收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于地图信息及MEMS传感器的室内行人导航算法

于春阳  
【摘要】:近几年来,室内行人导航定位系统在全球范围内有着巨大的市场需求。目前,全球约有两万五千家研究机构或企业致力于行人室内定位系统的研究。2012年科技部印发的《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》中明确指出,我国将要全力推动室内定位技术的发展,做到室内外协同精密定位。现今,工业界和学术界对于行人导航系统的研究取得了长足的发展,多种室内定位技术,如Wi-Fi定位技术、惯性导航定位技术、蓝牙定位技术、地图导航技术、视觉导航技术等,已被广泛应用于室内行人导航定位系统中。目前,室内行人导航系统的主要研究重点是如何在保证系统定位精度和定位性能的前提下,降低系统运行成本,即时间成本和经济成本。微型惯性传感器具有体积小、质量轻、成本低、耗电量小、易集成、不易受外部环境影响等特点,且被普遍集成于智能手机之中,这使基于微型惯性传感器的惯性导航定位技术成为室内定位的理想手段之一。因此,本论文首先提出了一种基于微型惯性传感器的室内行人导航系统解决方案。基于微型惯性传感器的惯性导航系统单独工作时,导航解算误差随时间迅速积累,最终致使系统无法正常工作。因此,需要其它辅助信息或传感器对系统误差进行修正。利用行人在运动过程独特的运动特性,本论文使用非完全约束算法、零速修正算法对惯性导航解算结果进行修正。利用加速度计输出信息对行人的运动状态进行检测,获得单步运动信息与零速状态,通过扩展卡尔曼滤波器将各速度约束信息用于惯性导航系统的误差修正。随着物联网系统的发展,城市Wi-Fi覆盖率逐渐提高,公众建筑物,如大学、图书馆、机场等,都普遍存在Wi-Fi接入点,可以向用户免费提供Wi-Fi信息。当Wi-Fi可用时,基于指纹识别算法的Wi-Fi位置信息可以用于进一步修正惯性导航系统导航解算误差,解决只有速度约束时,惯性导航系统航向信息不可观测的问题,通过基于扩展卡尔曼滤波的Wi-Fi/惯性组合导航算法,提高系统的导航解算精度。为了节省WiFi指纹数据库生成过程中的时间成本、人力消耗成本等,本文提出一种“走动测绘”方法来快速生成Wi-Fi指纹数据库。针对解决Wi-Fi指纹识别定位算法在在线导航阶段存在Wi-Fi模糊性问题,本文提出了一种基于K最临近算法和多重阈值判别的Wi-Fi定位算法,提高了WiFi指纹识别算法的定位精度。基于地图信息的导航算法是一种便捷、常用的导航方法。目前,建筑物所有者、基于位置服务的公司等都可以向用户提供室内地图信息,室内地图信息不仅可以用于呈现导航解算结果,更可以参与导航解算过程、修正惯性导航系统导航解算误差。针对解决如何快速获取室内地图信息的问题,本文给出了一种快速有效、且低成本的平面地图处理方法。粒子滤波器可以有效解决非线性、非高斯系统的状态估计问题,同时可以灵活添加系统量测量。本论文设计了基于粒子滤波器平台的地图辅助惯性导航解算算法,实现了不同种类的粒子滤波算法,如传统粒子滤波、回溯粒子滤波、辅助粒子滤波等。通过综合考虑运算速率与导航解算精度,本文选择辅助粒子滤波算法来实现基于地图辅助的导航算法。通过“穿墙法”实现量测更新过程中粒子权值的更新,利用相邻时刻粒子的连线与室内地图间的几何关系设计了有效粒子检测算法,解决了量测更新过程中有效粒子的检测问题。因此,基于粒子滤波的地图辅助算法并不直接用于投影行人的位置信息,而是作为一种阈值约束,通过粒子滤波算法来约束导航解算位置估计结果。为了有效利用室内地图信息,本论文在地图辅助方法之后增加了地图匹配算法,最大限度地利用了已有的地图信息来提高导航定位精度。与地图辅助方法不同,地图匹配算法所使用的地图信息为行人在室内行走过程中所有可能的轨迹/路径,如走廊、大厅、过道等,并生成室内轨迹骨骼图。地图匹配算法将先前的位置估计直接投影到轨迹骨骼图上,投影点的位置即为当前时刻的位置估计。为了有效组合惯性导航信息与室内地图信息等辅助修正信息,本论文提出了一种基于卡尔曼滤波与粒子滤波的级联滤波算法。与此同时,为充分结合行人航位推算算法和惯性导航解算算法的优点,本论文在级联滤波的上下层分别使用了惯性导航系统机械编排模型与行人航位推算模型作为系统模型进行系统更新。最后,本论文设计并进行了不同场景下的系统试验以对比、验证本论文所提出的基于地图信息、Wi-Fi信息及MEMS传感器的室内行人导航算法的可靠性、可行性。试验结果表明利用室内地图信息、手机内置微型惯性传感器及Wi-Fi信息(当Wi-Fi信号已存在并可利用时),通过使用本论文提出的级联滤波算法,可以在保证系统定位精度的同时,有效降低系统运行成本及运算负荷,定位误差RMS可以保持在较小水平。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP212.9

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 胡安冬;王坚;高井祥;;一种基于地图匹配辅助行人航位推算的室内定位方法[J];测绘科学技术学报;2014年05期
2 阮凤立;安倩;王克己;李晓阳;;室内定位中融合IMU的地图匹配算法研究与实现[J];数字通信世界;2014年S2期
3 王万良;张小玮;姚信威;岑跃峰;;无线网络中基于流媒体传输的自适应TFRC机制[J];计算机系统应用;2013年07期
4 王龙生;顾浩;余云智;韩瑜;;微分进化粒子滤波[J];计算机工程与应用;2012年01期
5 李瑶怡;赫晓星;刘守印;;基于路径损耗模型参数实时估计的无线定位方法[J];传感技术学报;2010年09期
6 徐田来,游文虎,崔平远;基于模糊自适应卡尔曼滤波的INS/GPS组合导航系统算法研究[J];宇航学报;2005年05期
7 王永才,赵千川,郑大钟;传感器网络自身定位方法的设计与实现[J];计算机工程与应用;2005年13期
8 高钟毓,王进,董景新,赵长德;惯性测量系统零速修正的几种估计方法[J];中国惯性技术学报;1995年02期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 邵晴;粒子群算法研究及其工程应用案例[D];吉林大学;2017年
2 兰海钰;行人导航系统及其组合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
3 李由;基于MEMS惯性传感器、WiFi、磁场特征的移动智能终端室内行人导航算法[D];武汉大学;2015年
4 邓平;蜂窝网络移动台定位技术研究[D];西南交通大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈莹超;基于MEMS惯性传感器的行人三维自主定位系统研究[D];中北大学;2017年
2 闫中亚;基于粒子滤波的Wi-Fi和惯性传感器融合定位算法的研究与实现[D];中国矿业大学;2016年
3 刘定俊;多模融合的高精度室内定位方法与系统研究[D];湘潭大学;2016年
4 刘洋;基于载波相位时间差分测速的GPS/INS组合导航研究[D];中国矿业大学;2016年
5 刘志达;智能手机室内定位技术的研究与实现[D];华南理工大学;2015年
6 谢泽刚;基于接收信号强度指纹的室内定位算法研究[D];华中科技大学;2015年
7 李银;基于ZigBee的WSN室内定位系统的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2014年
8 邱望智;基于GPS/北斗卫星的列车导航定位研究[D];北京交通大学;2014年
9 马嘉斌;基于便携设备行人航位推算的室内定位研究[D];上海交通大学;2014年
10 侯玉莹;基于WiFi的室内无线定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐海鑫;孙付平;潘文超;刘帅;门葆红;;零角度修正在GNSS/INS组合导航中的应用[J];测绘科学技术学报;2015年06期
2 范浩;严军;郑新元;朱静;王臣;;移动网络下流媒体传输拥塞控制机制的研究[J];电子测量技术;2015年12期
3 殷红;杨勇;彭珍瑞;董海棠;;改进LANDMARC算法在列检员定位系统中的应用[J];兰州交通大学学报;2015年06期
4 汪志飞;姚连璧;周冰;;移动测量系统设计及关键技术研究[J];测绘通报;2015年S1期
5 张少强;李醒飞;吴腾飞;纪越;徐梦洁;陈诚;;磁流体动力学角速度传感器低频误差分析及校正方法研究[J];传感技术学报;2015年11期
6 孙铁强;朱明辉;;一种基于RSSI的混合滤波算法[J];工业控制计算机;2015年10期
7 潘小琴;崔文婷;刘理想;戈婧佼;;一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法[J];科技视界;2015年16期
8 马志艳;李浩;杨光友;陈昊;;油田钻井现场无线传感器网络信道衰落模型研究[J];传感器与微系统;2015年03期
9 郭秀丽;亓占丰;;模糊自适应卡尔曼滤波技术在球果采集机器人控制系统中的应用[J];北华大学学报(自然科学版);2015年01期
10 吴耀;李文钧;姜华;何风行;;基于动态Kalman滤波的多传感数据融合算法研究[J];物联网技术;2015年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 樊璐璐;多目标优化方法CBQNA研究及其在结构冲击碰撞中的应用[D];吉林大学;2018年
2 于春阳;基于地图信息及MEMS传感器的室内行人导航算法[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 欧阳鑫信;跳频信号时差估计与直接定位方法研究[D];电子科技大学;2017年
4 曹景敏;多维标度无源定位方法研究[D];电子科技大学;2017年
5 兰海钰;行人导航系统及其组合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
6 李翠霞;移动终端定位的关键算法研究[D];华南理工大学;2015年
7 赖见辉;基于移动通信定位数据的交通信息提取及分析方法研究[D];北京工业大学;2014年
8 余明朗;面向景区智能导游的室内外一体化定位及位置服务方法研究[D];南京师范大学;2013年
9 屠晓东;基于UWB信号的多基站与单基站定位算法的研究与性能分析[D];中国海洋大学;2012年
10 赵冠男;OFDM通信网络中的无线定位技术的研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严乐;基于WiFi和传感器融合的室内定位导航系统设计[D];南京邮电大学;2018年
2 刘射德;基于GNSS与图像特征识别的列车组合定位算法研究[D];兰州交通大学;2018年
3 张凯楠;低功耗蓝牙组网和定位技术研究[D];北京邮电大学;2018年
4 徐龙阳;基于多传感器融合的PDR室内定位方法研究[D];安徽理工大学;2018年
5 王月;基于Android平台的室内定位方法研究[D];西安电子科技大学;2018年
6 郭铮;基于MIMU的行人任意步态定位方法[D];哈尔滨工程大学;2018年
7 冯昆;基于PDR/BLE的EKF室内融合定位系统研究与实现[D];中国矿业大学;2018年
8 李灵;顾及传感器特征与行人需求的行人导航关键技术研究[D];武汉大学;2018年
9 高马凤;基于SINS/北斗高性能组合导航滤波算法研究[D];内蒙古大学;2018年
10 夏宇声;基于Wi-Fi信号处理的室内定位系统设计与实现[D];重庆大学;2018年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱征宇;崔明;刘琳;;一种基于GPS终端的地图匹配方法[J];计算机科学;2013年05期
2 冯驰;赵娜;王萌;;一种改进残差重采样算法的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年01期
3 姜明;吴春明;张旻;蒋翊;;TFRC协议友好性与平稳性改进算法研究[J];电子学报;2009年08期
4 程远国;耿伯英;;基于高斯混合模型的无线局域网定位算法[J];计算机工程;2009年04期
5 刘志德;陈家斌;丁露;宋春雷;;地图误差对地图匹配质量的影响[J];测绘科学技术学报;2008年05期
6 苏海军;杨煜普;王宇嘉;;微分进化算法的研究综述[J];系统工程与电子技术;2008年09期
7 王珊珊;殷建平;蔡志平;张国敏;;基于RSSI的无线传感器网络节点自身定位算法[J];计算机研究与发展;2008年S1期
8 方震;赵湛;郭鹏;张玉国;;基于RSSI测距分析[J];传感技术学报;2007年11期
9 朱剑;赵海;孙佩刚;毕远国;;基于RSSI均值的等边三角形定位算法[J];东北大学学报(自然科学版);2007年08期
10 朱晓亮;杜旭;杨宗凯;程文青;;无线传感器网络实时媒体传输速率控制机制[J];小型微型计算机系统;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李由;基于MEMS惯性传感器、WiFi、磁场特征的移动智能终端室内行人导航算法[D];武汉大学;2015年
2 刘光洁;转向架构架焊接变形数值模拟研究与应用[D];吉林大学;2014年
3 赵利华;机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D];西南交通大学;2012年
4 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 左文杰;简化车身框架结构建模与快速优化研究[D];吉林大学;2010年
6 林鹰;储备粮智能监管与稽核系统关键技术研究[D];天津大学;2008年
7 严恭敏;车载自主定位定向系统研究[D];西北工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘春燕;基于WIFI与惯性技术的行人室内定位算法研究[D];中国矿业大学;2015年
2 张宪国;高动态环境下MSINS/GNSS组合导航系统研究[D];中北大学;2015年
3 南卫杰;基于多边形分解的质心定位算法的研究[D];太原理工大学;2015年
4 余前勇;多传感器信息融合的室内三维定位算法与实现[D];中国矿业大学;2015年
5 张言哲;WiFi辅助智能手机的室内定位技术研究与实现[D];中国矿业大学;2015年
6 杨洲;基于UWB/MEMS的高精度室内定位技术研究[D];中国矿业大学;2015年
7 邓海峰;GPS/INS初始对准模型研究[D];中国矿业大学;2015年
8 黄承恺;多传感器信息融合算法在室内定位中的应用[D];北京邮电大学;2015年
9 王菲;SINS/GPS组合导航系统研究[D];北京理工大学;2015年
10 张倩;基于MEMS的无人机GPS/SINS组合导航[D];北京理工大学;2015年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毋河海;地图信息的自动综合[J];测绘通报;2001年01期
2 苗先荣,郭庆胜;地图信息的研究[J];地域研究与开发;1990年04期
3 马晓春;章立;;面向数字时代的导航地图信息设计[J];包装工程;2019年04期
4 王世民;周沂;尹章才;赵晶辉;李行文;;Web2.0地图信息生态系统失衡及其平衡措施[J];测绘信息与工程;2010年06期
5 毛忠民;;地图信息快速采集系统的设计与实现[J];测绘通报;2010年04期
6 董恒宇;浅论地图信息选择的主观特征[J];地图;1986年03期
7 吴忠性;地图信息及其量的计算方法[J];地域研究与开发;1990年04期
8 李志榕;姜紫微;;基于文化转译的地图信息设计探索[J];图学学报;2018年04期
9 武红敢;;地图信息及其分析应用[J];地图;1991年03期
10 臧卓;石军南;赵亮;徐永新;;基于MapServer的地图信息发布与查询——以洞庭湖湿地为例[J];湿地科学;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 凌云;陈毓芬;;多媒体电子地图集平台开发思想与实践[A];全国地图学与GIS学术会议论文集[C];2004年
2 安敏;;地图信息服务的演绎与发展[A];2007'全国测绘科技信息交流会暨信息网成立30周年庆典论文集[C];2007年
3 刘雯;李晶;邓中亮;付潇;王翰华;姚喆;;基于EKF/PF的蓝牙/PDR/地图的融合定位算法研究[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S10 多源融合导航技术[C];2018年
4 张书楠;邓中亮;付潇;苏洋;邢华帅;;基于蓝牙与地图信息矩阵的室内融合定位算法[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S10 多源融合导航技术[C];2018年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 记者 洪钧实习生 吕婷;海量地图信息“网”给您[N];厦门日报;2007年
2 证券时报记者 杨丽花;地图信息企业路在何方[N];证券时报;2014年
3 童欣;四大问题不容忽视[N];中国计算机报;2006年
4 本报记者  张磊;在线地图期待个性化服务[N];中国消费者报;2006年
5 罗晖;国家测绘局:提供网上地图信息服务[N];科技日报;2008年
6 黄建智;结合产学研资源形成产业群聚 打造无线经济体系[N];电子资讯时报;2006年
7 计算机世界实验室 吴挺;GPS的那些事[N];计算机世界;2009年
8 程德群;日本的第五次基本长期测量计划及修订[N];中国测绘报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于春阳;基于地图信息及MEMS传感器的室内行人导航算法[D];哈尔滨工程大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王霜;地图信息设计的美学研究[D];江南大学;2017年
2 马文惠;中学生获取地图信息能力培养的教学实践[D];华中师范大学;2016年
3 李斌;面向室内地图信息服务的OpenAPI的设计和实现[D];北京邮电大学;2013年
4 许松清;基于环境地图信息的移动机器人路径规划研究[D];福州大学;2006年
5 刘振坤;3D-MTraining及其关键技术的研究[D];中南大学;2013年
6 阎静;群机器人地图创建探索策略研究[D];太原科技大学;2012年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026


丁香五月 啪综合