基于PDR算法与伪平面技术的井下人员定位方法研究

为了降低行人航位推算(Pedestrian dead reckoning,PDR)算法在进行井下人员定位时产生的累积误差,提出了一种基于PDR算法与伪平面技术的井下人员定位方法。首先,采用惯性导航传感器获取井下人员的步态信息,通过线性步长估计模型和四元数法实现步长估计和方向估计,利用PDR算法推算人员的位置;其次,使用井下人员活动区域以及预设的标记点构建伪平面,并将井下人员位置映射到伪平面坐标上,为降低PDR算法的累积误差做准备;最后,采用SVM进行井下人员活动检测,通过转弯活动判断其是否处于特殊标记点,将PDR解算的位置与伪平面内已知转弯位置标记点进行相关性分析,完成伪平面信息与工人位置的匹配,校准并更新PDR位置,降低累积误差。结果表明:井下工人在完成单个转弯活动过程中,传统PDR算法解算位置平均误差为0.98 m,而进行伪平面修正后平均误差降低到0.31 m;在完成区域性多活动过程中,采用伪平面技术修正后的PDR平均定位误差从1.08 m降低到0.38 m。因此,所提出的井下人员定位方法有效提高了PDR算法的定位精度。

基于卡尔曼滤波优化航向的PDR算法

基于智能手机平台的行人航位推算(PDR)技术因其技术条件较为成熟且易于大范围实现,已成为国内外室内定位研究的热点。但智能手机传感器的精度有限,且室内地磁信息会受到室内电磁环境的干扰,进而影响PDR算法的定位精度。因此,本文以智能手机为研究载体,提出了基于卡尔曼滤波的智能手机航向优化方法;通过融合智能手机的地磁与陀螺仪传感器数据进行理论研究与现场测试,并优化了PDR算法中的航向精度,优化后定位的平均误差提升至1.36 m。

基于LSTM个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法

针对传统的行人航位推算(PDR)算法由于步长和航向累积误差导致定位精度较低,不能满足井下人员精准定位需求的问题,提出了一种基于长短时间记忆网络(LSTM)个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法。首先采集井下人员运动中的加速度、陀螺仪惯性信息,解算每一步运动距离构建步长数据,通过离线训练获得井下人员个性化步长估计LSTM模型;然后在在线预测阶段通过矿用本安智能手机实时采集加速度、陀螺仪、地磁等井下人员运动数据,分别采用步伐检测算法、个性化步长估计模型获得井下人员运动步伐及每一步的步长,利用卡尔曼滤波融合航向估计算法获得航向角;最后根据步长估计和航向角预测井下人员当前位置。在内蒙古鄂尔多斯市高头窑煤矿采集井下人员运动数据进行试验,结果表明:基于LSTM个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法对井下人员运动中的步伐检测精度为96.5%,步长预测精度为90%;在井下真实环境中的相对定位误差为2.33%,提高了煤矿井下人员定位的精度。

改进的井下人员定位PDR算法研究

传统的行人航位推算(PDR)算法用于井下人员定位时,因步频检测、步长估计和航向估计阶段的姿态累计误差导致定位误差逐渐增大,而常用的零速校正、航向漂移消除、步态信号优化等误差修正方法无法改变PDR算法的固有缺陷,定位精度有待提高。提出采用改进的峰值检测法实现PDR算法中步频检测,基于深度循环神经网络(RNN)实现步长估计。将改进的PDR算法用于井下人员定位:首先采用手机加速度传感器、陀螺仪、磁力计获取行人运动数据;然后采用改进的峰值检测法获取固定时间间隔内的平均步频,与时间间隔、加速度及加速度方差作为特征输入训练后的深度RNN模型进行步长估计;最后结合估计的航向角预测人员当前位置。试验结果表明,改进的井下人员定位PDR算法对测试集数据的预测相对误差为5.9%,对实际测试路线的定位相对误差为1.6%~3.9%,小于传统PDR算法定位误差,有效提高了井下人员定位精度。

融合自适应步长与地图匹配的智能手机PDR室内定位算法

针对经典的PDR算法中步长估算模型无法适应不同个体之间差异以及手机内部传感器航向角估算不准确的问题,提出了一种融合自适应步长与地图匹配的智能手机PDR室内定位算法。该算法在Weinberg模型的基础上,引入相邻波峰时间差函数以提高步长模型的适应性。采用双阈值法进行步频检测,并利用卡尔曼滤波优化地图匹配后的航向角,最终实现室内行人的精确定位。实验数据显示,所提算法总路程的闭环误差为0.58%,与仅使用自适应步长相比下降了73.29%,与仅使用地图匹配相比下降了59.21%,行程72 m的累积误差为4.484 m,相较于经典的PDR算法下降了28.21%。改进后的算法定位精度显著提高,且闭环误差和累积误差更小。实验结果表明,该算法具有良好的工程应用价值。

基于PDR算法的伴舞型舞姿机器人控制研究

为了解决传统伴舞机器人与舞者之间协同性较差的问题,研究设计一种基于步行者航位推算算法的伴舞型舞姿机器人控制系统。首先对人力对伴舞机器人运动产生的影响进行研究,然后将步行者航位推算算法用于构建被动型伴舞机器人的控制系统,最后利用仿真和实际应用来验证控制系统的性能。结果表明,在伴舞机器人协同过程中,控制系统在x轴、y轴方向的误差最大值分别为1.2 m、0.6 m,控制系统方法的舞姿准确性与控制精度分别为90.18%和90.86%;控制系统对伴舞机器人难度动作能力能够达到88.73%,同时协调性为87.29%。这说明通过将步行者航位推算算法与被动型伴舞机器人控制系统相结合,使机器人能够与舞者的动作协调,展现出较为优秀的伴舞效果,实现了机器人与舞者的协调伴舞。

基于PDR和RSSI的室内定位算法研究

构建了基于无线传感网络的行人航迹推算(PDR)系统,通过RSSI定位为其提供绝对定位信息。在RSSI定位中,提出基于PDR方位信息的自适应Flip-Flop RSSI信息预处理机制和RSSI指纹信息融合动态路径衰减指数的定位算法,以改善RSSI定位算法的抗噪声干扰能力。在多信息融合粒子滤波环节中,针对传统算法中滤波精度与滤波实时性很难同时得到改善的问题,提出基于PDR信息与RSSI定位信息的动态区间粒子滤波算法,通过PDR方位信息自适应控制区间衍生粒子数量以提高滤波实时性,并将建筑地图信息、RSSI定位信息及其可信度因子融入粒子权值计算中以提高定位精度。经实验验证,提出的算法在RSSI定位抗噪声能力方面,以及融合定位精度和滤波实时性方面都取得了良好的效果,与传统算法相比最大定位误差由3.16 m降低到1.81 m,滤波时间也由7.21 s降至7.01 s。

基于Android的PDR改进算法研究

基于Android开发实现了一款室内定位软件,采用PDR(Pedestrian Dead Reckoning)算法作为室内定位算法,利用智能手机内置加速度传感器、磁场传感器来实现步数、步长和航向的检测。同时,在基本的PDR算法的基础上做了改进,即采用卡尔曼滤波平滑处理步长、粒子滤波优化结果。最后对改进的算法进行实际测试,直线为主的轨迹中采用直线判定后误差为0.64 m;曲线为主的轨迹中采用两种滤波方法优化后误差为1.08 m。

基于WiFi辅助的自适应步长的室内定位算法

随着室内定位的需求越来越多,基于PDR算法的低成本惯性传感器定位方法备受青睐。在PDR算法的基础上,提出了一种步长可随着步频自适应变化的s-f关系模型。同时针对PDR算法的误差累积问题,利用WiFi信号的接入点位置的绝对坐标对定位误差进行校正,利用连续的两个WiFi信号接入点位置辅助动态调整步长,避免了长时间的计步累积误差对步长的影响。实验验证该方法可有效提高室内定位的精度。

基于智能手机传感器的林区行人定位算法

针对林区卫星信号缺失、跟踪定位困难的问题,提出了基于智能手机传感器的林区行人定位算法(forest-pedestrian location,FPL)。算法在行人航位推算算法(pedestrian dead reckoning,PDR)基础上进行改进:采用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)与卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)融合算法对磁力计、加速度计及陀螺仪输出进行多次融合,以提高方位角测量精度;随后,使用Savitzky-Golay(S-G)滤波处理方位角测量值,以提高PDR算法中方位角的估计精度;引入K邻近(K-nearest neighbor,KNN)算法估计步长,将拟合显式步长函数问题转化为"懒惰学习"问题;使用差分气压测高法求解行人高程信息,从而获取行人在林区内的3维定位信息。实验结果表明,该算法可以提高方位角及步长的估计精度,同时可以增加精准的高程定位信息,整体误差控制在5%以内,可以满足林区无信号条件下的定位需求。

融合粒子滤波与蓝牙地标矫正的定位算法

由于智能手机中的传感器精度不高,导致行人航位推算(PDR)算法中的方向数据存在较大误差,且随着步数的积累,误差会不断增大。针对此问题提出利用粒子滤波算法,在每个粒子中设置方向属性,并添加方向角偏差,来矫正方向误差;同时,针对PDR算法中产生的漂移误差,采用iBeacon作为地标对该误差进行矫正,利用其信号强度值设置地标矫正条件,来判断行人是否进出地标,使iBeacon地标进行合理的矫正。实验结果表明,粒子滤波算法估计的位置,经过条件地标矫正后,定位精度与合理性均得到了进一步提高。

基于无线与PDR的室内定位App的研究与实现

当今社会,GPS定位技术的不断成熟与发展,手机导航App应运而生,例如:高德地图、百度地图等等。手机导航App的出现让人们的出行不再是一个令人困扰的问题,让人们的生活更加便捷,不再需要纸质地图来帮助自己到达目的地。目前,室外导航App的技术已经相当成熟,但是室内导航技术并不是很完善。只有一些比较大的商场、停车场、学校等场所,会有楼层信息或者商铺位置等简易导航信息,并不能像室外导航App给用户规划路线。为了解决室内导航信息简易的问题,提出了一个基于无线与PDR技术的室内定位App的想法。本文对于如何实现基于无线与PDR[1]的室内定位App做出了详细的阐释以及实现过程中的核心技术的研究论述。

森林消防员手持式多信息风速风向定位仪研制

为了满足消防员进行森林灭火时对风向信息的全面掌控,提出了手持式多信息风速风向定位仪研制。本项目利用热敏电阻测量风速,运用ICM-20948九轴传感器对风的三维姿态角进行解算,运用GPS和基于捷联惯导的PDR算法得到携带者的实时定位信息,研制多信息风速风向仪。多信息风速风向仪可通过液晶屏显示各项参数,并经由远距离无线通信汇集给林火扑救指挥系统,便于指挥中心了解森林消防员周围环境,及时制定森林消防员最佳的扑救和逃生路线。

一种关于地标辅助行人航位推算技术的改进室内定位方法

近年来,基于智能手机的行人航位推算技术(pedestrian dead reckoning,PDR)、Wi-Fi以及多种融合室内定位技术得到了较快发展;与此同时,其存在对定位环境要求较高、定位结果偏差较大等缺点。为解决这一问题,在传统PDR基础上提出了一种结合地标库匹配的改进室内定位方法——地标辅助PDR定位算法(landmark-aided PDR algorithm,La PDR)。首先,将在传感器实时数据上识别出的特定地理位置(如墙、门、拐角、Wi-Fi接入点等)当作地标;然后,针对实验环境建立相应的地标库,目的是纠正传统PDR定位算法由于传感器安装精度较低及定位时间过长而产生的漂移。实验结果表明与传统PDR相比,地标辅助PDR定位精度明显提高,系统定位误差基本控制在1. 5 m以内。