融合室内地图和惯性传感器信息的室内定位方法分析

发布时间：2020-08-07 04:38

【摘要】：随着信息技术的高速发展与智能手机的普及,基于位置的服务(Location Based Service,LBS)在越来越多的应用中起着重要的作用,室内定位技术逐渐成为研究的热点。目前在室内定位技术中,基于行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)的定位方法,仅利用惯性传感器,通过计算行人行走过程中每步的步长和方向就可以推算出行人的轨迹,硬件成本低、易于推广。PDR方法存在累积误差,与WiFi融合的定位方案可在一定程度上消除累计误差的影响,但WiFi等无线定位依赖基础设施,很多室内环境依然缺乏这样的基础设施。而现有使用地图约束的方法具有低定位精度和高复杂度的缺点。本文针对上述问题,从室内空间信息及其模型的视角出发,研究了基于粒子滤波的免基础设施的室内定位方法。首先基于智能手机惯性传感器的室内地标感知方法,给出了融合PDR、地标和地图信息的增强型粒子滤波定位方法,通过地图信息来约束粒子,通过识别环境中的地标来校正累积误差,并通过精炼步长模型参数,使之适用于不同行人的步长特征。然后基于智能手机等移动设备对低功耗和低复杂度的要求,进一步提出了基于图模型融合地标的PDR室内行人定位方法。该图模型由狭长区域一维Voronoi图和开阔区域二维网格图组合而成,代表的是一种完全离散的状态空间。同时建立了基于图模型的粒子滤波传播模型,通过基于图模型的方向校准方法和粒子回溯方法,进一步消除PDR累积误差带来的位置估计错误。实验结果表明,增强型粒子滤波定位方法在200个粒子的作用下,80%情况下达到2.8m的定位精度,与现有仅使用地图约束的粒子滤波定位方法相比,定位精度提高了20%;基于图模型融合地标的PDR室内行人定位方法在50个粒子的作用下,80%的情况达到2.7m的定位精度,相比于传统粒子滤波融合定位方法,粒子数减少到原有的四分之一,大大降低了行人运动模型所需的粒子数,降低了算法的复杂度,精度与复杂度都达到设计指标的要求。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TN92
【图文】：

第二章 融合地图信息和惯性传感器定位的基本原理章 融合地图信息和惯性传感器定位的基本原性传感器定位技术进行介绍，并分别对其主要模块：步伐探测进行重点描述。其次，对室内空间模型及其地图匹配技术进行归合地图信息和 PDR 定位的算法进行详细描述，包括粒子滤波状重要性采样与重采样等步骤。航位推算的惯性传感器定位技术位技术早期主要用于航海当中，基本原理是利用方向传感器和角和位移，从而由前一时刻目标的位置和航向推算出当前时刻目

年人自然行走的步频在 95~125 步/分钟。步长范围在 50~80cm。不同行人的步、自身习惯和路面情况等相关。自然行走状态下行人的速度变化不明显，步长的变化不大，但不相等。人前进方向和垂直方向的加速度信号波形能够反映出步态的周期性变化。人行走过程中加速度信号的峰值、方差等统计数据和步长具有很好的相关性。同路面条件下，基于加速度的步长估计模型可能不同，例如行人在平地情况下走的模型可能不相同。-2 所示，基于行人航位推算的惯性传感器定位系统通常情况下分为三个步骤计和方向判别模块。PDR 算法首先完成基于加速度传感器的步伐探测算法，，然后在这些步态事件的基础上分析行走特征，计算行走中每一步的步长，度计、陀螺仪解算出航向角，在给定一个初始位置后，根据以上三步的循环算，步态事件不断触发并更新位置。本文采用智能手机作为硬件平台，利用统的相关方法。

东南大学工程硕士学位论文墙、障碍物等空间结构将室内空间进行划分的结果，其简明地表达了适用于导航的网所示，这种室内空间划分方式显然比格网模型更为简洁，但只能提供有限精度的目标边界表示的模型将室内空间中房间、障碍物等空间要素的边界表示为基本几何形状的线、面等。该模型通常由建筑设计 CAD 图转换得到，主要表达墙、柱子、门等建筑基信息，这种模型是一种简洁的室内空间表示方式，但缺乏对室内空间要素拓扑和语义

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 余彦培;;一种融合地图与传感器信息的室内地图匹配新算法[J];电讯技术;2014年12期

2 赵锐;钟榜;朱祖礼;马乐;姚金飞;;室内定位技术及应用综述[J];电子科技;2014年03期

相关博士学位论文 前1条

1 汪娜;面向室内空间的时空数据管理关键技术研究[D];中国科学技术大学;2014年

相关硕士学位论文 前1条

1 李志强;基于粒子滤波和电子地图融合的室内定位技术研究[D];电子科技大学;2016年

本文编号：2783497