基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及室內(nèi)地磁場(chǎng)導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] GPS、北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航裝置在社會(huì)各個(gè)方面得到了很廣泛的應(yīng)用，其定位精度也得 到了人們的認(rèn)可，但是衛(wèi)星信號(hào)很容易被樹(shù)木、建筑物等物體遮蔽，導(dǎo)致設(shè)備找不到衛(wèi)星信 號(hào)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。
[0003] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)及微芯片技術(shù)的成熟，手機(jī)上集成的傳感器也越來(lái)越多，包括陀 螺儀、磁場(chǎng)傳感器、加速度計(jì)、藍(lán)牙、無(wú)線網(wǎng)卡等，這些傳感器的功能也漸漸的被利用了起 來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)下載，到數(shù)據(jù)傳輸，到基于多個(gè)傳感器的手機(jī)游戲，再到新興的室內(nèi)導(dǎo)航。基于手 機(jī)不同的傳感器出現(xiàn)了不同的室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)，這包括WIFI熱點(diǎn)室內(nèi)導(dǎo)航，藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)導(dǎo) 航，ZIGBEE室內(nèi)導(dǎo)航等，但這些室內(nèi)導(dǎo)航都需要在建筑物里增設(shè)設(shè)備，如WIFI固定節(jié)點(diǎn)，固 定藍(lán)牙發(fā)射接收模塊等，這無(wú)疑增加了室內(nèi)導(dǎo)航的成本，限制了該導(dǎo)航方式的推廣，而一些 常用的藍(lán)牙設(shè)備，wifi設(shè)備還會(huì)對(duì)導(dǎo)航造成干擾，從而影響導(dǎo)航精度。
[0004] 地磁場(chǎng)室內(nèi)導(dǎo)航是一種以局部地磁場(chǎng)特征為匹配點(diǎn)的室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)。地磁場(chǎng)作為 地球固有的天然物理特征，地磁場(chǎng)值與地理坐標(biāo)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這使地磁場(chǎng)導(dǎo)航成為 了可能。建筑物的鋼筋結(jié)構(gòu)，超市購(gòu)物架，室內(nèi)通電線路等磁性物件，雖然會(huì)對(duì)室內(nèi)的地磁 場(chǎng)產(chǎn)生影響，改變臨近地磁場(chǎng)的形態(tài)，但因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)設(shè)備的位置具有短期不變性，使得室 內(nèi)存在一個(gè)比較穩(wěn)定的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在室內(nèi)不同位置具有不同的方向和大小，因此可以利 用室內(nèi)的地磁場(chǎng)來(lái)完成室內(nèi)導(dǎo)航。該方法不需要額外的在建筑物內(nèi)增加設(shè)備，降低了實(shí)現(xiàn) 成本，也具有通用性，只要手機(jī)具備相關(guān)的傳感器就可以完成導(dǎo)航，更容易推廣應(yīng)用。現(xiàn)有 技術(shù)中，不同品牌不同型號(hào)的手機(jī)，其磁場(chǎng)傳感器的標(biāo)定也就不同，在導(dǎo)航中極易產(chǎn)生數(shù)值 不匹配的情況，影響導(dǎo)航精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中不同品牌不同型 號(hào)的手機(jī)，在導(dǎo)航中極易產(chǎn)生數(shù)值不匹配的情況，影響導(dǎo)航精度的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法，包括：
[0008] 獲取實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值、行進(jìn)方向和行進(jìn)距離；
[0009] 根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，在與所述行進(jìn)方向一致的地磁數(shù)據(jù)中分段對(duì) 所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位；
[0010] 根據(jù)地磁定位的位置和目的地，使用路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，確定導(dǎo)航路徑，其 中，所述路徑計(jì)算對(duì)象L' = (Wl* 0+1) *L，Wl為地磁適配性的權(quán)值，0路徑地磁標(biāo)準(zhǔn)差，L 為路徑段的實(shí)際距離。
[0011] 一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航裝置，包括：
[0012] 獲取模塊，用于獲取實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值、行進(jìn)方向和行進(jìn)距離；
[0013] 定位模塊，用于根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，在與所述行進(jìn)方向一致的地 磁數(shù)據(jù)中分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位；
[0014] 導(dǎo)航模塊，用于根據(jù)地磁定位的位置和目的地，使用路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，確定 導(dǎo)航路徑，其中，所述路徑計(jì)算對(duì)象L' = (Wl*0+l)*L，Wl為地磁適配性的權(quán)值，0路徑地 磁標(biāo)準(zhǔn)差，L為路徑段的實(shí)際距離。
[0015] 通過(guò)本發(fā)明提供的一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法及裝置，通過(guò)獲取實(shí)時(shí)地磁 場(chǎng)數(shù)值、行進(jìn)方向和行進(jìn)距離，根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，在與所述行進(jìn)方向一致 的地磁數(shù)據(jù)中分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位，根據(jù)地磁定位 的位置和目的地，使用路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，確定導(dǎo)航路徑，提升了地磁定位的準(zhǔn)確性， 提高了地磁導(dǎo)航的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法的流程圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020] 如圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提供一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法的流程圖，包 括：
[0021] 步驟101、獲取實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值、行進(jìn)方向和行進(jìn)距離；
[0022] 其中，用戶步行一定距離，采集一定量的地磁傳感器數(shù)據(jù)、加速度計(jì)數(shù)據(jù)和陀螺儀 數(shù)據(jù)。對(duì)以上傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和改正后，得到一個(gè)多要素矢量，包括地磁總場(chǎng)（F)，地磁 三分量（X，Y，Z)、行進(jìn)方向（A)和行進(jìn)距離（L1)，這些數(shù)據(jù)由加速度計(jì)傳感器、陀螺儀傳感 器和磁場(chǎng)傳感器綜合計(jì)算得到。
[0023] 步驟102、根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，在與所述行進(jìn)方向一致的地磁數(shù)據(jù) 中分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位；
[0024] 其中，步驟102具體可以包括：
[0025] 步驟102-1、根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，確定方位屬性與所述行進(jìn)方向一 致的地磁數(shù)據(jù)；
[0026] 步驟102-2、在與所述行進(jìn)方向一致的地磁數(shù)據(jù)中分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn) 行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位。
[0027]分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配的具體操作為：從與所述行進(jìn)方向一致 的地磁數(shù)據(jù)庫(kù)中編號(hào)較小的數(shù)據(jù)開(kāi)始，以AL為距離增量依次選取長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的地磁數(shù)據(jù)與 用戶測(cè)得的地磁數(shù)據(jù)段做波形匹配。綜合數(shù)據(jù)的平均值、方差和HausdorfT距離來(lái)計(jì)算數(shù) 據(jù)的匹配度。HausdorfT距離表示兩個(gè)有限點(diǎn)集之間的距離，兩個(gè)點(diǎn)集分別記為X和Y，那 么Hausdorff距離為：
[0028]H(X,Y) =Max(h(X,Y),h(Y,X))
[0029] 其中， |卜||表示距離范 ? 數(shù)。
[0030] 對(duì)地磁場(chǎng)總場(chǎng)值和地磁場(chǎng)三分量場(chǎng)值分別作適配性分析，使用場(chǎng)值的標(biāo)準(zhǔn)差作為 地磁特征性參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)差越大說(shuō)明地磁場(chǎng)起伏越劇烈，越有利于匹配，標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式如 下：
[0033] 其中E為地磁場(chǎng)值的平均值，〇為地磁場(chǎng)值的標(biāo)準(zhǔn)差。通過(guò)對(duì)地磁總場(chǎng)值和地磁 三分量場(chǎng)值做適配性分析，比較總場(chǎng)值和各個(gè)分場(chǎng)值的標(biāo)準(zhǔn)差大小，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的大小分 別對(duì)其設(shè)置優(yōu)先級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)差大的優(yōu)先級(jí)別高，反之，優(yōu)先級(jí)低。按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分 別進(jìn)行匹配，以優(yōu)先級(jí)別從高到低順序依次為：總場(chǎng)值-X分量-Y分量-Z分量為例進(jìn)行說(shuō) 明。
[0034] 先以總場(chǎng)作為匹配變量，設(shè)置匹配閾值，對(duì)匹配度達(dá)到預(yù)期的數(shù)據(jù)段進(jìn)行標(biāo)記。再 以地磁場(chǎng)X分量進(jìn)行匹配，匹配數(shù)據(jù)庫(kù)選用總場(chǎng)標(biāo)記過(guò)的數(shù)據(jù)段，對(duì)匹配度達(dá)到預(yù)期的再 次進(jìn)行標(biāo)記。如果不能確定唯一的數(shù)據(jù)段，再分別依次使用Y分量和Z分量進(jìn)行匹配，最后 根據(jù)匹配程度，確定唯一的地磁數(shù)據(jù)段。如果找不到符合預(yù)期匹配程度的唯一的地磁數(shù)據(jù) 段，需要用戶再行進(jìn)一段距離L2,對(duì)兩次采集的地磁數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體，選取L1+L2距離的 地磁數(shù)據(jù)使用上述方法繼續(xù)進(jìn)行匹配。最后通過(guò)匹配到的地磁數(shù)據(jù)段編號(hào)索引確定用戶在 室內(nèi)的位置。
[0035] 步驟103、根據(jù)地磁定位的位置和目的地，使用路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，確定導(dǎo)航 路徑。
[0036] 其中，所述路徑計(jì)算對(duì)象L' = (Wl*〇+l)*L，Wl為地磁適配性的權(quán)值，〇路徑地磁 標(biāo)準(zhǔn)差，L為路徑段的實(shí)際距離，L'為路徑計(jì)算對(duì)象，如果該路徑地磁標(biāo)準(zhǔn)差〇大，那么Wl 增加，反之，Wi減少。
[0037] 步驟103具體可以包括：
[0038] 步驟103-1、計(jì)算不同導(dǎo)航路徑的地磁場(chǎng)三分量及地磁場(chǎng)總量的標(biāo)準(zhǔn)差 〇，選取 標(biāo)準(zhǔn)差〇最大的一個(gè)分量作為不同導(dǎo)航路徑的地磁匹配變量；
[0039] 其中，如果地磁總場(chǎng)F在各個(gè)路線上的標(biāo)準(zhǔn)差沒(méi)有很大區(qū)別，可以對(duì)地磁三分量 X/Y/Z進(jìn)行計(jì)算，最后取地磁特征比較明顯的一個(gè)分量作為不同路徑段的地磁匹配變量，并 以標(biāo)準(zhǔn)差。作為該匹配量的匹配值。
[0040] 步驟103-2、將不同導(dǎo)航路徑的距離與對(duì)應(yīng)的地磁匹配變量做加權(quán)，計(jì)算路徑計(jì)算 對(duì)象；
[0041] 步驟103-3、根據(jù)地磁定位位置和目的地，使用所述路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，以確 定導(dǎo)航路徑。
[0042] 通過(guò)本發(fā)明提供的一種基于手機(jī)的室內(nèi)地磁導(dǎo)航方法，通過(guò)獲取實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù) 值、行進(jìn)方向和行進(jìn)距離，根據(jù)所述行進(jìn)方向和所述行進(jìn)距離，在與所述行進(jìn)方向一致的地 磁數(shù)據(jù)中分段對(duì)所述實(shí)時(shí)地磁場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行波形匹配，以進(jìn)行地磁定位，根據(jù)地磁定位的位 置和目的地，使用路徑計(jì)算對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，確定導(dǎo)航路徑，提升了地磁定位的準(zhǔn)確性，提高 了地磁導(dǎo)航的精度。
[0043] 本發(fā)明實(shí)施例在進(jìn)行地磁定位之前，需要獲取地磁數(shù)據(jù)庫(kù)，因此，步驟101之前， 包括如下步驟：
[0044] 步驟100-1、通過(guò)三點(diǎn)定位的方法，建立建筑物平面圖與地理坐標(biāo)系的映射；
[0045] 其中，根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，建立建筑物的平面圖，具體包括建筑物的走廊通 道、房間、樓梯、電梯及門(mén)的位置等，如圖1所示。使用三點(diǎn)定位的方法將建筑物平面圖映射 到地理坐標(biāo)系下，建立兩者的空間關(guān)系，使背景圖指示的方向和距離與建筑物實(shí)際情況相 符合。
[0046] 步驟100-2、對(duì)智能手機(jī)內(nèi)置的磁場(chǎng)傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0047] 其中，去除手機(jī)外套上可能存在的磁性物件，根據(jù)手機(jī)具體的品牌和型號(hào)，使用相 應(yīng)的方法對(duì)手機(jī)內(nèi)置的磁場(chǎng)傳感器，陀螺儀，加速度計(jì)等傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)環(huán)境內(nèi)不能 出現(xiàn)強(qiáng)磁干擾，應(yīng)盡量選擇"靜"磁環(huán)境。
[0048] 步驟100-3、根據(jù)所述建筑物平面圖，規(guī)劃地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集路線，獲取智能手機(jī)在 機(jī)身坐標(biāo)系下的三個(gè)方向的地磁數(shù)據(jù)分量，以完成建筑物地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的采樣；
[0049] 其中，根據(jù)步驟一中建立的建筑物平面圖，設(shè)計(jì)規(guī)劃地磁數(shù)據(jù)采集路線，力求采集 的地磁數(shù)據(jù)能夠覆蓋室內(nèi)所有的