[发明专利]基于地磁信息的室内定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于室内定位领域，尤其涉及基于地磁的室内定位方法。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展和建筑施工水平的提高，大型建筑在各地涌现，如综合购物中心、展览馆、交通枢纽和室内游乐场等。这些建筑在丰富人们日常生活的同时，也给人们带来了不少困惑：建筑物体积庞大、内部结构复杂、方向辨识困难，人们迫切需要知道自己所处建筑物内的位置，以便快速找到自己想去的目的地。随着无线通信技术的快速发展以及移动智能终端的日益普及，室内定位导航技术应运而生。由于移动智能终端设备已经成为人们日常必需品，它们的运算能力逐年提高，且集成了诸如磁场，加速度，陀螺仪等多种传感器。因此利用智能终端上寻求室内定位解决方案成为研究热点，各种无线定位技术得到了较快发展。

不过，在现有的各种室内无线定位技术中，例如蓝牙和RFID都需要部署基础设施，限制了定位技术的大规模使用。而WiFi网络目前尽管已大规模部署，但由于WiFi网络部署的初衷并不是为了定位应用，所以在将WiFi应用于定位时易受到接收灵敏度较低、多径效应、信号时变性以及设备差异性等因素影响，定位性能一直难以提升。

近年来利用室内地磁信号畸变进行定位受到越来越多的关注。现代建筑中存在的钢筋混凝土结构对局部范围内的地磁产生稳定干扰，导致建筑物内不同位置的地磁感应强度和方向不同。当人在室内移动时，不同移动轨迹将产生不同的磁场观测结果。利用移动过程中产生的特性磁场波形可实现局域范围内的定位。但是，使用地磁信息定位面临很多挑战，例如在训练阶段采集的信息维度较少且采集信息精度低、移动磁轨迹匹配算法复杂、搜索计算量大等等。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于地磁信息的室内定位方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种基于地磁信息的室内定位方法，包括：

步骤1，确定用户在室内的初始位置区域，并在所确定的初始位置区域内沿可达路径区域分布多个粒子，每个粒子具有两个属性：坐标和权值；

步骤2，基于用户移动的方向和步长来移动每个粒子，并更新每个粒子的坐标；

步骤3，基于每个粒子移动前后位置的磁感应强度与用户移动前后采集的磁感应强度计算该粒子的移动与用户的移动之间的相似程度，并基于该相似程度来更新粒子的权值，其中，对于相似程度大的粒子，提高其权值；对于相似程度小的粒子，降低其权值；

步骤4，对所有粒子的横坐标和纵坐标分别进行加权求和，以得到对用户当前位置的估计。

上述方法中，还可以包括：

步骤5，判断所述对用户当前位置的估计是否满足设定的误差范围；如果不满足，则返回至步骤1继续执行；如果满足，则对当前的所有粒子进行重要性重采样，然后转至步骤2继续执行；直到用户停止定位为止。

上述方法中，还可以包括构建地磁定位数据库的步骤，其包括：

a)以设定的最小定位精度将待定位的室内地图划分为多个区域，在用户可达的每个区域至少标定一个参考点；

b)连接参考点得到采样路径，采样路径应覆盖该室内所有的可达区域；

c)对每条采样路径以匀速率进行采样，采集该路径上各点处的磁感应强度和磁场矢量在水平面上投影的指向，并将该磁场矢量在水平面上投影的指向与当前的行进方向的差值作为地磁方向在该点的修正值；

d)基于每条采样路径采集的地磁数据来设置处于沿采样路径径向方向一定范围内的各个点处的地磁数据。

上述方法中，所述步骤2可包括：

步骤21)基于用户移动的方向计算每个粒子移动方向α：

α＝β+ε+δ

其中β为用户移动的方向，以偏离正北方向的角度来表示；ε为地磁方向在该粒子坐标对应的室内位置处的修正值，对于室内每个位置，地磁方向在该位置处的修正值是一个常数；δ为一个随机变量，其取值范围在正负20度之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为δ的取值；

步骤22)基于用户移动的步长计算每个粒子移动的步长S为：

S＝B+Δ

其中B为用户移动的步长，Δ为一个随机变量，取值范围通常在步长B的正负50％之间，对于每个粒子，随机地从该范围内取一个数作为Δ的取值；

步骤23)基于每个粒子移动方向α和移动步长S来更新该粒子的坐标。