[发明专利]一种三维室内定位方法

说明书

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，尤其涉及利用WiFi信号与惯性传感器的定位系统。

背景技术

近年来，随着移动互联网的迅速发展，数据和多媒体业务快速增加，人们对于室内定位的需求日益增加。城市生活中，实现低成本、高精度的室内定位，具有重要的现实意义。如在商场超市，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，可以进行路线指引，提高用户的购物体验；在医院通过室内导航指引路线，或对医务人员或病人的定位，能够使病人更快的得到救治。但现有的关于室内定位的研究中，并无法实现精度高，低成本且适合大规模应用的三维室内定位系统。

目前应用较多的GPS卫星定位仅在相对地域较空旷、高层建筑不多、云层阻挡不大的地方才能实现精准定位。当GPS的接收机在高楼相当密集的城市或者室内运行时，由于信号强度受到建筑物、墙壁、其他物体的影响而大大衰减，导致定位精度受到影响甚至不能够完成定位过程。

现如今，WiFi网络的接入点遍布于大型商厦、学校、大型医院、公交站、地铁站等场所。利用移动终端接收的WiFi信号进行定位，尽管可以实现低成本高效率的定位，然而WiFi信号易受环境因素影响，产生反射、衍射多径衰落，所以定位效果并不稳定。并且现有的WiFi定位算法并无法提供一个三维的定位方法。

特别地，现有的移动终端中由陀螺仪、加速度计等组成的惯性导航单元能够实现实时无缝的二维定位，且能够获得较高的精度。但是由于惯性传感器自身的特性，在长时间的定位时会存在较大累计误差，影响定位精度。只能提供平面的单一楼层的导航技术，并不能做到空间上的定位及导航。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动终端的三维室内定位方法，既克服了GPS在室内时信号微弱的缺陷，并且利用了终端中的惯性导航单元从而弥补了WiFi信号易受干扰的不足，并加入了高度计算，从而达到一种三维实时无缝的定位效果。

本发明的思想是：在采集阶段，采集室内区域内的指纹图并上传到服务器。在定位阶段，首先从服务载下载指纹图，并利用相应匹配算法确定终端的初始位置。然后利用终端惯性导航单元，确定用户的三维的实时位置。最后再次利用WiFi指纹定位，对惯性导航单元输出的位置进行修正。

为实现此目的，本发明所涉及的三维室内定位方法，它包括移动终端，和服务器端，如图1所示。移动终端具有惯性导航单元和气压传感器，其特征在于包括两个阶段：建立定位区域指纹数据库阶段，以及实时定位阶段；

建立定位区域指纹数据库阶段具体步骤如下：

步骤（1）：首先确定遍布整个定位区域的采样点个数；

步骤（2）：使用移动终端在第m个采样点处检测得到k个无线接入点AP的信号强度的RSSI，即RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_k;

步骤（3）：每个RSSI对应一个MAC地址ID，RSSI和每个RSSI对应的MAC地址共同构成采样点位置指纹FP，其中第m个采样点的位置指纹ID_i表示RSSI_i对应的MAC地址；

步骤（4）：设置三维坐标系(x，y，h)，其中（x,y）表示平面上相互垂直的横纵坐标，h表示垂直方向的高度，记录第m个采样点的坐标FP_m(x,y,h)，并将第m个采样点的坐标FP_m(x,y,h)与该采样点的位置指纹FP_m保存到指纹数据库中；

步骤（5）：重复步骤（2）至步骤（4），直到遍历定位区域内所有采样点，建立定位区域完整的指纹数据库上传到服务器，完成指纹的采集；

实时定位阶段包括以下步骤：

步骤（6）：手持终端设备，在未知位置A处扫描AP，记下扫描到的k个AP的RSSI值，并按照步骤（2）至步骤（3）获得未知位置A处的位置指纹，即得到位置A处RSSI序列以及每个RSSI对应的MAC地址；

步骤（7）：计算出A的位置指纹中的RSSI序列与指纹库中所有采样点的指纹中的RSSI序列的欧式距离，将欧式距离最近的位置指纹对应的坐标FP_m(x,y,h)置为A点的位置L(x,y,h)；

步骤（8）：实时获取终端在垂直方向上的速度v_z，并进行峰值检测，设定垂直方向的速度的极限值v_m，当v_z<v_m时，确定当前的行走状态为水平移动，反之在竖直移动；