[发明专利]一种融合IMU和视觉传感器的室内轨迹重建方法及系统

说明书

本发明实施例中提供了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，所述方法包括：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。本发明实施例还提供了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建系统。本发明适用于复杂环境中的消防抢险、突发事件中的紧急救援、未知环境中自我定位及目标找寻无法预知自身位置等关键问题。

技术领域

本发明涉及室内导航技术，具体地，涉及一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统。

背景技术

近年来，行人导航已成为导航定位领域一个活跃的分支。在城市、室内、地下等卫星信号受限的环境中，行人导航系统可实时监测人员的位置信息，有效地解决“我在哪里”、“我应该在哪里”、“如何到达目的地”等问题，快速准确地为行人提供导航与定位服务。因此，行人导航系统研究对复杂环境中的消防抢险、突发事件中的紧急救援、未知环境中的自我定位及目标找寻等都具有重要的意义。

在室外环境下，GPS能够提供精确的定位导航服务,但在室内环境中,由于建筑内部构造的复杂性和屏蔽性，GPS定位导航无法满足用户室内精准定位的需求。目前，室内定位和导航大多依赖于室内平面图的约束,而其构造往往需要大量的人工勘测(如室内公共场所：医院、大型商场、火车站等),大大降低室内定位导航系统的可扩展性。而且，传统室内定位技术主要依靠WIFI或路标的导航方案，其采集信息单一，后期维护成本高，且容易受到室内墙体影响，比如因信号衰变而导致的较大定位误差。

IMU因具备体积小、质量小、可操作性强、抗干扰性好等优点，正逐步在室内外定位和导航工程中得到了广泛应用。

通常情况下，IMU平台包含有一个3轴的加速度计和一个3轴的陀螺仪，加速度计传感器可以实时的反馈行人的运动中的加速度信息，陀螺仪测量的是运动物体的角速度，通过积分可以得出运动物体的角度。通过这两个传感器在理想的情况下可以直接测得行人的轨迹，但是由于IMU存在漂移和积分误差，导致定位结果很不稳定，特别是垂直方向，由于重力加速度的影响，导致高度向位移的解算存在很大的偏差。针对该问题，常规解决方案是使用IMU结合气压计的方法计算楼梯高度以实现垂直方向定位，但气压计容易受温度、气流强度等因素影响，在火灾等恶劣环境中难以实现垂直高度向的定位精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统，在基于IMU和视觉传感器的信息融合方案基础上，实现室内行人轨迹的精准重建。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，所述方法包括：

接收IMU发送的实时采集数据；

根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；

接收视觉传感器采集到的室内环境信息；

根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。

优选地，所述根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测的具体过程包括：

根据所述实时采集数据标定行人运动轨迹，并根据所述行人运动轨迹判断所述行人的运动状态；

根据所述实时采集数据确定行人初始姿态角及旋转矩阵；

根据所述行人运动轨迹、行人运动状态、行人初始姿态角及旋转矩阵获得行人速度和位置，并根据所述实时采集数据对行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵进行更新；