[发明专利]一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统及其实施方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及室内实时地图生成与导航定位领域，特别是涉及一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统及其实施方法，主要适用于消防救援和应急抢险中人员定位与导航。

背景技术

目前室外导航定位由于有先验地图和卫星辅助信号，导航定位精度较高，且已有众多成熟产品，如谷歌地图、百度地图等借助GPS、北斗卫星定位信号的定位导航产品。然而由于卫星信号无法覆盖室内，且室内地图难以获得，因此室内导航成为目前导航定位领域的难点和热点。尽管目前包括谷歌和百度等大公司已经开始涉足室内导航领域，但现有室内导航定位系统精度较低，且需要一些先验信息如Wifi热点或无线射频标签位置等，这在消防和应急救援领域是难以接受的。

在消防救援和一些应急救灾领域，由于对事故现场缺乏事先了解，盲目进入现场后往往会对救援人员造成不必要的伤害，甚至危及生命。因此亟须一种有效的高精度室内导航定位系统，保证现场指挥和救援人员在救援过程中对现场环境、救援人员位置和状态的了解，引导救援人员沿安全路径作业，降低和消除救援人员的生命安全威胁。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统，以达到在复杂未知环境中实时地图生成以及人员导航定位的目的。

本发明解决的第二个技术问题是提供一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统的实施方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：

一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统，包括导航定位服务器端、指挥监控端和多个终端设备；所述终端设备包括传感模块、信息处理模块、信息传输模块和本地显示模块，其中：所述传感模块包括IMU惯性测量单元、IR红外图像传感器、LA激光扫描测距仪和UWB超宽带雷达，所述IMU惯性测量单元用于获取人员运动时的角速度、加速度信息以及当地磁场信息，所述IR红外图像传感器用于获取室内红外图像信息，所述LA激光扫描测距仪用于获取二维平面距离信息，所述UWB超宽带雷达用于获取室内雷达成像信息；所述信息处理模块包括小型嵌入式处理终端，用于传感模块信息的预处理和人员航迹推算；所述导航定位服务器端包括信息传输模块、高性能信息处理平台和室内地图数据库，其中，所述信息传输模块用于保持与多个终端设备之间的通信；所述高性能信息处理平台是一台高性能计算机，用于根据终端设备信息实时创建地图，并为各终端设备提供导航服务，同时为指挥监控端提供访问接口；所述室内地图数据库用于实时保存和更新室内地图数据；所述指挥监控端为远程指挥监控端或现场指挥监控端，所述远程指挥监控端为通过Internet与导航定位服务器端相连的远程计算机，所述现场指挥监控端为通过无线局域网与导航定位服务器端相连的手持设备，如平板电脑，智能手机等智能终端设备，用于从导航定位服务器端获取室内环境状况和人员位置信息，为指挥管理决策提供必要信息。

进一步地，所述信息传输模块为长波通信，也可以是3G或4G移动网络，用于与导航定位服务器端的信息传输；

进一步地，所述本地显示模块为一块小型LCD显示屏，用于指示环境地图和人员位置信息；

为解决第二个技术问题，本发明的技术方案为：提供一种多基多模组网融合室内人员导航定位系统的实施方法，具体包括如下步骤：

(1)系统初始化，当人员携定位终端设备进入由室外进入室内之前，系统启动并完成初始化工作，包括以下步骤：

S11.所属终端设备初始化，对传感模块中各传感器进行自检并初始化，包括对IMU惯性测量单元中的陀螺仪、加速度计和磁传感器进行软校准，设置各传感器数据预处理滤波器的各项参数，启动数据处理线程，获取传感模块信息并进行预处理，包括IMU惯性测量单元获得的初始时刻的姿态方位角、IR红外图像传感器的图像数据、UWB超宽带雷达的成像数据、LA激光扫描测距仪的激光扫描数据，启动通信链路并发送数据至导航定位服务器端；

S12.导航定位服务器端通过轮询方式获取多个或单个终端设备中的传感模块信息，包括IMU惯性测量单元的解算信息、多帧IR红外图像传感器的图像信息、LA激光扫描测距仪的激光平面扫描距离信息和UWB超宽带雷达的成像信息，对来自多个终端的数据进行信息融合，利用IR红外图像传感器的图像信息和UWB超宽带雷达的成像信息形成启发式信息，对LA激光扫描测距仪的激光扫描二维图像进行特征提取(线、直角、圆弧等)，获得地标特征数据并构建二维平面特征地图；