67室内定位

2014年06月30日室内导航系统简介原理概述系统架构系统特点应用点性能指标系统简介原理样机2357596148高度数据实测轨迹1.系统简介目前人类利用卫星如GPS系统进行导航定位已经发展的较成熟。但定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，因此室内导航在没有移动网络的情况下成为较棘手的课题。而基于超声波、红外、超宽带、射频识别、ZigBee等技术存在着诸如定位精度低、布网灵活性差、成本高等一系列问题。定位系统：把陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计等传感器放置于特定人员人员背上，基于对操作人员的步态捕捉和分析，自动测量人的步频和步幅，然后在操作人员行走的方向上对步长进行累加，从而实时获得操作人员相对起始点的室内导航定位信息。VS2.原理概述基于步态分析的室内导航定位参考系统的原理：如图1所示，人在行走过程中有三个要素：“方向”、“步幅”和“步频”；如图2所示，基于对惯性传感器（加速计、陀螺仪和磁力计）信息的步态分析，可以获得上述三个信息；如图3所示，在人行走“方向”上，根据“步频”进行“步幅”累加，从而获得人相对初始点的导航位置信息。图1行走示意图图2步态分析图3导航定位2.原理概述人行走在大地全局坐标系（例如，X轴指向东，Y轴指向北，Z轴指向天）；惯性传感器系统放置在人体某部位（例如，放置在人体背部）；由于人体行走过程中，人体姿态是变化的（例如前后、左右晃动），所以，人体局部坐标系（例如，Y轴指向行走方向，X轴指向右侧，Z轴指向头顶）是一个时变运动坐标系；导航坐标系步幅方向步频步态导航2.原理概述如图所示，定位参考系统归结为：如何基于时变局部坐标系下的传感器信息，获得全局坐标系下人行走方向、步幅和步频的高精度测量，三个方面任何误差都会影响最终的导航精度。步态导航三要素2.原理概述为了实现室内人员三维导航，还需要借助高度计实现高度测量，进而自动确定人员所在的楼层。图5高度导航3.系统架构导航定位系统架构：4.系统样机5.系统特点专为步行人员定位导航设计开发；可进行高精度的作弊步态分析；无需传统的磁场矫正操作；具有高精度的气压-高度计和方向指示功能；定位不需要安装任何基础设施，也不需预安装信标点或基准站点；在无GPS的情况下连续确定人员的位置；可在建筑物内使用，不受城市狭谷等干扰GPS的地理环境的影响；不接受也不辐射能量，隐蔽性更好；1）方向精度：静态1度，动态4度(rms)；2）步幅精度：误差小于10cm；3）步频精度：准确率100%；4）定位精度：误差与经过距离相关，室内定位精度5-10m。5）工作时间：5h6）工作温度：-20～55℃7）高度定位精度：楼层定位6.性能指标圆形轨迹8字形轨迹对角线轨迹折线轨迹一字型轨迹口字型轨迹7.实测地图7.实测地图8.高度数据坐电梯上下楼，高度变化数值8.高度数据逐层走楼梯1楼2楼3楼4楼5楼6楼楼高均值记录数据下行03.87.411.415.2193.8上行02.96.79.713.517.53.5楼层判断1层2层3层4层5层6层逐层坐电梯1楼2楼3楼4楼5楼6楼楼高均值记录数据下行04.37.811.515.118.83.76上行04.28.111.815.519.73.94楼层判断1层2层3层4层5层6层电梯直升1楼2楼3楼4楼5楼6楼楼高均值记录数据下行020.84.16上行021.34.26楼层判断1层6层上下楼高度变化数值、楼层数值测试结果9.应用点导航定位系统的主要应用点：1.可提供高精度、高动态的运动方向测量，从而实现高精度的运动轨迹测量，主要表现在：（1）转弯运动导航系统在转弯时，无需停止，即直线行走过程中随时可以转弯，并保证高精度的方向和轨迹测量；（2）曲线运动导航系统完全可以实现圆形、8字形等曲线运动测量。2.可提供操作人员各种上下楼事件，主要表现在：导航系统除了提供高度数值以及楼层；还可以自动识别和上报上楼梯、下楼梯、离开楼梯间、上电梯、下电梯、离开电梯间等事件。3.可防止操作人员作弊，主要表现在：导航系统可以自动识别操作人员各种人为异常操作，例如原地踏步、左右晃动、上下晃动和前进/后退往复运动等，并在操作人员进行异常操作时不输出有效轨迹。附：后续研制计划功能模块方案分析研发周期室内定位系统室内定位模块相对成熟，根据需求完善，开发周期约6个月通信模块公网相对成熟，根据需求完善，开发周期约1-2个月专用网络需要基于现有技术重新开发，预计需要6个月。显示模块产品还可以进行扩展，集成生命体征监控等特色功能，后续研制计划：第一步：基于运营商的网络实现定位功能样机第二步：集成专网设备通信功能第三步：根据需求可集成生命体征监控等特色功能。谢谢！