基于建筑物結(jié)構(gòu)特征的人員自主定位技術(shù)研究.pdf

1、人員自主定位系統(tǒng)作為衛(wèi)星導(dǎo)航失效條件下的一種重要“補(bǔ)盲”手段，在城區(qū)、山區(qū)、密林等環(huán)境中的消防救援、反恐處突、治安維穩(wěn)等應(yīng)急任務(wù)中具有十分重要的應(yīng)用。人員自主定位的自主性體現(xiàn)在其不需要外部的其它設(shè)備，僅僅依靠自身測(cè)量人員鞋尖的六自由度的加速度與角速度，通過(guò)慣性解算實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的定位。經(jīng)典的零速漂移抑制算法（ZUPT-aided EKF，Zero velocity UPdaTe-aided Extended Kalman Filter）可很

2、好地抑制器件漂移帶來(lái)的定位誤差，解算慣性運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)后生成人員初步的行走軌跡，即軌跡生成階段。由于此軌跡的誤差仍然較大，為了進(jìn)一步提高定位精度，需要利用建筑物的結(jié)構(gòu)信息輔助定位，即軌跡修正階段。
　　在軌跡修正階段，最主要的輔助定位信息為建筑物的結(jié)構(gòu)信息。本文主要研究了建筑物結(jié)構(gòu)特征的提取與分析方法，以及基于建筑物結(jié)構(gòu)特征的軌跡修正方法。在建筑物特征提取與分析中，主要從主方向、控制點(diǎn)、樓層特征、地圖和人員行走習(xí)慣這五個(gè)方面論述不同的建

3、筑物結(jié)構(gòu)特征的提取方法及其對(duì)定位的影響，并將這些特征用特殊的形式表示，使其能夠更加方便地輔助定位，修正行走軌跡。然后針對(duì)不同的建筑物的結(jié)構(gòu)信息，提出相應(yīng)的軌跡修正方法。特別提出了粒子濾波框架下的軌跡修正方法，從而有效利用建筑物主方向信息、地圖信息、人員行走習(xí)慣的信息，還針對(duì)控制點(diǎn)信息和樓層高度特征提出了其它的相應(yīng)修正方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些軌跡修正方法的有效性。
　　本文創(chuàng)新點(diǎn)在于：1）首次將人員行走習(xí)慣信息與主方向信息融合輔助定

4、位，根據(jù)這些信息自適應(yīng)地調(diào)整粒子濾波框架中粒子的權(quán)值，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此方法在總行走距離為908米的戶外復(fù)雜大場(chǎng)景軌跡下定位誤差低于總行走距離的0.5％，有效校正了航向的漂移，相對(duì)于軌跡修正前大大提高了定位精度。與傳統(tǒng)的利用主方向進(jìn)行軌跡修正的啟發(fā)式的航向漂移校正（HDE, Heuristic Drift Elimination）方法相比，算法穩(wěn)健性高，可以應(yīng)付多種復(fù)雜軌跡下的準(zhǔn)確定位；2）提出了改進(jìn)的地圖輔助定位算法，新算法根據(jù)實(shí)際情況加

5、入粒子“穿墻”數(shù)目的檢測(cè)，可以應(yīng)付地圖出現(xiàn)局部錯(cuò)誤的情況，提高了算法的穩(wěn)定性。并且在傳統(tǒng)方法粒子二值加權(quán)的基礎(chǔ)上引入了方向加權(quán)，提高了定位精度，在典型的辦公樓中隨意行走定位誤差保持在1m以下；3）提出了基于樓層特征的高度修正方法，假設(shè)人員在建筑物內(nèi)行走中高度變化僅由上下樓梯引起，通過(guò)隱馬爾科夫平滑過(guò)程將軌跡的高度變化分為平地階段和樓梯階段。在平地階段高度不變，抑制較小的高度漂移，在樓梯階段通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法估計(jì)樓層的高度。此方法充分利用了樓