[发明专利]一种用于火灾救援的室内复合定位方法

摘要

本发明公开了一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其具体步骤为：搭建包括：三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）、读卡器（5）、RFID标签（6）和DSP处理器（7）用于火灾救援的室内复合定位系统；信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）信号；航位推算模块（9）获得救援人员的位置信息；运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态；匹配修正模块（12）对救援人员位置进行修正；定点修正模块（13）结合地图信息确定救援人员所处位置实现对救援人员位置的定点修正。本发明实现了高精度室内定位，易于实现、对外界条件依赖低。

主权项

一种用于火灾救援的室内复合定位方法，其特征在于具体步骤为：第一步  搭建用于火灾救援的室内复合定位系统用于火灾救援的室内复合定位系统包括：三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）、读卡器（5）、RFID标签（6）和DSP处理器（7），其中DSP处理器（7）上运行信号采集模块（8）、航位推算模块（9）、运动状态提取模块（10）、室内地图模块（11）、匹配修正模块（12）和定点修正模块（13）；三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）的输出端分别与DSP处理器（7）的输入端连接，读卡器（5）与DSP处理器（7）双向连接，读卡器（5）和DSP处理器（7）均固定在救援人员腰部；RFID标签（6）布设在室内，并通过无线电波与读卡器（5）进行双向交互；信号采集模块（8）用于采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）的信号；航位推算模块（9）根据信号采集模块（8）采集到的信号对救援人员的位置进行解算；运动状态提取模块（10）提取采集到的信号特征，确定救援人员运动状态；室内地图模块（11）提供室内路径信息；匹配修正模块（12）根据解算的救援人员位置和提取的救援人员运动状态，结合地图信息进行救援人员位置的匹配修正；定点修正模块（13）控制读卡器（5）读取RFID标签（6）信息，结合地图信息对定位结果进行定点修正；第二步  信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）和气压计（4）信号信号采集模块（8）采集三轴加速度计（1）的三向加速度信息，采集三轴陀螺仪（2）的三向角速度信息，采集三轴磁罗盘（3）的三向磁场强度信息，采集气压计（4）的当地大气压力信息；第三步  航位推算模块（9）获得救援人员的位置信息航位推算模块（9）根据信号采集模块（8）获得的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场强度信息和当地大气压力信息，得出步长、航向角以及海拔高度，并进行航位推算，公式为：（1）其中，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，、分别为时刻正东、正西方向的坐标，为步长，为时刻的航向角；航位推算模块（9）通过公式（1）实现对救援人员的相对位置的确定；第四步  运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态运动状态提取模块（10）根据信号采集模块（8）获得的三轴加速度信息和当地大气压力信息的变化判断救援人员上楼、下楼或平走的运动状态；根据信号采集模块（8）获得的三轴角速度信息和三轴磁场强度信息的变化判断救援人员转弯的运动状态；第五步  匹配修正模块（12）对救援人员位置进行修正航位推算模块（9）获得救援人员位置信息，运动状态提取模块（10）确定救援人员的运动状态，匹配修正模块（12）结合室内地图模块（11）提供的室内路径信息，将位置信息和运动状态与室内路径进行匹配，修正救援人员位置，获得更加精准的救援人员位置信息，公式为：（2）其中，为每条路径的开始位置和结束位置，为当前航位推算结果，为匹配修正后的位置信息；第六步  定点修正模块（13）对救援人员位置进行修正在RFID标签（6）事先布设的室内区域，通过读卡器（5）获取RFID标签（6）的ID信息，定点修正模块（13）根据ID信息，并结合地图信息确定救援人员所处位置并进行修正，实现对救援人员位置的定点修正；信号采集模块（8）对三轴加速度计（1）、三轴陀螺仪（2）、三轴磁罗盘（3）、气压计（4）信号进行采集；航位推算模块（9）通过对航向的解算和运动步长的估计，通过公式（1）进行位置解算；运动状态提取模块（10）对救援人员的上楼、下楼、转弯或平走的运动状态进行信号特征提取；室内地图模块（11）中的室内地图事先已经获取，匹配修正模块（12）根据位置解算结果和运动状态与室内路径进行匹配，通过公式（2）实现对定位结果的匹配修正；RFID标签（6）采用无源标签，对外界无依赖，事先将RFID标签（6）在室内关键出入口处进行布置，读取有效范围控制在1.5米之内，并建立起RFID标签（6）与室内坐标信息的映射关系；当读卡器（5）读取到RFID标签（6）时，通过映射关系匹配室内的坐标信息，实现对定位结果的定点修正；通过匹配修正和定点修正补偿航位推算的误差，提高定位精度。