无基础设施辅助的移动平台室内定位方法研究
发布时间：2021-11-16 22:09
随着智能手机性能与普及率的不断提升,基于位置的服务需求与日俱增,实时并准确定位和跟踪室内外人员的能力变得越来越重要。然而,能够提供准确室外定位的全球定位系统在室内多数情况下无法定位,因此近年来室内精确定位成为受到广泛关注的研究热点。通过智能手机与基础设施（Wi-Fi、蓝牙节点等）互动能够为室内行人提供较为准确的定位,但布局设施对于个人用户成本较高,且无法应用于未知环境。基于惯性的定位系统无需基础设施辅助,但存在惯性传感器固有的误差累积问题。本研究以智能手机为平台,结合航向滤波器与图像闭环检测器,设计了当目标环境无基础设施或先验信息辅助时,应用于室内的实时行人定位系统。该系统精度高、可靠性强,针对长达207米的行走轨迹,系统的平均定位误差仅为0.83米,无需Wi-Fi、蓝牙节点布局,也不需要针对目标环境建立地图或图像数据库。针对该系统的行人航向估计,本文提出了混合航向滤波方法,利用信息滤波器与互补滤波器的优势,融合智能手机平台的惯性传感器与视觉传感器信息,提升行人行进方向估计的长期稳定性。实验结果表明,在总体转向1800度后,该方法的平均航向估计误差仅为3.09度。由于航向滤波无法消除内...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１正ＥＥ?Ｘｐｌｏｒｅ上检索的室内＇定位与ＬＢＳ的２０年期刊与会议论文数量??
谢江太爭博士：学位论文?第１拳绪论??（■＾。，少。）?（＾ｉ－ｉ？?ｙｉ－＼?－￣?－??Ｋ?Ｕ??图１．２行人航位推算原理示例??１．２．１．１步长模型??在碁于歩长模型的ＰＤＲ中，已有许多针对步长估计方法的研究。例如在??ＡｌｅｋｓａｎｄｒＭｉｋｏｖ等学者［３９］的研究中，认为步长仅与垂宣方向的加速度有关。Ｗｅｎ－??Ｙｕａｈ?Ｓｈｉｈ等学者＿的研究认为步长与身高在行走时的变化有关。Ｒｕｉ?Ｚｈａｎｇ等学??者［４１］的研宄认为步长与上述两种廣素均有关。ＱｉｎｇｌｉｎＴｉａｎ等学者ＰＩ认为，步长模??型与步频的平方根和腿长的积成比例关系，该比例因乎与男女性别有关，男性为??０．３１３９，女性为０．２９７５。此外，对宁初始的步长，则仅与腿长成比例，比例＿子??与上述数值不同，但也与性别相关。??已有的步长模型对于步长的估计窘别并不大。实际上，由于每个步伐之间的??独立性，单次步长估计的误差并没有累积性；然而单次航＿向的误差却是在每步中??不断累积的，因此相较于步长误差，航向误差对于定位精度的影响更为明显。例??如在Ｊｅｏｎｇ?Ｗｏｎ?Ｋｉｍ等学者Ｍ的ＰＤＲ系统中，在直线走出１００步，７４．２米的距??离后，步长估计的误差仅为２．５３米，但在前３０步以内，航向偏移的误差就能达??到５度以上，假设不适用其他方法校正航向偏移，以５度偏移行走７４米，最终??可能会产生６．４７米的定位偏移。而在ＱｉｎｇｌｉｎＴｉａｎ［４４＾ＰＤＲ方法中，在９６．３３米??的路径中步长误差仅为０．０４米，但航向误差超过１４．２３度。该方法中额外使用了??地图边界粒子滤波与ＮＦＣ角度修正航向的漂移，但若假设没有额外校正＊仅使用??惯性
浙江大学博土学位论文第１拳绪论??间超过了?１５５７８毫秒，而图像帧的分辨率仅为６４０ｘ４８０。同样地，在ＹａｎＺｈｏｕ的??研宄中，若当前图像与数据库中的图像匹配的点对达到５０对时，定位这张图像位??置的平均时间超过了?５０００毫秒。??１．２．２．３?闭＿测??上述两种定位辅助方法都需要与外部设施交互，或详细地了解＿标环境信息，??这使得系统在应用于全新的场暈时变得不可靠：，因此在无基础设施辅助或先验信??息的情况下，只能依拳自身传感器对历史信息进行搜索匹配以校正偏差。除了图??像配准，另一种通过图像辅助减少定位误差累积的有效方是闭环检测，其基本??原理是，在定位过程中随着时间的推移不断拍摄图像，判断当前图像在历史图像??序列中是否出现过，以此来将当前的定位修正为己访问过的位置ａ囡此，闭环检??测不需要拥有对目标区域的先验知识，在定位系统中的实际应用更为广泛。图１．３??是一个闭环检测的示意图，在行进一个环形路径（红线）时，行人视角观察到前??方地点与记忆中的地点（蓝色圆圈）在画面上吻合，因此判断自已回到了出发点，??路径形成了闭环。??油ＡＶＵＩ穴＾＼???：■?ｊ?ｄ?ｒ?？？■■■．．Ｔａ．??剛０?〇??浙江大竽体两ｔｓ??／?ｍ／?ｔ??茫萆Ｂ点实验室＾?■??＿?光子字念木团际〇?？?－??图１．３闭环检测原理示意图??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国通信业为国民经济和社会发展提供有力支撑 2017年通信业统计公报[J]. 通信企业管理. 2018(02)
[2]科技部发布《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》[J]. 卫星应用. 2012(05)
博士论文
[1]移动计算平台的室内定位系统研究及优化加速[D]. 田清霖.浙江大学 2016
本文编号：3499660
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１正ＥＥ?Ｘｐｌｏｒｅ上检索的室内＇定位与ＬＢＳ的２０年期刊与会议论文数量??
谢江太爭博士：学位论文?第１拳绪论??（■＾。，少。）?（＾ｉ－ｉ？?ｙｉ－＼?－￣?－??Ｋ?Ｕ??图１．２行人航位推算原理示例??１．２．１．１步长模型??在碁于歩长模型的ＰＤＲ中，已有许多针对步长估计方法的研究。例如在??ＡｌｅｋｓａｎｄｒＭｉｋｏｖ等学者［３９］的研究中，认为步长仅与垂宣方向的加速度有关。Ｗｅｎ－??Ｙｕａｈ?Ｓｈｉｈ等学者＿的研究认为步长与身高在行走时的变化有关。Ｒｕｉ?Ｚｈａｎｇ等学??者［４１］的研宄认为步长与上述两种廣素均有关。ＱｉｎｇｌｉｎＴｉａｎ等学者ＰＩ认为，步长模??型与步频的平方根和腿长的积成比例关系，该比例因乎与男女性别有关，男性为??０．３１３９，女性为０．２９７５。此外，对宁初始的步长，则仅与腿长成比例，比例＿子??与上述数值不同，但也与性别相关。??已有的步长模型对于步长的估计窘别并不大。实际上，由于每个步伐之间的??独立性，单次步长估计的误差并没有累积性；然而单次航＿向的误差却是在每步中??不断累积的，因此相较于步长误差，航向误差对于定位精度的影响更为明显。例??如在Ｊｅｏｎｇ?Ｗｏｎ?Ｋｉｍ等学者Ｍ的ＰＤＲ系统中，在直线走出１００步，７４．２米的距??离后，步长估计的误差仅为２．５３米，但在前３０步以内，航向偏移的误差就能达??到５度以上，假设不适用其他方法校正航向偏移，以５度偏移行走７４米，最终??可能会产生６．４７米的定位偏移。而在ＱｉｎｇｌｉｎＴｉａｎ［４４＾ＰＤＲ方法中，在９６．３３米??的路径中步长误差仅为０．０４米，但航向误差超过１４．２３度。该方法中额外使用了??地图边界粒子滤波与ＮＦＣ角度修正航向的漂移，但若假设没有额外校正＊仅使用??惯性
浙江大学博土学位论文第１拳绪论??间超过了?１５５７８毫秒，而图像帧的分辨率仅为６４０ｘ４８０。同样地，在ＹａｎＺｈｏｕ的??研宄中，若当前图像与数据库中的图像匹配的点对达到５０对时，定位这张图像位??置的平均时间超过了?５０００毫秒。??１．２．２．３?闭＿测??上述两种定位辅助方法都需要与外部设施交互，或详细地了解＿标环境信息，??这使得系统在应用于全新的场暈时变得不可靠：，因此在无基础设施辅助或先验信??息的情况下，只能依拳自身传感器对历史信息进行搜索匹配以校正偏差。除了图??像配准，另一种通过图像辅助减少定位误差累积的有效方是闭环检测，其基本??原理是，在定位过程中随着时间的推移不断拍摄图像，判断当前图像在历史图像??序列中是否出现过，以此来将当前的定位修正为己访问过的位置ａ囡此，闭环检??测不需要拥有对目标区域的先验知识，在定位系统中的实际应用更为广泛。图１．３??是一个闭环检测的示意图，在行进一个环形路径（红线）时，行人视角观察到前??方地点与记忆中的地点（蓝色圆圈）在画面上吻合，因此判断自已回到了出发点，??路径形成了闭环。??油ＡＶＵＩ穴＾＼???：■?ｊ?ｄ?ｒ?？？■■■．．Ｔａ．??剛０?〇??浙江大竽体两ｔｓ??／?ｍ／?ｔ??茫萆Ｂ点实验室＾?■??＿?光子字念木团际〇?？?－??图１．３闭环检测原理示意图??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国通信业为国民经济和社会发展提供有力支撑 2017年通信业统计公报[J]. 通信企业管理. 2018(02)
[2]科技部发布《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》[J]. 卫星应用. 2012(05)
博士论文
[1]移动计算平台的室内定位系统研究及优化加速[D]. 田清霖.浙江大学 2016
本文编号：3499660
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