CN110296699B - 一种基于地磁场的室内定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地磁场的室内定位方法及装置，方法包括：预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，对所述地磁指纹特征进行降噪预处理后构建地磁指纹库；获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则；实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息。本发明实施例通过对预先采集的地磁指纹特征进行降噪处理，消除指纹库中环境与采集带来的噪声，同时根据室内空间不同的区域类型切换相应的定位规则，避免单一定位规则对匹配定位准确性的影响，提高定位准确性。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于地磁场的室内定位方法及装置。
背景技术
现今，人们对室内场景的位置信息的需求逐渐增大，位置信息的获取有利于人们对未知环境的感知和熟悉，这也致使了室内定位已经成为现阶段一大研究热点，现阶段室内定位技术利用了室内环境中常见的信号类型，包含WiFi，ZigBee，蓝牙，地磁场，超宽带，射频等等，其中，地磁场由于其无需铺设任何硬件辅助设备，具有成本低的优势，逐渐被各行各业所推崇。
目前，地磁场定位的实现方式主要为获取集室内地磁特征指纹地图后，记录各个位置的地磁信号特征并通过管道和磁场匹配完成定位，然而由于在定位时过多使用惯导功能会造成误差累计，同时地磁特征指纹地图本身也具有环境和采集误差，使得地磁场定位方式在低成本的同时无法兼顾较高的准确性。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于地磁场的室内定位方法及装置，旨在解决现有技术中由于惯导误差和指纹库采集误差降低地磁场定位准确性。
本发明的技术方案如下：
一种基于地磁场的室内定位方法,其包括如下步骤：
预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，对所述地磁指纹特征进行降噪预处理后构建地磁指纹库；
获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则；
实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息；所述相应的定位规则包括惯性导航定位和地磁场定位；
所述的基于地磁场的室内定位方法中，所述预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，包括：
根据预设路径特征将待定位室内空间划分为相应的区域类型，每种区域类型预设有相应的采集规则；
按相应的采集规则对不同区域类型的室内空间分别进行地磁指纹特征采集，其具体包括：
当区域类型为网格区域时，根据网格横纵路径进行直线采集；
当区域类型为多向区域时，沿路径方向进行折线采集；所述获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则，具体包括：
当所述初始位置所在的区域类型为网格区域时，将定位规则切换至惯性导航定位；
当所述初始位置所在的区域类型为多向区域时，将定位规则切换至地磁场定位。
所述的基于地磁场的室内定位方法中，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息，具体包括：
当切换为惯性导航定位时，通过连续测量得到的方位角进行方位判断后获取当前的行走方位，并将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标；
当切换为地磁场定位时，将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标。
所述的基于地磁场的室内定位方法中，所述将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标之前，包括：
对测量得到的地磁信号进行降噪预处理。
所述的基于地磁场的室内定位方法中，所述降噪预处理为通过小波变换对待处理数据进行分解重构后输出降噪数据。
本发明又一实施例还提供了一种基于地磁场的室内定位装置，所述装置包括至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述基于地磁场的室内定位方法。
本发明的另一实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，可使得所述一个或多个处理器执行上述的基于地磁场的室内定位方法。
本发明的另一实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述的基于地磁场的室内定位方法。
有益效果：本发明公开了一种基于地磁场的室内定位方法及装置，相比于现有技术，本发明实施例通过对预先采集的地磁指纹特征进行降噪处理，消除指纹库中环境与采集带来的噪声，同时根据室内空间不同的区域类型切换相应的定位规则，避免单一定位规则对匹配定位准确性的影响，提高定位准确性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明提供的基于地磁场的室内定位方法较佳实施例的流程图；
图2为本发明提供的基于地磁场的室内定位装置较佳实施例的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图对本发明实施例进行介绍。
请参阅图1，图1为本发明提供的基于地磁场的室内定位方法较佳实施例的流程图。如图1所示，其包括如下步骤：
S100、预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，对所述地磁指纹特征进行降噪预处理后构建地磁指纹库；
S200、获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则；
S300、实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息。
本实施例中，在进行地磁场室内定位时，需要预设采集待定位室内空间的地磁指纹特征构建室内地磁特征指纹地图，即地磁指纹库，例如在手机客户端写入相应的采集应用，开启该应用并获取规划路径后，按屏幕显示的采集路径开始行走并采集数据，依照步频来确定采集频率，优选为匀速采集保证采集数据的稳定性和准确性，具体地，在行进一步过程中，取每一步长区间内采集到的地磁场强度的平均值作为该步长区间的地磁指纹特征，并且在采集得到地磁指纹特征后，由于采集设备以及环境均具有一定的噪声，影响指纹库采集的准确性，因此对采集到的地磁指纹特征进行降噪预处理之后构建地磁指纹库，以用于后续的磁场匹配定位，有效消除了采集过程以及环境对定位准确性的影响。
当进行室内定位时，先获取当前移动载体的初始位置，根据该初始位置所在区域类型的不同，切换至相应的定位规则，使得定位规则更加符合实际室内环境的特点；之后实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，按照当前区域类型对应的定位规则，将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配定位后得到当前移动载体的位置信息，避免单一定位规则带来的误差累计对匹配定位准确性的影响，提高定位准确性。
进一步地，所述预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，包括：
根据预设路径特征将待定位室内空间划分为相应的区域类型，每种区域类型预设有相应的采集规则；
按相应的采集规则对不同区域类型的室内空间分别进行地磁指纹特征采集。
具体实施时，由于室内空间具有环境路径复杂的特点，按相同的采集规则进行地磁指纹特征采集很可能造成采集路径覆盖率低、准确率低等问题，因此本实施例中，根据预设路径特征将待定位室内空间划分为相应的区域类型，针对不同的区域类型预设有相应的采集规则，按照相应的采集规则对不同区域类型的室内空间分布进行地磁指纹特征的采集，使得地磁指纹特征的采集更具有区域针对性，可根据区域特点规划采集路径，保证指纹库数据采集的完整性和准确性。
进一步地，所述按相应的采集规则对不同区域类型的室内空间分别进行地磁指纹特征采集，具体包括：
当区域类型为网格区域时，根据网格横纵路径进行直线采集；
当区域类型为多向区域时，沿路径方向进行折线采集。
本实施例中，对室内空间的划分主要分为两种，一种为空旷区域，由于路径相邻，因此可按照横纵路径将该区域划分为网格状，针对此类网格区域，其采集规则设置为根据网格横纵路径进行直线采集，另一种例如单路径或者路径宽度小于预设值的区域，例如走廊、环道等等区域，由于路径方向明确，因此针对此类多向区域，其采集规则设置为沿着路径方向进行折线采集，具体的采集路径可根据实际区域路径特点进行设置，例如当区域内拐点为0时，则可沿着单一路径一段式采集，而当拐点不为0时，则可规划多条分段路径进行分段式采集，其中分段路径需要覆盖所有的拐点，即不在拐点处进行路径拆分保证采集时方位的正确性。
进一步地，所述获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则，具体包括：
当所述初始位置所在的区域类型为网格区域时，将定位规则切换至惯性导航定位；
当所述初始位置所在的区域类型为多向区域时，将定位规则切换至地磁场定位。
具体实施时，先获取当前移动载体的初始位置，针对不同室内的区域特征切换至相应的定位规则，使得在尽可能减少误差的情况下满足不同区域的定位需求，具体根据区域类型的划分，当初始位置位于网格区域时，将定位规则切换至惯性导航定位方式，而当初始位置位于多向区域时，则将定位规则切换至地磁场定位方式。由于地磁场定位的优势在于直线匹配，而网格区域由于拐点过多，单一地磁场定位无法有效判断范围，因此需要切换至惯性导航定位方式来辅助磁定位的盲区；而当处于连续单路径的多向区域时，由于其拐点方位在采集时已确定，因此可直接通过地磁场定位方式进行匹配定位，此时无需惯导定位辅助，有效弥补了长期使用惯导带来的累计误差。
进一步地，所述根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息，具体包括：
当切换为惯性导航定位时，通过连续测量得到的方位角进行方位判断后获取当前的行走方位，并将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标；
当切换为地磁场定位时，将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标。
本实施例中，根据不同区域特征切换定位规则后，当处于网格区域时，此时定位规则切换为惯性导航定位，通过连续测量得到的方位角进行方位判断后获取当前的行走方位，并将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标，即处于网格区域时，需要通过判断方向，引入惯性导航进行坐标推算以保证定位的连续性。同时，由于室内环境可能存在磁场异常区域，单次判断可造成判断错误的结果，因此本实施例中采用连续采集判断，通过连续测量得到的方位角获取方位序列，以此来作为行走方位的依据。具体方位的判断过程为，首先，从手机传感器获取方位角，其中，方位角的获取同时伴随着精度级数，一般分为4级(高、中、低、不可靠)，当满足高精度等级(HIGH)时，记录实时方向角，其它则不计入方位判断序列；其次，设定判断步数N(拐弯所需要的步数，一般情况下，所需步数5≥N≥1)；最后，由步数区间得到方位值数组，传入判断方法，得出方向判断结果，具体判断方法为根据步数step，记录方位角，得到方位角数组对应步数区间[step-N+1，step]；之后根据预先划分的方位变化界限判断方位是否发生变化，一般情况下，四方位划分，方位变化界限α取90，八方位划分，则方位变化界限α取45；之后根据最后一次的方位角判断最后行走方位，作为当前的行走方位。
当处于多向区域时，此时定位规则切换为地磁场定位，由于多向区域中的拐点方位在指纹库采集时已确定，因此无需通过惯导辅助判断方位，可直接将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标。
进一步地，所述将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标之前，包括：
对测量得到的地磁信号进行降噪预处理。
即本实施例中，不仅在地磁指纹库采集时通过降噪预处理减少环境和采集误差，同时在定位测量时，针对测量得到的地磁信号同样进行降噪预处理，消除定位时来自环境的随机噪声或者其他磁场异常等影响。
具体实施时，所述降噪预处理为通过小波变换对待处理数据进行分解重构后输出降噪数据，以地磁指纹库采集为例，当采集到待定位空间的地磁指纹特征后，得到匹配指纹序列S，本实施例中通过小波变换对该匹配指纹序列进行分解重构处理，从而降低信号噪声，降噪处理后的匹配指纹序列S'为S′＝h(f(S，M，c))，其中M为预先选择的小波级数，c为预先选择的小波基函数，f为小波分解函数，h为小波重构函数。当然，在其他实施例中，也可选择其他降噪的预处理方式降低环境和设备噪声。
优选地，无论切换为哪种定位规则，在进行磁定位匹配时，采用动态时间规整进行，此匹配方式适用于长度不相等序列的相似度匹配，在磁定位匹配中，定位的测试磁场特征序列由于各人的步幅，步频不同，会形成长度不一的序列，在匹配过程中，需要找出每一步对应于指纹库的最佳匹配点，进而去进行匹配计算，而动态时间规整很好的解决了此类问题，提高了定位的精确度及鲁棒性。
本发明另一实施例提供一种基于地磁场的室内定位装置，如图2所示，装置10包括：
一个或多个处理器110以及存储器120，图2中以一个处理器110为例进行介绍，处理器110和存储器120可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
处理器110用于完成装置10的各种控制逻辑，其可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISCMachine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，处理器110还可以是任何传统处理器、微处理器或状态机。处理器110也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核、或任何其它这种配置。
存储器120作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于地磁场的室内定位方法对应的程序指令。处理器110通过运行存储在存储器120中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行装置10的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于地磁场的室内定位方法。
存储器120可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据装置10使用所创建的数据等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器120可选包括相对于处理器110远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至装置10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个单元存储在存储器120中，当被一个或者多个处理器110执行时，执行上述任意方法实施例中的基于地磁场的室内定位方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S100至步骤S300。
本发明实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S100至步骤S300。
作为示例，非易失性存储介质能够包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦ROM(EEPROM)或闪速存储器。易失性存储器能够包括作为外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。通过说明丽非限制，RAM可以以诸如同步RAM(SRAM)、动态RAM、(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、Synchlink DRAM(SLDRAM)以及直接Rambus(兰巴斯)RAM(DRRAM)之类的许多形式得到。本文中所描述的操作环境的所公开的存储器组件或存储器旨在包括这些和/或任何其他适合类型的存储器中的一个或多个。
本发明的另一种实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述方法实施例的基于地磁场的室内定位方法。例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S100至步骤S300。
综上所述，本发明公开的基于地磁场的室内定位方法及装置中，所述方法包括：预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，对所述地磁指纹特征进行降噪预处理后构建地磁指纹库；获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则；实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息。本发明实施例通过对预先采集的地磁指纹特征进行降噪处理，消除指纹库中环境与采集带来的噪声，同时根据室内空间不同的区域类型切换相应的定位规则，避免单一定位规则对匹配定位准确性的影响，提高定位准确性。
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存在于计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
除了其他之外，诸如"能够'、"能"、"可能"或"可以"之类的条件语言除非另外具体地陈述或者在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则一般地旨在传达特定实施方式能包括(然而其他实施方式不包括)特定特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言一般地不旨在暗示特征、元件和/或操作对于一个或多个实施方式无论如何都是需要的或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有学生输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或操作是否被包括或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。
已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供基于地磁场的室内定位方法及装置的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。
Claims (6)
1.一种基于地磁场的室内定位方法,其特征在于,包括如下步骤：
预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，对所述地磁指纹特征进行降噪预处理后构建地磁指纹库；
获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则；
实时测量所述移动载体所处位置的地磁信号，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息；所述相应的定位规则包括惯性导航定位和地磁场定位；
所述预先采集待定位室内空间的地磁指纹特征，包括：
根据预设路径特征将待定位室内空间划分为相应的区域类型，每种区域类型预设有相应的采集规则；
按相应的采集规则对不同区域类型的室内空间分别进行地磁指纹特征采集，其具体包括：
当区域类型为网格区域时，根据网格横纵路径进行直线采集；
当区域类型为多向区域时，沿路径方向进行折线采集；
所述获取当前移动载体的初始位置，根据所述初始位置所在的区域类型切换至相应的定位规则，具体包括：
当所述初始位置所在的区域类型为网格区域时，将定位规则切换至惯性导航定位；
当所述初始位置所在的区域类型为多向区域时，将定位规则切换至地磁场定位。
2.根据权利要求1所述的基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，根据相应的定位规则将测量得到的地磁信号与所述地磁指纹库进行匹配后得到当前移动载体的位置信息，具体包括：
当切换为惯性导航定位时，通过连续测量得到的方位角进行方位判断后获取当前的行走方位，并将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标；
当切换为地磁场定位时，将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，所述将地磁信号与所述地磁指纹库进行磁定位匹配后得到当前移动载体的位置坐标之前，包括：
对测量得到的地磁信号进行降噪预处理。
4.根据权利要求1或3所述的基于地磁场的室内定位方法，其特征在于，所述降噪预处理为通过小波变换对待处理数据进行分解重构后输出降噪数据。
5.一种基于地磁场的室内定位装置，其特征在于，所述装置包括至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-4任一项所述的基于地磁场的室内定位方法。
6.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，可使得所述一个或多个处理器执行权利要求1-4任一项所述的基于地磁场的室内定位方法。
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