一种室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种室内定位方法，涉及定位技术，旨在提供一种无需先验信息的室内定位方法。本发明专利技术技术要点：将第一定位终端及第二定位终端佩戴于工作人员身体上；工作人员在初始位置，第二定位终端获得室内空间的360°二维平面扫描图；第一定位终端检测工作人员是否走完一步，若走完一步则通知第二定位终端；第二定位终端收到所述通知后，获取当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图；将两幅360°二维平面扫描图进行扫描匹配，得到工作人员当前位置相对于初始位置的二维平面坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种室内定位方法
本专利技术涉及定位技术，尤其是一种室内定位方法。
技术介绍
随着现代社会的不断发展，城镇化进程加快，建筑物楼群也朝大型化、高层化发展，人们80％-90％的时间处于室内环境(含地下、矿井、隧道等)。这些变化加重了对室内位置服务的要求，对高精度的室内定位的需求正迅速增加。目前，室内定位技术种类繁多，可以分为两大类：①局域室内定位，如无线局域网(WLAN)、射频标签(RFID)、紫蜂(Zigbee)、蓝牙、超宽带(UWB)、地磁场强、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位、惯性导航定位等；②广域室内定位，如基于移动通信网络的辅助GPS(A-GPS)、伪卫星、地面数字通信及广播网络定位系统等。现有的室内定位技术大多需要先验信息，如需要提前部署信标节点，需要提前建立指纹库等，惯性导航虽然不需要先验信息也可以进行定位，但单独的惯性导航精度不高，因此现有的室内定位技术无法适应复杂的室内环境。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种无需先验信息的室内定位方法。本专利技术采用的技术方案包括：步骤1：将第一定位终端及第二定位终端佩戴于工作人员身体上；步骤2：工作人员在初始位置，第二定位终端进行扫描获得室内空间的360°二维平面扫描图；步骤3：第一定位终端检测工作人员是否走完一步，若走完一步则通知第二定位终端；步骤4：第二定位终端收到所述通知后，获得当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图；步骤5：将两幅360°二维平面扫描图进行扫描匹配，得到工作人员当前位置相对于初始位置的二维平面坐标。进一步，所述第二定位终端包含扫描测距雷达；所述步骤2与步骤4中，第二定位中端的扫描测距雷达获得极坐标下的室内空间的360°扫描图，再将扫描测距雷达获得的极坐标图转换为直角坐标图从而得到室内空间的360°二维平面扫描图。进一步，第二定位终端还包含有惯性测量模块；所述步骤2进一步包括，惯性测量模块获取工作人员在初始位置的偏航角、俯仰角及滚转角；根据偏航角、俯仰角及滚转角将所述室内空间的360°二维平面扫描图进行三维仿射变换，将所述室内空间的360°二维平面扫描图变换为同一水平面上的360°二维平面扫描图；所述步骤4进一步包括，惯性测量仪获取工作人员在当前位置的偏航角、俯仰角及滚转角；根据当前位置的偏航角、俯仰角及滚转角将当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图进行三维仿射变换，将当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图变换为同一水平面上的360°二维平面扫描图；所述步骤5进一步包括，将初始位置同一水平面上的360°二维平面扫描图与当前位置的同一水平面上的360°二维平面扫描图进行扫描匹配，得到工作人员当前位置相对于初始位置的二维平面坐标。优选地，所述第二定位终端安装于工作人员的头部。第一定位终端还包括惯性测量模块，且安装于工作人员的足部；所述步骤3进一步包括，当惯性测量模块检测到工作人员足部的俯仰角出现正峰值后的某时刻的俯仰角与静止俯仰角参考值的差值小于某一阈值时，则认为工作人员走完一步。进一步，还包括步骤6：第一定位终端的惯性测量模块获取当前位置的偏航角；第二定位终端的惯性测量模块获取当前位置的偏航角；将第一定位终端输出的所述偏航角转换为航向，将第二定位终端输出的所述偏航角转换为航向，将第一定位终端输出的航向与第二定位终端输出的航向进行融合，得到融合后的航向；根据当前位置二维平面坐标与初始位置的二维平面坐标计算两个位置的直线距离，记为步长；根据融合后的航向与步长计算修正后的当前位置的二维平面坐标。进一步，重复执行步骤3～6，得到工作人员在室内的活动轨迹。进一步，所述步骤6中，将第一定位终端的航向与第二定位终端的航向输入卡尔曼滤波器，得到融合后的航向。进一步，步骤5中，采用ICP算法对两幅360°二维平面扫描图进行扫描匹配。本专利技术实现了无需提前部署信标节点的高精度室内定位，相比其他的室内位置服务系统，本专利技术的优势在于以下几个方面：1、不需要提前或实时部署信标节点，不受周围环境限制；2、使用多传感器及多信息融合技术，定位误差不会随着时间的累积而发散，具有定位精度高、连续性好的优点。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为扫描测距雷达输出的平面图数据由极坐标到直角坐标下的转换。图2为使用ICP算法进行扫描匹配的结果。图3为采用本专利技术定位工作人员室内活动轨迹与实际活动轨迹比较图。图中标记：a为工作人员初始位置，b为工作人员当前位置。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本专利技术的一个具体实施例包括以下步骤：1.把定位终端Ⅰ和Ⅱ佩戴于工作人员身体上，为了获得较好的效果，在一个优选的实例中把定位终端Ⅰ佩戴于人员足部，以充分感知人员行走的变化，把定位终端Ⅱ佩戴于人员头部，以获得360度的二维平面扫描图。其中定位终端Ⅰ为惯性测量模块；定位终端Ⅱ包括扫描测距雷达与惯性测量单元。惯性测量模块可以感知工作人员头部或足部的晃动及行动方向，包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，将其佩戴于工作人员身体上，采集地磁强度数据、角速度数据和加速度数据，利用大地磁场和重力磁场在地理坐标和运动坐标系之间的方向余弦进行绝对角度的解算，并利用卡尔曼滤波对得到的姿态角进行融合，最终得到稳定的姿态角，包括偏航角、俯仰角、滚转角。惯性测量模块机器中的姿态角计算算法均为现有技术，在此不再赘述。本申请中的偏航角、俯仰角、滚转角与航空领域中飞机的偏航角、俯仰角、滚转角定义类似，具体的，偏航角是指工作人员行偏离目标方向(如正北方向)的角度。俯仰角是指工作人员的头部或足部相对水平面的前后俯仰角度。滚转角工作人员的头部或足部相对水平面左右翻转的角度。扫描测距雷达用于扫描生成室内二维平面图。步骤2：工作人员在初始位置，定位终端Ⅱ的扫描测距雷达进行扫描获得室内空间的360°二维平面扫描图。在一个优选实施例中，首先为了便于计算和处理，对扫描测距雷达获得的极坐标下的扫描平面图数据进行直角坐标系下的转换(如图1所示)，公式如下：x＝dis*cos(α*π/180)y＝dis*sin(α*π/180)(1)其中α为每个扫描点对应的极角，dis为每个扫描点对应的极距。进一步，考虑到由于工作人员在行走时，身体会晃动，扫描测距雷达得到的连续的扫描图不在一个水平面上，因此需要借助定位终端Ⅱ中的惯性测量模块感知工作人员身体的晃动，并使用三维的仿射变换，把扫描图变换到同一平面下。具体做法是：设(x,y,0)为扫描测距雷达输出的二维平面扫描图上的扫描点坐标，在转换到同一水平面上的二维平面扫描图上的扫描点坐标为(x',y',z')，则转换公式如下：其中A为旋转矩阵，其中Rx(φ)为绕x轴(横滚轴)的旋转矩阵，Ry(θ)为绕y轴(俯仰轴)的旋转矩阵，Rz(ψ)为绕z轴(偏航轴)的旋转矩阵，其中φ,θ,ψ分别定位终端Ⅱ中惯性测量单元输出的滚转角、俯仰角与偏航角。步骤3：定位终端Ⅰ检测工作人员是否走完一步，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内定位方法，其特征在于，包括：步骤1：将第一定位终端及第二定位终端佩戴于工作人员身体上；步骤2：工作人员在初始位置，第二定位终端获得室内空间的360°二维平面扫描图；步骤3：第一定位终端检测工作人员是否走完一步，若走完一步则通知第二定位终端；步骤4：第二定位终端收到所述通知后，获取当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图；步骤5：将两幅360°二维平面扫描图进行扫描匹配，得到工作人员当前位置相对于初始位置的二维平面坐标。

【技术特征摘要】
1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：步骤1：将第一定位终端及第二定位终端佩戴于工作人员身体上；步骤2：工作人员在初始位置，第二定位终端获得室内空间的360°二维平面扫描图；步骤3：第一定位终端检测工作人员是否走完一步，若走完一步则通知第二定位终端；步骤4：第二定位终端收到所述通知后，获取当前位置的室内空间的360°二维平面扫描图；步骤5：将两幅360°二维平面扫描图进行扫描匹配，得到工作人员当前位置相对于初始位置的二维平面坐标；还包括步骤6：第一定位终端获取当前位置的偏航角；第二定位终端获取当前位置的偏航角；将第一定位终端输出的所述偏航角转换为航向，将第二定位终端输出的所述偏航角转换为航向，将第一定位终端输出的航向与第二定位终端输出的航向进行融合，得到融合后的航向；根据当前位置二维平面坐标与初始位置的二维平面坐标计算两个位置的直线距离，记为步长；根据融合后的航向与步长计算修正后的当前位置的二维平面坐标。2.根据权利要求1所述的一种室内定位方法，其特征在于，所述第二定位终端包含扫描测距雷达；所述步骤2与步骤4中，第二定位终端的扫描测距雷达获得极坐标下的室内空间的360°扫描图，再将扫描测距雷达获得的极坐标图转换为直角坐标图从而得到所述室内空间的360°二维平面扫描图。3.根据权利要求2所述的一种室内定位方法，其特征在于，第二定位终端还包含有惯性测量模块；所述步骤2进一步包括，惯性测量模块获取工作人员在初始位置的偏航角、俯仰角及滚转角；根据偏航角、俯仰角及滚转角将所述室内空间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯敬伟，马巍，车明明，靳云迪，韩梅，戴文，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51