一種定位精度評估方法及裝置與流程
2023-10-09 00:18:34 2
本發明涉及定位技術領域，尤其涉及一種定位精度評估方法及裝置。
背景技術：
室內定位已經引起了學術界和工業界的廣泛關注，已有許多室內定位方法和系統被提出和部署。定位精度是評價定位系統性能的核心指標，定位精度評估對於室內定位方法和系統的選擇決策具有至關重要的作用。目前，精度測量的方法或需要太多的工作量，或無法提供高精度的精度評估。
精度測量是一個計算定位位置和真實位置間差異的過程。其中，真實位置是真實存在的，而定位位置是由定位方法或定位系統獲得的。然而，在大多數情況下，真實位置是很難甚至是不可能獲得的。因此，如何儘可能精確地獲得真實位置的估計值是精度評估的關鍵。現有的獲取真實位置的估計值的方法主要有三類：一、利用其它儀器和設備，實時監測、估計行人真實位置，如：基於高精度參考系統的方法和基於機器人的方法，但是此類方法一般部署昂貴、耗時費力，並且對系統穩定性要求較高；二、人工標記、離線推算真實位置，如：基於標記點的方法，但是此類方法存在人工幹預且需要部署大量的標記點，並且一般需要專業測試人員進行數據採集；三、建立數學模型估計真實位置，如：基於交叉軌跡的方法，但是此方法的假設在實際場景中往往不成立，因此評估精度較低。在實際環境中，幾乎不會使用。
綜上所述，需要一種定位精度評估方法來解決耗時費力、存在人為幹預、需要預先部署和評估精度低的問題。
技術實現要素：
本發明通過提供一種定位精度評估方法及裝置，解決了現有技術中耗時費力、存在人為幹預、需要預先部署和評估精度低的技術問題，實現了省時省力、無需人為幹預和預先部署、提高評估精度的技術效果。
本發明提供了一種定位精度評估方法，至少包括：
基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標；
基於所述估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。
進一步地，所述基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標，至少包括：
通過公式獲得所述估計值的坐標；
其中，x″i為所述估計值的橫坐標，y″i為所述估計值的縱坐標，s(t)為t時刻的步長，x′k為預設位置k的橫坐標，y′k為預設位置k的縱坐標，x′k+1為預設位置k+1的橫坐標，y′k+1為預設位置k+1的縱坐標。
進一步地，還至少包括：
通過公式計算得到所述步長s；
其中，ξ為常數，Accmax為在一個步行時間內的最大加速度，Accmin為在一個步行時間內的最小加速度。
進一步地，所述基於所述估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估，具體包括：
通過公式計算得到所述定位方法或定位系統的定位誤差
其中，為所述估計值的橫坐標，為所述估計值的縱坐標，為由所述定位方法或定位系統得到的橫坐標，為由所述定位方法或定位系統得到的縱坐標。
進一步地，在所述基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標之前，還獲取所述預設位置，具體包括：
根據傳感設備對運動狀態進行識別；
基於識別到的運動狀態根據定位方法或定位系統的定位結果結合室內地圖，推斷出對應的地標；
將所述地標作為所述預設位置。
本發明提供的定位精度評估裝置，至少包括：
運算模塊，用於基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標；
第一評估模塊，用於基於所述估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。
進一步地，所述運算模塊，具體用於通過公式獲得所述估計值的坐標；其中，x″i為所述估計值的橫坐標，y″i為所述估計值的縱坐標，s(t)為t時刻的步長，x′k為預設位置k的橫坐標，y′k為預設位置k的縱坐標，x′k+1為預設位置k+1的橫坐標，y′k+1為預設位置k+1的縱坐標。
進一步地，還至少包括：
計算模塊，用於通過公式計算得到所述步長s；其中，ξ為常數，Accmax為在一個步行時間內的最大加速度，Accmin為在一個步行時間內的最小加速度。
進一步地，所述第一評估模塊，具體用於通過公式計算得到所述定位方法或定位系統的定位誤差其中，為所述估計值的橫坐標，為所述估計值的縱坐標，為由所述定位方法或定位系統得到的橫坐標，為由所述定位方法或定位系統得到的縱坐標。
進一步地，還至少包括：
位置獲取模塊，用於獲取所述預設位置；
所述位置獲取模塊，包括：
識別單元，用於根據傳感設備對運動狀態進行識別；
數據處理單元，用於基於識別到的運動狀態根據定位方法或定位系統的定位結果結合室內地圖，推斷出對應的地標；
標記單元，用於將所述地標作為所述預設位置。
本發明中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
先基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標，再基於估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。本發明使用基於步長的插值方法來獲得估計值的坐標，所使用的預設位置可以是通過傳感設備自動識別自然存在的地標得到，無需像現有技術那樣通過人工部署大量的標記點，從而實現了省時省力、無需人為部署、提高評估精度的技術效果。本發明考慮了行人行走過程中，無停留和有停留的情形，可以根據行人行走的實際情形(勻速和非勻速)，使用基於步長插值的方法來獲得估計值的坐標，從而提高了本發明的適用性。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的定位精度評估方法的流程圖；
圖2為本發明實施例提供的定位精度評估方法的原理圖；
圖3為本發明實施例提供的定位精度評估裝置的模塊圖。
具體實施方式
本發明實施例通過提供一種定位精度評估方法及裝置，解決了現有技術中耗時費力、存在人為幹預、需要預先部署和評估精度低的技術問題，實現了省時省力、無需人為幹預和預先部署、提高評估精度的技術效果。
本發明實施例中的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：
先基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標，再基於估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。本發明實施例使用基於步長的插值方法來獲得估計值的坐標，所使用的預設位置可以是通過傳感設備自動識別自然存在的地標得到，無需像現有技術那樣通過人工部署大量的標記點，從而實現了省時省力、無需人為部署、提高評估精度的技術效果。本發明實施例考慮了行人行走過程中，無停留和有停留的情形，可以根據行人行走的實際情形(勻速和非勻速)，使用基於步長插值的方法來獲得估計值的坐標，從而提高了本發明實施例的適用性。
為了更好地理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
參見圖1和圖2，本發明實施例提供的定位精度評估方法，至少包括：
步驟S110：基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標；
在本實施例中，估計值指的是真實位置的估計值。
對本步驟進行說明：
通過公式獲得估計值的坐標；
其中，x″i為估計值的橫坐標，y″i為估計值的縱坐標，s(t)為t時刻的步長，x′k為預設位置k的橫坐標，y′k為預設位置k的縱坐標，x′k+1為預設位置k+1的橫坐標，y′k+1為預設位置k+1的縱坐標。
具體地，通過公式計算得到步長s；
其中，ξ為常數，Accmax為在一個步行時間內的最大加速度，Accmin為在一個步行時間內的最小加速度。
在本實施例中，在步驟S110之前，還獲取預設位置，具體包括：
根據傳感設備對運動狀態進行識別；
基於識別到的運動狀態根據定位方法或定位系統的定位結果結合室內地圖，推斷出對應的地標；
將地標作為預設位置。
具體地，地標(預設位置)可用運動狀態改變的模式進行識別，進而結合行人航位推算方法(Pedestrian Dead-Reckoning，PDR)的計算結果推斷出用戶在何時何地經過何種地標。其中，本發明實施例可以使用最小二乘支持向量機(Least Square-support Vector Machine,LS-SVM)識別相應的運動狀態。LS-SVM可表示為以下形式的優化問題：
約束條件為：
yj[wTφ(xj)+b]≥1-εj，j＝1,…,N
其中，J為損失函數，w為權重向量，r為正則項的權重，ε為鬆弛變量，φ(·)為映射函數，b為偏差因子，yj為第j個輸入樣本的所屬類別。通過最優化問題的求解，可獲得LS-SVM分類器：
其中，K為正定矩陣，xj為第j個輸入樣本，y為預測的運動狀態。本實施例中使用到的特徵包括垂直方向加速度的方差，水平方向加速度的平均值和最大值，加速度的平均值，氣壓的變化值和導數。
其中，通過PDR識別預設位置，具體包括：
基於氣壓計的讀數對樓梯進行識別，從而獲得用戶所處的樓層及樓梯位置；
基於加速度計對電梯進行識別，具體為：
加速度計在電梯的使用過程中存在特殊的變化模式，包括靜止(等待電梯)→行走(步行進入電梯)→電梯上下行→行走(步行走出電梯)，當該模式出現時，便可推斷出行人何時何地在使用電梯，同時獲得對應的位置。
基於陀螺儀的方向讀數對拐角進行識別，從而獲得用戶所處的拐角位置。
在本實施例中，樓梯、電梯等地標的位置信息可由室內地圖提供。
步驟S120：基於估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。
對本步驟進行說明：
通過公式計算得到定位方法或定位系統的定位誤差
其中，為估計值的橫坐標，包括預設位置和預設位置之間插值的位置，即為估計值的縱坐標，包括預設位置和預設位置之間插值的位置，即為由定位方法或定位系統得到的橫坐標；為由定位方法或定位系統得到的縱坐標。
具體地，當定位方法或定位系統估計得到的坐標對應的活動識別在預設位置(如地標)時，估計值的坐標選取對應的地標的坐標，否則，估計值的坐標選取地標之間插值的位置。
步驟S130：通過公式對定位誤差進行精度評估；
其中，N為定位點的數量，ei為定位方法或定位系統的預設定位誤差，且xi為已知的真實的橫坐標，yi為已知的真實的縱坐標。
參見圖3，本發明實施例提供的定位精度評估裝置，至少包括：
運算模塊100，用於基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標；
在本實施例中，運算模塊100，具體用於通過公式獲得估計值的坐標；其中，x″i為估計值的橫坐標，y″i為估計值的縱坐標，s(t)為t時刻的步長，x′k為預設位置k的橫坐標，y′k為預設位置k的縱坐標，x′k+1為預設位置k+1的橫坐標，y′k+1為預設位置k+1的縱坐標。
在本實施例中，估計值指的是真實位置的估計值。
為了計算步長，還至少包括：
計算模塊，用於通過公式計算得到步長s；其中，ξ為常數，Accmax為在一個步行時間內的最大加速度，Accmin為在一個步行時間內的最小加速度。
對本發明實施例的結構進行說明，還至少包括：
位置獲取模塊，用於獲取預設位置；
具體地，位置獲取模塊，包括：
識別單元，用於根據傳感設備對運動狀態進行識別；
數據處理單元，用於基於識別到的運動狀態根據定位方法或定位系統的定位結果結合室內地圖，推斷出對應的地標；
標記單元，用於將地標作為預設位置。
第一評估模塊200，用於基於估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。
在本實施例中，第一評估模塊200，具體用於通過公式計算得到定位方法或定位系統的定位誤差其中，為估計值的橫坐標，包括預設位置和預設位置之間插值的位置，即為估計值的縱坐標，包括預設位置和預設位置之間插值的位置，即為由定位方法或定位系統得到的橫坐標；為由定位方法或定位系統得到的縱坐標。
具體地，當定位方法或定位系統估計得到的坐標對應的活動識別在預設位置(如地標)時，估計值的坐標選取對應的地標的坐標，否則，估計值的坐標選取地標之間插值的位置。
第二評估模塊300，用於通過公式對定位誤差進行精度評估；其中，N為定位點的數量，ei為定位方法或定位系統的預設定位誤差，且xi為已知的真實的橫坐標，yi為已知的真實的縱坐標。
【技術效果】
先基於步長和預設位置的坐標獲得估計值的坐標，再基於估計值的坐標對定位方法或定位系統的定位結果進行評估。本發明實施例使用基於步長的插值方法來獲得估計值的坐標，所使用的預設位置可以是通過傳感設備自動識別自然存在的地標得到，無需像現有技術那樣通過人工部署大量的標記點，從而實現了省時省力、無需人為部署、提高評估精度的技術效果。本發明實施例考慮了行人行走過程中，無停留和有停留的情形，可以根據行人行走的實際情形(勻速和非勻速)，使用基於步長插值的方法來獲得估計值的坐標，從而提高了本發明實施例的適用性。
本發明實施例解決了現有技術中耗時費力、存在人為幹預、需要預先部署和評估精度低的技術問題，可以在基於智慧型手機慣性傳感器的室內定位過程中實現精度評估，且成本低廉，還具有很強的實用性。本發明實施例可以廣泛應用於智慧型手機等具有多種傳感器的智能終端移動應用中，用於評估室內實時定位系統及方法的精度，支持精確的室內定位及移動社交、醫療保健等諸多領域位置服務應用。
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。