一种室内高精度盲人导航系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106606407A(43)申请公布日2017.05.03(21)申请号201510694730.0(22)申请日2015.10.22(71)申请人北京金坤科创技术有限公司地址100080北京市海淀区中关村彩和坊路8号天创科技大厦1207A-E(72)发明人张晓东吴彤肖登坤(51)Int.Cl.A61H3/06(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图2页(54)发明名称一种室内高精度盲人导航系统(57)摘要一种室内盲人导航系统，系统包括定位服务器、导盲基站、导盲终端、上位机综合管理软件；导盲终端集成了MEMS惯性测量组件，能过测量载体三轴加速度、角加速度信息，并实时传给定位服务器；实时定位子系统采用基于MEMS惯性器件的个人导航算法，采用融合室内地图的回溯粒子滤波算法修正惯性导航中的航向漂移；在特殊点采用无线电定位，当检测到盲人到达特殊点时，用特定点的坐标修正惯导的位置漂移；结合位置信息以及目的地信息，定位服务器规划一条最优的路径，并将这一路径的控制指令实时的发给求助者；求助者携带的导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。CN106606407ACN106606407A权利要求书1/2页1.一套基于惯导及无线电技术的室内盲人导航系统，其特征在于：系统包括定位服务器、导盲基站、导盲终端、上位机综合管理软件。导盲终端集成了MEMS惯性测量组件，能过测量载体三轴加速度、角加速度信息，并实时传给定位服务器。实时定位子系统采用基于MEMS惯性器件的个人导航算法，采用融合室内地图的回溯粒子滤波算法修正惯性导航中的航向漂移。盲人携带的导盲终端会实时向外广播无线信号，当该无线信号被导盲分站接收到之后，就能把该导盲终端的ID号以及无线信号强度都传送给定位服务器，定位服务器再基于高精度定位算法实现位置解算，从而得到每个盲人的实时位置。结合位置信息以及目的地信息，定位服务器规划一条最优的路径，并将这一路径的控制指令实时的发给求助者。求助者携带的导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。2.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性器件的个人导航算法，其特征在于：所述零速检测方法，采用加速度模值方差、加速度模值、角速度模值相结合的阈值判别法。零速检测触发卡尔曼滤波，每一步中零速间隔的开始时刻触发卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波的离散时间不固定，以每一步持续的时间为卡尔曼滤波的离散时间。当检测到每一步零速间隔的开始时刻tk时，更新卡尔曼滤波并将估计结果反馈给系统。所述卡尔曼滤波估计用δr＝δv*Δt来近似位置误差，Δt为步行中每一步的运动持续时间，δv表示速度误差。3.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性器件的个人导航算法，其特征在于：所述粒子滤波是在零速检测的基础上将SINS解算轨迹逐步分割，估计出每一步的步长lk和航向角改变量Δψk。底层卡尔曼滤波的离散时间是对应每一步持续的时间，tk时刻底层卡尔曼滤波修正后的位置为航向为利用零速检测算法，当判断在k时刻一步运动结束时触发粒子滤波器在k时刻的更新。4.根据权利要求3所述的粒子滤波算法，其特征在于：所述融合室内地图的回溯粒子滤波器(ParticleFilterBased)，是一种基于粒子历史轨迹来修正粒子状态的滤波方法，当检测到当前粒子为无效粒子时，回溯到上一步从新更新粒子。融入室内地图信息后使BPF受到墙面信息的限制。如果相邻两步粒子的连线与地图信息中的墙壁有交点，回溯到上一步从新生成新粒子。经若干次尝试后生成的新粒子仍然穿墙就将其标记为无效粒子。5.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性器件的个人导航算法，其特征在于：所述粒子滤波算法，选取具有先验性质的状态转移密度函数作为重要性概率密度函数。在有效粒子数Neff≤0.7*N时引入重采样算法限制粒子退化现象，其中N表示粒子总数。2CN106606407A权利要求书2/2页粒子权重结合欧氏相似度与余弦相似度原理可按下式表示：其中，L为tk时刻第i个粒子位置与底层卡尔曼修正后的位置间的距离。θ为tk时刻的一步量测航向角与第i个粒子的航向角之差。6.如权利要求1所述的定位服务器，其特征在于：包含高精度定位算法、路径规划算法、以及点对点的广播算法，可将导航信息发送到离求助者最近的定位基站，定位基站以无线的形式将导航信息发送给对应的导盲终端，高精度定位算法中在特定位置点处用无线电定位来修正惯导的位置漂移。7.如权利要求1所述导盲终端，其特征在于：包含存储模块、微处理器、无线发送接收模块、存储模块、语音模块、MEMS姿态测量模块。8.如权利要求1所述上位机综合管理软件，其特征在于：所述上位机综合管理软件提供了