[发明专利]一种基于层高模型的楼层自主识别方法

说明书

本发明公开了一种基于层高模型的楼层自主识别方法，基于鞋嵌MEMS‑IMU传感器，通过构建层高模型来完成楼层识别，具有自主性，不受气象条件制约和外界电磁信号干扰，无需任何额外的硬件部署与前期勘测工作、适合消防救灾等场景下的楼层估计，不需要预先获取建筑物的层高；同时，本发明算法复杂度低，易于工程实现。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，具体涉及一种基于层高模型的楼层自主识别方法。

背景技术

近年来，城市高楼、地下室等随处可见，行人在室内的运动轨迹不仅包括水平面运动，还包括垂直方向上的上下移动。在火场等紧急救援事故中，垂直方向上的信息往往更加重要，因为几米的高度误差将导致建筑物楼层的误判，一层楼的定位误差远比几米的水平定位误差严重得多。准确的楼层信息可以减少空间搜索域，提高救援效率，为被救援人员的生命安全提供保证。

在室内，由于遮挡，卫星定位无法提供有效地高度信息。气压测高方法则受室内湿度、湿度等环境因素的影响，导致高程的定位精度下降；SLAM(Simultaneous Localizationand Mapping,即时定位与地图构建)方法通过构建室内的三维稠密地图，以获取室内的三维信息，但SLAM方法计算量大，且受光照影响；而其它室内定位技术包括WIFI、UWB(UltraWide Band,超宽带)等，虽然定位精度较高，但在使用前需要预先部署设施或建立数据库，耗费大量的成本，对于火场中电磁干扰大、遮挡严重，甚至出现断电的情况，实用性不强。

随着MEMS(Micro Electro Mechanical System,微机电系统)技术的不断发展，基于IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)的定位不需要事先部署设备，具有连续和自主等优点而得到了研究人员的广泛关注。但是，MEMS-IMU通常只用于水平定位，惯性垂直通道不稳定使得垂直位移发散。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，即为解决传统惯性方法中惯性测高发散的问题。本发明提出了一种基于层高模型的楼层自主识别方法，不受气象条件制约和外界电磁信号干扰，无需任何额外的硬件部署与前期勘测工作，仅基于楼层模型辅助的捷联惯性定位，便可在复杂环境下行走时实现楼层的准确识别。

为实现上述技术目的，本发明提出的一种基于层高模型的楼层自主识别方法，主要包括以下步骤：

1、鞋跟位置嵌入MEMS-IMU传感器；

2、采集MEMS-IMU传感器的加速度计和陀螺数据，结合式(1)进行捷联惯性解算，获取行人的姿态，速度和位置信息；

其中，上标n和b分别表示导航坐标系和载体坐标系；Vⁿ和分别表示导航坐标系下的三维速度及其微分；表示导航坐标系下三维位置的微分；和分别表示由b系到n系转换的姿态矩阵及其微分；Ω^b表示由陀螺仪输出角速度构成的反对称矩阵；f^b表示载体坐标系下的比力；gⁿ表示地球重力场矢量；

3、基于加速度计和陀螺仪的输出，进行零速更新(ZUPT)检测，即对行走过程中传感器固定脚进行周期性触地检测；

4、基于所述零速更新检测，步态周期序号记作m，将第m个步态周期中的静止态记为Stan_m，在静止态Stan_m内，脚贴地，实际行走速度为零，而基于步骤二解算的三维速度V不为零，实际行走速度与解算的三维速度V之差，即为静止态的速度误差，如下所示：

dV(Stan_m，i)＝[0 0 0] (2)

其中，Stan_m，i是步周期为m时，所处静止态的第i个采样，i取从1到步周期静止态的采样数目last之间的整数，对不同的步周期，last取值不相同；