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基于位置服务的室内定位系统关键问题的研究与应用

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基于位置服务的室内定位系统关键问题的研究与应用

作者：王增辉华中科技大学

学位级别：硕士

得益于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的快速发展,基于位置的服务得到了广泛的应用,但卫星信号的弱穿透力,使得位置服务大多局限于室外。而现有的室内定位技术在定位精度、稳定性以及硬件部署成本上仍存在... 详细信息

得益于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的快速发展,基于位置的服务得到了广泛的应用,但卫星信号的弱穿透力,使得位置服务大多局限于室外。而现有的室内定位技术在定位精度、稳定性以及硬件部署成本上仍存在问题。室内寻路技术则存在路线不合理、计算量大等缺陷。针对上述问题,对室内位置服务的关键技术展开研究与应用。首先,基于2019年的蓝牙5.1协议进行定位算法研究:(1)利用多站协同方法优化了蓝牙到达角(Angle Of Arrival,AOA)定位,分析了视距与非视距下基站数据包的差异,提高部分非视距区域的定位精度;(2)利用过滤异常指纹和动态特征权重方法改进指纹定位,减少了在线阶段中异常指纹以及受干扰特征对定位的影响;(3)设计了AOA定位与指纹定位结合的定位算法,并将定位结果用基于信号强度的强跟踪滤波算法进行修正。实验验证了该算法有效提升了定位精度,平均误差0.57m,滤波修正后可达0.49m,定位延迟在0.5s内,且具有较好的鲁棒性。其次,基于定位结果,进一步研究了室内行人寻路问题。在小区域场景,提出了可变权值A*算法(Variable Weight A*,VWA*),利用障碍物采样设计了更精确的启发函数,并动态更新启发权重;在大区域场景,提出了首领天牛须搜索算法(Leader Beetle Antennae Search Algorithm,LBAS),将单体搜索改为群体搜索,并设计了首领选举与替换策略,在维持低计算量的同时,有效改善路径结果。最后,基于对上述问题的研究,设计并实现了一个室内位置服务系统。系统提高了定位、寻路性能,并且对目前功能单一的室内位置服务进行了拓展,除了行人定位寻路外,还能辅助室内管理员使用区域监控、人员追踪、告警通知等功能。该系统可拓展应用于商场、医院等室内场所,有较大的市场应用价值。

关键词：室内位置服务室内定位蓝牙5.1 行人路径规划天牛须搜索算法

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基于室内位置服务的行为识别方法研究

基于室内位置服务的行为识别方法研究

作者：马福亮哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着人机交互技术的飞速发展,可穿戴传感器产品不断涌现,其具有体积小、方便携带、计算能力强等特点,使其在跌倒监测、老年人护理,办公室行为监控等场景下有着广泛应用。同时,现代人将大约70%的时间用于室内,室内位置服务已成为... 详细信息

近年来,随着人机交互技术的飞速发展,可穿戴传感器产品不断涌现,其具有体积小、方便携带、计算能力强等特点,使其在跌倒监测、老年人护理,办公室行为监控等场景下有着广泛应用。同时,现代人将大约70%的时间用于室内,室内位置服务已成为一项基本需求。如果能通过技术手段获取人类的行为及状态信息,并判断人类在该行为下的意图,则可以为使用者提供个性化的服务。室内定位精度将逐渐突破厘米级,定位技术将会为行为识别的研究带来更大的助益。因此基于位置服务传感器的行为识别研究已成为研究的热点。但目前基于位置传感器的行为识别研究中,由于定位精度低、佩戴方式无任何标准及限定和用途各异,导致了行为识别的研究存在精度低、行为识别较为单一及普适性差等问题。综上所述,本文将从行为识别方法及传感器布局方案两方面进行展开,目的是借助室内位置传感器可实时获取身体部位三维坐标的优势提升对复杂行为的识别能力及识别方法的普适性。首先,针对在使用位置传感器的研究中存在的识别精度低及行为识别较为单一的问题,本文提出了一种基于位置传感器的分层行为识别方法。通过分析人体运动模型的特点,将人体运动模型分成了三层。在通用的行为识别框架基础上,设计并实现了包含三个层的分层行为识别方法,通过佩戴于躯干层的传感器标签特征识别人体基本的走、坐、躺、站运动状态,再根据上下肢层的传感器标签特征及标签间的相对关系最终识别人体的16种日常行为。该方法有效的提高了行为识别的精度,且能够识别室内较复杂的日常行为。其次,对于由传感器佩戴方式无任何标准及限定及行为识别用途各异带来的识别精度低及普适性较差的不足,提出了一种基于量子遗传算法的传感器布局优化方法。针对目前普遍存在的三种行为识别需求,通过分析UWB-Tag标签佩戴位置及个数与识别效果的关系,使用量子遗传算法寻找和优化传感器佩戴方案。以达到提升行为识别普适性及识别效果的目的。最后,对分层行为识别方法和传感器优化布局方法在实验场景下进行了验证,实验的结果证明了本文提出的方法是切实可行的。将所提出两种方法应用于真实的场景中,相比于传统的行为识别方法,本文提出的方法提升了约4%,很好的解决了使用位置传感器的识别研究中识别率低、普适性较差的缺点。

关键词：行为识别可穿戴传感器室内位置服务传感器布局

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基于室内位置服务的多源组合精确定位研究

通信技术 2018年第4期51卷 794-798页

作者：赵娜中国移动通信集团山西有限公司山西太原030006

研究室内位置定位技术,阐述定位技术的现状,描述了基于泛在位置感知的多业态大数据融合服务产品平台。平台中,云端与广场端通过移动专网互联,实现了无线定位、Portal及上网审计、实时定位查询与上传等服务。平台融合基于网格特征匹配融... 详细信息

研究室内位置定位技术,阐述定位技术的现状,描述了基于泛在位置感知的多业态大数据融合服务产品平台。平台中,云端与广场端通过移动专网互联,实现了无线定位、Portal及上网审计、实时定位查询与上传等服务。平台融合基于网格特征匹配融合时延差与场强特征参数的室内定位技术和基于卡尔曼滤波滑动窗的粒子滤波技术,建立了多种形式的定位模型和不同定位模型的无缝切换机制,实现了室内位置无线网络异构信源下的"三边+指纹+信标"的融合定位。

关键词：室内位置服务 WiFi网络 TDOA GDOP 卡尔曼滤波粒子滤波

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面向位置服务的室内空间模型研究进展

导航定位学报 2014年第4期2卷 17-21,26页

作者：林雕宋国民贾奋励郑州测绘学院郑州450052

室内位置服务是近年来国际位置服务领域的一个研究热点,室内空间模型则是实现室内位置服务的先决条件和关键所在。在对国内外大量文献进行分析研究的基础上,系统综述了面向位置服务的室内空间模型研究进展。首先,较之室外空间,从空间尺... 详细信息

室内位置服务是近年来国际位置服务领域的一个研究热点,室内空间模型则是实现室内位置服务的先决条件和关键所在。在对国内外大量文献进行分析研究的基础上,系统综述了面向位置服务的室内空间模型研究进展。首先,较之室外空间,从空间尺度、组成结构、空间约束3个角度分析了室内空间的独特性,并介绍了位置查询、导航、范围查询、最邻近查询和可视化5种主要的室内位置服务。然后,从建模原理、建模复杂度、适用性等方面对典型的室内空间模型如边界模型、格网模型、集合模型、图模型、语义模型进行了评述;最后,讨论了现有模型存在的主要问题,并对未来研究方向进行了展望。

关键词：室内位置服务室内空间模型几何符号语义

智能手机IMU/地磁/Wi-Fi FTM融合定位问题研究

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测绘学报 2024年第4期53卷 774-774页

作者：孙猛中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

高度集成化的智能手机已是大众导航定位的必需设备,以更高的兼容性和稳健性在手机上实现高精度的室内定位是满足人们对于室内位置服务迫切需求的关键手段。面向广域复杂的室内环境,如何基于智能手机实现稳定、可靠、全域覆盖的位置估计... 详细信息

高度集成化的智能手机已是大众导航定位的必需设备,以更高的兼容性和稳健性在手机上实现高精度的室内定位是满足人们对于室内位置服务迫切需求的关键手段。面向广域复杂的室内环境,如何基于智能手机实现稳定、可靠、全域覆盖的位置估计是目前领域内的难题。Wi-Fi精细时间测量(FTM)、地磁定位和基于惯性测量单元(IMU)的行人航位推算(PDR)方法能以良好的兼容性部署在智能手机上,利用地磁的泛在性、Wi-Fi FTM的可靠性、IMU推算的连续性,优势互补可实现低成本高精度广域覆盖的智能手机室内定位。

关键词：室内定位室内位置服务智能手机位置估计行人航位推算高度集成化兼容性融合定位

室内WIFI位置指纹的算法研究与定位系统设计

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室内WIFI位置指纹的算法研究与定位系统设计

作者：和家慧云南大学

学位级别：硕士

随着物联网和移动互联网应用的爆发式增长,大量应用增加了对室内位置服务（ILBS）的需求。通过室内定位系统的使用可以准确获得用户的位置信息、分析其潜在行为、推荐其潜在需求。目前WiFi网络已覆盖人们生活的大部分区域,包括学校、购... 详细信息

随着物联网和移动互联网应用的爆发式增长,大量应用增加了对室内位置服务（ILBS）的需求。通过室内定位系统的使用可以准确获得用户的位置信息、分析其潜在行为、推荐其潜在需求。目前WiFi网络已覆盖人们生活的大部分区域,包括学校、购物商场、机场、医院、写字楼等。而且WiFi网络具有传输速率高、成本低、覆盖面广等优点,其廉价的接收模块也已广泛嵌入包括传感器、智能手机、家用电器等设备,使得使用现有的WiFi网络资源实现位置指纹定位具有很大的应用市场和商业前景。所以目前基于接收信号强度指示（RSSI）的WiFi位置指纹定位技术成为最受欢迎的室内定位技术,对WiFi位置指纹的定位算法研究及特定场景下的实用定位系统的设计有应用价值。本文针对以“过道式”场景为主且AP分布较多的室内定位区域,提出了两种改进的定位匹配算法,分别为融合算法和加权贝叶斯算法。融合算法是在最强AP法基础上贝叶斯和WKNN算法的混合算法;加权贝叶斯算法是基于最强AP法,对贝叶斯算法引入新的权值。两种改进算法均先通过最强AP法从整体定位区域粗定位到较小区域,然后通过改进的定位匹配算法进行准确定位。在不同的实际场景下进行定位算法实验验证,结果表明两种改进算法在不同场景下的定位性能都有提升。在待定位点与指纹点重合的场景下,融合算法在3.6m精度以内的定位准确率达到82%,加权贝叶斯算法为76%;在待定位点与指纹点不重合的场景下,加权贝叶斯算法在3m精度以内的定位准确率为100%,融合算法为96%。在两种场景下两种改进算法的定位性能均优于其他经典算法。在算法研究的基础上,本文设计并实现了Android平台上基于WiFi位置指纹的室内定位系统。系统软件采用混合架构,客户端有数据采集端、定位与导航端,服务器存储数据库、定位与导航算法。定位系统经过测试完善,已在云南大学信息学院楼成功应用,并且其有良好的可扩展性。

关键词：室内位置服务位置指纹接收信号强度指示室内定位算法定位系统

室内移动对象位置信息索引和查询的研究与实现

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室内移动对象位置信息索引和查询的研究与实现

作者：李朋峰中国矿业大学

学位级别：硕士

无线通讯、计算机视觉、地磁等位等技术的快速发展,为室内位置服务的研究与应用提供了坚实的技术基础,也让室内移动对象位置索引与查询成为了广大学者和专家的研究热点。与室外环境相比,室内有着背景环境较复杂、空间约束较强的特点,导... 详细信息

无线通讯、计算机视觉、地磁等位等技术的快速发展,为室内位置服务的研究与应用提供了坚实的技术基础,也让室内移动对象位置索引与查询成为了广大学者和专家的研究热点。与室外环境相比,室内有着背景环境较复杂、空间约束较强的特点,导致了室外移动对象位置索引技术无法直接应用于室内场景。同时,多数室内移动对象位置索引与查询技术存在支持查询类型单一、缺乏室内语义信息等问题。因此,室内移动对象位置索引和多种查询算法的研究和实现,具有非常重要的实践价值。本课题以室内移动对象位置数据为研究对象,从移动对象位置索引与查询的角度出发,提出了支持空间查询、对象查询、路径查询以及K近邻查询的语义化网格Hilbert R-Tree索引（SGHilbert R-Tree）技术,并实现了室内移动对象位置查询原型系统。首先,提出语义化网格Hilbert R-Tree索引结构。索引主要包括三个部分:网格空间层、语义映射层及对象层。网格空间层通过对室内空间进行网格划分并引入Hilbert R-Tree,实现了基本的空间查询;语义映射层用于保存室内语义信息,实现对语义查询的支持;基于哈希表实现的对象层则用于解决索引无法高效进行对象查询的问题。通过与多种室内移动对象位置索引的对比实验,验证了SGHilbert R-Tree索引在数据更新方面的有效性和较优的存储空间占用。其次,基于SGHilbert R-Tree索引给出了多种查询算法的具体实现。不仅包括室内移动对象位置索引中常见的空间查询和对象查询算法,还借助网格地图的距离计算功能,完成了基于JPS算法的路径查询和K近邻查询算法。通过与多种室内移动对象位置索引的对比实验,验证了SGHilbert R-Tree索引及多种查询算法的有效性。实验结果表明,SGHilbert R-Tree索引在不同的查询条件下都能高效、准确地获取查询结果。最后,结合本课题的研究成果,设计并实现了室内移动对象位置查询系统。系统包括数据层、存储层、业务层和展示层四个部分。实现了室内位置数据的存储、表示、管理、查询以及可视化展示等功能,为进一步应用本课题的研究成果提供了实践依据。

关键词：室内位置索引希尔伯特R树移动对象查询室内位置服务数据可视化

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室内移动对象轨迹的相似性计算及轨迹预测

室内移动对象轨迹的相似性计算及轨迹预测

作者：周泽宇广州大学

学位级别：硕士

城市化进程的不断加速,使得室内空间成为人们主要活动场所。基于室内轨迹数据的研究在商业推广、室内导航、位置预测等方面有着广泛的应用,并且随着室内空间的扩张和室内定位技术的多元化发展,对于室内环境下移动轨迹的相似性研究和轨... 详细信息

城市化进程的不断加速,使得室内空间成为人们主要活动场所。基于室内轨迹数据的研究在商业推广、室内导航、位置预测等方面有着广泛的应用,并且随着室内空间的扩张和室内定位技术的多元化发展,对于室内环境下移动轨迹的相似性研究和轨迹预测提出更多的挑战。目前,连续定位数据格式下的轨迹相似性计算主要是基于字符等同性比较的方法,这些方法更注重时空间维度轨迹点的对齐而没有充分考虑轨迹采集过程中遇到的位置噪声和异构采样的问题,导致算法鲁棒性较差;此外,现有的室内轨迹预测主要基于类马尔可夫模型的数据挖掘方法,没有充分挖掘和融合轨迹空间分布特征与轨迹的语义规律到模型中进行预测。针对以上问题,本文从室内轨迹的相似性计算和室内轨迹预测两方面进行研究,主要的工作如下:(1)针对室内轨迹连续定位的位置噪声和异构采样问题,基于核密度估计方法,本文提出一种新的室内轨迹时空相似度计算方法STS。方法将轨迹中的每个位置都建模为空间上的概率分布而非具体空间点;然后根据从历史轨迹得出的个性化速度概率分布来估计物体在任意两个位置之间的转移概率,有效地减少对训练数据的需求;在此基础上,计算轨迹点的共址概率,从而推导出任意两条轨迹的相似性。实验表明STS算法的准确率和鲁棒性高于基线算法,并验证各算法模块的有效性。(2)针对离散定位的室内轨迹预测问题,在轨迹的空间时间特征之上,进一步考虑轨迹语义信息带来的隐藏特征,提出一种基于隐马尔可夫方法的预测方法。所提出的方法首先根据Wi-Fi接入点的相似性对它们进行聚类;然后,对轨迹数据进行基于频繁子轨迹的处理,用于捕获和化简用户的移动模式。此外,方法假设客户的访问历史具有某些习惯的语义模式,设计连续语义算法对轨迹的语义隐藏信息进行挖掘;最后,方法将基于频繁子轨迹的方法与连续语义预测集成到一个统一的框架中,进一步提高预测能力。本文使用室内数据集进行大量实验,表明本算法的预测准确性高于现有算法。

关键词：室内位置服务轨迹相似性轨迹预测

基于射频音频信号的智能手机多源混合定位方法研究

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测绘学报 2022年第3期51卷 474-474页

作者：郭光毅武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

随着无线通讯网络技术、传感器技术的飞速发展,智能手机作为一种高度普及的移动计算平台为人们提供了无可替代的便捷。高精度高可用的室内定位技术作为室内位置服务的基石,是打通室内外无缝位置服务的关键技术。论文在不改变、不增加智... 详细信息

随着无线通讯网络技术、传感器技术的飞速发展,智能手机作为一种高度普及的移动计算平台为人们提供了无可替代的便捷。高精度高可用的室内定位技术作为室内位置服务的基石,是打通室内外无缝位置服务的关键技术。论文在不改变、不增加智能手机硬件的前提下,围绕对音频定位、射频定位(Wi-Fi、BLE)、PDR定位算法的优化展开,提高单一的定位技术的精度和稳定性;搭建一个可接入多源异构量测的自适应的紧组合多源信号融合平台,主要研究内容如下:(1)提出了一种基于多传感器的智能手机握持姿势识别方法,基于101位测试人员的样本数据,提取多源传感器数据中隐含的运动模式以及环境信息特征,结合模式识别算法显著提高了识别精度。

关键词：室内位置服务智能手机多源异构定位技术无线通讯网络模式识别算法音频信号传感器技术