[发明专利]利用手机气压和加速度传感器在山区环境实现用户位置追踪的方法

权利要求书

1.一种利用手机气压和加速度传感器在山区环境实现用户位置追踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，初始概率：给定初始位置，假设该初始位置的误差服从正态分布，且误差范围在0-10米，根据地图匹配，获得用户初始位置在初始点的概率，即初始概率；

步骤2，数据收集：在用户移动过程中，通过智能手机内置的气压传感器采集手机所处位置的气压值，采得的气压值组成手机的气压变化轨迹；同理，通过智能手机内置的加速度传感器采集用户移动过程中的加速度读数，获得移动的加速度变化轨迹；

步骤3，数据预处理：利用低通滤波器进行滤波，去除高频噪音，再利用平滑算法对加速度变化轨迹和气压变化轨迹进行平滑处理；

步骤4，去除气压噪音，对步骤3得到的平滑的气压变化轨迹去除气压噪音，得到最终的气压变化曲线；

步骤5，位置计算：根据步骤4得到的气压变化曲线得到用户当前位置获得该气压值的概率，此概率记为气压观察值概率；根据步骤3得到加速度变化轨迹，获取位置状态转换概率，通过位置状态转换概率、气压观察值概率以及步骤1得到的初始概率建立用户轨迹概率优化模型：

其中，B为所有气压的观察值序列，L为位置状态集合，P为气压观察值的分布函数的参数，E为状态转移概率矩阵，∏为初始概率，S表示可能的位置状态总数，然后求解该用户轨迹概率优化模型得到用户最大概率的位置，该位置就是用户的定位位置结果；

所述气压观察值概率的计算方法：气压观察值误差的概率服从如下正态分布：

其中，b_err表示误差值，σ_b是正态分布的标准差，所以气压观察值的分布函数是N(Δb_s,σ_b²)，Δb_s表示用户垂直方向运动导致的气压差值，将得到的气压变化曲线中的气压观察值导入公式(3)得到用户当前位置获得该气压值的概率，即得到此时的气压观察值概率；

所述位置状态转换概率指用户从一个位置移动到另一个位置的转移概率，其计算方法：

如果用户所在的路段是阶梯路段，而非平路，则用户从一个位置移动到另一个位置的概率转移假设服从泊松分布，其位置状态转换概率计算公式为：

其中，i,j分布代表位置状态i和位置状态j，n_i,j是用户从位置i移动到位置j之间的楼梯数目，n是用户实际步数；

如果用户所在路段非阶梯路段，而是带有坡度的平滑路段，则用户从一个位置移动到另一个位置的概率转移假设服从正态分布，其位置状态转换概率计算公式为：

其中，i,j分布代表位置状态i和位置状态j，d₀是用户在平路上的平均步长，d_i,j是位置i和位置j之间的距离，n是用户的实际步数，用户的实际步长服从正态分布，分布函数为f_step(θ)。

2.根据权利要求1所述利用手机气压和加速度传感器在山区环境实现用户位置追踪的方法，其特征在于：所述步骤1中初始概率的获取方法，首先从GPS获取一个位置样本，或者用户手动标记一个初始的位置，然后以该位置为中心，在平面图上以定长半径画圆，用户的实际位置在这个圆圈里的路线上的任意点都有可能，假设位置误差服从正态分布，最后，该圆圈覆盖的路段中的每个位置点，计算每个点在正态分布中的概率，该概率就是用户初始位置在该点的概率，即初始概率。

3.根据权利要求1所述利用手机气压和加速度传感器在山区环境实现用户位置追踪的方法，其特征在于：所述步骤3中的数据预处理方法具体如下：

步骤31，过滤离群点，方法是计算相邻两个节点读数的变化值，如果某个点与前一点的变化值比前10秒内平均变化值的5倍还大，认为该点为离群点，将其丢弃；

步骤32，利用低通滤波过滤高频数据，低通滤波公式如下：

Υ(n)＝βX(n)+(1-β)Υ(n-1) (1)

其中，X(n)是第n个传感器读数，β是过滤系数，f是截止频率，对于气压数据β＝0.5，对于加速度数据β＝0.6；

步骤33，对数据曲线进行平滑，气压数据为每5秒一个窗口取均值平滑，加速度数据为每1秒一个窗口取平均值做平滑。