亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统及定位方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑物内人员定位系统，特别涉及一种无预先在建筑物内安装定位传感器的人员定位系统及方法。
背景技术：
由于建筑内部没有GPS信号，所以不能采用GPS系统解决建筑内人员定位问题。 当前，建筑内或矿井人员定位系统主要有RFID定位、WIFI定位、UWB定位等，此类定位系统必须预先在建筑内或矿井内安装大量定位传感器，并且详细记录所有传感器的精确安装位置。当人员携带定位标签进入此建筑物内部时，某个或某些传感器感应到定位标签时，启动相关定位处理程序判断人员所处位置，完成人员定位处理。此类定位系统和定位方法具有算法简单，定位精度较高的优点。但是，系统的工程造价非常高，而且系统日常运行管理费用昂贵。此外，一旦建筑内部火灾、停电或其他事故， 定位系统很有可能全部或部分瘫痪，人员定位将无法实现。

发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种无需预先在建筑物内部安装传感器的便携式人员定位系统及定位方法。本发明的目的是通过下述技术方案实现的基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统，其特征在于，该系统包括
一个姿态方位传感器，放置在小腿外侧靠近踝关节，用于采集踝关节运动惯性数据和三维电磁罗盘信号；
一个嵌入式运算处理器，用于处理姿态方位传感器数据，计算运动状态、运动距离和运动方向，并将定位结果显示出来；
所述的嵌入式运算处理器与姿态方位传感器通过USB或RS-232接口连接。一种基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统的定位方法，具体步骤如下
(1)姿态方位传感器采集数据；
(2)将姿态方位传感器采集的所有数据进行消噪处理；
(3)根据角速度阈值判断人体行走的每一步的落脚点，以此分隔数据流；
(4)形成每一步分隔后的数据段；
(5)对分隔后的每一段数据进行PCA主元分析，提取步态特征；
(6)基于支持向量机对步态特征进行识别，通过对步态的分类处理来判断人体是在平路行走或上楼梯或下楼梯；
(7)如果是平路行走，则进行水平加速度积分运算，获得一步运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离；
如果是上楼梯，则进行水平和上升加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；如果是下楼梯，则进行水平和下降加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；
(8)针对步骤(4)形成的每一步分隔后的数据段，利用俯仰、横滚、倾角数据修正姿态方位传感器传出三维电磁罗盘信号，来确定一步运动方向；
(9)将由步骤(7)、步骤(8)的得出的一步运动距离和运动方向结果显示出来，完成一步定位。本发明的有益效果采用本发明定位系统及定位方法，可以无需预先在建筑物内部安装定位传感器，仅仅在人体上佩戴姿态方位传感器和嵌入式运算处理器就可以实现对建筑物内部的人员定位的系统。该产品具有便携特性，系统硬件总重量不超过500g，穿戴方便，定位误差小于5%，利用内置电池可连续工作3小时。相比在建筑内预先布置传感器的定位系统成本大大降低。


图1是本发明的定位系统结构示意图。图2是本发明的定位系统使用结构示意图。图3是本发明的定位系统程序流程图。
具体实施例方式基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统，包括姿态方位传感器1，其生产厂家是=Xsens型号是MTX，嵌入式运算处理器2，其生产厂家是深圳广讯通通讯科技有限公司型号是VILIV-S5，嵌入式运算处理器1与姿态方位传感器2通过USB或RS-232数据线5 接口连接。嵌入式运算处理器1与姿态方位传感器2通过内置电源供电。一种采用上述基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统的定位方法，具体步骤如下
(1)姿态方位传感器采集数据；
(2)将姿态方位传感器采集的所有数据进行消噪处理；
(3)根据角速度阈值判断人体行走的每一步的落脚点，以此分隔数据流；
(4)形成每一步分隔后的数据段；
(5)对分隔后的每一段数据进行PCA主元分析，提取步态特征；
(6)基于支持向量机(SVM)对步态特征进行识别，通过对步态的分类处理来判断人体是在平路行走或上楼梯或下楼梯；
(7)如果是平路行走，则进行水平加速度积分运算，获得一步运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离；
如果是上楼梯，则进行水平和上升加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；
如果是下楼梯，则进行水平和下降加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；
(8)针对步骤(4)形成的每一步分隔后的数据，利用俯仰、横滚、倾角数据修正姿态方位传感器传出三维电磁罗盘信号，来确定一步运动方向；
4(9)将由步骤(7)、步骤(8)的得出的一步运动距离和运动方向结果显示出来，完成一步定位。 使用时将姿态方位传感器1放置在弹力固定带3内，将弹力固定带3固定在脚部， 姿态方位传感器1位于小腿外侧靠近踝关节处，嵌入式运算处理器2放置在弹力腰带4内， 将弹力腰带4系于腰间，通过姿态方位传感器1采集踝关节运动的加速度、角速度、俯仰、横滚、倾角等运动惯性数据和三维电磁罗盘信号；通过嵌入式运算处理器2处理姿态方位传感器1的数据，计算得出脚部运动状态、运动距离和运动方向，并将计算结果显示出来。
权利要求
1.基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统，其特征在于，该系统包括一个姿态方位传感器，放置在小腿外侧靠近踝关节，用于采集踝关节运动惯性数据和三维电磁罗盘信号；一个嵌入式运算处理器，用于处理姿态方位传感器数据，计算运动状态、运动距离和运动方向，并将定位结果显示出来；所述的嵌入式运算处理器与姿态方位传感器通过USB或RS-232接口连接。
2.一种如权利要求1所述的基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统的定位方法，其特征在于，具体步骤如下(1)姿态方位传感器采集数据；(2)将姿态方位传感器采集的所有数据进行消噪处理；(3)根据角速度阈值判断人体行走的每一步的落脚点，以此分隔数据流；(4)形成每一步分隔后的数据段；(5)对分隔后的每一段数据进行PCA主元分析，提取步态特征；(6)基于支持向量机对步态特征进行识别，通过对步态的分类处理来判断人体是在平路行走或上楼梯或下楼梯；(7)如果是平路行走，则进行水平加速度积分运算，获得一步运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离；如果是上楼梯，则进行水平和上升加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；如果是下楼梯，则进行水平和下降加速度积分运算，获得一步水平和垂直运动的平均速度，再将平均速度乘以一步运动时间获得一步水平运动距离和垂直运动距离；(8)针对步骤(4)形成的每一步分隔后的数据段，利用俯仰、横滚、倾角数据修正姿态方位传感器传出三维电磁罗盘信号，来确定一步运动方向；(9)将由步骤(7)、步骤(8)的得出的一步运动距离和运动方向结果显示出来，完成一步定位。
全文摘要
基于惯性传感器的建筑物内人员定位系统及定位方法，该系统包括一个姿态方位传感器，放置在小腿外侧靠近踝关节，用于采集踝关节运动惯性数据和三维电磁罗盘信号；一个嵌入式运算处理器，用于处理姿态方位传感器数据，计算运动状态、运动距离和运动方向，并将定位结果显示出来；嵌入式运算处理器与姿态方位传感器通过USB或RS-232接口连接。本发明可以无需预先在建筑物内部安装定位传感器，仅仅在人体上佩戴姿态方位传感器和嵌入式运算处理器就可以实现对建筑物内部的人员定位的系统。该产品具有便携特性，系统硬件总重量不超过500g，穿戴方便，定位误差小于5%，利用内置电池可连续工作3小时。相比在建筑内预先布置传感器的定位系统成本大大降低。
文档编号G01C21/16GK102175244SQ20111006266
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者刘濛, 李志刚, 杜阳, 杨树峰, 王军, 范玉峰, 隋虎林, 马青波 申请人:公安部沈阳消防研究所