一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法及系统，方法为：将室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对区域中包含的路径进行路径编号；获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及当前位置的粒子云所处的路径编号；获得粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；根据路径编号，判断更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整更新后的粒子云中每个粒子的权重，得到定位结果。本发明专利技术采用了粒子滤波的方法，将室内环境地图基于定位解及其误差建立粒子云，然后通过粒子权重调整更新粒子云的方式，得到定位解，实现室内定位，提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法及系统
本专利技术涉及室内定位领域，尤其涉及一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法及系统。
技术介绍
随着无线定位技术的发展和人们对生活品质的不断追求，定位需求从室外延伸到室内。室内位置信息逐渐在日常生活中扮演重要的角色。室外主要由GNSS提供服务，而室内则受到墙体的遮挡，一般在室内GNSS信号很弱或无法接收，不能提供室内定位服务，因此适用于室内的定位方法得到广泛研究和关注。在位置服务(LocationBasedService，LBS)发展如火如荼的今天，在现有技术中，通常采用基于传感器数据的手机PDR的室内定位技术，PDR称为步行者航位推算，主要是计算获得室内行走的人的位置，该算法是根据步行者行走的步数、步长、方向进行测量和统计，推算出步行者行走轨迹和位置等信息。且步行者行走轨迹和位置是在一维室内空间测量得到的。我们得到的数据都是在一维室内空间得到的，即得到的都是一维的数据，算法简单，便于计算比较。但是在运用PDR进行定位的过程中，由于PDR所使用的积分角是由陀螺仪输出的角速度积分，而对于手机等常用设备所使用的低成本陀螺仪对温度，环境等非常敏感，即自身输出误差较大。因此启动陀螺仪后输出角速度会有一个较为明显的零漂偏差，随着定位次数增加，即定位时间的延长，这个零漂误差给积分角度带来的误差也越来越大，导致定位结果不断发散。这一特性导致其在运用中无可避免的使误差逐渐增大，对于室内环境，就意味着定位解可能会偏移到建筑上，导致定位不准确。因此，现有技术中的缺陷是，通过PDR技术进行室内定位，PDR自身角度是由积分得来的，导致在运用PDR自身角度进行定位时，随着定位次数的增加，误差越来越大，进而导致定位不准确。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法及系统，采用了粒子滤波的方法，将室内环境地图基于定位解及其误差建立粒子云，然后通过粒子权重调整更新粒子云的方式，得到定位解，实现室内定位，提高了定位精度；避免了通过PDR算法进行室内定位，因其误差大，导致定位准确性差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：第一方面，本专利技术提供一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法，包括：步骤S1，获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；步骤S2，获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；步骤S3，通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；步骤S4，根据所述路径编号，判断所述更新后的粒子云中的粒子所处区域：当所述路径编号为单条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述直线道路可行域内；当所述路径编号为多条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述交叉区域内；步骤S5，根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重，计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。本专利技术的基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其技术方案为：获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；接着获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；然后通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；接着根据所述路径编号，判断所述更新后的粒子云中的粒子所处区域：当所述路径编号为单条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述直线道路可行域内；当所述路径编号为多条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述交叉区域内；最后根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重，计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。本专利技术的基于粒子滤波的地图匹配定位方法，采用了粒子滤波的方法，将室内环境地图基于定位解及其误差建立粒子云，然后通过粒子权重调整更新粒子云的方式，得到定位解果，实现室内定位，提高了定位精度。进一步地，所述步骤S5，具体为：根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重；当所述更新后的粒子云中的粒子处于所述直线道路可行域内，将位于所述直线道路可行域内的粒子权重置1，否则置0；当所述更新后的粒子云中的粒子处于所述交叉域内，所述交叉域由多条直线路径交叉形成，将位于所述交叉域内的直线路径上的粒子权重置1，否则置0；计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。进一步地，所述步骤S3，通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，具体为：通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差；根据所述粒子云的当前位置、当前位置的方差，通过二维高斯分布获得一定数量的粒子，所述粒子表示当前位置；通过高斯噪声算法计算所述步长的估计误差和所述航向角的误差，得到误差；根据所述步长和航向角，将所述步长作为均值，将所述误差作为方差估计，得到高斯值；将所述高斯值作为新的步长对所述粒子中的每个粒子进行位置的更新。进一步地，还包括：步骤S6，根据所述定位结果，更新所述定位结果对应的路径编号。第二方面，本专利技术提供一种基于粒子滤波的地图匹配定位系统，包括：地图预处理模块，用于获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；粒子云生成模块，用于获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；粒子更新模块，用于通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；路径区域判断模块，用于根据所述路径编号，判断所述更新后的粒子云中的粒子所处区域：当所述路径编号为单条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述直线道路可行域内；当所述路径编号为多条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述交叉区域内；定位模块，用于根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重，计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。本专利技术的基于粒子滤波的地图匹配定位系统，其技术方案为：先通过地图预处理模块，用于获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；接着通过粒子云生成模块，获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其特征在于，包括：步骤S1，获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；步骤S2，获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；步骤S3，通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；步骤S4，根据所述路径编号，判断所述更新后的粒子云中的粒子所处区域：当所述路径编号为单条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述直线道路可行域内；当所述路径编号为多条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述交叉区域内；步骤S5，根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重，计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其特征在于，包括：步骤S1，获取室内环境地图，将所述室内环境地图的可行域拆解为直线道路可行域和交叉区域，并对所述直线道路可行域和交叉区域中包含的路径进行标号，每条路径对应一个路径编号；步骤S2，获得基于PDR的结果生成的当前位置的粒子云，及所述当前位置的粒子云所处的路径编号；步骤S3，通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，得到更新后的粒子云；步骤S4，根据所述路径编号，判断所述更新后的粒子云中的粒子所处区域：当所述路径编号为单条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述直线道路可行域内；当所述路径编号为多条路径时，判定所述更新后的粒子云中的粒子位于所述交叉区域内；步骤S5，根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重，计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。2.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其特征在于，所述步骤S5，具体为：根据所述更新后的粒子云中的粒子所处区域，调整所述更新后的粒子云中每个粒子的权重当所述更新后的粒子云中的粒子处于所述直线道路可行域内，将位于所述直线道路可行域内的粒子权重置1，否则置0；当所述更新后的粒子云中的粒子处于所述交叉域内，所述交叉域由多条直线路径交叉形成，将位于所述交叉域内的直线路径上的粒子权重置1，否则置0；计算所述更新后的粒子云中每个粒子权重的加权均值和方差，得到定位结果。3.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其特征在于，所述步骤S3，通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差，进行当前位置的粒子状态的更新，具体为：通过PDR算法获得所述粒子云的当前位置、当前位置的方差、步长、步长的估计误差、航向角和航向角的误差；根据所述粒子云的当前位置、当前位置的方差，通过二维高斯分布获得一定数量的粒子，所述粒子表示当前位置；通过高斯噪声算法计算所述步长的估计误差和所述航向角的误差，得到误差；根据所述步长和航向角，将所述步长作为均值，将所述误差作为方差估计，得到高斯值；将所述高斯值作为新的步长对所述粒子中的每个粒子进行位置的更新。4.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的地图匹配定位方法，其特征在于，还包括：步骤S6，根据所述定位结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡明琬，任昱晨，田晓春，
申请(专利权)人：北京羲和科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11