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室内多层环境三维导航方法研究

李仲明  
【摘要】:室内导航关键是多层室内定位技术和多层路径规划。基于无线网络(Wireless-Fidelity,WiFi)的接收信号强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)的定位算法,充分利用了广泛布置的无线网络基础设施,成为本文定位技术的出发点。同时,提出一种普适性的多层路径规划方案也是另一项研究重点。论文对基于WiFi的RSSI的多层导航技术进行较为全面的研究。(1)针对定位离线阶段采集指纹时间较长的问题,提出基于混合蛙跳算法的改进克里金插值的指纹库构建方法。本文通过采集一半的采样点,插值构建完整的位置指纹库,并证明混合蛙跳算法对克里金变异函数的优化程度均优于最小二乘法。在保证定位精度的前提下,降低50%构建位置指纹库的时间。(2)针对多楼层室内定位问题,提出基于仿射聚类和轨迹追踪的室内三维定位方案。论文将仿射传播聚类应用于多层室内定位离线过程中,在线定位使用类匹配的粗定位和基于WKNN算法的精定位,再将定位轨迹进行卡尔曼滤波得到更接近于真实位置的轨迹。在楼层定位过程中,提出匹配各指纹库聚类首领的楼层定位方案,并进行验证。最后证明,引进仿射传播聚类后,平均定位精度接近,而算法减少50%的计算量,大大提高了算法对于移动端的移植性。(3)针对多层路径规划的问题,本文提出一种基于多层室内环境的路径规划算法。对比划分地图路径点方法,提出了快速构建路径点的栅格法。同时,依据“路网”原理,将各楼层连接点之间代价提前存储,提出一种多楼层的路径规划算法,并对算法进行路径规划实验,说明算法可有效规划多楼层路径。最后,设计导航界面,基于不含位置信息的真实路径上采集的RSSI信息,使用本文提出的多层室内定位算法和多层路径规划算法进行定位与路径规划,并展示,结果表明两者均能较好地应用于室内多层环境三维导航方法。


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