基于环境光修正的行人航迹推算(2)
2.2 环境光指纹数据库
通常情况下,用于室内照明的LED位置是固定的,且LED灯具有较长的寿命年限,因此基于室内光强度信息构建的环境光指纹数据库拥有较长的服务年限。环境光指纹数据库的建立主要包括离线阶段和在线定位阶段。离线阶段主要包括采集不同地理位置上的光照强度信息,并存储到数据库中,试验过程中可以根据实际需求按照不同大小的单元格进行信号采集。在线定位阶段主要包括利用实时采集的光照强度信息与数据库进行匹配,进一步推算出用户的实时位置。
2.3 技术方法
本文提出的基于环境光修正的行人航迹方法需提前采集室内LED灯的地理坐标,并将其位置信息存储到指纹数据库。在实时定位阶段过程中,通过智能机采集的光照强度信息进行航迹纠正,从而减小PDR累计误差。环境光匹配室内定位系统如图1所示。
图1 基于环境光辅助的室内定位系统
3 试验与分析
为了验证本文提出的基于环境光修正的行人航位推算的可行性,笔者进行了室内定位测试试验。试验选取某教学楼内走廊和办公室作为试验场地。走廊内布设有3个照明设备,办公室布设有2个照明设备。试验选取OPPO A73手机采集室内环境光强度信息,并构建环境光指纹数据库,试验区域内的环境光强度信息分布如图2所示。
图2 环境光强度信息分布
3.1 环境光检测试验
本次试验中,假设初始位置已知,试验者手持手机在试验场中沿34 m长度的走廊行走,该走廊布设有3个用于照明的LED灯。行走过程中,以5 Hz的频率采集并保存光照强度值。由于行人在行走时,移动设备不可避免地会存在水平或竖直方向的抖动,从而影响光照强度采集的准确性。为准确地检测光照强度峰值,本文通过移动平均滤波对行走时采集的光照强度信息进行平滑,滤波效果如图3所示。
图3 滤波后的光强信息
为验证光峰值检测算法的准确度,试验对滤波后的光照数据进行峰值检测,检测效果如图4所示,光峰值检测算法可准确检测出行人行走过程中所经过的LED数量。
图4 光峰值检测
3.2 基于环境光修正的PDR
为验证以上基于环境光修正的PDR方法的可靠性,本文在试验区域规划一条全长为86 m的闭合曲线,并使用OPPO A73手机作为试验设备,利用上述提出的光峰值检测算法实现PDR功能。试验效果如图5所示。
图5 常规PDR
图5中虚线为规划的实际路线,以房间中一个点为起点和终点。从图中可以看出,由于对步数、步长和航向的估计存在偏差,导致使用单一的PDR进行定位容易产生累计误差。在试验最后甚至出现行人路线穿墙的误差。
为了有效避免PDR产生累计误差,本文利用环境光对PDR进行修正。其原理是在PDR进行定位的过程中,当行人经过LED灯时即视为检测出纠正点(光峰值),从而实现对路径的纠正,如图6所示。
图6 基于环境光修正的PDR
从图6可以明显看出,由于地磁的不稳定性导致航向估计出现较大的偏差,以至于推算出的行人路线有穿墙的趋势。除此之外,由于对行人的步长及步频估计存在偏差导致推算的位置与实际位置也存在偏差。但利用检测出的纠正点可及时有效地消除PDR产生的累计误差。
4 结 语
相比其他室内定位技术,基于环境光修正的航位推算定位方法不需要提前部署任何设备,仅需要预先构建室内环境光指纹数据库,并采集室内LED灯的位置信息即可。基于这一优势,本文开发了基于Android操作系统的实时采集环境强度信息,并实现在线定位阶段中光强峰值检测的软件,最后实现了基于环境光修正的PDR定位技术。通过对比发现,利用环境光修正的PDR定位技术可以有效地消除行走过程中出现的累计误差,其定位精度可以满足人们常规生活的需求,在地下停车场、大型室内商场、博物馆等场所具有广泛的应用价值。
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文章来源:《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0208/333.html
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