[发明专利]一种基于三维环境模型匹配的室内定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机模式识别领域内的一种室内定位方法，具体涉及到基于三维环境模型匹配的室内定位方法。

背景技术

室内定位技术是指在室内环境中实现位置定位。目前主要采用无线通讯、基站定位、惯性测量定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现用户在室内空间中的位置监控。可靠、精确的室内定位技术无论是在商业应用，还是公共安全、家庭服务等方面都拥有广阔的市场前景，也是当下研究的热门技术之一。在商业应用上，室内定位技术可以用来帮助使用者在购物场所进行店铺导购与精确的商品信息推送，完成大型仓库中的指挥调度等；在公共安全方面，可以为盲人进行室内导航，在博物馆、室内景观为参观者提供新颖的交互方式。在医院提供指定科室的定位服务；在家庭服务方面，可以帮助小型机器人完成室内的移动与位置感知。

目前的室内定位系统主要采用超声波定位、无线传感器定位、蓝牙信标定位等等。通过在室内安装多个应答器，在待测物体或使用者安装或佩戴信号发射装置，应答器接收信号发射装置发送的信号后给信号发射装置返回一个应答信号，然后根据应答信号的延迟时间确定待测物体和应答器之间的距离，从而确定待测物体的位置。

由于现有技术需要室内定位服务提供者提前在需要进行定位的室内部署大量的应答器或信标，用来实时接收使用者的发射信号，并需要待测物体或使用者同时安装或佩戴支持相同技术的信号发射或收集装置，使得目前室内定位服务的硬件成本高，使用和维护也十分不便。此外，由于部署的应答器对于部署区域条件具有一定限制，也需要服务提供者对室内进行相对较为精确的平面测绘，进一步提高了室内定位的服务成本。

发明内容

本发明提出一种基于三维环境模型匹配的室内定位方法，目的在于避免现有技术中的不足之处，提供一种不需要部署应答器或信标，仅通过用户采集当前时刻的三维信息，并与前期录入的整个三维环境信息进行对比，通过计算机模式识别方法计算得到相对精确的室内位置。本发明针对目标匹配的三维环境模型进行了存储结构优化，提高了匹配的速度，可以实现快速准确的室内定位。

为实现上述发明目的，本室内定位方法特征在于：

步骤1)：构造数据采集装置，即三维环境扫描设备，包括但不限于RGB-D传感器、惯性测量传感器等，收集室内环境的颜色深度以及姿态、偏角信息，并上传至数据分析平台进行三维环境建模和位置标定与分析处理。

更优选的，可以在数据采集装置中添加惯性测量传感器模组构成数据采集的辅助模块，获得该时刻的姿态、偏角等空间信息，使数据分析平台可以综合该信息获得更为精确的三维环境模型，从而得到更精确的位置分析。

更优选的，数据采集装置可以集成到智能手机中，通过添加深度相机模块，可以使智能手机完成三维环境信息采集功能以及面向用户的智能手机室内定位服务。

步骤2)：利用基于计算机视觉测程原理的算法对数据采集装置在不同时刻收集到的信息进行相对位置估计，从而获得三维环境中每一个位置的三维坐标。结合计算得到的每一时刻的准确位置和收集到的颜色深度信息建立整个室内环境的三维模型。

更优选的，可以使用其他进一步优化的基于计算机视觉原理的相对位置估计算法以及室内同时定位与构图算法完成室内三维环境模型的构建。

步骤3)：在建立整个室内环境的三维模型过程中，利用计算机优化算法对三维模型的存储结构进行优化。即建立四个存储空间，分别为：预处理空间，短程空间，工作空间，长程空间。当前时刻扫描得到该位置的三维信息数据时，先将该时刻数据放入预处理空间，进行特征点提取；处理完成后，该时刻数据移入短程空间，短程空间对新到来的数据和前一时刻的数据进行对比，当前后两时刻数据的相对变换在一个可接受的阈值范围内，将这两组数据合并在一起，重新放入短程空间中。短程空间的空间上限为一固定值S(即最多存储S组合并后数据)；当短程空间存满时，将最早进入空间中的一组数据移入工作空间。对于工作空间中的每一组数据，设定其权值参数(初始参数为零)，定义在空间中扫描时间越久的点，权值越高。当对每帧的处理时间超过阈值T时，就将工作空间中的权值最低的点移入长程空间。

步骤4)：按照以上的存储方式建立三维环境信息的存储模型之后，用户使用数据采集装置得到当前位置任意方向的颜色深度信息。

更优选的，使用集成数据采集装置，即RGB-D传感器的智能手机完成面向用户的当前位置任意方向的颜色深度信息采集。