[发明专利]基于姿态角度测量的穿戴式三维室内定位装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于姿态角度测量的穿戴式三维室内定位装置及方法，装置包括惯性传感器、气压传感器、嵌入式处理器、通信模块、电源模块及三维室内建筑模型显示模块。惯性传感器测量左右脚腕处的姿态角和加速度信号，气压传感器采集人员所处位置的气压信号。在嵌入式处理器中，对惯性传感器和气压传感器获得的数据进行信息融合处理，并将处理后的数据通过通信模块的蓝牙模块发送至自组网终端，由自组网将终端接收到的数据包发送到自组网基站，再通过串口将数据包传输给显示模块，显示模块显示人员实时位置等信息。电源模块为嵌入式处理器供能。本发明提高了三维室内定位精度和实时性。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，尤其涉及到一种基于姿态角度测量的穿戴式三维室内定位装置及方法。

背景技术

现有技术中提出了多种室内定位技术解决方案，如无线传感器定位技术、ZigBee技术、红外线技术、射频标签识别技术、超宽带技术、Wi-Fi定位技术、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等。但这些技术都不具有普遍适用性和实时性，均需要外接设备辅助定位。Wi-Fi定位技术需要通过在室内架设Wi-Fi网络进行对接收器位置的估算。图像分析法定位要求对室内图像进行采集再处理，在室内光线昏暗时该方法受到限制并且数据处理时间很长，定位实时性不好。在实际运用中，这些方案很难实现对未知环境内人员的高精度、高实时性和普遍适用性的定位。

因此，在室内定位中，急需一种不需要外接设备辅助定位的高精度实时室内定位装置。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供种精确度高、实时性好、普适性强的基于姿态角度测量的穿戴式室内三维定位装置及方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

根据本发明的一方面，本发明提出了一种基于姿态角度测量的穿戴式三维室内定位装置，其特征在于，包括：惯性传感器、气压传感器、嵌入式处理器、通信模块、电源模块以及三维室内建筑模型显示模块，所述惯性传感器测量被测人员左右脚腕处的姿态角和加速度信号，所述气压传感器测量人员所处位置的气压信号，所述通信模块包括MESH自组网终端和蓝牙模块，所述嵌入式处理器对姿态角、加速度及气压的信号进行信息融合处理，并将处理后的数据通过所述蓝牙模块发送至所述MESH自组网终端上，所述MESH自组网终端接收到数据包之后通过组网发送到MESH自组网基站，所述MESH自组网基站通过串口将数据包传输给所述三维室内建筑模型显示模块，所述三维室内建筑模型显示模块显示建筑物三维模型和人员的实时位置，所述电源模块为各传感器和所述嵌入式处理器提供电能。

上述技术方案中，所述惯性传感器和所述气压传感器集成在穿戴设备中，同时进行信号测量。

上述技术方案中，所述嵌入式处理器采用STM32F103处理器。

上述技术方案中，所述惯性传感器采用HI219九轴惯性传感器，其内部包含三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力计。

上述技术方案中，所述气压传感器采用BMP280数字传感器。

根据本发明的另一方面，本发明提出了一种基于上述装置的穿戴式三维室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：惯性传感器测量左、右脚腕处的三轴加速度信号、三轴磁力计信号和三轴角速度信号，气压传感器测量人员所处位置的气压信号，所述惯性传感器和所述气压传感器获得的相关信号数据传输至嵌入式处理器中；

步骤S2：所述嵌入式处理器首先对左、右脚腕处三轴加速度信号、三轴磁力计信号和三轴角速度信号进行四元素及卡尔曼滤波预处理；左脚腕穿戴设备内部的嵌入式处理器通过蓝牙模块将预处理后得到的三轴加速度数据和三轴角度数据发送至右脚腕穿戴设备，然后与右脚腕的数据进行同步处理；