一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，尤其設(shè)及一種基于移動終端慣性導(dǎo)航 的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速增長，大型室內(nèi)場館，如商場、機(jī)場、博物館等越來越多。針對如何 方便人們在大型商場的購物，快速的尋找機(jī)場的出入口等問題，室內(nèi)定位和路徑導(dǎo)航是目 前研究的熱點(diǎn)之一。
[0003] 慣性導(dǎo)航技術(shù)主要應(yīng)用是利用移動設(shè)備內(nèi)置的巧螺儀、加速度傳感器和方向傳感 器等傳感器來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位。慣性導(dǎo)航技術(shù)相比較其他室內(nèi)定位技術(shù)（如超聲定位技 術(shù)、紅外定位、WIFI定位等）具有很多突出優(yōu)勢，因其不需要增加其他設(shè)備，成本低廉；移動 設(shè)備隨身攜帶，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前常用的慣性導(dǎo)航技術(shù)是通過移動設(shè)備內(nèi)置的巧螺儀 和加速度傳感器獲取人行走產(chǎn)生的加速度，判斷人行走的步伐，記錄人行走的步數(shù)；并利用 利用移動設(shè)備的方向傳感器獲取人行走的方向；利用人行走的步數(shù)、方向，再結(jié)合人行走的 步長，即可計(jì)算出人行走的軌跡。
[0004] 此外，現(xiàn)有技術(shù)由劉力為提出的一種基于移動智能終端的室內(nèi)定位方法利用特征 匹配的計(jì)步算法，通過篩選滿足尖峰條件的加速度值及對應(yīng)的時間戳，再通過對尖峰加速 度的值進(jìn)一步進(jìn)行條件篩選，即滿足相鄰時間戳間隔小于0. 5S，判斷行人走了一步。最后， 現(xiàn)有技術(shù)由劉云浩等人提出的一種基于智能手機(jī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及方法其中利用有限狀 態(tài)機(jī)的計(jì)步算法，通過加速度變化趨勢來判斷當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)機(jī)的計(jì)步算法到達(dá)最后一 個狀態(tài)時，步數(shù)加1 ;利用最小二乘法對不同步長用于W規(guī)定步長行走時的加速度數(shù)據(jù)進(jìn) 行最佳線性擬合，得到加速度對應(yīng)的步長。上述兩種方法都通過改進(jìn)計(jì)步算法，減少步頻誤 判，提高計(jì)步和步長估計(jì)的準(zhǔn)確度和精度。但是我們也不難看出其中的不足，采用計(jì)步方式 的慣性導(dǎo)航應(yīng)用仍然存在一定的局限性，當(dāng)設(shè)備位于其他移動設(shè)備（如車輛）時，計(jì)步方式 的慣性導(dǎo)航將不能工作；上述方式雖然可W實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位和運(yùn)動軌跡的顯示，但不能進(jìn) 一步實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的路徑引導(dǎo)；因此現(xiàn)有技術(shù)仍然有待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于移動終端慣性 導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，使得通過移動設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的室內(nèi)定位和路徑引 導(dǎo)。
[0006] 本發(fā)明提供的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，包括W下 步驟：
[0007] S1 ;分段采集室內(nèi)路徑軌跡數(shù)據(jù)；
[0008] S2;用最短路徑算法對歷史路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)路徑軌跡數(shù) 據(jù)；
[0009] S3 ;將最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與上傳數(shù)據(jù)庫；
[0010] S4;當(dāng)用戶設(shè)定到達(dá)地點(diǎn)時，移動設(shè)備從數(shù)據(jù)庫獲取相對應(yīng)的最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)， 進(jìn)行路徑顯示與引導(dǎo)。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟S1中的分段采集室內(nèi)路徑軌跡數(shù)據(jù)方法包括W下步驟：
[0012] S11 ;對室內(nèi)的路徑進(jìn)行分段劃分處理，即將所有路徑起始點(diǎn)和連接點(diǎn)視為一個節(jié) 點(diǎn)，一個基本路段是指兩個節(jié)點(diǎn)之間不存在其他節(jié)點(diǎn)的路徑；
[0013] S12;設(shè)定初始點(diǎn)，用戶手持移動設(shè)備在室內(nèi)所劃分基本路段上行走，利用移動終 端設(shè)備內(nèi)置的巧螺儀和加速度傳感器獲取設(shè)備的加速度，經(jīng)過數(shù)值濾波，對加速度進(jìn)行二 重積分，獲取設(shè)備的位移；
[0014] S13 ;再根據(jù)移動終端的方向傳感器獲取移動的方向；
[0015] S14;結(jié)合移動的方向和位移，計(jì)算出每一時間段的位置坐標(biāo)變化量，得到實(shí)時移 動的運(yùn)動軌跡。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟S12中的獲取設(shè)備位移的方法包括W下步驟：
[0017] S121 采樣頻率f采集移動設(shè)備內(nèi)置巧螺儀、加速度傳感器的一系列數(shù)據(jù)，記 為：加速度；A,={a。32, . ..，a。}，對應(yīng)的時間戳；L={t。*2, . ..，t。}。考慮傳感器的穩(wěn)定 性，開機(jī)進(jìn)行測試，需要靜止一到兩秒，得到靜止?fàn)顟B(tài)下的加速度均值a。；
[0018] S122;對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，去除誤讀數(shù)據(jù)，設(shè)定Mai-awM的加速度闊值，當(dāng) k-awII超過該闊值時，將第i和i+2采樣時刻的加速度平均值作為第i+1采樣時刻的 加速度值，并繼續(xù)進(jìn)行加速度闊值判斷；
[001引S123巧利用低通濾波器對加速度Aa= {a。32, . . .，a。}進(jìn)行降噪處理，
[0020] a;= ka i+(l-k)ai_i, k G [0, 1], i = (1, 2,. . . ,n}
[002。 S124 ;計(jì)算去除靜止?fàn)顟B(tài)下的加速度均值a。，得到加速度ai=ai-a。；
[002引 S125 ;計(jì)算通過平滑窗口的加速度值a:
[0023]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其特征在于：包括以下步 驟： 51 :分段采集室內(nèi)路徑軌跡數(shù)據(jù)； 52 :用最短路徑算法對歷史路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)； 53 :將最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與上傳數(shù)據(jù)庫； S4:當(dāng)用戶設(shè)定到達(dá)地點(diǎn)時，移動設(shè)備從數(shù)據(jù)庫獲取相對應(yīng)的最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行 路徑顯示與引導(dǎo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述步驟Sl中的分段采集室內(nèi)路徑軌跡數(shù)據(jù)方法包括以下步驟： 511 :對室內(nèi)的路徑進(jìn)行分段劃分處理，即將所有路徑起始點(diǎn)和連接點(diǎn)視為一個節(jié)點(diǎn)， 一個基本路段是指兩個節(jié)點(diǎn)之間不存在其他節(jié)點(diǎn)的路徑； 512 :設(shè)定初始點(diǎn)，用戶手持移動設(shè)備在室內(nèi)所劃分基本路段上行走，利用移動終端設(shè) 備內(nèi)置的陀螺儀和加速度傳感器獲取設(shè)備的加速度，經(jīng)過數(shù)值濾波，對加速度進(jìn)行二重積 分，獲取設(shè)備的位移； 513 :再根據(jù)移動終端的方向傳感器獲取移動的方向； S14:結(jié)合移動的方向和位移，計(jì)算出每一時間段的位置坐標(biāo)變化量，得到實(shí)時移動的 運(yùn)動軌跡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述S12中的獲取設(shè)備位移的方法包括以下具體步驟： 5121 :以采樣頻率f采集移動設(shè)備內(nèi)置陀螺儀、加速度傳感器的一系列數(shù)據(jù)，記為：加 速度：A a= {a u a2, . · .，an}，對應(yīng)的時間戳：Ta= {t p t2, . . .，tn}?？紤]傳感器的穩(wěn)定性，開 機(jī)進(jìn)行測試，需要靜止一到兩秒，得到靜止?fàn)顟B(tài)下的加速度均值a Q; 5122 :對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，去除誤讀數(shù)據(jù)，設(shè)定I |ai-ai+1| I的加速度閾值，當(dāng)I |ai-ai+1| 超過該閾值時，將第i和i+2采樣時刻的加速度平均值作為第i+1采樣時刻的加速度值，并 繼續(xù)進(jìn)行加速度閾值判斷； 5123 :再利用低通濾波器對加速度Aa= {a p a2, . . .，aj進(jìn)行降噪處理， aj= ka k e [Ο, 1], i = {1, 2,. . . , η} 5124 :計(jì)算去除靜止?fàn)顟B(tài)下的加速度均值a。，得到加速度Si= a「a。； 5125 :計(jì)算通過平滑窗口的加速度值a :
其中2N+1為滑動窗口的長度； 5126 :通過對加速度二重積分，得到位移
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述S13中的根據(jù)移動終端的方向傳感器獲取移動的方向包括以下具體步驟： 5131 :設(shè)定當(dāng)設(shè)備正向前方的方向時的方向傳感器的值Cltl作為初始化方向角； 5132 :以采樣頻率f采集移動設(shè)備移動中的方向傳感器的讀數(shù)，分別記為： 方向角：D= Wud2,...，dn}，其中所有的方向值的取值范圍為0°~359°，且延逆時 針方向增大； 5133 :對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，去除誤讀數(shù)據(jù)，設(shè)定IIH1II的方向角閾值，當(dāng)I Idi-ClwI 超過該閾值時，將第i和i+2采樣時刻的方向角平均值作為第i+Ι采樣時刻的方向角值，并 繼續(xù)進(jìn)行第i+Ι采樣時刻的方向角閾值判斷。 5134 :再利用低通濾波器對方向角D = W1, d2,. . .，dn}進(jìn)行降噪處理， (Ii= kd ?+(1-1〇(?Η，其中 k e [〇, 1]，i = {1，2, · · ·，η} 5135 :計(jì)算設(shè)備的方向角相對起始方向角角度變化量： 當(dāng)屯大于起始方向角dQ時，則 Adi=Cli-Cl0; 當(dāng)屯小于起始方向角dQ時，貝1」Δ(^= 360° -(!。+屯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述S14中的得到實(shí)時移動的運(yùn)動軌跡包括以下具體步驟： 5141 :根據(jù)&時刻的坐標(biāo)，再結(jié)合單位時間的位移Xi和方向角角度變化量Ad i,可以計(jì) 算出第ti+1時刻的坐標(biāo)，若第t i時刻的坐標(biāo)為（X t，Yt)，則第ti+1時刻的坐標(biāo)（X t+1，Yt+1)為：
5142 :進(jìn)一步，若起始坐標(biāo)為（Xtl, Ytl)，則第&采樣時刻的坐標(biāo)為：
5143 :根據(jù)坐標(biāo)的值的變換量定位到設(shè)備的實(shí)時位置，并可以實(shí)時顯示運(yùn)動軌跡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述S2中的用最短路徑算法對歷史路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)路徑 軌跡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)包括以下具體步驟： S21 :將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行依次標(biāo)記Mi,按實(shí)際路段連接節(jié)點(diǎn)，形成室內(nèi)路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D； S22:將所在當(dāng)前位置與設(shè)定的目的點(diǎn)作為新的節(jié)點(diǎn)更新添加到室內(nèi)路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖； 523 :通過采集的歷史路徑軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算每個路段的長度Ly作為室內(nèi)路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖中弧的權(quán)值； 524 :米用D算法求最優(yōu)路徑軌跡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：所述S24中的D算法求最優(yōu)路徑軌跡實(shí)現(xiàn)包括以下具體步驟： 5241 :將起始節(jié)點(diǎn)作為中心點(diǎn)，訪問路網(wǎng)中離起始點(diǎn)最近且沒有被檢查過的節(jié)點(diǎn)，把該 節(jié)點(diǎn)放入表S中等待檢查； 5242 :從S表中找出距起始點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，找出該節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)，把該節(jié)點(diǎn)放到表 F中； 5243 :遍歷考察節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，計(jì)算子節(jié)點(diǎn)距起始點(diǎn)的距離值，放入節(jié)點(diǎn)到表S中； 5244 :重復(fù)S242, S243步，直到找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，其 特征在于：S4中的將最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與上傳數(shù)據(jù)庫包括以下具體步驟： 541 :存儲方式1，本地存儲：將最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)存儲在移動設(shè)備的外存儲卡內(nèi)，移動 設(shè)備可以在不連接外界設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)的讀取；； 542 :存儲方式2,服務(wù)器存儲：建立信息管理數(shù)據(jù)庫存儲最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)，移動設(shè)備 通過向服務(wù)器發(fā)送請求，獲取相對應(yīng)的最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于移動終端慣性導(dǎo)航的室內(nèi)定位和路徑引導(dǎo)方法，首先分段采集室內(nèi)路徑軌跡數(shù)據(jù)；用最短路徑算法對歷史路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)；將最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與上傳數(shù)據(jù)庫；當(dāng)用戶設(shè)定到達(dá)地點(diǎn)時，移動設(shè)備從數(shù)據(jù)庫獲取相對應(yīng)的最優(yōu)路徑軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行路徑顯示與引導(dǎo)。本發(fā)明不需安裝額外設(shè)備，僅僅利用移動設(shè)備內(nèi)置傳感器，即可達(dá)到較高精度的室內(nèi)的慣性導(dǎo)航和路徑引導(dǎo)，具有實(shí)用性強(qiáng)，通用性廣，成本低的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01C21-20
【公開號】CN104864871
【申請?zhí)枴緾N201510277554
【發(fā)明人】段其昌, 段盼, 毛明軒, 楊增瑞, 胡蓓
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月27日