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，僅僅依靠自身測量人員鞋尖的六自由度的加速度與角速度，通過慣性解算實(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，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，通過隱馬爾科夫平滑過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，在樓梯階段通過統(tǒng)計(jì)的方法估計(jì)樓層的高度。此方法充分利用了樓