CN105509736A - 一种用于火灾救援的室内复合定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其具体步骤为：搭建包括：三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）、读卡器（5）、RFID标签（6）和DSP处理器（7）用于火灾救援的室内复合定位***；信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）信号；航位推算模块（9）获得救援人员的位置信息；运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态；匹配修正模块（12）对救援人员位置进行修正；定点修正模块（13）结合地图信息确定救援人员所处位置实现对救援人员位置的定点修正。本发明实现了高精度室内定位，易于实现、对外界条件依赖低。

Description

一种用于火灾救援的室内复合定位方法
技术领域
本发明涉及一种室内定位方法，特别是一种用于火灾救援的室内复合定位方法。
背景技术
在火灾救援行动中，采用室内定位方法可以获取救援人员在室内的位置信息，确保救援人员的生命安全。现有的室内定位方法主要有基于室内基站定位法、室外无线电定位法、惯性定位法等。基于室内基站定位法主要利用事先布置好的WIFI、蓝牙等室内基站，采用识别码、几何解算、场强检测等技术进行定位，该方法对室内条件要求较高，在火灾环境下难以保证电力支持，不适合火灾环境下使用；基于室外无线电定位法主要利用室外通信基站、定位基站、导航卫星等无线电发送设施，采用到达角、到达时间等技术进行定位，该方法由于室内无线电传播受干扰严重定位精度较差，在无线电屏蔽严重的室内环境将无法定位；基于惯性定位法利用惯性器件对救援人员运动进行感应，采用导航解算实现定位，该方法由于惯性传感器的误差偏移和定位算法的误差累积导致定位精度随时间发散，不能满足火灾救援的定位需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于火灾救援的室内复合定位方法，解决现有室内定位方法应用条件受限制、精度低等不适用于火灾救援的问题。
一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其具体步骤为：
第一步搭建用于火灾救援的室内复合定位***
用于火灾救援的室内复合定位***包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘、气压计、读卡器、RFID标签和DSP处理器，其中DSP处理器上运行信号采集模块、航位推算模块、运动状态提取模块、室内地图模块、匹配修正模块和定点修正模块。三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘和气压计的输出端分别与DSP处理器的输入端连接，读卡器与DSP处理器双向连接，读卡器和DSP处理器均固定在救援人员腰部；RFID标签布设在室内，并通过无线电波与读卡器进行双向交互。信号采集模块用于采集三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘、气压计的信号；航位推算模块根据信号采集模块采集到的信号对救援人员的位置进行解算；运动状态提取模块提取采集到的信号特征，确定救援人员运动状态；室内地图模块提供室内路径信息；匹配修正模块根据解算的救援人员位置和提取的救援人员运动状态，结合地图信息进行救援人员位置的匹配修正；定点修正模块控制读卡器读取RFID标签信息，结合地图信息对定位结果进行定点修正。
第二步信号采集模块采集三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘和气压计信号
信号采集模块采集三轴加速度计的三向加速度信息，采集三轴陀螺仪的三向角速度信息，采集三轴磁罗盘的三向磁场强度信息，采集气压计的当地大气压力信息。
第三步航位推算模块获得救援人员的位置信息
航位推算模块根据信号采集模块获得的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场强度信息和当地大气压力信息，得出步长、航向角以及海拔高度，并进行航位推算，公式为：
（1）
其中，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，为步长，为时刻的航向角。
航位推算模块通过公式（1）实现对救援人员的相对位置的确定。
第四步运动状态提取模块确定救援人员的运动状态
运动状态提取模块根据信号采集模块获得的三轴加速度信息和当地大气压力信息的变化判断救援人员上楼、下楼或平走的运动状态；根据信号采集模块获得的三轴角速度信息和三轴磁场强度信息的变化判断救援人员转弯的运动状态。
第五步匹配修正模块对救援人员位置进行修正
航位推算模块获得救援人员位置信息，运动状态提取模块确定救援人员的运动状态，匹配修正模块结合室内地图模块提供的室内路径信息，将位置信息和运动状态与室内路径进行匹配，修正救援人员位置，获得更加精准的救援人员位置信息，公式为：
（2）
其中，为每条路径的开始位置和结束位置，为当前航位推算结果，为匹配修正后的位置信息。
第六步定点修正模块对救援人员位置进行修正
在RFID标签事先布设的室内区域，通过读卡器获取RFID标签的ID信息，定点修正模块根据ID信息，并结合地图信息确定救援人员所处位置并进行修正，实现对救援人员位置的定点修正。
信号采集模块对三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁罗盘、气压计信号进行采集。航位推算模块通过对航向的解算和运动步长的估计，通过公式（1）进行位置解算。运动状态提取模块对救援人员的上楼、下楼、转弯或平走的运动状态进行信号特征提取。室内地图模块中的室内地图事先已经获取，匹配修正模块根据位置解算结果和运动状态与室内路径进行匹配，通过公式（2）实现对定位结果的匹配修正。RFID标签采用无源标签，对外界无依赖，事先将RFID标签在室内关键出入口处进行布置，读取有效范围控制在1.5米之内，并建立起RFID标签与室内坐标信息的映射关系。当读卡器读取到RFID标签时，通过映射关系匹配室内的坐标信息，实现对定位结果的定点修正；通过匹配修正和定点修正补偿航位推算的误差，提高定位精度。
本发明解决了室内定位方法应用条件受限制、精度低等不适用于火灾救援的问题，采用复合定位方法实现了精度高室内定位，原理简单、易于实现、对外界条件依赖低，可以应用于火灾救援领域。
附图说明
图1一种用于火灾救援的室内复合定位方法的用于火灾救援的室内复合定位***示意图。
1.三轴加速度计2.三轴陀螺仪3.三轴磁罗盘4.气压计5.读卡器6.RFID标签7.DSP处理器8.信号采集模块9.航位推算模块10.运动状态提取模块11.室内地图模块12.匹配修正模块13.定点修正模块。
具体实施方式
一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其具体步骤为：
第一步搭建用于火灾救援的室内复合定位***
用于火灾救援的室内复合定位***包括：三轴加速度计1、三轴陀螺仪2、三轴磁罗盘3、气压计4、读卡器5、RFID标签6和DSP处理器7，其中DSP处理器7上运行信号采集模块8、航位推算模块9、运动状态提取模块10、室内地图模块11、匹配修正模块12和定点修正模块13。三轴加速度计1、三轴陀螺仪2、三轴磁罗盘3和气压计4的输出端分别与DSP处理器7的输入端连接，读卡器5与DSP处理器7双向连接，读卡器5和DSP处理器7均固定在救援人员腰部；RFID标签6布设在室内，并通过无线电波与读卡器5进行双向交互。信号采集模块8用于采集三轴加速度计1、三轴陀螺仪2、三轴磁罗盘3、气压计4的信号；航位推算模块9根据信号采集模块8采集到的信号对救援人员的位置进行解算；运动状态提取模块10提取采集到的信号特征，确定救援人员运动状态；室内地图模块11提供室内路径信息；匹配修正模块12根据解算的救援人员位置和提取的救援人员运动状态，结合地图信息进行救援人员位置的匹配修正；定点修正模块13控制读卡器5读取RFID标签6信息，结合地图信息对定位结果进行定点修正。
第二步信号采集模块8采集三轴加速度计1、三轴陀螺仪2、三轴磁罗盘3和气压计4信号
信号采集模块8采集三轴加速度计1的三向加速度信息，采集三轴陀螺仪2的三向角速度信息，采集三轴磁罗盘3的三向磁场强度信息，采集气压计4的当地大气压力信息。
第三步航位推算模块9获得救援人员的位置信息
航位推算模块9根据信号采集模块8获得的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场强度信息和当地大气压力信息，得出步长、航向角以及海拔高度，并进行航位推算，公式为：
（1）
其中，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，为步长，为时刻的航向角。
航位推算模块9通过公式1实现对救援人员的相对位置的确定。
第四步运动状态提取模块10确定救援人员的运动状态
运动状态提取模块10根据信号采集模块8获得的三轴加速度信息和当地大气压力信息的变化判断救援人员上楼、下楼或平走的运动状态；根据信号采集模块8获得的三轴角速度信息和三轴磁场强度信息的变化判断救援人员转弯的运动状态。
第五步匹配修正模块12对救援人员位置进行修正
航位推算模块9获得救援人员位置信息，运动状态提取模块10确定救援人员的运动状态，匹配修正模块12结合室内地图模块11提供的室内路径信息，将位置信息和运动状态与室内路径进行匹配，修正救援人员位置，获得更加精准的救援人员位置信息，公式为：
（2）
其中，为每条路径的开始位置和结束位置，为当前航位推算结果，为匹配修正后的位置信息。
第六步定点修正模块13对救援人员位置进行修正
在RFID标签6事先布设的室内区域，通过读卡器5获取RFID标签6的ID信息，定点修正模块13根据ID信息，并结合地图信息确定救援人员所处位置并进行修正，实现对救援人员位置的定点修正。
信号采集模块8对三轴加速度计1、三轴陀螺仪2、三轴磁罗盘3、气压计4信号进行采集。航位推算模块9通过对航向的解算和运动步长的估计，通过公式（1）进行位置解算。运动状态提取模块10对救援人员的上楼、下楼、转弯或平走的运动状态进行信号特征提取。室内地图模块11中的室内地图事先已经获取，匹配修正模块12根据位置解算结果和运动状态与室内路径进行匹配，通过公式（2）实现对定位结果的匹配修正。RFID标签6采用无源标签，对外界无依赖，事先将RFID标签6在室内关键出入口处进行布置，读取有效范围控制在1.5米之内，并建立起RFID标签6与室内坐标信息的映射关系。当读卡器5读取到RFID标签6时，通过映射关系匹配室内的坐标信息，实现对定位结果的定点修正；通过匹配修正和定点修正补偿航位推算的误差，提高定位精度。

Claims (1)

1.一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其特征在于具体步骤为：
第一步搭建用于火灾救援的室内复合定位***
用于火灾救援的室内复合定位***包括：三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）、读卡器（5）、RFID标签（6）和DSP处理器（7），其中DSP处理器（7）上运行信号采集模块（8）、航位推算模块（9）、运动状态提取模块（10）、室内地图模块（11）、匹配修正模块（12）和定点修正模块（13）；三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）的输出端分别与DSP处理器（7）的输入端连接，读卡器（5）与DSP处理器（7）双向连接，读卡器（5）和DSP处理器（7）均固定在救援人员腰部；RFID标签（6）布设在室内，并通过无线电波与读卡器（5）进行双向交互；信号采集模块（8）用于采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）的信号；航位推算模块（9）根据信号采集模块（8）采集到的信号对救援人员的位置进行解算；运动状态提取模块（10）提取采集到的信号特征，确定救援人员运动状态；室内地图模块（11）提供室内路径信息；匹配修正模块（12）根据解算的救援人员位置和提取的救援人员运动状态，结合地图信息进行救援人员位置的匹配修正；定点修正模块（13）控制读卡器（5）读取RFID标签（6）信息，结合地图信息对定位结果进行定点修正；
第二步信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）信号
信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）的三向加速度信息，采集三轴陀螺仪（2）的三向角速度信息，采集三轴磁罗盘（3）的三向磁场强度信息，采集气压计（4）的当地大气压力信息；
第三步航位推算模块（9）获得救援人员的位置信息
航位推算模块（9）根据信号采集模块（8）获得的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场强度信息和当地大气压力信息，得出步长、航向角以及海拔高度，并进行航位推算，公式为：
（1）
其中，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，为步长，为时刻的航向角；
航位推算模块（9）通过公式（1）实现对救援人员的相对位置的确定；
第四步运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态
运动状态提取模块（10）根据信号采集模块（8）获得的三轴加速度信息和当地大气压力信息的变化判断救援人员上楼、下楼或平走的运动状态；根据信号采集模块（8）获得的三轴角速度信息和三轴磁场强度信息的变化判断救援人员转弯的运动状态；
第五步匹配修正模块（12）对救援人员位置进行修正
航位推算模块（9）获得救援人员位置信息，运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态，匹配修正模块（12）结合室内地图模块（11）提供的室内路径信息，将位置信息和运动状态与室内路径进行匹配，修正救援人员位置，获得更加精准的救援人员位置信息，公式为：
（2）
其中，为每条路径的开始位置和结束位置，为当前航位推算结果，为匹配修正后的位置信息；
第六步定点修正模块（13）对救援人员位置进行修正
在RFID标签（6）事先布设的室内区域，通过读卡器（5）获取RFID标签（6）的ID信息，定点修正模块（13）根据ID信息，并结合地图信息确定救援人员所处位置并进行修正，实现对救援人员位置的定点修正；
信号采集模块（8）对三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）信号进行采集；航位推算模块（9）通过对航向的解算和运动步长的估计，通过公式（1）进行位置解算；运动状态提取模块（10）对救援人员的上楼、下楼、转弯或平走的运动状态进行信号特征提取；室内地图模块（11）中的室内地图事先已经获取，匹配修正模块（12）根据位置解算结果和运动状态与室内路径进行匹配，通过公式（2）实现对定位结果的匹配修正；RFID标签（6）采用无源标签，对外界无依赖，事先将RFID标签（6）在室内关键出入口处进行布置，读取有效范围控制在1.5米之内，并建立起RFID标签（6）与室内坐标信息的映射关系；当读卡器（5）读取到RFID标签（6）时，通过映射关系匹配室内的坐标信息，实现对定位结果的定点修正；通过匹配修正和定点修正补偿航位推算的误差，提高定位精度。
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