[发明专利]行人室内三维地图匹配方法

摘要

本发明公开了行人室内三维地图匹配方法，属于室内行人定位技术领域。利用捆绑于行人脚面上的MEMS‑INS传感器采集行人室内的运动信息并解算行人的速度、位置与航向，分析室内结构并创建状态点，根据导航输出位置信息与状态点位置信息建立条件随机场模型。以定长行走距离提取室内行人的水平二维位置信息，零速时刻提取行人高度信息，获取CRF模型的观测点，并分别记录室内行人的二维位置与高度信息的采样时刻。建立室内电子地图，并根据室内结构信息创建状态点，存储状态点坐标。本发明能够实现行人三维位置定位，算法精度高；采用二维位置与高度信息分开匹配的方法，简化算法复杂性；采用临近时刻对二维位置与高度信息进行融合，提高了地图匹配的正确率。

主权项

1.行人室内三维地图匹配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，步骤1：数据采集，初步解算室内行人的三维位置和航向；步骤1.1，行人通过佩戴MEMS‑INS传感器，采集行人运动数据，行人运动数据包括：三轴加速度数据和三轴陀螺数据；步骤1.2，应用捷联解算算法对采集的行人运动数据进行三维位置和航向信息进行求解；步骤2：提取条件随机场模型的观测点；步骤2.1，以定长行走距离提取室内行人的水平二维位置信息，零速时刻提取行人高度信息，获取CRF模型的观测点，并分别记录室内行人的二维位置与高度信息的采样时刻；步骤3：建立室内电子地图，并根据室内结构信息创建状态点，存储状态点坐标；步骤3.1，利用已知的室内地图创建室内电子地图，并将室内电子地图存储于导航计算机中；步骤3.2，求取电子地图中数值最小与最大的坐标点作为状态点的取值范围，然后以等间距的状态点覆盖整个室内范围，存储状态点信息；步骤3.3，以台阶高度为标准，添加高度信息上的状态点；步骤4，基于条件随机场算法的二维位置地图匹配算法；步骤4.1，根据二维位置观测点坐标与各个状态点坐标之间关系建立特征方程；步骤4.2，根据观测点的方位信息与与之对应时刻状态点之间的方位角建立特征方程；步骤4.3，建立基于条件随机场的二维地图匹配数学模型，并求取以二维位置为观测序列条件下状态序列的最大概率，最大概率序列即为位置的最佳状态匹配；步骤5，基于条件随机场算法的高度信息地图匹配算法；步骤5.1，依据台阶的高度和行人行走的台阶的极限值，将行人每一步行走的高度划分为不同状态；步骤5.2，建立以高度为观测点和与该观测点对应的状态点之间的特征方程；步骤5.3，求取之前所有相邻观测点高度信息与匹配的状态点高度之间的均方差；步骤5.4，以均方差作为另一个特征，根据相邻状态点高度与各个状态点的高度之差的关系建立特征方程；步骤5.5，建立基于条件随机场的高度地图匹配数学模型，并求取以高度为观测序列条件下状态序列的最大概率，最大概率序列即为高度的最佳状态匹配；步骤6：二维位置与高度信息融合步骤6.1，利用二维位置最佳匹配的状态序列查询相应的观测序列的采样时间进行存储，同时利用高度最佳匹配状态序列查询相应观测序列的采样时间进行存储；步骤6.2，利用临近时间的方法对二维最佳匹配点与高度最佳匹配点进行组合；步骤6.3，将匹配的三维位置对惯性导航系统输出的三维位置信息进行修正。