室内三维定位分类、方法、技术综述

室内三维技术是辅助室内人员快速定位导航、商业人员对室内业务统计分析决策、应急救援力量快速实施救援的重要手段.近年来,室外定位、导航、路径规划、可视化分析等技术已发展成熟,而室内位置服务需求(定位、导航、路径规划)正处于初始发展阶段.为快速推进室内三维技术发展,本文对目前市面上应用集中的几种室内三维定位技术方法进行了归纳和探讨,介绍了从不同角度对室内三维定位进行分类,各定位技术的原理和方法,以及基于室内三维原理与方法衍生出的主流室内定位技术,对比分析各定位技术的优缺点及在室内三维中的应用,总结了目前室内三维定位技术存在的问题与未来的研究方向.     

爱普生成功开发出用于室内定位GPS技术

爱普生目前发表了即使在室内也能进行定位的GPS技术。该公司将使用这一技术生产可嵌入便携信息终端和导航系统等产品中的GPS模块以及相关终端产品。 此次新开发的GPS技术,仅通过接收过去难以接收到的卫星发出的微弱GPS电波,在室内就能搜索到位置信息。该技术的主要特点有如下三点:(1)即使在室内或大楼之间也能进行定位(-155dBm以上);(2)室外2～3秒,室内10秒以内即可完成定位;(3)误差方面,室外被控制在大约     

室内外无缝定位坐标集成处理方法研究

针对LBS室内外无缝定位应用中室内定位坐标系与室外定位坐标系统不一致的问题,提出了一种以Web墨卡托坐标系为媒介的室内外无缝定位坐标集成方法。该方法通过一组点,已知室内及室外坐标系坐标,利用最小二乘方法计算得到室内外异构坐标系之间的转换参数,从而实现室内外环境切换后坐标位置的连续。     

基于B/S的室内地图信息系统研发

随着定位、导航和可视化技术的发展,位置服务已深入人们的生活,定位导航技术逐步由室外转向室内。目前,室外定位导航技术的发展已相当成熟,但是由于建筑数据量巨大、内部结构复杂,以及GPS定位在室内的局限性,影响了室内定位服务的发展。建筑场所的复杂化催生了人们对室内地图的需求,促进了室内地图服务技术的发展。当前的室内地图系统多数基于传统的关系型数据库,具有潜在的运行不稳定、数据量小、数据更新和优化困难等问题,急需一个高效的数据库来存储这种海量、多样性的室内地图数据。本文基于MongoDB数据存储方案,设计实现了基于B/S的室内地图服务系统。系统实现了MongoDB数据库结构设计以及相关地图操作,包括地理空间数据的入库与展示、数据查询、用户管理等功能。同时,系统基于Cesium加载并显示三维数据模型,基于MongoDB的图形绘制功能进行室内地图的展示,并实现三维大场景到室内地图的切换功能。     

自动推算室内接入点坐标算法

随着基于位置服务的应用与发展,室外和室内定位技术都得到了飞速发展。特别是在WiFi定位技术的不断完善下,室内定位技术有了广泛的应用,但是,WiFi定位技术的两种定位方式均需预先知道室内网络接入点的精确坐标,这一要求无法满足一些紧急情况下的定位需求。因此,本文提出了一种基于M估计的自动推算室内接入点坐标算法。该算法借助在室内外交界处同时获取卫星定位信息和WiFi信号的RSSI信息,巧用分段RSSI测距算法提高长距离RSSI测距精度,结合残差绝对和最小的M估计改进距离交会定位算法,最终推算出室内接入点的三维坐标,实现自动化推算过程。试验结果表明：该方法的定位精度比常规距离交会最小二乘算法提高了50%,能够快速实时较精确地推算室内接入点的坐标,进一步完善了WiFi定位技术。     

ZigBee定位技术在珍贵物品监测中的应用

随着定位服务的兴起,越来越多的人和公司注重对其所拥有的珍贵物品的管理与保护,通过对其位置的确定达到管理的目的。目前主要的定位方式是利用全球卫星导航系统(GNSS)。但是许多所要定位的珍贵物品储存于室内,而室内很难接收到卫影信号,所以无法对其进行准确定位。ZigBee室内定位技术作为目前一种新兴的短距离无线数据网络通信技术,具有低功耗、低成本、低速、高容量、高安全性、高可靠性和短时延等特点非常适合对室内珍贵物品定位。在ZigBee室内定位技术的众多定位算法中RSSI测量技术现代化无线模块已经具有对RSSI的测量功能,不需要额外硬件支持,同时误码率可以被用来估计信号衰减。同时大多数珍贵物品的所存储房间大多室内结构简单,环境因素对其影响较大,信号干扰影响基本很小。所以利用ZigBee定位算法中RSSI测量技术对室内存放的珍贵物品进行定位是可行的。     

微测绘

正定位从室外走向室内(博主物联网智库)GPS和基站定位技术基本满足了用户在室外场景中对位置服务的需求。然而,人的一生当中有80%的时间是在室内度过的,个人用户、服务机器人、新型物联网设备等大量的定位需求也发生在室内;而室内场景受到建筑物的遮挡,GNSS信号快速衰减,甚至完全拒止,无法满足室内场景中导航定位的需要。近年来,位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展,以提供无所不在的基于位置的服务,其主要推动力是室内位置服务所能带来的巨大的应用和商业潜能。     

一种相机标定辅助的单目视觉室内定位方法

目前随着室内定位技术的发展,人们对室内定位精度提出了更高的要求,高精度、低成本的室内定位技术成为研究的热点。本文结合相机标定提出了一种单目视觉室内定位方法,将室内环境按照是否共面进行区域分割,并对分割后的各区域进行相机标定,对摄像机获取的视频进行运动目标检测获取目标像素坐标,利用像素坐标和相机与空间的位置关系并结合平面约束方程进行目标位置解算。试验表明：该算法定位精度在X方向小于0.15 m,Y方向小于0.35 m,平均单点定位时间小于5 s,获得了良好的室内定位效果。     

基于数据与模型双驱动的音频/惯性传感器耦合定位方法

北斗卫星导航系统已于2020年实现全球覆盖。在开阔的室外环境,北斗可提供厘米级的定位服务,正向着更泛在、更融合、更智能的综合时空体系迈进。目前高精度室内定位技术处于百花齐放、百家争鸣的状态,尽管苹果支持的超宽带技术在市场中拥有优势,但是5G、音频和蓝牙测角等可支持所有大众手机的技术在市场中也具备竞争力。室内定位目前主要面临部署成本高、定位精度低、信号覆盖范围小和系统泛化能力差等难题。多源融合定位技术是解决这些难题的重要途径之一,特别地,融合低成本惯导定位源和高精度射频/音频定位源是目前具备实用价值的融合定位组合。行人航迹推算(pedestrian dead reckoning,PDR)定位源具有抑制积分误差累积的优势,但是由于用户手机握持姿态的复杂性和手机惯性传感器硬件的差异性,其在相对定位精度、手机泛化能力和多握持姿态支撑等方面也存在劣势,此外,受步频的影响,PDR定位源的位置更新率低于2 Hz。为了实现低成本、高精度和广覆盖的室内定位解决方案,本文提出了一种数据与模型双驱动的多源融合定位新范式,其中数据驱动的PDR部分通过构建神经网络模型,训练加速度传感器和陀螺仪测量值特征,学习速度变化矢量,推算高精度行人航迹,模型驱动部分为将数据驱动输出的相对航迹与高精度定位源输出的观测量通过扩展卡尔曼滤波,实现融合定位输出。试验结果表明,基于数据驱动的PDR方法可提供20 Hz的位置更新率,与高精度音频定位源融合,可实现0.23 m的动态定位精度。     

基于位置融合的WiFi室内定位新策略

基于接收信号强度（RSS）的WiFi室内定位技术由于其成本低、易部署的特点成为近年来的一个研究热点。基于RSS的WiFi室内定位由于受到室内环境复杂、动态变化性强的特性,位置估计精度和可靠度较低,因此本文提出了一种新的位置融合定位策略进一步改善基于RSS的WiFi室内定位的精度。新的位置估计策略融合三种AP选取策略的位置估计结果,试验结果表明,新提出的位置融合定位策略能够提高位置估计的精度,同时保证定位结果的可靠性,其整体定位性能更优。      

GNSS/地磁组合的室内外无缝定位平滑过渡方法

针对室内外无缝定位在室内外过渡点精度低、不能平滑自动切换等问题,结合GNSS定位技术以及室内地磁指纹节点的组合方法来实现室内外无缝定位及导航。由于从室外至室内时接收机接收到的卫星星数减少、GDOP值逐渐增加、定位的误差增大,因此室内地磁定位精度逐渐优于GNSS定位精度,在两个定位精度临界点通过分析计算得出GDOP最优转化范围值,进行平稳切换。此次试验仿真结果表明,GDOP在3~3.5进行切换与单一GNSS或地磁方法定位的精度相比,分别提高85.7%和82.6%,从而达到了室内外的高精度无缝定位,填补了国内外在室内外无缝定位上没有合适的切换界定的空白。     

5G与高精度定位融合在军事物流仓储中的应用

军事物流仓储对军事物流具有加速军用物资流转,提高军事物流效率和质量的作用,其现代化、信息化建设均需要通信技术与定位技术支撑。随着5G通信技术与室内外高精度定位技术的发展,研究北斗导航定位系统、UWB等高精度室内外定位组合与5G通信融合对军事物流仓储现代化建设应用具有重要意义。针对军事物流仓储建设需要和特点要求,本文对自主可控的室内外高精度组合、5G通信方式、室内外定位无缝衔接、系统总体架构及定位网与5G通信融合进行了研究,指出了高精度定位网与5G通信网建设对军事物流仓储建设发展具有重大影响。     

北斗/超宽带组合定位的室内外过渡区无缝链接方法

室内外无缝导航定位是万物互联之基石,具有广阔的市场前景和应用价值. 但目前对于室内外过渡区的无缝组合导航技术,仍存在诸多棘手问题亟待解决. 对此,从三个方面对BDS/UWB组合定位的室内外无缝链接方法进行了改进:一是提出了一种基于内引法和外引法的室内信标绝对定位方法,以解决室内外定位结果的坐标基准统一问题;二是提出了一种基于位置精度因子(PDOP)平稳变化的室内信标优化布局方案,以提高过渡区域的导航定位精度与信标可用性;三是提出引入自适应权重因子,来解决BDS/UWB组合定位的观测值合理定权问题. 通过具体实验验证:1) 利用基于内引法和外引法的室内信标绝对定位方法,可实现室内外坐标基准的统一,显著提高了用户使用的便捷性;2) 采用所提信标优化布局方案,可有效提高过渡区定位精度,相比无超宽带(UWB)信标,BDS/UWB组合定位的平均定位精度至少提高 355%;3) 自适应权重因子可实时调节不同时间、不同类型观测值的权比,增强了观测信息利用效率,相比北斗卫星导航系统(BDS)空旷区域,定位精度可至少提高22.5%.      

基于GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价.实验结果表明：在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.     

基于北斗室内外无缝位置服务方案设计

随着北斗卫星导航系统组网的日益完善,基于北斗的位置服务相关产业也在飞速发展。互联网技术的不断成熟,也加速了互联网产业与位置服务产业的结合。本文以我国北斗卫星导航系统为支撑,提出集成北斗卫星导航系统、蓝牙/Wi-Fi技术的室内外无缝定位技术和位置服务技术的方法,为城市室内外无缝定位提供新的思路。     

高精度室外定位确定室内初始点

室内外无缝定位分为室内定位和室外定位两个独立部分.室内定位通常选取(0,0,0)作为初始地磁点的坐标,然而这一坐标会随着实验者的改变或者实验场地的变换而更换,不具备普适性.全球卫星导航系统(GNSS)虽然不能进行室内定位,但在室外定位出的地心地固坐标是唯一的,不发生改变.本文选取GNSS在室内外无缝定位过渡点的地心地固坐标点作为初始点,室内定位坐标系同样使用地心地固,可以有效解决室内外无缝定位的坐标兼容性问题,具有更广泛的作用.      

手机视觉与惯性融合的松耦合滤波算法

在智能手机和互联网的普及状态下,对高精度定位技术的需求也更加显著,精确定位服务已渗透到各个领域,如物联网、无人驾驶、机器快递员、应急救援等。在室外环境下,这些服务大多由全球卫星导航系统提供;然而,在深山丛林、矿井隧道、地下室等室内环境下,由于信号衰减及多径效应的影响,GPS无法正常工作。本文针对一些特殊的室内场景,研究了基于松耦合滤波的视觉惯性融合导航方法,设计了一个面向智能手机平台的室内行人定位系统。该方法视觉前端采用了快速、稳健的稀疏直接法,后端采用了扩展卡尔曼滤波器来融合惯性信息,能够有效融合视觉和惯性信息,达到恢复单目视觉尺度、提高稳健性的效果,实现了高精度的室内行人定位。     

室内高精度定位技术总结与展望

高精度的室内定位技术对于国民经济发展具有非常重要的意义。近年来,随着位置服务需求逐渐增加,技术不断发生迭代,室内定位向着高精度和无缝持续发展。在卫星信号无法覆盖室内的情况下,高精度室内定位技术成为研究热点,发展出多种定位源和对应的定位原理。针对高精度室内定位技术的最新发展现状,依据不同定位原理分为基于几何关系、指纹匹配、增量估计和量子导航的高精度定位方法,并对各类方法的定位原理进行了介绍,对当前技术发展进行探讨和分析,总结出高精度室内定位技术的特点,探讨出多源化、智能化、大众化的未来发展趋势。     

Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

随着智能手机的普及,基于移动智能终端的位置服务应用正在飞速扩张。Android智能终端,因其性价比高而占据了大多数用户市场,但定位精度有待提升。因此,利用广域差分增强技术,提升室内外位置服务精度,成为当前研究热点。本文利用Android studio 2.2.2平台、Java语言及JNI技术,开发了BDS+GPS广域差分定位软件,该软件通过串口读取北斗移动终端原始卫星观测数据,进行差分数据流解析、实时轨道和钟差改正并实现增强定位。在移动终端硬件平台上,运行BDS+GPS实时WAAS软件,分析了定位结果,双系统单频广域定位精度为4 m左右,对于GNSS卫星技术在低成本移动终端位置服务中具有重要应用价值。