本發(fā)明涉及移動終端應用領域以及基于位置的線上線下(o2o)融合的領域，特別是涉及一種借助專用終端及智能終端的室內(nèi)外融合定位方法，不僅適用于人，而且適用于智能設備和可穿戴設備，如機器人、智能眼鏡、智能鞋墊等。
背景技術(shù)：
基于位置的應用，是目前人類最常見、最剛需的應用。目前室外定位已經(jīng)成熟，借助于gps導航衛(wèi)星、以及無線通信基站，定位精度已經(jīng)達到5米左右，借助于室外定位，人們可以達到所需要去的大廈等目標；但是對于室內(nèi)定位，由于gps信號不能到達大的大廈內(nèi)部，所以不能用室外的方法進行定位，近十年來，許多公司和科研機構(gòu)進行了大量的室內(nèi)定位研究(請見下面關(guān)于室內(nèi)定位方法的總結(jié))，除了一些專用的方法如部署uwb、rfid等室內(nèi)基站系統(tǒng)，沒有一個低成本面向社會大眾的通用定位方法；同時由于室內(nèi)環(huán)境的多樣性和易變性，使得室內(nèi)地圖的獲取變得非常困難，這也從一定程度上使得室內(nèi)定位難以推廣。
從應用的角度來看定位，目標總是活動在一定區(qū)域，在移動互聯(lián)網(wǎng)的定制化、個人化時代，面向個人和特定應用場景的定位必將稱為趨勢，而這種定位必然是區(qū)域的定位，即個人日?；顒拥膮^(qū)域，這個區(qū)域包括相關(guān)的室外和室外環(huán)境，如一個商務人士從辦公室出發(fā)，到客戶大樓內(nèi)客戶公司所在房間；休閑人士從家里出發(fā)，達到游覽勝地，需要瀏覽地的詳細導航信息，而這個游覽地雖然在室外，但是目前的室外定位運營商也沒有提供詳細的地圖信息及導航服務；又比如大型廠區(qū)內(nèi)，有室外空間，也有大的廠房等室內(nèi)空間等等。這里的區(qū)域，就是涉及目標定位需求的有限范圍的室內(nèi)外區(qū)域的組合，從技術(shù)上將，這里的室內(nèi)不僅僅指建筑物室內(nèi)，也包括雖然物理上是室外，但是沒有提供詳細定位服務的室外空間如室外大型停車場、公園、游覽勝地等。
區(qū)域定位的幾個特點：一是精度高，必須一米左右甚至米以內(nèi)，因為有尋找和進入停車位的需求、找餐桌的需求，移動式機器人室內(nèi)定位、導航等；二是室內(nèi)外融合，也就是說不能只管室外，進了大樓里面就不管了；三是室內(nèi)的概念模糊化，代之以高精度的要求，比如停車場和公園，雖然是在室外，但是由于它要精確到1米左右，所以要用室內(nèi)定位的技術(shù)，達到室內(nèi)定位的1米左右的精度才行，這個時候應該是室外的環(huán)境，室內(nèi)的技術(shù)，從技術(shù)上定義為室內(nèi)定位更合適。
對于高精度定位的需求，還來自于如火如荼、迅猛發(fā)展的機器人領域以及可穿戴設備領域，比如機器人包括家政機器人、掃地機器人、物流機器人，比如可穿戴設備包括定位鞋墊、智能眼鏡、智能腕表等，相對于人類的定位來說，定位對于這些設備是剛需，并且這種定位必須是互聯(lián)網(wǎng)模式的定位，不能采用特別的設備如uwb基站和天線的方式實現(xiàn)；對于機器人，雖然目前有基于激光雷達、磁貼等方式的定位方案，但是激光雷達價格還比較高，難于用在家庭機器人身上；而磁貼具有容易消磁、部署不方便等缺點。
室外定位技術(shù)已經(jīng)成熟，而室內(nèi)還沒有很好的解決，下面先總結(jié)一下室內(nèi)定位的現(xiàn)狀及趨勢，這是本發(fā)明設計的重點部分。
人類日常生活中，大部分時間呆在室內(nèi)，在一個陌生的大型室內(nèi)環(huán)境如醫(yī)院、展覽館、火車站、航站樓、停車場等，常常有快速室內(nèi)定位和導航的需求，所以室內(nèi)的定位就非常有市場前景和應用價值。由于各種 大型商場大型場館越來越多，而gps因為定位信號到達地面時較弱，不能穿透建筑物，同時又受到定位器終端的成本較高等原因的限制，因此，gps技術(shù)無法完成室內(nèi)精確定位。
現(xiàn)有技術(shù)中有幾種室內(nèi)定位的技術(shù)，簡單描述如下：
——藍牙技術(shù)。藍牙技術(shù)通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，在室內(nèi)安裝適當?shù)乃{牙局域網(wǎng)接入點，把網(wǎng)絡配置成基于多用戶的基礎網(wǎng)絡連接模式，并保證藍牙局域網(wǎng)接入點始終是這個微微網(wǎng)(piconet)的主設備，就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術(shù)主要應用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點是設備體積小、易于集成在pda、pc以及手機中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍牙功能移動終端設備的用戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時容易發(fā)現(xiàn)設備且信號傳輸不受視距的影響。其不足在于藍牙器件和設備的價格比較昂貴，而且對于復雜的空間環(huán)境，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。
——射頻識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到識別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。目前，射頻識別研究的熱點和難點在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標準化等問題。優(yōu)點是標識的體積比較小，造價比較低，但是作用距離近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系統(tǒng)之中。
——超寬帶技術(shù)。超寬帶技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有g(shù)hz量級的帶寬。超寬帶可用于室內(nèi)精確定位，例如戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機器人運動跟蹤等。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此，超寬帶技術(shù)可以應用于室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度，缺點是在大型室內(nèi)環(huán)境，需要部署較多的室內(nèi)基站，連同uwb終端，整個系統(tǒng)的成本較高。
-w1-fi技術(shù)。無線局域網(wǎng)絡(wlan)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應用領域內(nèi)實現(xiàn)復雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務，而網(wǎng)絡節(jié)點自身定位是大多數(shù)應用的基礎和前提。當前比較流行的w1-fi定位是無線局域網(wǎng)絡系列標準之ieee802.11的一種定位解決方案。該系統(tǒng)采用經(jīng)驗測試和信號傳播模型相結(jié)合的方式，易于安裝，需要很少基站，能采用相同的底層無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總精度高。w1-fi技術(shù)的特點是應用于小范圍的室內(nèi)定位，成本較低。但無論是用于室內(nèi)還是室外定位，w1-fi收發(fā)器都只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，而且很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。
-zigbee技術(shù)。zigbee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡技術(shù)，它介于射頻識別和藍牙之間，也可以用于室內(nèi)定位。它有自己的無線電標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實現(xiàn)定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。zigbee最顯著的技術(shù)特點是它的低功耗和低成本。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
上述技術(shù)和方法，大多需要專門的硬件和終端，成本隨著室內(nèi)面積的增大而上升，部署起來周期比較長，所以需要一種移動互聯(lián)網(wǎng)模式的室內(nèi)定位技術(shù)。隨著科技發(fā)展日新月異，智能手機的功能也越來越強大，人們生活出行和定位越來越依賴于手機。而智能手機的傳感器越來越精確，處理能力越來越強；同時室內(nèi)wi-fi的部署以及藍牙基站的部署越來越普遍，特別是一些大型的室內(nèi)環(huán)境，本發(fā)明的基本目的就是利用這兩者的優(yōu)勢，利用現(xiàn)有的wi-fi或者藍牙部署，利用手機的傳感器，并提供一種專用終端設備， 在不增加任何專用硬件的條件下，提供穩(wěn)定、可靠、具有一定精度的室內(nèi)外定位技術(shù)，一種面向個人的低成本、高精度區(qū)域定位服務。
技術(shù)上針對上述室內(nèi)定位技術(shù)中的不足之處，在粒子濾波技術(shù)的基礎上而提出的一種綜合利用微機電系統(tǒng)(mems，micro-electro-mechanicalsystem)傳感器、wi-fi或藍牙指紋、電子地圖實現(xiàn)室內(nèi)定位導航的方法，該方法操作簡單，應用廣泛，可完成室內(nèi)精確定位及導航操作，也可以在室外修正gps誤差，提高gps定位精度。
所涉及的終端包括現(xiàn)有的智能手機或類似的智能終端如pad等，在手機或pad中安裝app來定位和導航；同時系統(tǒng)支持專用定位終端，該終端(詳見下面描述)包括mems傳感器、gps模塊、wi-fi藍牙模塊、無線通信模塊，可以代替手機，為行業(yè)用戶如公安、消防、武警、軍隊等提供區(qū)域定位服務。
本發(fā)明提供室內(nèi)外無縫融合的定位服務，即移動目標使用手機的客戶端或者持有本發(fā)明提供的終端從室外移動到室內(nèi)，以及從室內(nèi)移動到室外，手機客戶端會自動進行相應切換；對于被動定位的移動目標如兒童腕表、學生?？?，那么后臺會看到移動目標的室內(nèi)外位置的切換。
本發(fā)明提供室內(nèi)外無縫融合的定位導航及相應切換，即移動目標使用手機的客戶端從室外移動到室內(nèi)，以及從室內(nèi)移動到室外，手機客戶端會自動進行定位的切換，以及導航的切換。
本發(fā)明基于發(fā)明no.210510575586.9中的技術(shù)和方法。
本說明書以下部分主要基于專用定位終端來描述發(fā)明內(nèi)容。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的。
移動方向及運動模態(tài)的實現(xiàn)方法
定位終端提供九軸傳感器(即三軸磁力計、三軸陀螺儀、三軸加速度計)模塊，利用其中的三軸加速度傳感器測量間隔一定短時間間隔后的相對板平面的加速度ax′，ay′，az′，并且利用δv＝a×δt，并且進行累加，可以得到在不同時間相對于板平面的速度，然后利用陀螺儀可以測量的加速度對以上的速度進行變換，從而得到在真實空間中的三個方向的速度分量(以豎直向上為z軸正方向，x，y可以具體定義，滿足三維直角坐標系關(guān)系)?？紤]到角度量θ是標量，但是無窮小量dθ是矢量，那么可以利用公式dθ＝ω×dt得到在較短時間內(nèi)的坐標系沿三個方向的旋轉(zhuǎn)變換(在實際中利用很短的時間來替代dθ)dθx，dθy，dθz。
坐標系轉(zhuǎn)換公式：
其中α，β，γ分別是沿x，y，z三個方向在短時間內(nèi)的轉(zhuǎn)過的夾角，不斷的利用以上轉(zhuǎn)換公式可以得到當前實驗板坐標系和真實空間坐標系的轉(zhuǎn)動關(guān)系，利用a-1可以逆向推導出vx，vy，vz，(在真實空間坐標系中的三個速度分量)，再利用這三個速度分量可以計算出位移，從而實現(xiàn)移動模態(tài)的劃分和移動方向的確立。
注意，上述過程是不斷重復的過程，也就是目標每走(跑、跳)一步，都要進行模態(tài)和移動方向的分析。
在確定了運動模態(tài)以及移動方向以后，就可以進一步確定目標的初始位置以及精細位置，并根據(jù)目標要去的目的地進行導航了，這個過程主要包括以下步驟：
(1)取得所要定位的空間的建筑平面圖，掃描成圖形格式，利用本發(fā)明所提供的圖形標注軟件，標注出來定位所關(guān)心的元素如房間、走廊、樓梯、門、電梯等，同時完成這些元素之間的拓撲關(guān)系；標注完成后，生成文本文件doc-a；
(2)利用指紋采集客戶端，現(xiàn)場采集指紋信息，同時生成指紋文本文件doc-b；
(3)將上述兩個文件下載到定位終端里；
(4)打開室內(nèi)定位的客戶端，根據(jù)doc-a生成室內(nèi)地圖；根據(jù)doc-b并利用指紋算法確定當前的初始位置；
(5)用戶走動的過程中，傳感器采集有關(guān)信息，系統(tǒng)根據(jù)算法實時分析移動模態(tài)，步態(tài)、步長、步向等。由于每個人的步長不同，系統(tǒng)首先設定一個初始步長如70厘米，然后根據(jù)個人情況動態(tài)調(diào)節(jié)；
(6)用戶每走一步，都會采集指紋信息，對照地圖，進行粒子濾波算法和地圖匹配算法，并生成用戶行走的軌跡；每次粒子濾波的計算，都會給步長、步向以調(diào)整，使得系統(tǒng)能夠準確地得到用戶實際行走的軌跡、形態(tài)、快慢。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位方式相比其優(yōu)點在于：
1.把室內(nèi)外定位無縫結(jié)合起來
2.成本低，無需額外鋪設定位輔助設備，僅僅利用智能手機中的傳感器設備完成定位導航操作；
3.所提供的專用終端的組成都是標準硬件如wi-fi、藍牙模塊、通信模塊、傳感器模塊等
4.解決了室內(nèi)地圖制作的復雜性和降低了室內(nèi)地圖制作的成本：通過本發(fā)明專有的地圖標注軟件，可以直接將現(xiàn)有的室內(nèi)平面圖轉(zhuǎn)化為室內(nèi)地圖
5.環(huán)境方面，基于現(xiàn)有的wi-fi網(wǎng)絡或者藍牙網(wǎng)絡，鑒于大多數(shù)的商場、航站樓、火車站等都有wi-fi網(wǎng)絡，所以不需要重新部署，從而降低了成本；
6.經(jīng)實驗驗證，定位準確度可達90％以上，誤差在1m左右；
7.具有設計優(yōu)異的地圖標注系統(tǒng)，可以方便快速的進行地圖標注，不需要專業(yè)技能就可以完成；
8.算法完善獨立，可移植性高，可輕松移植至其他智能手機平臺，機器人平臺、可穿戴設備等；
9.應用廣泛，可在室內(nèi)大型場館內(nèi)完成精確室內(nèi)定位導航，也可以在室外特別區(qū)域如校園、監(jiān)獄、醫(yī)院、小區(qū)等結(jié)合gps定位，提高gps定位精度；
附圖說明
圖1是本發(fā)明中終端和云端結(jié)合起來進行定位和導航的示意圖，也是整個系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖。
圖1所示主要是說明整個系統(tǒng)的組成由終端和云端組成，其中終端可以是現(xiàn)有的智能手機，適合于普羅大眾體驗室內(nèi)定位業(yè)務；專業(yè)終端可以給行業(yè)用戶使用。云端系統(tǒng)包含第三方接口，主要給行業(yè)用戶提供信息接口如商家查看其用戶的位置和軌跡，并提供促銷信息，通過系統(tǒng)將促銷信息推送給最終用戶。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)明設計的系統(tǒng)分為終端部分和遠端系統(tǒng)。
終端包括手機和專用終端，這里主要介紹專用終端，它包括：
1)傳感器模塊，包括加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計；主要目的是用來確定移動目標的移動方向、運動狀態(tài)(也成為模態(tài)檢測)，其中氣壓計用來確定目標高度，幫助系統(tǒng)確定目標所在樓層
2)藍牙、wi-fi模塊：用來掃描現(xiàn)場的藍牙或者wi-fi信號，作為定位目標初始位置。藍牙和wi-fi存在一種即可?，F(xiàn)實社會中已經(jīng)普遍存在wi-fi，但是藍牙還沒有廣泛存在，在沒有wi-fi的情況下，推薦現(xiàn)場要部署藍牙錨點，目前藍牙錨點的售價已經(jīng)低于50元人民幣，在大的廣場或者商城，間隔20米左右部署一個藍牙錨點即可；家庭環(huán)境建議每個大的房間部署一個；之所以強調(diào)藍牙，是因為如果不使用專用終端而只是用app來定位和導航，那么蘋果手機的app需要藍牙來完成初始定位
3)gps模塊：主要用來室外定位
4)通信模塊：用來實現(xiàn)終端與后臺的通信，比如接收云端發(fā)來的室內(nèi)地圖；將現(xiàn)場wi-fi信號發(fā)送到后端，接收后端確定的目標初始位置；
5)本地存儲模塊：存儲室內(nèi)地圖、用戶移動軌跡等；本地計算包括傳感器數(shù)據(jù)的處理，運動模態(tài)的確定等
6)室內(nèi)定位引擎：采用組合算法，把地圖數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、后端傳來的指紋定位信息一起加工，獲得用戶的精細位置
云端系統(tǒng)：
1)指紋定位：在離線階段，終端會采集少量的指紋信息，這些指紋信息會通過通信模塊傳遞到后臺；在實時定位階段，云端會接收終端采集的指紋矢量，通過指紋定位算法，確定目標當前位置，作為定位引擎的一個輸入
2)室內(nèi)地圖標注：通過運營人員利用標注工具進行地圖的標注，標注以后形成中間格式的地圖信息，傳送給終端的定位引擎，結(jié)合指紋定位的結(jié)果，獲取目標的精細位置
3)終端管理：遠程配置終端(包括專用終端和智能手機)，進行app的動態(tài)更新，在獲得用戶授權(quán)的情況下，獲取用戶的移動軌跡等
4)第三方系統(tǒng)接口：主要是給行業(yè)用戶提供信息接口如商家要推送的廣告信息等，公安指揮中心給一線警員的指揮命令等
本發(fā)明方法主要分為兩個階段：離線階段和在線階段。離線階段主要完整wi-fi或藍牙的指紋采集、電子地圖的標注；在線階段完成指紋粗定位、移動模態(tài)確定、粒子濾波定位及導航三部分。
離線階段：
第一部分，指紋信息采集；
第二部分，電子地圖標注。
在線階段：
第一部分，wi-fi或藍牙粗定位；
第二部分，移動模態(tài)確定，設置初始步長；
第三部分，定位和導航。
離線階段第一部分：
指紋信息采集。一般的指紋定位，需要根據(jù)定位面積和定位精度來配合部署wi-fi網(wǎng)絡，需要一定數(shù)量的wi-fi路由器和部署的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，在基礎上采集足夠多的wi-fi指紋，然后才能得到比較好的定位效果。其結(jié)果是：1)網(wǎng)絡部署成本高、部署周期長，如果現(xiàn)場已經(jīng)有wi-fi網(wǎng)絡，那么改造就更加麻煩；2)采集wi-fi指紋費時、費力，采集點的數(shù)量如果不夠多，那么定位效果就差。本發(fā)明與一般基于wi-fi指紋定位的方法不同，它充分利用現(xiàn)有的wi-fi網(wǎng)絡，對于現(xiàn)有wi-fi網(wǎng)絡沒有要求，不需要改造；只需要采集某些點的wi-fi指紋即可，并且對于這些“某些點”的位置沒有要求。在采集過程中，通過客戶端掃描wi-fi或者藍牙的熱點，用戶手持手機設備，在建筑平面圖中選取特定點，即可完成建筑地wi-fi或者藍牙數(shù)據(jù)采樣，形成區(qū)域的指紋地圖，該指紋地圖記錄的主要是位置和信號強度對。
離線階段第二部分：電子地圖標注。所謂的地址地圖是指各種圖片格式的室內(nèi)平面圖，標注的過程是分析室內(nèi)各個空間單元的區(qū)分和關(guān)聯(lián)，找出其位置以及相互之間的拓撲關(guān)系。標注的信息形成一個文本文件，這個文本文件下載到手機，供定位算法使用；也供手機重繪室內(nèi)地圖使用。由于形成的中間文件很小，所以相比于直接下載圖片到手機，可以為用戶節(jié)省大量的流量。
室內(nèi)地圖的標注和處理。室內(nèi)地圖的標注和處理是整個室內(nèi)定位的基礎，主要目的有：1)顯示用戶的位置和行走軌跡；2)利用地圖信息進行定位算法。
通過標注軟件對地圖進行標注：通過人工的方式把關(guān)心的單元標注出來，如房間、走廊、前廳、電梯等。主要區(qū)分兩種類型的單元，一是可達區(qū)，另一是不可達區(qū)。
標注單元的同時，也標注單元的相互關(guān)系，即拓撲關(guān)系如相鄰、包含、交叉等
標注完成后形成文本文件上傳服務器，同時將原始室內(nèi)平面圖上傳服務器
在線階段第一部分，wi-fi或者藍牙粗定位：
掃描當前位置點的wi-fi或者藍牙信號，上傳服務器，服務器通過指紋定位算法，返回給客戶端客戶所在的當前位置。
本發(fā)明所實現(xiàn)的室內(nèi)定位的起始位置(或初始位置)是由wi-fi或者藍牙提供的，具體來說為指紋定位。在線階段，定位客戶端掃描現(xiàn)場的wi-fi熱點，將掃描的信號強度比對離線階段形成的指紋地圖，通過knn算法獲得初始位置。
在線階段第二部分，移動模態(tài)的確定：
所謂模態(tài)是指用戶的運動狀態(tài)，如正常走步，跑動、跳躍、靜止或接近于靜止，坐電梯、走步行梯等。：本實施例中需要用到三個傳感器：地磁場傳感器，加速度傳感器和陀螺儀傳感器。本實施例中使用的硬件設備為帶有地磁場傳感器、加速度傳感器和陀螺儀傳感器的android系統(tǒng)智能手機、ios智能手機或其它智能終端如平板電腦、可穿戴設備等。
1.傳感器數(shù)據(jù)獲取
在檢測到手機設備中存在地磁傳感器后，使用android系統(tǒng)或ios系統(tǒng)提供的接口注冊地磁傳感器、加速度傳感器和陀螺儀傳感器的監(jiān)聽，因為本方法中對傳感器精度要求非常高，所以需要注冊精度最高的監(jiān)聽。注冊了監(jiān)聽之后，當傳感器數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，android系統(tǒng)會回調(diào)onsensorchanged(sensoreventevent)方法，回調(diào)方法參數(shù)中包含了傳感器獲取到的即時的數(shù)據(jù)。
2.傳感器數(shù)據(jù)的處理
用戶在運動過程中不同的運動狀態(tài)，可以通過運動的頻率來進行區(qū)分，如靜止(或接近靜止)、緩步走、疾步走、跑動、坐電梯、走步行梯等，這些狀態(tài)的頻率是不同的。所以可以通過對傳感器數(shù)據(jù)的傅里葉變換處理，判斷用戶的運動模態(tài)如跑步、走動、停留、上下步行梯、乘坐電梯、開車等狀態(tài)。判斷將結(jié)果表現(xiàn)為不同的模態(tài)，然后結(jié)合步長、步向，從而推斷目標精確的移動狀態(tài)。
處理包括低通濾波，快速傅里葉變換等。由于手機收集的隨時間離散的信號，如果要得到這些信號的頻率信息，需要進行離散信號的傅里葉變換；由于手機的計算能力有限，為了解決計算量較大的傅里葉變換算法的要求，本實施采用快速離散傅里葉變換。離散時間傅里葉變換(dtft，discrete-timefouriertransform)是傅里葉變換的一種。它將以離散時間(其中，為采樣間隔)作為變量的函數(shù)(離散時間信號)變換到連續(xù)的頻域，即產(chǎn)生這個離散時間信號的連續(xù)頻譜，值得注意的是這一頻譜是周期的。
記連續(xù)時間信號f(t)的采樣為
這就是采樣序列f(nt)的dtft：
為方便起見，通常將采樣間隔t歸一化，則有
上式即為f(n)的離散時間傅里葉變換。它的反變換為：
考慮到dtft的周期性，它的逆變換實際上是以周期的連續(xù)函數(shù)作為輸入，離散的譜作為輸出，這正是傅里葉級數(shù)的形式。
快速傅里葉變換是在離散傅里葉變換的基礎上，廣泛利用于數(shù)字信號處理方向的快速算法，它將dft的復雜度由n2縮減到nlog(n)，面對大數(shù)據(jù)處理可以極大縮短處理時間。
由于磁力計在新的環(huán)境中會產(chǎn)生較大的誤差，在根據(jù)其確定步向時，系統(tǒng)需要對其進行人為校正，具體校正方法類似于指南針的矯正，系統(tǒng)會提示用戶手持手機進行8字形的晃動，在采集到不同方位的磁力計的讀數(shù)后，系統(tǒng)會自動修正磁力計的讀數(shù)，從而得到比較正確的步向數(shù)據(jù)。
在線階段第三部分，基于粒子濾波的精確定位及導航：
用戶利用手機的客戶端，進行實時定位和軌跡確定。
1.根據(jù)當前位置，生成一定數(shù)量的粒子，然后利用傳感器進行步檢測。
2.將步長、步向和初始位置換算為用戶的下一個位置即當前位置。
其中x(k-1)為前一位置，x(k)為當前位置，d(k-1)為當前步向，l(k-1)為步長，
3.利用氣壓傳感器確定目標當前的高度，根據(jù)高度選取合適的樓層的地圖。
由于傳感器不可避免的會帶入誤差，所以當前位置可能是不可靠的，在實際定位中，可能出現(xiàn)定位點和實際物理點相差超過1米的問題，需利用圖形信息對當前位置進行校正，因此根據(jù)圖形拓撲關(guān)系設計了軌跡-圖形輪廓匹配-慣性定位算法，這就是所謂的圖形匹配算法。過程如下：
4.在用戶行走一段位置約5-10米后，采用軌跡-圖形匹配(tra-graphcompare)算法，以電子地圖為基準圖，計算軌跡與電子地圖的相關(guān)概率，以及軌跡在電子地圖上的位置(起始點、終止點)。
5.粒子濾波算法根據(jù)此匹配結(jié)果，調(diào)整粒子的權(quán)重，并根據(jù)調(diào)整后的權(quán)重從新確定用戶的位置；同時，選擇最相近的粒子的軌跡作為實際的行走軌跡，并調(diào)整步長、步向，在下一步的步向確定中，對于不正確的步向進行校正。
6.根據(jù)wi-fi提供的位置信息調(diào)整用戶位置及軌跡的過程如下：
6.1.在用戶行走一段位置后，如果粒子分團現(xiàn)象比較明顯或者死掉粒子的速度比較迅速，則系統(tǒng)需要根據(jù)wi-fi指紋算法得到一個wi-fi參考位置
6.2.粒子濾波算法根據(jù)此wi-fi參考位置，調(diào)整粒子的權(quán)重，并根據(jù)調(diào)整后的權(quán)重從新確定用戶的位置；同時，選擇最相近的粒子的軌跡作為實際的行走軌跡，并調(diào)整步長、步向，在下一步的步向確定中，對于不正確的步向進行校正。
7.將經(jīng)過兩次校正的傳感器位置作為形成軌跡的位置，并加入到軌跡數(shù)據(jù)庫中。
導航
導航功能是建立在定位功能基礎上的，用戶首先選定目標位置，系統(tǒng)給出用戶現(xiàn)在的位置；定位成功后，導航算法會根據(jù)用戶當前位置點計算出距離用戶最近的導航關(guān)鍵點，直至目標位置，使用導航算法即可計算出到達目標地的最短路徑，實現(xiàn)導航。
軌跡上傳：系統(tǒng)支持將用戶軌跡上傳，以便于服務器進行大數(shù)據(jù)分析，得到用戶的消費行為的習慣等。
室內(nèi)外無縫結(jié)合
為了給用戶良好的體驗，系統(tǒng)需要自行、自動化的實現(xiàn)室內(nèi)外定位的無縫切換，但是目前室外定位的位置是通過經(jīng)緯度表達的，而本發(fā)明的室內(nèi)定位位置是通過像素點表達的，所以需要提供室外經(jīng)緯度和室內(nèi)像素點切換的算法。具體來說：
1.云端系統(tǒng)需要把已經(jīng)實現(xiàn)了室內(nèi)定位的商場或者大廈、停車場等的id和室外目標結(jié)合起來，如室外街道或者大廈附近有實現(xiàn)了室內(nèi)定位的地點，那么系統(tǒng)就要搜索可能的室內(nèi)wi-fi或者藍牙的矢量；
2.在接收到終端采集的wi-fi或者藍牙矢量以后，根據(jù)wi-fi或者藍牙的指紋定位判斷目標是否已經(jīng)在室內(nèi)環(huán)境；如果是室內(nèi)，形成室內(nèi)像素表達的位置，并回傳給終端；如果是室外，形成經(jīng)緯度表達的室外位置并回傳給終端；
3.終端接收到云端的結(jié)果，如果目標前值在室外而當前值在室內(nèi)，那么系統(tǒng)自動切換到室內(nèi)地圖，完成室外到室內(nèi)的自動切換：反之，則進行室內(nèi)到室外的切換；
4.從室內(nèi)回到室外：以同樣的方法進行逆變換即可。