[发明专利]一种基于粒子滤波的iBeacon和PDR融合室内定位方法

说明书

一种基于粒子滤波的iBeacon和PDR融合室内定位方法，利用iBeacon对设备进行初始定位，对粒子滤波中的粒子进行初始化，利用PDR定位算法确定粒子状态转移方程，结合iBeacon定位对粒子进行权重更新和随机重采样，最后根据粒子状态和权重得到设备位置估计值。本发明适用于在室内环境为智能手机提供定位服务的场景，将iBeacon定位和PDR定位两种技术在粒子滤波的框架下有机融合，解决了单纯PDR技术无法确定初始位置、随时间推移定位误差累积，以及单纯iBeacon技术受信号波动影响导致定位结果跳跃、鲁棒性不高的问题，能够在室内环境提供稳定连续的定位服务。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子滤波的iBeacon和PDR融合室内定位方法，该方法适用于在室内环境为智能手机提供连续的定位服务。

背景技术

随着我国智慧城市推进和人们对于生活服务质量追求提高，对于位置服务的需求也呈现几何式增长。位置信息是提供位置服务的关键之一。室外定位技术相对成熟，例如我国的北斗卫星导航系统BDS、美国的全球定位系统GPS已经能够在室外环境下获得米级的定位精度。但是在室内环境下由于建筑物遮挡等因素导致定位效果差甚至不能定位。调查发现，大多数位置服务用户超过70％的时间在室内活动，由此可见室内环境已成为位置服务的重要场景。除了在大众生活领域，在公共卫生、反恐维稳、应急救援等领域也需要室内定位技术的支撑。

目前智能手机已全面普及，成为室内外位置服务的主要载体。大多数智能手机都配备了高性能惯性传感器(加速度计、陀螺仪和磁力计)和蓝牙模块，这使得基于惯性传感器的行人航迹推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)和基于蓝牙iBeacon的定位技术受到极大关注。PDR是一种相对位置定位方法，存在随时间推移的误差累积问题，不能单独使用，需要其他位置信息对其结果进行周期性校正。iBeacon定位简单，但是容易受室内定位环境和多径效应影响，若单独使用，在连续定位过程中会出现定位结果跳跃的情况，鲁棒性不强。为解决上述问题，一种可行的方法是将这两种定位技术进行融合，利用iBeacon技术定期校正PDR定位结果，同时用PDR短期内定位连续且精度高的优势弥补iBeacon技术定位跳跃且鲁棒性不强的缺点。公开号为CN109195099的专利文献提出了利用iBeacon和PDR融合的室内定位方法，当蓝牙定位RSSI信号不稳定时按PDR定位结果进行定位，当两种定位结果都有效时通过对两个定位结果赋予权值系数生成最终融合定位。CN108489489的专利文献布置地面节点，节点内置压力检测模块和蓝牙信标模块，当压力检测模块检测到行人踩踏事件，则蓝牙信标模块广播蓝牙节点的标识号至定位智能终端，然后终端在电子地图上对行人位置进行纠正和定位，接着通过PDR定位方式进行后续的定位。有文献考虑通过扩展的卡尔曼滤波器定义iBeacon有效的校准范围，利用iBeacon对PDR定位进行偶尔校正。(参见《Smartphone Inertial Sensor-Based Indoor Localization and Tracking WithiBeacon Corrections》，刊于IEEE Transactions on Industrial Informatics，2016)。

发明内容

为解决单纯的PDR技术无法确定初始位置、随时间推移定位误差累积，以及单纯的iBeacon技术受信号波动影响导致定位结果跳跃、鲁棒性不高的问题，本发明提供了一种通过粒子滤波框架将iBeacon定位与PDR融合的方法，将蓝牙iBeacon的定位信息用于粒子初始化与粒子权重更新，将PDR用于粒子状态转移，将两种技术的优势互补，最终提供稳定连续的位置估计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于粒子滤波的iBeacon和PDR融合室内定位方法，包括以下步骤：