[发明专利]基于三维模型图像机器学习的位置感知系统

说明书

本发明公开了基于三维模型图像机器学习的位置感知系统，实现了煤矿等密闭空间三维精确定位和目标朝向定位。所述位置感知系统包括三维GIS服务器、图像训练服务器、定位服务器、无线摄像机和无线接入设备。图像训练服务器负责以三维GIS服务器渲染生成的二维图像集为分类训练样本进行机器学习，得到图像分类识别模型发送给定位服务器。定位服务器通过对无线摄像机采集图像分类实现位置感知。本发明定位目标不需携带专用无线定位卡，只需携带具有无线通信功能的摄像机，即可实现包括目标朝向在内三维精确定位，可广泛应用于密闭空间精确定位领域，如学校、医院、工厂、煤矿、地铁等，具有广阔的应用推广空间。

技术领域

本发明涉及基于三维模型图像机器学习的位置感知系统，该方法涉及地理信息系统、三维图像渲染、机器学习和通信等领域。

背景技术

目前开阔空间移动目标定位主要以卫星定位为主，包括GPS、格勒纳斯、伽利略、北斗定位系统，除此以外，基于蜂窝移动通信系统、Wifi网络和无线传感器网络的定位技术也被应用。然而蜂窝移动通信系统定位一般只用于通信运营商的业务管理，不为用户直接提供个人定位服务；基于Wifi网络和无线传感器网络的定位只能实现局部区域范围内的定位。因此卫星定位仍然是人们生活中主要依赖的定位技术，但卫星定位需要在天空没有遮挡的条件下使用，使其应用的条件受到很大的限制；而且当卫星出现故障或卫星定位服务被关闭，则无法进行定位，会造成极大的影响。

在建筑物室内、隧道、地铁站、煤矿矿井等密闭空间中无法接收卫星信号，所以无法使用卫星定位技术。早期的密闭空间定位多采用RFID卡识别和无线电信号定位技术。RFID卡识别利用射频方式进行非接触双向通信，射频卡和读卡器之间不用接触就可实现对移动目标的识别和位置监测。基于RFID卡识别定位属于区域定位技术，只能识别井下移动目标是否经过某个区域，无法对区域内的移动目标进行精确定位。无线电信号定位技术基于无线电信号在空间中的传输信号衰减RSSI或传输时间进行定位，由于无线电信号在传输过程中易受井下空间尺寸、形状、空间壁粗糙度、障碍物等因素影响，无线电信号衰减模型极其复杂，定位误差达到10m以上。基于无线电信号传输时间的定位系统的定位精度高于RSSI定位系统，但无线电信号传输时间受多径效应、非视距传播时延、时钟同步、时钟计时误差等影响，在障碍物较多的环境中定位精度难以保证。此外，目前RFID、RSSI、飞行时间TOA、飞行时间差TDOA等定位方法均基于测距定位原理，在静止条件下，无法对目标的朝向进行定位。

因此，需要一种适合煤矿等密闭空间环境的、简单有效、建设成本低且定位精度高的定位系统，同时可实现包括目标静止条件下的目标朝向的三维精确定位系统。

发明内容

随着GIS系统、三维建模和渲染技术的发展，极大推动了三维GIS技术和系统的应用。本发明结合无线定位技术、三维GIS技术和数字图像处理技术，提出了一种基于三维模型图像机器学习的位置感知系统，实现了局部空间三维精确定位和目标朝向定位。所述位置感知系统包括三维GIS服务器、图像训练服务器、定位服务器、无线摄像机和无线接入设备；所述无线摄像机由移动目标携带，通过固定安装的无线接入设备接入通信网络；所述三维GIS服务器存储有设定空间内的三维地理信息，可根据所述数据渲染生成空间的二维图像；图像训练服务器负责以空间区域为单位，以三维GIS服务器渲染生成的二维图像集为分类训练样本进行机器学习，并将学习得到的所有区域的图像分类识别模型传送给定位服务器；定位服务器负责依据图像识别模型对无线摄像机采集图像进行分类识别，根据识别结果进行位置感知。

所述图像训练服务器的机器学习步骤为：

(1)调取三维GIS服务器存储的设定空间内的三维地理信息，将设定空间划分为多个空间区域，在每个区域内确定多个视点，并在每个视点确定多个视角；

(2)通过三维GIS服务器，在步骤(1)确定的每个视点的每个视角方向上渲染多幅空间二维图像；