高精度室内地图辅助VLC与PDR融合定位

针对传统室内定位方式存在的忽略地图精度对于整体定位精度的支撑性作用、需要额外的辅助设施和附加模块以协助定位系统实现目标点定位、定位信标的保密性差、定位信号源与辅助基站等具有较强的信号辐射等问题,本研究引入高精度室内地图辅助,提出了一种VLC与PDR融合的室内定位算法。首先,本研究摒弃了传统人工勾绘方式,在室内扫描机器人turtlrbot平台上（装载有二维激光扫描雷达）,利用Gmapping二维栅格地图构建算法,生成高精度室内地图。在此基础上,采用扩展卡尔曼滤波算法结合高精度地图信息实现VLC与PDR融合定位。该融合定位算法较好地结合了VLC定位与PDR定位各自的技术优势,实现了VLC定位结合高精度地图信息对PDR定位自适应动态纠偏,对于进一步实现新型低成本、无信号辐射、保密性强、附加模块少的高精度室内定位提供了较好的理论与技术支撑。实验结果表明：在高精度室内扫描地图构建过程中,其测距分辨率<0.5 mm,VLC与PDR融合定位算法的整体定位精度为1.33 m,平均定位响应时间为0.58 s。     

基于WiFi/PDR的室内定位初始位置融合解算方法研究

提出基于WiFi/PDR的初始位置融合解算方法。以检测到步数后0.2 s内WiFi定位坐标为集合,将PDR中估算的相邻两步距离和航向角作为参照,通过距离阈值和角度阈值筛选相邻两步WiFi定位坐标,以距离和角度综合偏离度选择最优定位坐标。结果表明,该方法解算的初始位置精度为1.2～1.8 m,比WiFi指纹定位误差缩小50%。     

基于iBeacon的精细室内定位方法研究

苹果公司发布的i Beacon作为一种粗精度位置感知服务体系,得到了广泛关注。针对更精细的广域位置服务,提出了基于i Beacon的无线指纹定位方法,并给出了图书馆的位置服务示例。     

基于众包数据的室内定位方法和平台

随着WLAN的普及,基于Wi-Fi的室内定位方法逐渐成为研究与应用的热点。虽然,其中基于位置指纹的定位算法研究相对广泛,应用效果较好,然而现有的指纹定位方法或系统仍存在以下3个问题：① 离线阶段的数据标定和定位模型的训练需要耗费大量人力物力,以及时间消耗,使系统很难得到实际应用;② 真实环境中WLAN信号波动呈现高动态性,采集的数据存在显著的时效性,无法提供长时间的有效定位保证;③ 实际环境中AP设备变动频繁,导致训练数据与定位数据特征维度不等长,造成模型失效。针对上述问题,本文提出了一种基于众包数据的模型更新方法,通过不断融合增量数据,使定位模型保持实时有效。该方法主要包括半监督极速学习机(SELM)、具有时效机制的增量式定位方法(TMELM)和特征自适应的在线极速学习机(FA-OSELM)3部分。基于上述方法,本文设计并实现了基于众包数据的室内定位平台系统。实际应用表明,本文提出的方法能够显著降低模型训练阶段的数据采集工作量,有效提升模型训练速度,并且长时间保持较高的定位精度。     

一种运动恢复结构和航位推算结合的室内行人视觉定位方法

商业和工业领域中,室内行人、车辆、机器人的位置信息正逐渐成为人们关注的热点,并随之产生了大量的室内定位技术和方法,如使用无线信号、地磁、超宽带和超声波等方式进行室内定位。然而,目前的这些室内定位方法大多需要额外辅助设备的支撑,增加了定位成本和硬件开销。视觉定位作为一种目前较为流行的定位方式,具有实施成本低、不依赖任何外界辅助设备等优势。其中,构建带有位置标签的图像数据库是视觉定位方法的关键环节,而传统的构建图像数据库方法人力开销大、时耗长。因此,本文提出一种运动恢复结构（SFM）和航位推算结合的视觉定位方法,能够快速构建图像位置数据库、大大降低人力开销。该方法主要包括2个阶段：离线阶段和在线阶段。离线阶段主要实现图像序列位置的自动标注,通过采集行走路线上的手机内置传感器信息和视频信息,提出一种多约束图像匹配方法用于视频图像的连续匹配,将匹配结果用于SFM方法,可以得到相邻图像间的运动角度,使用行人航位推算（PDR）方法标注图像序列的轨迹坐标。在线阶段使用提出的图像匹配方法计算查询图像与数据库影像间的匹配点数量,将匹配点最多的K个数据库影像位置坐标加权平均作为查询图像的定位结果。最后,分别在2种典型的室内环境下进行实验,结果表明本文方法在离线阶段位置标注的平均误差为0.58 m,在线阶段图像匹配定位的误差范围在0.2~1.4 m。     

基于室内定位数据的群体时空行为可视化分析

室内定位数据记录了用户在室内空间活动的时空轨迹,是研究人群室内行为的重要信息源。室内数据时空耦合、分布复杂,可视化分析可以更好地揭示其规律。然而,与室外数据不同,室内数据具有时空粒度细、定位精度高等特点,与POI之间的空间关系更为明确,其轨迹受到室内设施和空间的制约,出现高维和不规则的特征,而这给室内行为研究提供依据的同时,又给可视化分析带来一定的挑战。现有的可视化方法主要应用于室外定位数据,关注轨迹自身的活动轨迹分析,往往忽略了所经过POI语义信息表达。针对这一问题,首先分析室内空间结构与定位数据的特征,阐述室内空间可视化分析的特殊性;在此基础上,面向室内人群的时空分布、移动模式及相关POI之间的对比、关联分析的需求,细化可视化分析的内容,明确可视化分析与展示的对象,并设计数据结构;从数据结构、可视化方法、展示图件及用户交互4个层次构建时空行为可视化分析模型;基于上述方法,采用WebGIS和WebGL技术综合设计和实现了面向商场定位的商场客流分析系统;最后,通过某一大型商场的用户定位数据进行可视化分析,从而验证了研究成果的正确性和有效性。     

室内实景三维重建技术综述

构建语义丰富、几何精确且拓扑完备的室内三维模型是实景三维中国建设中一项富有挑战性的任务,在室内导航与位置服务、虚拟现实、智能家居等领域都有重要的应用价值。室内空间结构布局复杂、实体要素类型多样及杂乱遮挡等因素给室内实景三维重建带来诸多挑战。近些年,室内实景三维重建受到广泛关注,然而关于现有方法的系统性总结仍较为欠缺。本文对室内实景三维重建最新技术的研究进展进行整理和归纳。首先,简要总结当前主流的室内空间三维数据采集手段;其次,从室内实景三维模型构建过程中涉及的关键环节出发,从实体要素语义识别和分类、实体要素几何模型生成、空间拓扑特征组织与表达方面对现有方法及其优缺点进行综述;最后,对室内实景三维重建相关研究现存的技术挑战进行分析总结,并对未来研究趋势进行展望。     

基于移动对象轨迹的室内导航网络构建方法

室内导航网络是行人导航、信息推荐和商业分析的基础。传统人工测绘或半自动提取的室内三维导航网络无法满足复杂室内空间结构高频变化需求。随着室内定位技术的不断发展,室内移动对象轨迹数据爆发式增长,为室内导航网络快速构建与变化监测更新提供了可能。本文提出一种基于移动对象轨迹的室内导航网络构建方法,在基于ST-DBSCAN的轨迹简化预处理基础上,提出了室内轨迹自适应栅格化算法,减弱栅格图像分辨率对导航网络提取的影响,有效避免廊道轨迹密度差异造成的导航网络拓扑连通失效,并通过CFSFDP自适应聚类算法自动识别楼层之间连通点,实现室内导航网络的快速构建。实验数据来源于上海图聚智能科技股份有限公司提供的某商城真实的室内移动对象轨迹数据,实验结果表明,与普适栅格化方法相比,本文提出的方法将导航网络构建准确率平均提高2.43%,拓扑正确度提高12.8%。     

基于TOF模式的UWB定位原理与精度验证

通过分析基于飞行时间(time of flight,TOF)的超宽带(ultra wide band,UWB)距离测量的特性,利用卡尔曼滤波及其变式处理原始TOF测距值,剔除TOF测距粗差并对距离观测值进行降噪处理以减小观测误差的影响;同时利用已知长度分析多路径效应和非视距环境等对TOF测距系统误差的影响规律。基于该实验数据的定位结果表明,在较好地改正TOF测距系统误差的情况下,UWB静态定位精度能达到10 cm以内,动态定位精度优于0.2m。     

三维室内地图表达方法研究与应用

室内地图是室内空间信息的载体,是实现室内位置服务的基础。本文在当前研究和应用的基础上,从室内空间整体轮廓、单楼层和多楼层叠加3个层次对室内空间轮廓、室内通道要素、室内空间单元的表达方法进行了研究与实践,并以广州白云万达广场为例,基于Web前端3D引擎threejs实现了三维室内地图的表达和应用。通过该方法,用户可以对室内空间从整体到局部进行全面了解,满足室内地图应用和导航的需求,从而提高人们对室内空间的认知效果。     

GIS系统在林火定位中的应用

本文旨在通过讲解GIS系统中远程视频监控定位技术的原理和实现方法以及其他定位方法的应用,通过GIS系统实现多种定位技术,使森林防火工作做到打早、打小,把森林火灾造成的损失尽可能地减少到最低限度.     

可拓评判方法在掩星定位及反演中的应用

介绍可拓评判方法的原理以及在掩星定位及反演中的应用,并通过实际算例证明了不同高度角和几何分布对掩星卫星定位和反演精度的影响.试验结果表明,与常规方法相比,利用可拓评判方法选星后掩星定位,反演精度和稳定性均得到了显著提高.     

室内地磁基准图构建的优化算法研究

对比分析4种室内地磁基准图的构建算法,选取两种场景进行实验,并采用均方差、交叉验证法、积分均方误差等评价指标进行分析。结果表明,协同克里金插值算法有更高的精度,但构建速度较慢;标准高斯过程回归有更快的构建速度,但精度略低。因此,对于有高精度需求的场合可采用协同克里金算法;对于实时性要求高的情况,标准高斯过程回归更能满足需求。     

室内用户语义位置预测研究

位置预测技术可以提前预知用户下一时刻的位置,在基于位置的服务（Location-based Service,LBS）领域中发挥着极其重要的作用。现有的位置预测技术大多仅使用用户的地理轨迹,仅使用地理轨迹挖掘出来的用户移动模式易受地理特性的限制缺乏深层次的语义信息。本文基于某商场群体用户的室内轨迹数据和语义信息预测用户下一个时刻语义位置。语义位置预测包括停留区域识别、停留区域语义匹配、语义位置建模。在停留区域识别阶段,为减少室内停留时间不固定对停留区域识别的影响,本研究提出了一种新型的时空凝聚层次聚类算法（Spatial-Temporal Agglomerative Nesting, ST-AGNES),该算法具有思想简单、超参数少、自动生成聚类个数等优点。在语义匹配阶段,引入了吸引度规则,充分利用停留区域所有轨迹点与室内高密度的商铺名称信息做匹配。最后,采用长短型记忆神经网络模型（Long Short-Term Memory,LSTM）挖掘群体用户的语义位置模式并预测用户未来的语义位置,实验预测正确率达到61.3%。     

面向智能导游的室内外定位方法研究

智能导游是基于游客位置的路径引导、游览讲解的综合性服务,与地理信息系统(GIS)、移动定位技术、基于位置的服务(LBS)等之间有着密切的联系。目前,室外定位技术已趋于成熟,但是无法满足室内定位的要求,因而室内外一体化定位在智能导游领域的应用亟待研究。本文将室内外定位引入到景区智能导游服务中,在调研室内外定位技术的基础之上,根据景区智能导游系统中室内外定位的具体需求,研究基于全球定位系统(GPS)和超宽带技术(UWB)的室内外组合定位方法,提出基于游客行为与空间状态的室内外组合定位模式,通过探测游客的运动状态实现定位切换算法,构建基于GPS与UWB的室内外组合定位平台。     

基于室内路网的跨楼层路径规划技术的设计与实现

随着室内定位技术、BIM-GIS技术和室内地图研究的发展,室内位置服务需求日益旺盛。作为室内位置服务的关键技术之一,室内路径规划成为研究与应用热点。但是早先的路径规划技术往往基于单层网络拓扑模型而设计,由于模型缺少楼层之间的连通信息,而不能实现跨楼层导航算法分析;而后随着跨楼层导航算法的出现,跨楼层的路径规划、导航及定位得以实现,但这些跨楼层导航算法基于楼层连接通达规则,往往需要多次遍历楼层信息,运算效率低下。针对这一问题,本文利用电梯、扶梯、楼梯等楼层间连接信息,设计、实现了基于楼层连接表的室内多层路网分析模型,并采用逐层分析的方法和多次网络分析,实现室内跨楼层的带有多个途经点路径分析。整个技术框架包括跨楼层路网生成模块、位置点接收模块、网络分析模块、循环控制模块。算法方面,本研究采用双向遍历的A*最短路径分析算法,通过网络路径分析,最终将满足约束条件的规划路径显示在移动设备上,帮助用户实现跨楼层、多途经点的定位与路径导航。     

面向室内导航的分层认知路网优化方法

随着室内空间应用规模的增加以及室内定位技术的发展,面向大型场馆等室内空间的应急救援与导航成为室内GIS应用的研究热点,而室内路网构建是室内应急导航服务得以实现的关键技术。本文面向室内导航寻径的这一现实问题,以室内路网动态构建与优化作为研究对象,基于室内空间感知规律以及分层认知的方式,提出和构建了室内单元认知分层编码方法：① 将建筑物室内路网分为街道-建筑物、建筑物-楼层、楼层-区块、区块-房间等4个层次;② 为了满足语义分析的需求,在分析室内单元功能的基础上,引入“虚拟房间单元”,将室内封闭性空间和联系性空间统一剖分为房间单元;③ 依据室内建筑认知分层模型以及室内单元剖分结果,按照建筑物-楼层-分区-房间单元的顺序,从高级到低级的顺序进行连续分层编码。以国内某商业中心为例构建了室内分层认知路网,每一个层次都可以减少参与运算的结点和弧段数,简化了计算网络,从而提高了运算的效率,同楼层寻径时间约为55 ms,跨楼层的寻径时间约为100 ms左右。结果表明,该分层认知编码模型符合人们对室内路网的经验性层次认知,能够很好地刻画路网层次特征,能满足寻径计算的精度和效率的要求,为面向导航的室内应用奠定了基础。     

基于LiDAR点云法向量稳健估计的室内平面图自动生成方法

提出一种基于Li DAR点云的室内平面图自动生成方法,旨在快速地以室内Li DAR点云数据为基础,实现点云法向量的稳估计,从而自动化提取墙面面片,进而完成室内平面图的构建。实验结果表明:该方法有效抑制室内Li DAR点云数据的噪声(如墙面重影),并能较好地生成室内的平面结构图。     

基于无线局域网IEEE802.11技术的地理空间定位方法

分析对比了多种地理空间定位方法,归纳了各种不同尺度下定位的特点,以及定位方法的实现过程,从IEEE802.11无线局域网技术的MAC协议出发,提出了基于无线局域网IEEE802.11技术的地理空间定位方法,实现的技术流程,并分析了其发展趋势。利用MAC的帧头和帧体都可以实现定位功能,利用MAC帧头的定位可以适用于计算能力较强的移动台上,而利用帧体的定位,由于只需解析内容不需要查询计算,所以能够用于手机等移动对象。使用无线局域网可以实现定位平台,同时又能实现无线接入的通信功能,所以大大降低了总的建设成本,因此具有很大的现实意义。     

定位统计图表的几何定位与基础图表构建

归纳和总结了定位统计图表表达的理论,给出了定位统计图表的数学模型,并根据统计图表的坐标系维度对其进行了分类。通过统计图表的定位方式抽象出定位图元的几何类型,并相应给出了定位参数的计算方法。最后程序化地实现了直方图、柱状图、扇形图、饼状图、玫瑰图等基础图表的几何定位和自动构建,极大地提高了定位统计地图的设计水平和制作效率。