一种基于地磁图谱的室内定位方法及定位系统.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CN107270889A(43)申请公布日2017.10.20(21)申请号201710427815.1(22)申请日2017.06.08(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人徐平平胡巨涛刘俊(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人郑晶(51)Int.Cl.G01C21/08(2006.01)G01C21/20(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于地磁图谱的室内定位方法及定位系统(57)摘要本发明公开了一种基于地磁图谱的室内定位方法及定位系统，利用地球磁场在不同点的差异性，首先将室内地磁信息与其对应的位置信息进行存储形成地磁指纹数据库；然后本发明公开了一种基于地磁图谱的室内定位方法及定位系统，利用地球磁场在不同点的差异性，首先将室内地磁信息与其对应的位置信息进行存储形成地磁指纹数据库；实时采集待定位目标在室内的地磁信息，利用自适应遗传粒子滤波算法对待定位目标的地磁信息进行地磁指纹匹配，检测待定位目标的迈步行为，根据迈步行为进行粒子重要性权重的更新，对目标位置进行实时追踪。本发明选用自适应遗传粒子滤波算法进行地磁信号匹配，能够有效粒子退化和粒子匮乏问题，提高定位精度与粒子适应性，便于实现用户间的室内位置共享服务，具有较大应用前景与社会实用价CN107270889A值。CN107270889A权利要求书1/3页1.一种基于地磁图谱的室内定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采集室内各区域的地磁信息，并将地磁信息与其对应的位置信息进行存储形成地磁指纹数据库；(2)实时采集待定位目标在室内的地磁信息，利用自适应遗传粒子滤波算法对待定位目标的地磁信息进行地磁指纹匹配，检测待定位目标的迈步行为，根据迈步行为进行粒子重要性权重的更新，对目标位置进行实时追踪。2.根据权利要求1所述的基于地磁图谱的室内定位方法，其特征在于，对于某一区域，所述地磁信息的采集包括以下步骤：(11)将该区域划分成若干个给定大小的方格，将每个方格的四个顶点和中心点设置为参考点，并对每个方格进行位置标示；(12)对于某一方格，利用地磁传感器在该方格的各参考点分别进行预设时长的地磁信号样本采集，所述地磁传感器直接采集到的地磁信号样本为三维地磁信号；(13)对每个参考点，将在该点处所采集到的地磁信号样本进行预处理：首先过滤掉波动幅度超过预设门限的样本，然后计算该参考点每个维度上的平均地磁强度值作为该参考点的三维地磁信息；(14)对于每个参考点，将该参考点的三维地磁信息进行降维处理：利用重力加速度信息将三维地磁信息转换为二维垂直分量作为二维地磁信息，所述地磁指纹数据库中存储的地磁信息为二维地磁信息。3.根据权利要求2所述的基于地磁图谱的室内定位方法，其特征在于，所述自适应遗传粒子滤波算法进行地磁指纹匹配包括以下步骤：预采样阶段：在整个室内区域中随机产生N个粒子，每个粒子代表用户位置的一种可能情况，获取每个粒子的重要性权重，粒子权重的大小代表了用户在该位置的可能性大小；遗传操作阶段：将在预采样阶段中得到的重要性权重作为粒子的适应度值；对于N个粒子进行随机分组，两两一组，对于每组粒子，依据交叉概率自适应公式计算出该组粒子的交叉概率，然后随机生成一个随机数，如果该随机数小于或等于该组粒子的交叉概率，该组粒子就进行交叉；依据变异概率自适应公式计算每个粒子的变异概率，对于每个粒子，随机生成一个随机数，如果该随机数小于或等于该粒子的变异概率，则该粒子就进行变异；粒子个体选择阶段：对经过遗传操作的各粒子重新获取其重要性权重，将粒子的重要性权重作为粒子的适应度值，并对所有粒子的重要性权重进行归一化处理；定位结果确认阶段：计算所有粒子适应度的累计值fsum；在0和fsum之间选取一个随机数R；逐步将粒子的适应度值相加，每次只加一个粒子的适应度值，当累加和超过R时停止，最后一个被加进来的适应度对应的粒子为待定位目标当前所处的室内位置。4.根据权利要求3所述的基于地磁图谱的室内定位方法，其特征在于，在预采样阶段，粒子重要性权重的更新公式为：式中，是在k-1时刻第i个粒子Xi的重要性权重，是在k时刻第i个粒子Xi观测到Z的后验概率，Zk表示待定位目标在k时刻的地磁信息，后验概率公式P(z|s)的计算公2CN107270889A权利要求书2/3页式为：式中，z为待定位目标实时测量的某一地磁信息，s表示某一粒子，obv(s)表示s在地磁指纹数据库中所对应的地磁信息，V是z与obv(s)的协方差，obv(s)获取具体为：找到粒子s所对应的方格，分别计算该方格的五个参考点的地磁信息与z之间协方差，选择协方差最小的那个参