器電連接的地磁指紋匹配校準模塊、與氣壓傳感器和加速度傳感器電連接的室內特征點檢測模塊、與GPS模塊電連接的衛(wèi)星校準模塊；用戶的位置坐標經上述的航跡推斷系統(tǒng)和航跡校準系統(tǒng)處理之后，在地圖上顯示用戶的位置信息。

在本實施例中，所述的無線網絡為低功耗藍牙。所述的可穿戴慣性傳感器為鞋載慣性傳感器。所述的處理平臺為智能手機。所述的GPS模塊還可以接收北斗衛(wèi)星信號或者glonass信號。