一种基于矩阵变换的室内定位方法及系统

文档序号:934026 发布日期:2021-03-05 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于矩阵变换的室内定位方法及系统 (Indoor positioning method and system based on matrix transformation ) 是由 崔亮 韩为志 赵�权 刘庆 于 2020-11-19 设计创作,主要内容包括:本发明涉及室内定位技术领域,具体为一种基于矩阵变换的室内定位方法及系统,在服务器端的室内地图上设定若干个位置的标记点;采集智能设备定位信息,将智能设备内的惯性导航设备的坐标系上传服务器端,服务器端通过矩阵变换将惯性导航设备的坐标系转换为地图坐标系,并根据地图坐标系在室内地图上标注惯性导航定位点;通过室内设置的若干蓝牙信标检测智能设备是否位于标记点,对惯性导航进行标记点修正;若检测到智能设备在室内定点位置进行充电,并检测到用户操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置。本方案解决了室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。(The invention relates to the technical field of indoor positioning, in particular to an indoor positioning method and system based on matrix transformation, wherein mark points of a plurality of positions are set on an indoor map of a server; acquiring positioning information of intelligent equipment, uploading a coordinate system of inertial navigation equipment in the intelligent equipment to a server side, converting the coordinate system of the inertial navigation equipment into a map coordinate system by the server side through matrix transformation, and marking an inertial navigation positioning point on an indoor map according to the map coordinate system; detecting whether the intelligent equipment is positioned at the mark point or not through a plurality of indoor Bluetooth beacons, and correcting the mark point for inertial navigation; and if the intelligent equipment is detected to be charged at the indoor fixed point position and the intelligent equipment is detected to be operated by the user, judging whether the inertial navigation positioning point is consistent with the indoor charging fixed point position, and if not, correcting the inertial navigation positioning point to the indoor charging fixed point position. The scheme solves the problems of weak satellite signals and low positioning precision in an indoor environment.)

一种基于矩阵变换的室内定位方法及系统

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域,具体为一种基于矩阵变换的室内定位方法及系统。

背景技术

卫星定位系统是一种使用卫星对某物进行准确定位的技术,它从最初的定位精度低、不能实时定位、难以提供及时的导航服务,发展到现如今的高精度GPS全球定位系统,实现了在任意时刻、地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以便实现导航、定位、授时等功能。卫星定位可以用来引导飞机、船舶、车辆、以及个人,安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地,卫星定位还可以应用到手机追寻等功能中。

但是在室内环境下,卫星信号太弱,时常会出现定位不准确的情况,所以在室内环境无法使用卫星定位时,使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位,解决卫星信号无法穿透建筑物的问题。

因此现在继续一种能解决上述问题的基于矩阵变换的室内定位方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于解决室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。

本发明提出一种基于矩阵变换的室内定位方法,包括如下内容:

S1,在服务器端的室内地图上设定若干个位置的标记点;

S2,采集智能设备的定位信息,将智能设备内的惯性导航设备的坐标系上传服务器端,服务器端通过矩阵变换将惯性导航设备的坐标系转换为地图坐标系,并根据地图坐标系在室内地图上标注惯性导航定位点;

S3,通过室内设置的若干蓝牙信标检测智能设备是否位于标记点,若处于,则判断蓝牙定位识别到智能设备处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置;

S4,若检测到智能设备在室内定点位置进行充电,并检测到用户操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置。

与现有技术相比,本方案的优点在于:1、在室内环境下,卫星信号无法穿透建筑物,定位不准确,所以本方案采用惯性导航进行室内定位,以室内卫星定位不准确的问题,但是惯性导航在使用过程中会出现误差,而每次出现的误差会积累,可能一次误差只是一个小的偏差,对定位精确度影响很小,但是每次误差都积累起来,就会造成惯性导航定位不准确,所以本方案在惯性导航的基础上,辅助标记点定位和用户操作识别定位矫正惯性导航的积累误差,形成新的室内定位方法,解决了室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。

2、标记点定位是在服务器端的室内地图上设定若干个位置的标记点,并通过蓝牙定位检测智能设备是否位于标记点,若处于,则判断蓝牙定位识别到智能设备处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置。所以标记点定位需要在房间内设置3个以上的蓝牙信标。但是蓝牙的传输距离有限,蓝牙信号的传输还会受到障碍物阻挡,因此在室内环境大,房间多的情况下,需要设置多个蓝牙信标,来进行标记点定位,这样加大了成本。所以借助每个房间都会设置多个充电插座和智能设备可以自测其是否连接充电插座和是否有用户在操作智能设备的功能,进行用户操作识别定位,来矫正惯性导航的积累误差。

进一步,所述室内定位方法还包括:S5,根据卫星定位信号的强弱判断切换室内/室外定位模式,当卫星定位信号的强度高于设置阈值时,切换到室外定位模式,智能设备根据卫星定位信号进行定位,当卫星定位信号的强度低于设置阈值时,切换到室内定位模式,智能设备根据其内置的惯性导航设备进行定位。

有益效果:根据卫星定位信号的强弱判断切换室内/室外定位模式,有利于保证用户当前使用的定位方式是最精准的定位方式,例如一些室内环境下卫星定位能满足精确定位的需求,则不需要切换定位方式。

进一步,所述S5中,当智能设备的卫星定位,在指定时间间隔内连续定位失败后,或者接收到的卫星定位信号的强度低于设置阈值后,自动切换为惯性导航设备定位;当惯性导航设备的当前位置,距离初始化位置的距离超过指定阈值,并且智能设备的应用程序端的卫星定位信号的强度达到最低阈值要求后,自动切换为卫星定位。

有益效果:对于定位模式的切换不是只依靠与对卫星信号强弱的判断,增加了指定时间间隔内连续定位失败和距离初始化位置的距离超过指定阈值,提高了自动切换定位模式的灵敏度和准确性。

进一步,统计智能设备在室内定点位置进行充电并检测到用户操作智能设备的次数,定期将该次数除以智能设备在室内定点位置进行充电的次数,得到操作概率值,对比操作概率值和预设的操作概率阈值,若操作概率值低于操作概率阈值,则向用户发出携带提示信息。

有益效果:通过计算一定时间段内操作概率值,可以简单判断用户对智能设备的使用度,在智能设备是手机的情况下,可以通过用户对手机的使用度,简单预测用户是否经常忘记带手机,并对可能是进场忘记带手机的用户进行提醒。

进一步,通过智能设备可以直接切换室内/室外定位模式。

有益效果:通过智能设备的应用程序可以直接切换室内/室外定位模式,用户可以根据随意切换定位模式,方便用户对室内定位模式或者室外定位模式进行测试。

本发明提出一种基于矩阵变换的室内定位系统,包括服务器、设置模块、惯性导航模块、蓝牙定位模块、卫星定位模块和用户操作识别模块;

所述服务器可与智能设备连接,服务器端储存有室内地图,服务器端通过矩阵变换将惯性导航设备的坐标系转换为地图坐标系;

所述设置模块,用于对在服务器端的室内地图设定若干个标记点,设置卫星定位信号的强弱判断的阈值,设置惯性导航的定位点距离初始化位置的距离的阈值和操作概率阈值;

所述惯性导航模块,用于智能设备的惯性导航;

所述蓝牙定位模块,用于检测智能设备是否位于标记点,并判断蓝牙定位识别到智能设备处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置;

所述卫星定位模块,用于智能设备的卫星定位;

所述用户操作识别模块,用于识别智能设备是否在室内定点位置进行充电,并检测用户是否在操作智能设备,若智能设备在室内定点位置进行充电并检测用户在操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置。

与现有技术相比,本方案的优点在于:借助惯性导航技术,辅助标记点定位和用户操作识别定位矫正惯性导航的积累误差,并将室内定位与卫星定位相结合,实现新的室内定位方式,解决了室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。标记点定位和用户操作识别定位共同对惯性导航的误差进行矫正,相对于只采用标定点定位对惯性导航的误差进行矫正,具有更好的误差矫正效果。

进一步,所述室内定位系统还包括检测模块,所述检测模块,用于检测卫星定位信号的强弱,并根据卫星定位信号的强弱判断切换室内/室外定位模式,当卫星定位信号的定位精度高于设置阈值时,切换到室外定位模式,智能设备根据卫星定位信号进行定位,当卫星定位信号的定位精度低于设置阈值时,切换到室内定位模式,智能设备根据其内置的惯性导航设备进行定位。

有益效果:采用检测模块检测卫星定位信号的强弱,并根据卫星定位信号的强弱判断切换室内/室外定位模式,有利于保证用户当前使用的定位方式是最精准的定位方式。

进一步,所述检测模块检测到智能设备的卫星定位在指定时间间隔内连续定位失败后,或者接收到的卫星定位信号的强度低于设置阈值后,自动切换为惯性导航设备定位;

所述检测模块检测到当惯性导航设备的当前位置,距离初始化位置的距离超过指定阈值,并且智能设备的应用程序端的卫星定位信号的强度达到最低阈值要求后,自动切换的卫星定位。

有益效果:检测模块不是只依靠与对卫星信号强弱的检测来切换定位模式,增加了指定时间间隔内连续定位失败和距离初始化位置的距离超过指定阈值,从而提高了自动切换定位模式的灵敏度和准确性。

进一步,所述基于矩阵变换的室内定位系统还包括统计模块和提示模块,统计模块与检测模块和提示模块连接,所述统计模块用于统计智能设备在室内定点位置进行充电并检测到用户操作智能设备的次数,定期将该次数除以智能设备在室内定点位置进行充电的次数,得到操作概率值,对比操作概率值和预设的操作概率,若操作概率值低于阈值,则通过提醒模块提醒用户记住带智能设备。

有益效果:检测装置通过计算一定时间段内操作概率值,可以简单判断用户对智能设备的使用度,在智能设备是手机的情况下,可以通过提醒模块提醒用户对手机的使用度,简单预测用户是否进场忘记带手机,并对可能是经常忘记带手机的用户进行提醒。

进一步,所述室内定位系统还包括控制模块,所述控制模块用于直接切换室内/室外定位模式。

有益效果:采用控制模块可以直接切换室内/室外定位模式,用户可以根据随意切换定位模式,方便用户对室内定位模式或者室外定位模式进行测试。

附图说明

图1是本发明的一种基于矩阵变换的室内定位方法的流程图;

图2是本发明的一种基于矩阵变换的室内定位系统的原理示意图。

具体实施方式

说明书附图中的附图标记包括:服务器1、设置模块2、惯性导航模块3、蓝牙定位模块4、卫星定位模块5、检测模块6、用户操作识别模块7、统计模块8、提醒模块9、控制模块10。

实施例一

实施例一基本如附图1所示:一种基于矩阵变换的室内定位方法,包括如下内容:

S1,在服务器端的室内地图上设定若干个位置的标记点。

S2,采集智能设备的定位信息,将智能设备内的惯性导航设备的坐标系上传服务器端,服务器端通过矩阵变换将惯性导航设备的坐标系转换为地图坐标系,并根据地图坐标系在室内地图上标注惯性导航定位点。

S3,通过室内设置的三个及其以上蓝牙信标检测智能设备是否位于标记点,若处于,则判断蓝牙定位识别到智能设备处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置;其中蓝牙定位的具体步骤为:单一的一个蓝牙信标是一个固定坐标,以固定坐标的原点为圆心,所在位置距离蓝牙信标的距离为半径确定一个圆,三个及其以上的固定坐标,形成三个圆,三个圆在空间内相交,通过室内定位算法,确定所在位置坐标。

S4,若检测到智能设备在室内定点位置进行充电,并检测到用户操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置,具体为:

S401,统计智能设备在室内定点位置进行充电并检测到用户操作智能设备的次数,定期将该次数除以智能设备在室内定点位置进行充电的次数,得到操作概率值;

S402,对比操作概率值和预设的操作概率阈值;

S403,若操作概率值低于操作概率阈值,则通过智能设备向用户发出携带提示信息。

S5,根据卫星定位信号的强弱判断切换室内/室外定位模式,当卫星定位信号的强度高于设置阈值时,切换到室外定位模式,智能设备根据卫星定位信号进行定位,当卫星定位信号的强度低于设置阈值时,切换到室内定位模式,智能设备根据其内置的惯性导航设备进行定位。具体为当智能设备的卫星定位,在指定时间间隔内连续定位失败后,或者接收到的卫星定位信号的强度低于设置阈值后,自动切换为惯性导航设备定位;当惯性导航设备的当前位置,距离初始化位置的距离超过指定阈值,并且智能设备的应用程序端的卫星定位信号的强度达到最低阈值要求后,自动切换为卫星定位。

此外用户可以通过智能设备的应用程序可以直接切换室内/室外定位模式,所述智能设备包括智能手机、平板等。

本方法在室内环境下,卫星信号无法穿透建筑物,定位不准确,采用惯性导航进行室内定位,以室内卫星定位不准确的问题,但是惯性导航在使用过程中会出现误差,而每次出现的误差会积累,可能一次误差只是一个小的偏差,对定位精确度影响很小,但是每次误差都积累起来,就会造成惯性导航定位不准确,所以本方案在惯性导航的基础上,辅助标记点定位和用户操作识别定位矫正惯性导航的积累误差,形成新的室内定位方法,解决了室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。标记点定位是在服务器端的室内地图上设定若干个位置的标记点,并通过蓝牙定位检测智能设备是否位于标记点,若处于,则判断蓝牙定位识别到智能设备处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置。所以标记点定位需要在房间内设置3个以上的蓝牙信标。但是蓝牙的传输距离有限,蓝牙信号的传输还会受到障碍物阻挡,因此在室内环境大,房间多的情况下,需要设置多个蓝牙信标,来进行标记点定位,这样加大了成本。所以借助每个房间都会设置多个充电插座和智能设备可以自测其是否连接充电插座和是否有用户在操作智能设备的功能,进行用户操作识别定位,来矫正惯性导航的积累误差。

对于定位模式的切换不是只依靠与对卫星信号强弱的判断,增加了指定时间间隔内连续定位失败和距离初始化位置的距离超过指定阈值,提高了自动切换定位模式的灵敏度和准确性。通过计算一定时间段内操作概率值,可以简单判断用户对智能设备的使用度,在智能设备是手机的情况下,可以通过用户对手机的使用度,简单预测用户是否进场忘记带手机,并对可能是经常忘记带手机的用户进行提醒。通过智能设备的应用程序可以直接切换室内/室外定位模式,用户可以根据随意切换定位模式,方便用户对室内定位模式或者室外定位模式进行测试。

实施例二

实施例二基本如附图2所示:一种基于矩阵变换的室内定位系统,包括服务器1、设置模块2、惯性导航模块3、蓝牙定位模块4、卫星定位模块5、检测模块6、用户操作识别模块7、统计模块8、提醒模块9和控制模块10。

所述服务器1可与智能设备连接,服务器1端储存有室内地图,服务器1端通过矩阵变换将惯性导航设备的坐标系转换为地图坐标系;

所述设置模块2,用于对在服务器1端的室内地图设定若干个标记点,设置卫星定位信号的强弱判断的阈值,设置惯性导航的定位点距离初始化位置的距离的阈值和操作概率阈值;

所述惯性导航模块3,用于智能设备的惯性导航,惯性导航模块3包括惯性导航设备,所述惯性导航设备为智能设备内置的陀螺仪和加速度计;

所述蓝牙定位模块4,用于检测智能设备是否位于标记点,并判断蓝牙定位识别到手机处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置,蓝牙定位模块4包括若干个蓝牙信标,蓝牙网关,所述蓝牙信标数量等于或者大于三个;

所述卫星定位模块5,用于智能设备的卫星定位;

所述检测模块6,用于检测卫星定位信号的强弱,所述检测模块6检测到智能设备的卫星定位在指定时间间隔内连续定位失败后,或者接收到的卫星定位信号的强度低于设置阈值后,自动切换为惯性导航设备定位,所述检测模块6检测到当惯性导航设备的当前位置,距离初始化位置的距离超过指定阈值,并且智能设备的应用程序端的卫星定位信号的强度达到最低阈值要求后,自动切换的卫星定位;

所述用户操作识别模块7,用于识别智能设备是否在室内定点位置进行充电,并检测用户是否在操作智能设备,若智能设备在室内定点位置进行充电并检测用户在操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置;

所述统计模块8与检测模块6和提醒模块9连接,统计模块8用于统计智能设备在室内定点位置进行充电并检测到用户操作智能设备的次数,定期将该次数除以智能设备在室内定点位置进行充电的次数,得到操作概率值,对比操作概率值和预设的操作概率,若操作概率值低于阈值,则通过提醒模块提醒用户记住带智能设备;

所述提醒模块用于提醒用户记住带智能设备;

所述控制模块10用于直接切换室内/室外定位模式。

具体使用:在用户通过设置模块2对在服务器1端的室内地图设定若干个标记点,设置卫星定位信号的强弱判断的阈值,设置惯性导航的定位点距离初始化位置的距离的阈值和操作概率阈值的前提下

检测模块6检测到智能设备的卫星定位在指定时间间隔内连续定位失败后,或者接收到的卫星定位信号的强度低于设置阈值后,自动切换为惯性导航设备定位,所述检测模块6检测到当惯性导航设备的当前位置,距离初始化位置的距离超过指定阈值,并且智能设备的应用程序端的卫星定位信号的强度达到最低阈值要求后,自动切换的卫星定位。

当定位模式为室内定位模式,采用惯性导航设备定位时,蓝牙定位模块4会检测智能设备是否位于标记点,并判断蓝牙定位识别到手机处于的标记点与惯性导航定位点是否一致,若不一致则将惯性导航定位点修正为标记点位置,同时,用户操作识别模块7会智能设备是否在室内定点位置进行充电,并检测用户是否在操作智能设备,若智能设备在室内定点位置进行充电并检测用户在操作智能设备,则判断惯性导航定位点与室内充电的定点位置是否一致,若不一致,则将惯性导航定位点修正为室内充电的定点位置。此外统计模块8会统计智能设备在室内定点位置进行充电并检测到用户操作智能设备的次数,定期将该次数除以智能设备在室内定点位置进行充电的次数,得到操作概率值,对比操作概率值和预设的操作概率,若操作概率值低于阈值,则通过提醒模块提醒用户记住带智能设备。

用户也可以根据自己的需求直接通过控制模块10切换室内/室外定位模式,如需要测试室外/室内定位模式功能是否完好。

本系统借助惯性导航技术,辅助标记点定位和用户操作识别定位矫正惯性导航的积累误差,并将室内定位与卫星定位相结合,实现室内外切换一体的集成定位方式,解决了室内环境下卫星信号弱,定位精度低的问题。标记点定位和用户操作识别定位共同对惯性导航的误差进行矫正,相对于只采用标定点定位对惯性导航的误差进行矫正,具有更好的误差矫正效果。

采用智能设备内置的陀螺仪和加速度计进行惯性导航,节约了成本,提高了陀螺仪和加速度计的利用率。单一的一个蓝牙信标是一个固定坐标,以固定坐标的原点为圆心,所在位置距离蓝牙信标的距离为半径确定一个圆,三个及其以上的固定坐标,形成三个圆,三个圆在空间内相交,通过室内定位算法,确定所在位置坐标,采用蓝牙信标进行标记点定位,节约了成本,而且蓝牙信标使用寿命长。检测模块6不是只依靠与对卫星信号强弱的检测来切换定位模式,增加了指定时间间隔内连续定位失败和距离初始化位置的距离超过指定阈值,从而提高了自动切换定位模式的灵敏度和准确性。

检测模块6通过计算一定时间段内操作概率值,可以简单判断用户对智能设备的使用度,在智能设备是手机的情况下,可以通过提醒模块提醒用户对手机的使用度,简单猜测用户是否进场忘记带手机,并对可能是进场忘记带手机的用户进行提醒。

以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

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