【技术实现步骤摘要】
本申请涉及定位，具体涉及一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法。
技术介绍
1、电缆隧道作为电力电缆线路的重要载体，一般建设在地下5～20m，为一条狭长封闭的隧道，其中容纳了敷设大量电缆的支架，沿程封堵、障碍物多，并且存在弯道产生非视距场景，环境复杂恶劣，因此急需解决定位数据不精准和运动轨迹穿墙问题，更好地估计电缆隧道巡检工作人员的实时位置，为电缆隧道人员的安全保障提供支持。
2、授权公告号为cn112351246b的中国专利公开了一种基于电缆隧道内视频监控和无线通信的组合定位方法，主要是在电缆隧道内安装若干个视频监控单元以及基于光纤直放站和泄漏电缆的无线通信系统；当运维人员在电缆隧道内工作时，电缆在线监测主站平台的处理器利用视频监控和图像识别算法实现运维人员粗定位并利用无线通信系统和移动终端相互配合实现运维人员和缺陷的细定位，但是该专利技术是基于视频监控和无线通信系统，基于隧道的其情况复杂，信号传递过程中会有一定程度的削弱，因此定位的精确度有待于进一步提升。
3、公开号为cn115589631a的中国专利公开了一种基于uwb的电缆隧道人员定位系统，具体包括，由作业人员随身携带定位涉笔，负责与定位基站的射频收发模块进行实时通信，提供定位数据。该专利技术在一定程度上可以实现高精度定位，同时可以在后台统一查询位置信息和发布任务，提高人员调配的效率，但是由于隧道并存在弯曲，在弯道产生非视距场景，导致传递信号不准确。
4、目前超宽带(ultrawide band，uwb)利用基站与移动标签
5、综上所述，本申请提供一种电缆隧道定位的方法，提升电缆隧道定位的准确性，为电缆隧道人员的安全保障提供支持。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中电缆隧道定位竞精准度不高的问题，本申请提供一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法。
2、本申请的技术方案为：
3、一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法，具体包括，
4、s1.构建电缆隧道地图，获取隧道步道边界线，建立以正北向为y轴、正东向为x轴的坐标系，在电缆隧道地图步道线中心位置构建巡检人员参照轨迹线以及轨迹线倾角；
5、s2.在电缆隧道顶部及两侧布设uwb基站，巡检人员持移动定位装置采集运动数据；
6、s3.基于运动数据并和pdr算法进行巡检人员的步态检测、步长和航向角估算，并计算巡检人员第n+1步时位置；
7、s4.基于tdoa算法进行uwb定位；
8、s5.将pdr和uwb定位结果以粒子滤波算法进行融合；
9、s6.基于隧道地图匹配对粒子部分穿墙和全部穿墙进行约束，对s4算法进行修正；
10、s7.基于pdr和uwb融合定位，得到巡检人员所在位置估计；
11、优选的，s1所述参照轨迹线为隧道转弯处发生转折的分段直线，所述轨迹线倾角为分段直线与坐标系x轴的夹角；
12、优选的，s2所述uwb基站在隧道长度方向的布设间隔为15-25米，在隧道弯曲及岔路处增加3-5个布设点，所述定位装置内置加速度计、陀螺仪、磁力计和uwb移动标签模块；
13、优选的，s3所述巡检工作人员第n+1步时位置的计算公式为：
14、
15、其中，xn和yn分别为人员第n步的x和y坐标，sln为第n步步长，θn为第n步的航向角；
16、优选的，s4所述tdoa算法具体为
17、s41.利用双边双向测距法计算得到第k个基站与移动标签之间电磁波飞行时间为tk，距离为rk＝tk*c，c为电磁波波速，当检测到标签的基站数量不小于4时，利用tdoa算法列写方程组；
18、s42.利用最小二乘法对非线性方程组进行两次解算，当两次解算的定位误差小于定位误差阈值时，将其均值作为uwb定位结果输出，当定位误差大于阈值时，不使用uwb定位结果进行数据融合；
19、优选的，s41所述方程组为：
20、
21、其中(x,y,z)移动标签位置值；
22、优选的，s42所述uwb定位结果为：
23、
24、其中，(x01,y01,z01)和(x02,y02,z02)为两次分别解算的移动标签位置值，ps为二维向量，dthr为定位误差阈值，取0.3m；
25、优选的，s5所述融合过程为，
26、s51.进行位置粒子初始化，得到第i个粒子位置pi和初始化权重wi，
27、s52.由于定位装置实际测量时，受到环境和自身影响，不可避免的产生误差，因此巡检工作人员第n+1步时位置的计算公式可以表示为：
28、
29、其中，为第k步中第i个粒子预测的位置，lk和θk分别为第k的估计步长和航向角，和分别为步长估计和航向角估计的误差；
30、s53.假设在第k步时，uwb定位结果输出为将其作为测量值，则第i个粒子与测量结果之间的距离为：
31、
32、位置粒子的更新权重为：
33、
34、其中，σc和μ分别为高斯噪声的标准差和均值，
35、s54.基于s53得到的位置粒子的更新权重，对所有位置粒子权重进行归一化处理，得到第k步第i个粒子的位置权重为：
36、
37、当所有粒子的权重值满足下式时，进行随机重采样，更新粒子权重，
38、
39、其中，k为比例系数，取0.7；
40、优选的，s5所述第i个粒子位置所述初始化权重wi＝1/n；
41、优选的，s6所述具体步骤为
42、当位置粒子坐标位于电缆隧道步道边界线外部时，该粒子的权重设置为0，未穿墙粒子权重保持不变，对所有粒子权重进行归一化处理，使得所有粒子权重满足w1+w2+......+wn＝1，对归一化权重后的粒子进行随机重采样；
43、若某次定位时，所有位置粒子均落在电缆隧道步道边界线外，无法通过重采样进行粒子更新，将采用s1中的参照轨迹线以及轨迹线倾角修正pdr算法解算的航向角，进行人员位置预测；
44、优选的，s7所述位置计算公为：
45、
46、本申请的有益效果为：
47、(1)本申请利用pdr与uwb通过粒子波进行融合定位方法进行电缆隧道巡检工作人员定位，当两次uwb定位误差小于阈值的时候，将其作为精确定位结果，去改变pdr的位置粒子的权值，提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，具体包括，
2.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S1所述参照轨迹线为隧道转弯处发生转折的分段直线，所述轨迹线倾角为分段直线与坐标系X轴的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S2所述UWB基站在隧道长度方向的布设间隔为15-25米，在隧道弯曲及岔路处增加3-5个布设点，所述定位装置内置加速度计、陀螺仪、磁力计和UWB移动标签模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S3所述巡检工作人员第n+1步时位置的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S4所述TDOA算法具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S41所述方程组为：
7.根据权利要求5所述的一种基于PDR、U
8.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S5所述融合过程为：
9.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S5所述第i个粒子位置所述初始化权重wi＝1/n。
10.根据权利要求1所述的一种基于PDR、UWB和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，S6所述具体包括，
...【技术特征摘要】
1.一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，具体包括，
2.根据权利要求1所述的一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，s1所述参照轨迹线为隧道转弯处发生转折的分段直线，所述轨迹线倾角为分段直线与坐标系x轴的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，s2所述uwb基站在隧道长度方向的布设间隔为15-25米，在隧道弯曲及岔路处增加3-5个布设点，所述定位装置内置加速度计、陀螺仪、磁力计和uwb移动标签模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于pdr、uwb和地图匹配的电缆隧道定位方法，其特征在于，s3所述巡检工作人员第n+1步时位置的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李乾，孙晓芸，冯俊国，张珺，陈勇，安益辰，王明明，郭康，王思莹，张泽昕，史善哲，方永毅，程晓贺，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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