本發(fā)明涉及一種基于多源傳感器的位置獲取方法，屬于移動計算和室內定位技術領域。

背景技術：

隨著現代化的發(fā)展，高樓層建筑越來越多，當用戶置身于不熟悉的多層樓宇環(huán)境中時，可能一時無法獲悉所在樓層和所在樓層區(qū)域。此時大多采用無需外接網絡、僅依靠手機內置傳感器的慣性導航系統(tǒng)?，F有的研究中，在使用慣導前，需要進行初始對準，即條件之一就是確定初始位置。在不依賴于外界設備，無網的環(huán)境下，不僅能夠用于平時的室內導航，也能夠在用于應急救援環(huán)境中，具有很大意義。

而在現有的樓層定位算法中，主要集中以wifi定位為主，例如基于層次聚類的wlan樓層定位方法研究、基于k-means算法的wlan室內定位樓層判別方法、基于wifi指紋定位中的樓層辨識方法研究，但是上述方法均對硬件設施依賴性較大。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于多源傳感器的位置獲取方法，基于氣壓隨高度變化原理，設計地磁定位方式，能夠精確實現樓宇室內定位。

本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發(fā)明設計了一種基于多源傳感器的位置獲取方法，用于實現人員在樓宇內各樓層中位置的定位，以人員進入樓宇的位置作為初始位置，將初始位置作為最新定位位置，執(zhí)行如下步驟，實時獲得人員在該樓宇內各樓層中的最新定位位置；

步驟1.記錄最新定位位置的氣壓值p1，并間隔預設氣壓檢測周期，記錄當前位置的氣壓值p2，然后進入步驟2；

步驟2.獲得p2-p1的差值δp，判斷|δp|是否小于預設樓層變化氣壓閾值，是則當前位置所在該樓宇中的樓層數與最新定位位置所在該樓宇中的樓層數相同，即獲得當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4；否則進入步驟3；

步驟3.獲得|δp|除以預設樓層變化氣壓閾值所獲商的整數，然后判斷δp是否大于0，是則獲得最新定位位置所在該樓宇中的樓層數減去該整數的結果，作為當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4；否則獲得最新定位位置所在該樓宇中的樓層數加上該整數的結果，作為當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4；

步驟4.根據預設該樓宇的標準地磁信息數據庫，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的標準地磁信息數據，然后進入步驟5；

步驟5.獲得當前位置的地磁信息，并結合當前位置所在該樓宇中該樓層的標準地磁信息數據，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的地磁坐標，并作為最新定位位置，然后返回步驟1。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：還包括步驟6和步驟7如下，所述步驟5中，在獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的地磁坐標后，進入步驟6；

步驟6.針對所述當前位置所在該樓宇中的該樓層，采用預設尺寸網格進行劃分，并基于該樓層的地磁坐標系，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的網格劃分坐標，然后進入步驟7；

步驟7.采用單個所述預設尺寸網格，將當前位置所在該樓宇中該樓層的網格劃分坐標與地磁坐標同時進行囊括，則該單個預設尺寸網格所覆蓋區(qū)域，即當前位置所在該樓宇中該樓層的位置，并作為最新定位位置，然后返回步驟1。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述預設樓層變化氣壓閾值，通過如下步驟獲得；

步驟a1.分別針對該樓宇的各樓層，伴隨沿樓層邊緣的移動，實時檢測移動位置的氣壓值，并獲得每隔所述預設氣壓檢測周期所檢測氣壓值的氣壓變化值，由此獲得該樓層所對應的各個氣壓變化值，即獲得該樓宇各樓層分別所對應的各個氣壓變化值，然后進入步驟a2；

步驟a2.獲得該樓宇各樓層所對應所有氣壓變化值的最大值，作為max_bp，將2*max_bp的結果作為預設樓層變化氣壓閾值。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟4中，所述預設該樓宇的標準地磁信息數據庫，按如下操作獲得：

分別針對樓宇的各個樓層，利用標準三軸地磁傳感器采集室內標準地磁x分量、y分量、z分量，并求得標準地磁總量，采用樣條插值法對地磁各分量和總量進行插值，根據樓層坐標系和插值結果構建該樓層標準地磁數據，進而構成該樓宇的標準地磁信息數據庫。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案：所述步驟5中，獲得當前位置的地磁信息，并結合當前位置所在該樓宇中該樓層的標準地磁信息數據，按如下步驟，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的地磁坐標；

步驟b1，當用戶首次進入室內時，將用戶的必經之處作為測試區(qū)，利用智能手機內置的地磁傳感器采集測試區(qū)地磁各分量，得到手機測試值；

步驟b2，利用樣條插值法對手機測試值各分量和總量進行插值，對樣條插值的結果進行相關性檢驗，判斷手機測試值是否與測試區(qū)在室內標準地磁數據庫中的標準值正相關且顯著，若是則進入下一步；

步驟b3，將步驟b2樣條插值結果中的地磁總量作為因變量，測試區(qū)在室內標準地磁數據庫中的地磁總量作為自變量，建立回歸模型，求得回歸系數；

步驟b4，對回歸系數進行檢驗，判斷回歸系數是否顯著，若是則進入下一步；

步驟b5，調用室內標準地磁數據庫中的所有地磁總量，根據回歸模型反解出適應于用戶所持智能手機在室內的地磁總量；

步驟b6，設定地磁總量閾值，利用智能手機內置的地磁傳感器實時采集用戶當前所在位置的地磁分量并求得總量，計算該總量與步驟b5反解出的地磁總量之間的差值，將差值小于地磁總量閾值對應的坐標作為初選坐標；

步驟b7，根據初選坐標在室內標準地磁數據庫中的標準值及在步驟b1得到的手機測試值，對地磁各個分量建立回歸模型，計算得到各個分量對應的回歸系數；

步驟b8，根據各分量的回歸模型，將初選坐標在室內標準地磁數據庫中對應的地磁分量轉化為適應于用戶所持智能手機在室內的地磁分量；

步驟b9，對初選坐標，計算步驟b8轉化得到的地磁分量與智能手機內置的地磁傳感器測得的地磁分量之間的相似度；

步驟b10，對初選坐標，將步驟b5反解出的地磁總量與智能手機內置的地磁傳感器測得的地磁總量之間的差值歸一化，并計算權重；

步驟b11，對初選坐標，利用步驟b9得到的相似度與步驟b10得到的權重相乘，得到加權相似度，將最小的加權相似度對應的坐標作為預測用戶位置點。

本發(fā)明所述一種基于多源傳感器的位置獲取方法采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發(fā)明設計的一種基于多源傳感器的位置獲取方法，融合氣壓檢測與地磁檢測，并對所檢測的信息進行融合處理，實時獲得人員所在樓層與樓層中的具體位置，其過程中無需借助外界設備和網路，只需利用到氣壓計傳感器和地磁傳感器，便可進行樓宇室內的實時定位，并且所獲定位信息準確性號，實際應用便捷，具有廣泛適用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所設計一種基于多源傳感器的位置獲取方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明所設計一種基于多源傳感器的位置獲取方法中樓層判斷算法流程圖；

圖3是本發(fā)明所設計一種基于多源傳感器的位置獲取方法中樓層氣壓采集軌跡示意；

圖4是本發(fā)明所設計一種基于多源傳感器的位置獲取方法應用中各樓層不同高度氣壓值示意；

圖5是本發(fā)明所設計一種基于多源傳感器的位置獲取方法應用中室內固定點25小時氣壓變化趨勢示意。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

本發(fā)明提出了一種基于多源傳感器輔助慣導初始位置生成方法，即融入了手機內置的氣壓計傳感器和地磁傳感器，實時定位出初始位置，輔助慣導進行初始對準。從實驗看出，利用氣壓差值解決了氣壓在時間維度上非指紋特性，初步解決了室內樓層定位問題。同時融合地磁實時定位區(qū)域，能夠為慣導提供初始位置對準。在不依賴于外界設備，無網的環(huán)境下，就能獲得較好的室內定位精度。此方法不僅能夠用于平時的室內導航，也能夠在用于應急救援環(huán)境中，具有很大意義。

本發(fā)明設計了一種基于多源傳感器的位置獲取方法，用于實現人員在樓宇內各樓層中位置的定位，實際應用當中，以包含氣壓計傳感器和地磁傳感器的手機作為人員的手持裝置，以人員進入樓宇的位置作為初始位置，將初始位置作為最新定位位置，如圖1和圖2所示，執(zhí)行如下步驟，實時獲得人員在該樓宇內各樓層中的最新定位位置；

步驟1.記錄最新定位位置的氣壓值p1，并間隔預設氣壓檢測周期，記錄當前位置的氣壓值p2，然后進入步驟2。實際應用中，預設氣壓檢測周期設計為20s。

步驟2.獲得p2-p1的差值δp，判斷|δp|是否小于預設樓層變化氣壓閾值，是則當前位置所在該樓宇中的樓層數與最新定位位置所在該樓宇中的樓層數相同，即獲得當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4；否則進入步驟3。

其中，預設樓層變化氣壓閾值，通過如下步驟獲得；

步驟a1.分別針對該樓宇的各樓層，按圖3所示軌跡，伴隨沿樓層邊緣的移動，實時檢測移動位置的氣壓值，并獲得每隔所述預設氣壓檢測周期所檢測氣壓值的氣壓變化值，由此獲得該樓層所對應的各個氣壓變化值，即獲得該樓宇各樓層分別所對應的各個氣壓變化值，然后進入步驟a2。

步驟a2.獲得該樓宇各樓層所對應所有氣壓變化值的最大值，作為max_bp，將2*max_bp的結果作為預設樓層變化氣壓閾值。

上述預設樓層變化氣壓閾值，具體實施為如下過程：

步驟s1311：設計支架平臺，支架平臺上安放著兩臺安裝了氣壓采集軟件的智能手機，第一臺手機安放在平臺i處，即距離地面1.2m處；第二臺手機安放在平臺ii處，即距離地面0.1m處。沿圖3所示軌跡，步速勻速緩慢，在樓層往返一圈。

步驟s1312：對采集的數據繪圖，如圖4所示，其中前進方向數值為a，返回方向數值為b，如圖5所示，從圖5中明顯發(fā)現，在一定時間內，氣壓的穩(wěn)定性和樓層之間氣壓的差異性明顯大于樓層內氣壓差異性的特性。同一高度的a方向和b方向數值基本重合，很容易根據氣壓值區(qū)分出對應樓層。

步驟s1313：相似度計算及數據測試。我們根據歐拉距離公式，表示不同類別的相似程度，公式如下：

其中bpdv表示用戶實時測得的氣壓值，q表示實時測得的氣壓值數量，bpa表示a方向上采集的氣壓值，bpb表示b方向上采集的氣壓值。

在應急室內環(huán)境中，用戶可能保持下蹲狀態(tài)，所以驗證數據采用兩種姿勢，一個是手持正常行走，一個是手持下蹲狀態(tài)，每個姿勢保留五組氣壓數據用于樓層推算。計算結論如表1所示。

表1

我們發(fā)現此方法正確率不是很高，在驗證四樓和五樓氣壓時，時間距離采集四樓和五樓已經過去了90分鐘。盡管氣壓在一定時間內保持極為穩(wěn)定的狀態(tài)，但該定時間維持時間太短。由此我們可知，通過采集得到的樓層的氣壓指紋數據不具備離線性質，不能直接根據氣壓數據反推所在樓層。因此，我們需要建立一個更為普遍的氣壓—樓層模型。

步驟s1314：計算各樓層之間氣壓差值δpfloor。

步驟s132：固定位置氣壓信息采集。本步驟包含如下3個子步驟：

步驟s1321：在同一位置，連續(xù)采集了25小時的氣壓數據。

步驟s1322：對采集的數據繪圖，如圖5所示，即使在室內穩(wěn)定的環(huán)境下，氣壓也沒有出現周而復始的現象。

步驟s1323：我們以10s為一個單位，計算出每隔10s氣壓的變化量，定義變化量最大的值為max_bp。而各樓層距樓層地面相同高度的氣壓差均大于2*max_bp，以20s為一個單位亦如此。而表2統(tǒng)計區(qū)間發(fā)現，25小時內，雖然變化區(qū)間達到了4hpa，但連續(xù)每10s或20s的變化量基本都小于0.05hpa，這個量對于同樓層可忽略不計。

表2

步驟s133：設定閾值。根據時間差和氣壓差來推算樓層。閾值設為2*max_bp，即0.35hpa。之所以以10s或20s為單位記錄氣壓值，是模擬樓層變化經過樓梯的時間。

步驟3.獲得|δp|除以預設樓層變化氣壓閾值所獲商的整數，然后判斷δp是否大于0，是則獲得最新定位位置所在該樓宇中的樓層數減去該整數的結果，作為當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4；否則獲得最新定位位置所在該樓宇中的樓層數加上該整數的結果，作為當前位置所在該樓宇中的樓層數，并進入步驟4。

步驟4.根據預設該樓宇的標準地磁信息數據庫，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的標準地磁信息數據，然后進入步驟5。

其中，預設該樓宇的標準地磁信息數據庫，按如下操作獲得：

分別針對樓宇的各個樓層，利用標準三軸地磁傳感器采集室內標準地磁x分量、y分量、z分量，并求得標準地磁總量，采用樣條插值法對地磁各分量和總量進行插值，根據樓層坐標系和插值結果構建該樓層標準地磁數據，進而構成該樓宇的標準地磁信息數據庫。

步驟5.獲得當前位置的地磁信息，并結合當前位置所在該樓宇中該樓層的標準地磁信息數據，按如下步驟，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的地磁坐標，并進入步驟6。

步驟b1，當用戶首次進入室內時，將用戶的必經之處作為測試區(qū)，利用智能手機內置的地磁傳感器采集測試區(qū)地磁各分量，得到手機測試值。

步驟b2，利用樣條插值法對手機測試值各分量和總量進行插值，對樣條插值的結果進行相關性檢驗，判斷手機測試值是否與測試區(qū)在室內標準地磁數據庫中的標準值正相關且顯著，若是則進入下一步。

步驟b3，將步驟b2樣條插值結果中的地磁總量作為因變量，測試區(qū)在室內標準地磁數據庫中的地磁總量作為自變量，建立回歸模型，求得回歸系數。

步驟b4，對回歸系數進行檢驗，判斷回歸系數是否顯著，若是則進入下一步。

步驟b5，調用室內標準地磁數據庫中的所有地磁總量，根據回歸模型反解出適應于用戶所持智能手機在室內的地磁總量。

步驟b6，設定地磁總量閾值，利用智能手機內置的地磁傳感器實時采集用戶當前所在位置的地磁分量并求得總量，計算該總量與步驟b5反解出的地磁總量之間的差值，將差值小于地磁總量閾值對應的坐標作為初選坐標。

步驟b7，根據初選坐標在室內標準地磁數據庫中的標準值及在步驟b1得到的手機測試值，對地磁各個分量建立回歸模型，計算得到各個分量對應的回歸系數。

步驟b8，根據各分量的回歸模型，將初選坐標在室內標準地磁數據庫中對應的地磁分量轉化為適應于用戶所持智能手機在室內的地磁分量。

步驟b9，對初選坐標，計算步驟b8轉化得到的地磁分量與智能手機內置的地磁傳感器測得的地磁分量之間的相似度。

步驟b10，對初選坐標，將步驟b5反解出的地磁總量與智能手機內置的地磁傳感器測得的地磁總量之間的差值歸一化，并計算權重。

步驟b11，對初選坐標，利用步驟b9得到的相似度與步驟b10得到的權重相乘，得到加權相似度，將最小的加權相似度對應的坐標作為預測用戶位置點。

步驟6.針對所述當前位置所在該樓宇中的該樓層，采用預設尺寸網格進行劃分，并基于該樓層的地磁坐標系，獲得當前位置所在該樓宇中該樓層的網格劃分坐標，然后進入步驟7。

步驟7.采用單個所述預設尺寸網格，將當前位置所在該樓宇中該樓層的網格劃分坐標與地磁坐標同時進行囊括，則該單個預設尺寸網格所覆蓋區(qū)域，即當前位置所在該樓宇中該樓層的位置，并作為最新定位位置，然后返回步驟1。

將本發(fā)明所設計基于多源傳感器輔助慣導初始位置生成方法應用于實際，即手持智能手機，沿著一樓二樓三樓四樓三樓二樓的順序走完。實驗數據記錄如表3所示，判斷樓層和規(guī)劃樓層一致。

表3

上述技術方案所設計基于多源傳感器的位置獲取方法，融合氣壓檢測與地磁檢測，并對所檢測的信息進行融合處理，實時獲得人員所在樓層與樓層中的具體位置，其過程中無需借助外界設備和網路，只需利用到氣壓計傳感器和地磁傳感器，便可進行樓宇室內的實時定位，并且所獲定位信息準確性號，實際應用便捷，具有廣泛適用性。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。