[发明专利]一种基于三维环境模型匹配的室内定位方法

权利要求书

1.一种基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，通过数据采集装置和数据分析平台完成室内三维环境模型的构建，并通过计算机模式识别方法计算得到用户相对精确的室内位置。

2.根据权利要求1所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，针对目标匹配的三维环境模型提出了存储结构优化方法，采用四级存储结构，包括预处理空间，短程空间，工作空间，长程空间，数据在四级空间中移动并转化，最后利用定位的数据为工作空间中的局部数据。并搭载在数据分析平台上，提高三维数据的匹配速度，从而实现快速准确的室内定位。

3.根据权利要求1或2所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，数据采集装置包括RGB-D传感器、激光雷达传感器、惯性测量传感器以及集成了相关模块的智能硬件、智能手机。

4.根据权利要求1或2所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，包括一个数据分析平台，其根据数据采集装置采集到的颜色深度信息完成室内三维环境模型构建，根据用户上传三维数据进行位置匹配的特征匹配。

5.根据权利要求1或2所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，数据分析平台作为室内定位服务器，面向该服务的使用者提供室内定位服务，其中该平台集成了三维数据的接收、反馈、分析的功能。

6.根据权利要求1或2所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，应用特征匹配算法，即随机抽样一致和迭代最近点的方法去除误匹配，并将位姿迭代求精；以及采用存储优化算法将会使该室内定位的定位精度更好、定位时间更短。

7.根据权利要求4所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，需要该技术的室内定位服务提供者利用该方法对三维环境模型进行定期的模型维护，以保证目标匹配的三维环境模型的时效性。

8.根据对权利要求1所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1)：构造数据采集装置，即三维环境扫描设备，包括RGB-D传感器、惯性测量传感器，收集室内环境的颜色深度以及姿态、偏角信息，并上传至数据分析平台进行三维环境建模和位置标定与分析处理；

步骤2)：利用基于计算机视觉测程原理的算法对数据采集装置在不同时刻收集到的信息进行相对位置估计，从而获得三维环境中每一个位置的三维坐标；结合计算得到的每一时刻的准确位置和收集到的颜色深度信息建立整个室内环境的三维模型；

步骤3)：在建立整个室内环境的三维模型过程中，利用计算机优化算法对三维模型的存储结构进行优化，即建立四个存储空间，分别为：预处理空间，短程空间，工作空间，长程空间；当前时刻扫描得到该位置的三维信息数据时，先将该时刻数据放入预处理空间，进行特征点提取；处理完成后，该时刻数据移入短程空间，短程空间对新到来的数据和前一时刻的数据进行对比，当前后两时刻数据的相对变换在一个可接受的阈值范围内，将这两组数据合并在一起，重新放入短程空间中；短程空间的空间上限为一固定值S，即最多存储S组合并后数据；当短程空间存满时，将最早进入空间中的一组数据移入工作空间；对于工作空间中的每一组数据，设定其权值参数(初始参数为零)，定义在空间中扫描时间越久的点，权值越高；当对每帧的处理时间超过阈值T时，就将工作空间中的权值最低的点移入长程空间；

步骤4)：按照以上的存储方式建立三维环境信息的存储模型之后，用户使用数据采集装置得到当前位置任意方向的颜色深度信息；

步骤5)：将用户得到的颜色深度信息自动上传至数据分析平台，与平台上存储在工作空间的每一组数据进行特征点匹配；匹配过程中利用贝叶斯滤波器计算当前时刻信息与每组数据的相似值大小，当超过阈值后，认为匹配成功；

步骤6)：查找匹配成功后的该时刻信息在三维环境模型中的位置，并将该时刻用户所在位置计算出来，作为位置反馈给用户使用的终端，完成室内定位。

9.根据权利要求7所述的基于三维环境模型匹配的室内定位方法，其特征在于，所述步骤1)中，数据采集装置集成到智能手机中，通过添加深度相机模块，使智能手机完成三维环境信息采集功能以及面向用户的智能手机室内定位服务。