[发明专利]一种室内三维定位方法及系统

权利要求书

1.一种室内三维定位方法，其特征在于，包括：

构建室内场景中定位区域的先验信息，并根据所述先验信息构建所述定位区域的局部三维模型，形成视觉定位先验数据库；所述先验信息包括点云位置以及二维图像特征；所述视觉定位先验数据库包括二维图像特征和3D点云特征；

当目标人员发出定位请求时，利用手机相机获取当前场景图像，并根据所述当前场景图像以及所述视觉定位先验数据库确定相机位姿；所述相机位姿为视觉定位结果；

获取手机内置MEMS惯性元件的传感器数据，并根据所述传感器数据确定相对定位结果；所述传感器数据包括磁场强度数据、角加速度数据以及加速度数据；

基于视觉定位可信度，判断所述视觉定位结果是否可信；

若是，输出所述视觉定位结果；

若否，输出所述相对定位结果。

2.根据权利要求1所述的室内三维定位方法，其特征在于，根据所述先验信息构建所述定位区域的局部三维模型，形成视觉定位先验数据库，具体包括：

针对大范围室内场景，根据所述先验信息分段式重构小范围的三维模型；

对所述小范围的三维模型通过全站仪进行尺度校正，基于手工测绘与迭代最近点法将各个尺度校正后的三维模型进行拼接，形成所述定位区域的局部三维模型；

根据所述局部三维模型存储各个所述二维图像特征和3D点云特征，形成视觉定位先验数据库。

3.根据权利要求1所述的室内三维定位方法，其特征在于，根据所述当前场景图像以及所述视觉定位先验数据库确定相机位姿，具体包括：

获取所述当前场景图像的2D特征；

将所述2D特征与所述3D点云特征进行对比关联，利用随机抽样一致算法确定所述2D特征与所述3D点云特征的特征匹配对；

利用PnP算法对所述特征匹配对的内点进行求解，确定相机位姿。

4.根据权利要求1所述的室内三维定位方法，其特征在于，根据所述传感器数据确定相对定位结果，具体包括：

根据所述目标人员一步之内的加速度数据确定当前时刻步长；

获取所述目标人员的当前位置点，并根据所述当前位置点以及所述传感器数据确定所述目标人员当前时刻的位姿；

根据所述当前时刻步长、所述当前时刻的位姿以及上一时刻的航位确定所述目标人员的相对定位结果。

5.根据权利要求4所述的室内三维定位方法，其特征在于，当所述目标人员为搜救人员时，根据递推公式确定所述搜救人员当前时刻的位姿。

6.根据权利要求5所述的室内三维定位方法，其特征在于，所述递推公式为：

其中，为k时刻目标人员的位置，为k时刻目标人员的速度，为k时刻目标人员的姿态矩阵，为k-1时刻目标人员的位置，为k-1时刻目标人员的速度，为k-1时刻目标人员的姿态矩阵，为k时刻目标人员的加速度数据，为k时刻目标人员的角加速度数据，b_a为采集所述加速度数据的加速度数据计的零偏，b_g为采集所述角加速度数据的陀螺仪零偏，Δt为时间间隔，gⁿ为导航坐标系重力向量，Ω为反对称矩阵。

7.一种室内三维定位系统，其特征在于，包括：

视觉定位先验数据库形成模块，用于构建室内场景中定位区域的先验信息，并根据所述先验信息构建所述定位区域的局部三维模型，形成视觉定位先验数据库；所述先验信息包括点云位置以及二维图像特征；所述视觉定位先验数据库包括二维图像特征和3D点云特征；

相机位姿确定模块，用于当目标人员发出定位请求时，利用手机相机获取当前场景图像，并根据所述当前场景图像以及所述视觉定位先验数据库确定相机位姿；所述相机位姿为视觉定位结果；

基于MEMS的相对定位模块，用于获取手机内置MEMS惯性元件的传感器数据，并根据所述传感器数据确定相对定位结果；所述传感器数据包括磁场强度数据、角加速度数据以及加速度数据；

判断模块，用于基于视觉定位可信度，判断所述视觉定位结果是否可信；

视觉定位结果输出模块，用于输出所述视觉定位结果；

相对定位结果输出模块，用于输出所述相对定位结果。