[发明专利]基于HMM的wifi和地磁融合的室内定位系统及方法

说明书

本发明公开基于HMM的wifi和地磁融合的室内定位系统及方法。本发明主要通过移动终端实时wifi信号与预先建立wifi指纹库匹配获得局部位置区域，初始化区域内的位置获得初始概率分布矩阵，利用局部位置区域内标签点的位置关系获得状态转移概率矩阵，再融合地磁信号与预先建立地磁指纹库匹配获得观测概率矩阵，根据前向算法估计用户位置。当用户定位在wifi信号确定的局部位置区域内时，利用当前实时地磁信号更新观测概率矩阵，将其和状态转移矩阵估计用户位置；否则引入wifi信号重新建立局部位置区域，同时按前面所述方法更新初始概率分布、状态转移概率和观测概率矩阵。本发明将多种信息进行有效融合，提高系统的定位精度。

技术领域

本发明涉及室内定位系统及定位方法，尤其涉及一种基于HMM的wifi和地磁融合的室内定位系统及定位方法。

背景技术

随着经济的快速发展，各种高楼大厦拔地而起，人们在室内的活动空间不断扩大并且室内地形也越来越复杂。对室内定位的需求越来越强烈。在商场内寻找某件特定物品，在机场内找寻远道而来的朋友，在停车场内反向寻车，人们都需要明确的位置进行引导。GPS定位技术在室外定位能够发挥很好的作用，但在室内环境中GPS信号受到建筑物的遮挡，移动终端很难接收到GPS信号。

基于室内定位的技术很多，包括红外线定位技术、蓝牙定位技术、RFID定位技术、wifi定位技术、惯性导航技术和地磁定位技术。红外线、蓝牙、RFID等这些定位技术需要在目标区域预先部署专用的硬件设施，用户还需要佩戴相对应的定位终端，系统总体成本花费较高。在惯性导航技术中，惯性传感器在短时间内定位效果比较好，但长时间容易积累误差，导致定位精度急剧下降。在地磁定位技术中，磁场信号稳定、抗干扰能力强，局部特征明显，但当定位空间较大时，不同位置的地磁信号可能存在相似的情况，导致仅根据地磁信号的定位精度降低。而直接利用广泛布置在公共场所的wifi网络进行定位，可以降低定位成本，但是wifi容易受到多径效应、信号衰减和人体阻挡影响，从而导致单一的wifi定位技术精度比较低。

单一的室内定位技术已不能满足人们对位置的需求，而多种定位技术结合已成为室内定位的主流方向，因此如何将多种信息进行有效结合达到精准定位，是一个具有探索性的问题。目前基于滤波的融合定位方法主要是粒子滤波，该方法在粒子状态转移过程需要对用户的步长和方向进行准确估计，但是不同用户步长具有多样性以及行走方向具有随机性，能否有效估计步长和方向影响着定位结果。而本发明采用前向方法不断迭代估计用户的位置，避免连续行走过程对步长和方向的估计，同时对wifi信号和地磁信号进行有效融合，提高定位的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于HMM的wifi和地磁融合的室内定位系统及定位方法，通过多种信息融合，提高定位精度。本发明具体技术方案如下。

一种基于HMM的wifi和地磁融合的室内定位系统，该系统包括移动终端和服务器端。其中移动终端上具有wifi传感器模块、地磁传感器模块、方向传感器、无线传输模块和数据存储模块；服务器端为具有高级计算功能和数据存储的设备和无线传输模块。服务端可通过无线传输模块接收由移动终端收集和发送的wifi数据和地磁数据，服务器端建立用于定位的隐马尔可夫模型，实现wifi信号和地磁信号的融合对用户位置进行定位。其中：所述wifi传感器模块用于接收wifi信号；所述地磁传感器模块用于接收地磁信号；所示方向传感器模块用于获取移动终端的方向；所述的无线网络是由路由器构成的通信网络；所述无线传输模块将移动终端收集的wifi信号和地磁信号发送到服务器端，服务器端的定位结果同样通过无线传输模块发送回移动终端的存储模块；所述数据存储模块将用户历史的定位结果进行保存，便于查看行走路径；所述服务器端的高级计算功能可进行矩阵的运算，同时存储预先建立的wifi指纹库和地磁指纹库。

所述的基于隐马尔可夫模型的定位方法，具体步骤如下：

a.建立的wifi指纹库，用于移动终端实时收集的wifi信号与建立的wifi指纹库进行匹配；