基于可穿戴设备的室内自主定位技术研究

近年来,由于城市化进程的加速发展,国内的大中型建筑不断增多。这些建筑物结构复杂、人员密集,发生在这些建筑物内的灾难时刻危及人们的生命财产安全。在室内应急救援过程中,为保证救援工作的及时有序进行、保障救援人员的安全,建立实时定位系统来帮助救援人员实时监测其自身位置十分重要。目前,高科技产品正在向着微型化、轻型化的方向发展,体积小、功能强大的可穿戴设备渐渐成为人们生活的一部分,被广泛应用于各行各业。在室内定位领域,可穿戴技术也因其突出优势成为科研人员的研究热点。可穿戴设备内置多种传感器,可实时感知周围环境变化并提供观测数据。定位人员通过佩戴相应的可穿戴设备,即可实现对其自身的实时精准位置监测。本文针对室内应急救援场景,在对国内外室内定位技术研究的基础上,提出了一种基于可穿戴设备的室内自主定位技术。该技术将内置多种传感器的可穿戴设备固定在救援人员脚部,可在不依赖室内环境的条件下实现救援人员自主定位。在研究过程中,本文首先从室内二维平面定位算法研究入手,提出一种基于惯性技术的鞋载式室内定位算法。该算法以惯性导航算法为基础,融合了有效地磁数据对方向进行修正,并利用零速校正技术来进一步提高定位精度。其次,本文利用气压随高度变化的规律,研究一种基于气压的楼层检测算法,实现垂直方向定位。融合上述两种算法,可以在不借助室内任何基础设施且不进行预先训练的条件下实现救援人员室内三维空间定位。除此之外,在条件允许的前提下,本文还提供了一种基于WiFi的楼层检测算法进行楼层初始化并对基于气压的楼层检测算法结果进行校正,进一步提高了楼层检测精度。同时本文研究四种位置校准方法,分别利用室内偶然可得GPS信号、室内路径地磁模值序列、室内地标点以及基于室内地图的粒子滤波算法来对定位结果进行校准,有效解决了累计误差带来的定位偏移。经过实际场景测试分析,本文所述室内定位方法定位精度较高,满足室内应急救援定位需求。