本發(fā)明涉及的是一種導(dǎo)航定位領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于態(tài)勢感知的室內(nèi)外無縫定位裝置和方法。

背景技術(shù)：

無縫定位是支撐智能位置服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，采用不同的定位信息源和不同的定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對各種應(yīng)用場景在時間和空間上的連續(xù)無縫覆蓋。

傳統(tǒng)的定位技術(shù)按照定位場景不同可以分為室內(nèi)和室外兩種，按照定位信號來源可以分為主動和被動兩種。依靠外界人工信號源被動定位的方法，性能受到定位場景和信號環(huán)境的影響，比如在室外樓宇密集的城市峽谷區(qū)域由于受到信號遮擋和嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)，衛(wèi)星定位誤差增大，導(dǎo)航性能下降比較顯著；而室內(nèi)定位則受限于設(shè)備布設(shè)成本以及離線數(shù)據(jù)采集工作量，其覆蓋范圍有限；移動終端利用慣性導(dǎo)航可以實(shí)現(xiàn)主動定位，不會受到應(yīng)用場景的限制，但是由于慣性導(dǎo)航器件的誤差累積效應(yīng)，低成本的慣性導(dǎo)航設(shè)備在沒有外界信息校正下很難滿足長時間且精度符合要求的定位需求。

如今，在城市峽谷等衛(wèi)星信號受限的室外場景采用wi-fi定位技術(shù)成為一項(xiàng)技術(shù)趨勢，但是仍然存在室內(nèi)外定位系統(tǒng)相互覆蓋而引起的不穩(wěn)定切換，以及因存在系統(tǒng)覆蓋盲區(qū)而引起的定位精度下降問題。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號cn102279404a，公開(公告)日2011.12.14，公開了一種無縫定位方法，包括：當(dāng)?shù)孛嬖鰪?qiáng)系統(tǒng)gnss接收到衛(wèi)星信號時，若該衛(wèi)星信號滿足預(yù)設(shè)要求，則選用rtd定位技術(shù)進(jìn)行定位，否則，選用mems定位技術(shù)進(jìn)行定位；當(dāng)?shù)孛嬖鰪?qiáng)系統(tǒng)gnss接收不到衛(wèi)星信號時，若uwb定位技術(shù)可用，則選用uwb定位技術(shù)進(jìn)行定位，否則，選用mems定位技術(shù)進(jìn)行定位；將定位數(shù)據(jù)輸入卡爾曼濾波器，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合計(jì)算得出準(zhǔn)確的定位信息。該技術(shù)與本發(fā)明相比，其無法解決的技術(shù)問題進(jìn)一步包括：該技術(shù)采用各個定位信號源的強(qiáng)度作為選擇定位方法的指標(biāo)，不能直接保證系統(tǒng)定位精度。

中國專利文獻(xiàn)號cn102802225a，公開(公告)日2012.11.28，公開了一種基于歐式距離判決的室內(nèi)外無縫定位切換方法，利用指紋定位中現(xiàn)有的計(jì)算歐式距離的過程，通過計(jì)算采樣點(diǎn)與“進(jìn)門”參考點(diǎn)/“出門”參考點(diǎn)間信號強(qiáng)度指紋向量的歐式距離的絕對值來判斷用戶是否位于室內(nèi)定位的服務(wù)區(qū)內(nèi)，并以此控制用戶機(jī)在室內(nèi)外定位服務(wù)間進(jìn)行切換。該技術(shù)與本發(fā)明相比，其無法解決的技術(shù)問題進(jìn)一步包括：該技術(shù)僅采用采樣點(diǎn)與參考點(diǎn)指紋向量之間的歐 式距離作為判斷室內(nèi)外場景的唯一依據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確切換必然要求參考區(qū)域內(nèi)較高密度的指紋庫，且采用單一指標(biāo)作為依據(jù)，切換的魯棒性和穩(wěn)定性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種基于態(tài)勢感知的室內(nèi)外無縫定位裝置和方法，充分利用移動終端可獲取的多方面信息感知定位場景，并控制終端選擇合適的定位技術(shù)，能夠有效地解決因室內(nèi)外定位系統(tǒng)相互覆蓋以及存在定位系統(tǒng)覆蓋盲區(qū)而引起的定位精度下降問題，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位的無縫切換。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種基于態(tài)勢感知的室內(nèi)外無縫定位裝置，包括：室外定位單元、室內(nèi)定位子單元、輔助定位單元、數(shù)字地圖單元和態(tài)勢感知單元，其中：室外定位單元和室內(nèi)定位單元通過輸出定位信息與態(tài)勢感知單元相連，輔助定位單元通過輸出移動終端的運(yùn)動特征信息與態(tài)勢感知單元相連，數(shù)字地圖單元通過輸出室內(nèi)外邊界信息和地物特征信息與態(tài)勢感知單元相連，態(tài)勢感知單元通過輸出場景識別結(jié)果控制移動終端選擇合適的定位方法并顯示將相應(yīng)的地圖顯示給用戶。

所述的室外定位單元采用目前主流的gps/agps/dpgs模塊，通過測量四顆gps導(dǎo)航衛(wèi)星到定位終端的偽距計(jì)算當(dāng)前定位結(jié)果，精度要求較高時通過dgps系統(tǒng)提供的差分信息提高精度，首次定位時間要求較短時通過agps系統(tǒng)提供的粗略位置和星歷信息等加快定位。

所述的室內(nèi)定位單元采用較成熟的wifi指紋匹配方法，搜索并測量當(dāng)前位置上各個wifi節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度(指紋信息)，并將指紋信息發(fā)送至wifi定位計(jì)算服務(wù)器，wifi定位計(jì)算服務(wù)器將定位信息返回給移動終端的室內(nèi)定位單元。

所述的輔助定位單元為移動終端自帶的多種慣性導(dǎo)航器件，包括：加速度計(jì)、陀螺儀、氣壓計(jì)和電子羅盤。其中：加速度計(jì)輸出移動終端的加速度測量值，陀螺計(jì)輸出對應(yīng)軸的角速度測量值，氣壓計(jì)輸出移動終端的高度測量值，電子羅盤輸出移動終端的方位角。

所述的數(shù)字地圖單元包括數(shù)字地圖中的室內(nèi)外場景邊界信息和場景特征信息、室內(nèi)外切換定位誤差上下界數(shù)據(jù)、地圖顯示控制模塊。

所述的態(tài)勢感知單元包括：基于定位坐標(biāo)和定位誤差的態(tài)勢感知模塊、基于運(yùn)動特征和定位信息的態(tài)勢感知模塊。

所述的室外定位信息包括：捕獲到的gps衛(wèi)星個數(shù)、室外信號強(qiáng)度、幾何精度因子、室外定位殘差、室外定位坐標(biāo)和室外定位誤差。

所述的室內(nèi)定位信息包括：捕獲到的wi-fi接入點(diǎn)個數(shù)、室內(nèi)信號強(qiáng)度、指紋匹配殘差、室內(nèi)定位殘差、室內(nèi)定位坐標(biāo)和室內(nèi)定位誤差。

所述的本發(fā)明涉及運(yùn)用上述系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)外無縫定位的方法，包括以下步驟：

s1，室外定位單元周期性地輸出移動終端定位信息至態(tài)勢感知單元；

s2，態(tài)勢感知單元根據(jù)室外定位單元給出的定位信息以及地圖數(shù)據(jù)判斷移動終端的運(yùn)動場景，若無法判斷則執(zhí)行步驟s3；

s3，室內(nèi)定位單元周期性地輸出移動終端定位信息至態(tài)勢感知單元；

s4，態(tài)勢感知單元根據(jù)室內(nèi)定位單元給出的定位信息以及地圖數(shù)據(jù)判斷移動終端的運(yùn)動場景，若無法判斷則執(zhí)行步驟s5；

s5，輔助定位單元輸出移動終端的運(yùn)動特征信息至態(tài)勢感知單元，結(jié)合室內(nèi)/室內(nèi)定位單元的定位信息判斷移動終端的運(yùn)動場景；

s6，移動終端根據(jù)態(tài)勢感知單元判斷的運(yùn)動場景結(jié)果選擇執(zhí)行定位算法，輸出移動終端定位結(jié)果并將相應(yīng)場景的地圖顯示給用戶。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用室內(nèi)外定位單元輸出的定位坐標(biāo)和定位誤差判斷場景，通過合理選擇閾值能夠在保證精度的同時有效地解決因室內(nèi)外定位系統(tǒng)相互覆蓋而引起的不穩(wěn)定切換，利用慣性導(dǎo)航器件輸出的用戶運(yùn)動特征判斷場景，通過與室內(nèi)外定位單元及地圖數(shù)據(jù)聯(lián)合，有效解決因存在系統(tǒng)覆蓋盲區(qū)而引起的定位精度下降問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無縫定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中定位系統(tǒng)從室外向室內(nèi)無縫切換的流程圖；

圖3為本發(fā)明中基于室內(nèi)外定位誤差的態(tài)勢感知示意圖；

圖4為本發(fā)明中基于運(yùn)動特征和定位信息的態(tài)勢感知示意圖；

圖中：室外定位單元1、室內(nèi)定位單元2、輔助定位單元3、數(shù)字地圖單元4，態(tài)勢感知單元5。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例涉及一種基于態(tài)勢感知的室內(nèi)外無縫定位裝置，包括：室外定位單元1、室內(nèi)定位單元2、輔助定位單元3、數(shù)字地圖單元4和態(tài)勢感知單元5，其中：室外定位單元1和室內(nèi)定位單元2通過輸出定位信息與態(tài)勢感知單元5相連，輔助定位單元3通過輸出移動終端的運(yùn)動特征信息與態(tài)勢感知單元5相連，數(shù)字地圖單元4通過輸出室內(nèi)外邊界信息 和地物特征信息與態(tài)勢感知單元5相連，態(tài)勢感知單元5通過輸出場景識別結(jié)果控制移動終端選擇合適的定位方法并顯示將相應(yīng)的地圖顯示給用戶。

本實(shí)施例為室外向室內(nèi)的無縫定位切換，系統(tǒng)優(yōu)先選擇室外定位單元，再選擇室內(nèi)定位單元進(jìn)行場景判斷；若為室內(nèi)向室外的無縫定位切換，則系統(tǒng)優(yōu)先選擇室內(nèi)定位單元，再選擇室外定位單元進(jìn)行場景判斷。

如圖2和圖3所述，本實(shí)施例涉及運(yùn)用上述系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)外無縫定位的方法，包括以下步驟：

s1，態(tài)勢感知單元5周期性地采集室外定位單元1輸出的室外定位信息；

s2，態(tài)勢感知單元5根據(jù)室外定位單元1給出的室外定位信息以及地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行室外定位判斷，具體的判斷步驟為：

s21，讀取室外定位信息中的室外定位坐標(biāo)pout及其相應(yīng)誤差eout，讀取地圖數(shù)據(jù)中的室外定位誤差上界e1out和下界e2out；

s22，比較eout與e1out，eout＜e1out時執(zhí)行步驟s23，否則執(zhí)行步驟s3；

s23，判斷室外定位誤差圓與地圖數(shù)據(jù)中的場景邊界是否相交，相交則執(zhí)行步驟s24，否則利用室外定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，若為室外則結(jié)束判斷，轉(zhuǎn)步驟s6，若為室內(nèi)則執(zhí)行步驟s4；

s24，比較eout與e2out，eout≥e2out時執(zhí)行步驟s3，否則利用室外定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，若為室外則結(jié)束判斷，轉(zhuǎn)步驟s6，若為室內(nèi)則執(zhí)行步驟s3；

s3，態(tài)勢感知單元5采集室內(nèi)定位單元2輸出的室內(nèi)定位信息；

s4，態(tài)勢感知器5根據(jù)室內(nèi)定位子系統(tǒng)2給出的定位信息以及地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)定位判斷，具體的判斷步驟為：

s41，讀取室內(nèi)定位單元2輸出的室內(nèi)定位坐標(biāo)pin及其相應(yīng)誤差ein，讀取地圖數(shù)據(jù)中的室內(nèi)定位誤差上界e1in和下界e2in；

s42，比較ein與e1in，ein＜e1in時執(zhí)行步驟s43，否則執(zhí)行步驟s5；

s43，判斷室內(nèi)定位誤差圓與地圖數(shù)據(jù)中的場景邊界是否相交，相交則執(zhí)行步驟s44，否則利用室內(nèi)定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，若為室內(nèi)則結(jié)束判斷，轉(zhuǎn)步驟s6，若為室外則執(zhí)行步驟s45；

s44，比較ein與e2in，ein≥e2in時執(zhí)行步驟s5，否則利用室內(nèi)定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，若為室內(nèi)則結(jié)束判斷，轉(zhuǎn)步驟s6，若為室外則執(zhí)行步驟s45；

s45，比較ein與eout，ein<eout時利用室內(nèi)定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，ein>eout時利用室外定位坐標(biāo)與邊界線坐標(biāo)的幾何關(guān)系判斷移動終端位于室內(nèi)還是室外，結(jié)束判斷，轉(zhuǎn)步驟s6；

s5，輔助定位單元3輸出移動終端的運(yùn)動特征信息至態(tài)勢感知單元5，態(tài)勢感知單元5根據(jù)運(yùn)動特征信息提取移動終端的運(yùn)動特點(diǎn)，結(jié)合室外定位單元1和室內(nèi)定位單元2的定位信息判斷移動終端的運(yùn)動場景，具體的判斷步驟為：

s51，態(tài)勢感知單元5讀取輔助定位單元3輸出信號的時域和頻域特征，感知移動終端的運(yùn)動特點(diǎn)；

s52，讀取室外定位單元1捕獲到的gps衛(wèi)星個數(shù)、室外定位信號強(qiáng)度、幾何精度因子和室外定位殘差，讀取室內(nèi)定位單元2捕獲到的wi-fi接入點(diǎn)個數(shù)、室內(nèi)定位信號強(qiáng)度、指紋匹配殘差和室內(nèi)定位殘差；

s53，讀取地圖數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)信息；結(jié)合運(yùn)動特點(diǎn)判斷移動終端5的運(yùn)動場景為室內(nèi)或室外；

s6，移動終端根據(jù)態(tài)勢感知單元5判斷的運(yùn)動場景結(jié)果選擇執(zhí)行定位算法，并輸出移動定位結(jié)果。

所述的地圖數(shù)據(jù)包括：場景邊界信息、場景特征信息、室外定位誤差上界e1out和下界e2out、室內(nèi)定位誤差上界e1in和下界e2in，通過對實(shí)際應(yīng)用場景以穩(wěn)定切換為目標(biāo)進(jìn)行離線訓(xùn)練獲得。