[发明专利]一种室内行人行走模式识别和轨迹追踪的方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于惯性传感器的室内行人定位和轨迹追踪领域，尤其涉及一种基于隐含马尔科夫模型的室内行人行走模式识别和轨迹追踪的方法。

背景技术

基于惯性传感器的室内定位是在室内环境下，通过采集和处理手机中配置的加速度传感器和地磁传感器的数据来计算行人行走的步数和航向角。结合航迹推算原理，在已知上一个位置的基础上，根据行走时间段内的步数和航向角推算出行人的当前位置。再通过连续无缝地获取行人的当前室内位置，可以得到行人的轨迹。

基于惯性传感器的行人轨迹追踪系统中，可以通过采集加速度传感器数据结合步态识别方法计算出行人行走的步数。行人的航向角可以由采集的地磁传感器数据获取。利用获取的步数和航向角结合航迹推算原理可以较为准确的获取室内行人的位置。但是由于地磁信号非常容易受到金属物体和其他地磁干扰源的影响，采集的地磁传感器数据会由于这些干扰物而产生较大的误差。而且行人自主定位时身体的晃动也会对地磁传感器和加速度传感器数据的采集产生干扰。不仅如此，这些误差会随着定位距离的增长而累积，这种累积误差大大影响了基于惯性传感器的室内定位和轨迹追踪系统的精度。

为了提高室内行人定位和轨迹追踪系统的精度，研究人员提出过很多基于惯性传感器的室内定位方法，它们中有的从宏观上处理和过滤惯性传感器数据，虽然一定程度上减小了部分干扰的影响，但是并没有从根本上提高定位的精度。有的方法提出通过添加额外定位设备例如WiFi，陀螺仪等来辅助校正定位误差。这种方法显著提高了精度，但是额外添加的定位设备大幅度提高了定位的成本，大大降低了本系统的可用性。

如何在不添加额外设备的前提下，有效应对环境因素的干扰和身体晃动的影响，准确识别出室内轨迹的异常点，并且修正原来出错的轨迹，显著提高室内定位和轨迹追踪精度的方法，一直是行业研究的前沿课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出并实现一种利用手机自带的惯性传感器，进行室内行人行走模式识别，从而实现准确的室内定位和轨迹追踪的方法。该方法能够在不添加额外设备的前提下，有效应对环境因素的干扰和身体晃动的影响；该方法还能够准确识别出室内轨迹的异常点，并对原来出错的轨迹异常点进行修正，显著提高室内定位和轨迹追踪的精度。

本发明所采用的技术方案是：一种室内行人行走模式识别和轨迹追踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用加速度传感器和地磁传感器以自适应的采样频率采集数据，获得室内行人的初始位置数据；

步骤2：利用航迹推算算法计算室内该行人的下一点位置数据；

步骤3：重复执行所述的步骤1和步骤2，通过不断地记录室内行人的位置数据，获得室内该行人的行走轨迹；

步骤4：根据室内普通行人一般行走轨迹的特性建立行走模式的隐含马尔科夫模型；

步骤5：根据建立的隐含马尔科夫模型和传感器观测值识别出室内该行人的行走模式，然后将室内该行人的行走轨迹匹配到识别出的室内该行人的行走模式；

步骤6：采用了异常点识别、删除和坏区修复的方法对匹配后的行走轨迹进行修正，获得室内该行人的行走修正轨迹。

作为优选，步骤1中所述的利用加速度传感器和地磁传感器以自适应的采样频率采集数据，其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：输入三个连续时刻行人行走的方位角h_d，h_d-1，h_d-2；其中，d，d-1，d-2为进行数据采集的三个连续时刻；

步骤1.2：计算三个连续方位角两两之间关于时间的导数

hd-1′=ΔhΔd=hd-1-hd-2;]]>

步骤1.3：计算方位角之间的二阶导数；