基于多模型组合算法的室内定位系统研发

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随着我国城镇化进程的不断加快,信息、能源、资本、人口等要素呈现出了高密度聚集的态势,进而促进了建筑的复杂化、大型化发展。新型建筑的发展给人们生活提供了更加舒适、便捷的环境,但由于室内建筑结构日趋复杂和庞大,使得人们在大型室内环境中经常出现丢失方向、重复转弯等问题,不仅直接影响了人们的行动效率,也间接减小了场所的功能效益,因此复杂室内环境下的位置服务需求变得极为迫切。目前,无线通信技术被广泛应用于室内定位研究当中,但其中的红外线、超声波、RFID等室内定位技术需要专有的接收端设备,定位成本昂贵,并不能实现大范围的室内定位。而随着智能终端和移动互联网的快速发展,WIFI被广泛分布在商厦、机场、酒店、展览会馆等室内公共场所,并且WIFI的接收装置为人们日常使用的智能手机,利用WIFI实现室内定位可以节省大量的设备成本,但是单独使用WIFI实现定位有着稳定性差的问题。地磁信号相较于WIFI信号,有着更强的时间稳定性,但由于地磁信号强度仅有X,Y,Z三维数据,在不同参考点的地磁信号可能会相同,单独使用地磁进行定位的精度较低。为了克服各类单一定位方法的固有缺陷,本文研究了一种基于多模型组合算法的室内定位方法,并基于该方法设计一套大型商业综合体室内定位系统。具体工作如下所示:第一,从接收设备自身因素和外界因素两个角度分析WIFI信号和地磁信号。在设备自身因素方面,发现地磁信号受手机位姿的影响非常大,为了减小该影响,本文选择利用手机的旋转矩阵修正了该类误差。在修正了自身误差之后,从时间稳定性、空间差异性、人体朝向、手机类型和手机高度五个方面分析了WIFI和地磁信号的特性,并针对这些特性提出了较为完善的指纹数据采集方式、传感器布局方法和指纹数据库设计方法。第二,针对WIFI和地磁信号的特点,提出了一种基于WIFI和地磁的组合定位方法。该方法为了兼顾定位精度和定位时间,将定位过程分为粗定位和精定位两个阶段,每个阶段分别使用WIFI定位算法和地磁定位算法进行定位坐标估计。为了进一步提高定位效果,本章还对WIFI定位算法进行了改进,强调了相邻时刻指纹的时序性,同时利用Hausdorff距离实现地磁序列的匹配,提高了地磁定位的容错性。最后,对不同算法进行了实验与分析,检验了组合定位算法的效果,并且从AP数量、采集指纹数量、K值大小和地磁序列长度四个方面,探究数据采集方式和算法中参数对定位效果的影响作用。第三,对室内定位系统的总体架构进行设计,将整个室内定位系统分为指纹数据采集和实时定位两个小系统,并分别对两者的结构设计和开发进行了详细阐述,最后在综合商场中进行了实际环境下的测试,验证了该系统在较复杂室内环境下定位的可行性和精确性,在一定程度上证明了系统的实用意义。
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