[发明专利]一种基于传感器的行人室内定位方法

摘要

一种基于传感器的行人室内定位方法，涉及行人定位方法。包括两种应用场景，分别是将手机放于裤子口袋以及手持手机两种场景，步骤1，一个学习过程；步骤2，用户选择对应账户或者让程序经过步骤1的学习过程后，手持手机或者将手机置于裤子口袋中行走，待走完后便可以看到走过的轨迹；经过学习和行走两个步骤后，轨迹便能绘制在手机屏幕上，且行走时可以做到一边行走一边实时绘制出行走轨迹，用户就能做到在没有GPS信号或者GPS信号太弱无法正确定位的室内靠已有的手机作为唯一的硬件设备实现行人室内定位；再配合室内地图，就能让用户明白自己现在身处何处，从而实现室内导航。功耗较小、准确度高、无需新硬件、实用性较强。

主权项

一种基于传感器的行人室内定位方法，其特征在于包括两种应用场景，分别是将手机放于裤子口袋以及手持手机两种场景，包括如下步骤：步骤1，一个学习过程，学习过程区分两种不同场景：场景1为将手机放于裤子口袋，若用户第一次使用，则让用户将内置陀螺仪和加速度计的手机开启程序后放置于裤子口袋，并将放置手机那边腿向前迈出一步，且该条腿膝盖不能弯曲；停顿3s后将手机从口袋中取出，自动完成该学习过程，并将学习结果存储在该用户的账户下；若下次该用户想继续使用，则只需选择该用户的账户，便能直接使用第一次的学习结果；具体的学习过程如下：(1)将加速度矢量根据陀螺仪测得的角速度矢量构建的四元数作坐标转换，测出这一步每个采样点的水平方向和竖直方向加速度；(2)将这一步的竖直加速度进行二重积分，测出竖直位移h0；(3)将这一步的水平加速度进行二重积分，测出水平位移S0；(4)根据迈步前静止时的加速度矢量与迈步后稳定时的加速度矢量进行比较，测出稳定时腿相对于竖直方向的角度θ0；场景2为手持手机，若该用户第一次使用，则让用户双手持内置陀螺仪和加速度计的手机并开启程序站直，将任一条腿向前迈出尽量大的一步，且该条腿膝盖不能弯曲，全程保持双手及所持手机躯干相对静止，之后程序将自动完成该学习过程，并将学习结果存储在该用户的账户下；若下次该用户想继续使用，则只需选择该用户的账户，便能直接使用第一次的学习结果；具体的学习过程如下：(1)将加速度矢量根据陀螺仪测得的角速度矢量构建的四元数作坐标转换，测出这一步每个采样点的水平方向和竖直方向加速度；(2)将这一步的竖直加速度进行二重积分，测出竖直位移h0；(3)将这一步的水平加速度进行二重积分，测出水平位移S0；步骤2，用户选择对应账户或者让程序经过步骤1的学习过程后，手持手机或者将手机置于裤子口袋中行走，待走完后便看到走过的轨迹；具体的轨迹计算过程同样分为两种不同的场景；场景1为将手机放于裤子口袋：(1)通过加速度计、重力传感器和陀螺仪记录每个采样点的加速度矢量、重力矢量和角速度矢量；(2)结合三轴重力矢量和三轴加速度矢量算出每个采样时刻竖直方向加速度值；(3)通过设定阈值3和‑4，滤出竖直方向加速度值超过阈值的极值点，大于3的极值点即是脚掌与地面相平的时刻点，小于‑4的极值点即是脚跟着地的时刻点；(4)列出运动方程，将加速度矢量和角速度矢量通过卡尔曼滤波器算出每个采样时刻的最优化后的竖直方向速度以及每个采样时刻的欧拉角Yaw分量θ，同时将每个时刻点与(3)中得出的时刻点对比，若吻合，则认为此刻竖直方向速度值为0，得出此刻的速度偏移值，反馈给卡尔曼滤波器，从而消除了加速度计的漂移误差；(5)将消除漂移误差后竖直方向速度的每一个波谷的小于零的部分进行积分，算出每一步的竖直方向位移h；(6)每一步的步长D为(7)起点坐标设为(0,0)，每一步的x轴坐标为前一步的x轴坐标加上D×sinθ，y轴坐标为前一步的y轴坐标加上D×cosθ；场景2为手持手机：(1)通过加速度计、重力传感器和陀螺仪记录每个采样点的加速度矢量、重力矢量和角速度矢量；(2)结合三轴重力矢量和三轴加速度矢量算出每个采样时刻竖直方向加速度值；(3)通过设定阈值1和‑1，滤出竖直方向加速度值超过阈值的极值点，大于1的极值点即是脚掌与地面相平的时刻点，小于‑1的极值点即是脚跟着地的时刻点；(4)列出运动方程，将加速度矢量和角速度矢量通过卡尔曼滤波器算出每个采样时刻的最优化后的竖直方向速度以及每个采样时刻的欧拉角Yaw分量θ，同时将每个时刻点与(3)中得出的时刻点对比，若吻合，则认为此刻竖直方向速度值为0，得出此刻的速度偏移值，反馈给卡尔曼滤波器，从而消除了加速度计的漂移误差(5)将消除漂移误差后竖直方向速度的每一个波谷的小于零的部分进行积分，算出每一步的竖直方向位移h；(6)每一步的步长为(7)起点坐标设为(0,0)，每一步的x轴坐标为前一步的x轴坐标加上D×sinθ，y轴坐标为前一步的y轴坐标加上D×cosθ；经过学习和行走两个步骤后，轨迹便能绘制在手机屏幕上，且行走时做到一边行走一边实时绘制出行走轨迹，用户就能做到在没有GPS信号或者GPS信号太弱无法正确定位的室内靠已有的手机作为唯一的硬件设备实现行人室内定位；再配合室内地图，就能让用户明白自己现在身处何处，从而实现室内导航。