[发明专利]室内外定位坐标参考框架转换方法

说明书

本发明公开了一种室内外定位坐标参考框架转换方法，包括：步骤一，选择坐标原点O，建立室内局域坐标系；步骤二，开展室内定位，存储历史定位点的室内局域坐标；步骤三，当用户从室内变为室外时，对于n个连续定位点，既通过室内定位获得局域坐标，又通过室外GNSS定位获得ECEF坐标，其中，n≥2；步骤四，建立坐标转换方程；步骤五，将坐标转换方程两两相减得到单差方程；步骤六，求解原点O的经纬度以及局域坐标系的真北偏差角θ；步骤七，计算原点O的ECEF坐标；步骤八，计算得到室内历史定位点的ECEF坐标。本发明能够准确校准用户室内真北方位角偏差，并通过单差方程简化求解过程，实现室内外一体化定位中的坐标快速转换。

技术领域

本发明涉及室内定位(Indoor Positioning)、基于位置的服务(Location-basedService,LBS)等领域，尤其涉及一种室内外定位坐标参考框架转换方法。

背景技术

据统计，现代都市人群超过80％的时间在室内环境中度过，室内定位服务需求已变得日益广泛和重要。基于室内位置信息，我们可以在商场、停车场、图书馆、会议展厅、办公楼、医院、学校、博物馆等多类场景下，为普通大众及各类专业人员提供丰富多样的基于位置的服务(Location Based Service，LBS)，在提高社会生产力、促进经济发展的同时，保障人们财产与生命安全。随着技术发展和产业升级，导航定位技术及其相关位置信息服务已开始从室外向室内扩展，室内外无缝连续定位已成为未来重要发展方向。

然而，坐标和位置信息是在某一特定空间参考框架下的表达，为实现理想的室内外无缝、连续高精度定位与服务，建立科学合理的坐标参考框架系统是重要前提。

在室外，以GPS为代表的全球导航卫星系统(GlobalNavigation SatelliteSystem,GNSS)是主要的室外定位手段，GNSS用户的定位和显示是在大地坐标系下进行的。具体地，该大地坐标系可以是地球椭球坐标系(由经度、纬度、大地高表示)，也可以是地心地固坐标系(Earth-Centered Earth-Fixed,ECEF)(由右手直角坐标系表示)。典型的ECEF坐标系有美国WGS-84(World Geodetic System 1984)坐标系以及我国2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000)等。地球椭球坐标系和地心地固坐标系之间可以通过已知的地球椭球参数进行转换，不涉及未知参数，对用户使用而言是等价的。

在室内，由于GNSS信号受到遮挡和拒止，因此目前主要使用超宽带(Ultra-WideBand,UWB)、蓝牙(BlueTooth)、Wi-Fi、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)、视觉里程计(Visual Odometry,VO)、视觉惯性里程计(Visual-Inertial Odometry,VIO)等技术进行定位。并且，由于难以使用GNSS定位建立大地坐标系，因此室内定位通常建立和使用基于东、北、天方向的局域坐标系。这种局域坐标系本质上属于大地测量学中的垂线站心直角坐标系，它通常选择某一位置作为坐标原点O(该坐标原点不需要具有特殊要求或意义)，以O点垂线方向为Z轴(指向天顶为正)，子午线方向为X轴(指向北为正)，Y轴与X、Z轴垂直(指向东为正)构成左手直角坐标系，如说明书附图1所示。

对于各自的单独定位而言，以上所述的室外环境下的大地坐标系以及室内环境下的局域坐标系都能分别满足各自的使用要求。然而，对于室内外一体化无缝定位而言，往往需要在室外、室内使用相同的坐标参考框架，从而便于地图显示、路径规划等操作。

当用户首次定位发生在室外、然后从室外进入至室内时，我们可以自然地将室外大地坐标系框架引入和延伸至室内，从而在室内直接采用大地坐标系进行定位，或建立室内局域坐标系与室外大地坐标系之间的转换关系。