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《武汉大学》 2018年
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室内位置描述中空间关系的不确定性建模与定位研究

王彦坤  
【摘要】:近年来,随着城市和移动互联网的发展,人们在室内的时间越来越多,对位置服务的需求越来越多元化,室内位置定位迎来了迅猛的发展。当前室内定位技术是通过各种物理传感器实现定位,算法复杂而且需要昂贵的设备花费,在室内这样复杂的环境中还容易受建筑物遮挡和多路径效应的影响。认知技术、自然语言理解、语言识别技术的发展使得人、机器之间的感知与语言交互更加成熟。自然语言作为人们日常生活中最基本的交流方式已成为一种交互方式逐渐消除了人与机器之间的障碍,人与机器之间的交互方式将会朝着更加智能和便于人们使用的方向发展,通过语音或者文本进行自然语言交互式的位置服务将是今后的发展方向。位置描述存在于我们的日常交流之中,一般来说,位置描述包括参考对象、空间关系和目标对象,其中空间关系中的方位关系和距离(定量和定性)关系能提供更多的位置信息。近年来,虽然基于位置描述的定位方法取得了长足的进步,但是基于位置描述中空间关系的不确定性建模和复杂定位场景的计算方法研究仍然存在不足。因此,本文针对位置描述定位的瓶颈问题,以室内商场为例,研究了基于室内位置描述中空间关系的不确定性建模和定位方法。本文主要的研究工作和创新成果如下:(1)提出了基于模糊集的定量距离模型和相对方位关系模型。在分析了人们对定量距离认知规律的基础上,通过统计分析建立了定量距离隶属度函数;以人们对空间方位的认知与角度有关出发,建立了相对方位隶属度函数,为室内位置描述定位方法奠定基础。(2)提出了基于模糊集的定性距离(“附近”)模型。定性距离(“附近”)与距离成反比,Voronoi图在表达平面点之间的距离关系有独特的优势,因此,基于模糊集约束,利用欧式距离与Voronoi图的“窃取面积(stolen-area)”建立了定性距离(“附近”)的函数关系,为室内位置描述定位方法奠定基础。(3)研究了基于相对方位和定量距离的室内位置描述定位问题,提出了基于相对方位和定量距离隶属度函数的联合概率定位方法。利用定量距离确定目标位置可能存在的区域,即容许区域;然后计算容许区域内基于方位和距离的联合概率分布,在计算过程中从认知和计算效率的角度出发,引入满足约束规则的“可视线段”的概念,从认知角度定义了“可视线段”的等角采样方法,并建立规则获取唯一定位点;最后,通过实验得出,在45m可视范围内基于相对方位和定量距离进行室内位置描述定位可以达到3.5m左右的定位精度。(4)研究了基于相对方位的室内地标位置描述定位问题,提出了基于相对方位关系和定性距离隶属度函数的联合概率定位方法。人们在室内地标系统中进行方位位置描述时,会潜在的选择较近的地标,因此,在室内地标系统中用方位进行定位时要用定性距离“附近”辅助。首先,基于室内商铺,建立室内地标系统,拓展定性距离模型,使其适用于室内地标(面对象);其次,通过Voronoi区域圈定目标对象的可能区域,计算区域内基于方位和定性距离的联合概率分布,在计算过程中从认知和计算效率的角度出发,引入满足约束规则的“可视线段”的概念,并建立规则获取唯一定位点;最后,通过实验得出,在45m可视范围内基于相对方位和定性距离进行室内位置描述定位可以达到3.55m左右的定位精度。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP18;P208

【参考文献】
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