人類社會發(fā)展迅速,在未來,我國城市人口將越來越多。當(dāng)前,我國處于城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速階段,一些地區(qū)出現(xiàn)“城市病”問題。為解決我國城市發(fā)展遇到的難題,并從根本上實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展,發(fā)展智慧城市成為當(dāng)今城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的歷史重任。智慧城市的發(fā)展必然要考慮空間位置信息,在室外,因GPS全球定位系統(tǒng)的出現(xiàn),室外空間定位技術(shù)得以發(fā)展,其方便、準(zhǔn)確、高效等特性直接影響著人們的生活;同時,GPS定位技術(shù)也存在其局限性,在城市范圍內(nèi),由于受到多路徑效應(yīng)及GPS信號屏蔽的影響,室內(nèi)空間信息獲取較很少,不能將室內(nèi)和室外的空間信息完美融合,阻礙了智慧城市的發(fā)展進程;在室內(nèi)環(huán)境下,急需一種高效、準(zhǔn)確、便捷的導(dǎo)航定位技術(shù)來獲取室內(nèi)空間位置信息。因此,很多專家學(xué)者投身于室內(nèi)定位及導(dǎo)航的研究當(dāng)中。本文首先研究室內(nèi)磁場的特性,通過大量實驗及相關(guān)知識著重分析室內(nèi)地磁隨時間的變化規(guī)律,及室內(nèi)空間地磁干擾要素對室內(nèi)地磁基準(zhǔn)圖生成存在的影響。在實驗中本人發(fā)現(xiàn)磁場隨時間的推移變化不明顯,可作為指紋識別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行室內(nèi)定位;同時發(fā)現(xiàn)空間位置不同的磁場在方向和量級上都有很大的不同;室內(nèi)干擾要素分靜態(tài)干擾要素及動態(tài)干擾要素,實驗表明鐵磁性材料及電子設(shè)備對磁場影響很大,同時,因靜態(tài)干擾要素周圍的磁場明顯異于外圍磁場,故可將靜態(tài)干擾要素作為地磁室內(nèi)定位的標(biāo)識;同樣,動態(tài)干擾要素對地磁的影響也是不可忽略的,且因它的可移動性,對室內(nèi)地磁基準(zhǔn)圖生成起到不利的影響,故在地磁基準(zhǔn)圖數(shù)據(jù)采集過程中,應(yīng)該盡量躲避動態(tài)干擾要素。本文首先通過一系列的地磁實驗證明地磁場信息作為室內(nèi)定位依據(jù)的可行性。其次,通過不同的室內(nèi)場景來分析室內(nèi)地磁干擾要素,得出地磁場與干擾要素之間的關(guān)系。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高效、準(zhǔn)確、便捷性,本文利用多個HMC5983磁傳感器放置在移動平臺上大量采集室內(nèi)地磁基準(zhǔn)圖,本文研究并設(shè)計出室內(nèi)地磁基準(zhǔn)圖數(shù)據(jù)采集移動平臺,該移動平臺搭載諸多傳感器,如慣性導(dǎo)航傳感器、車輪編碼器、磁傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器及藍牙傳感器等,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,無線傳輸?shù)裙δ?利用特定的數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)采集,通過串口調(diào)試工具對慣性導(dǎo)航傳感器和車輪編碼器數(shù)據(jù)進行航跡推算,得出移動平臺的室內(nèi)空間位置;將二維平面坐標(biāo)及與其對應(yīng)的三維地磁數(shù)據(jù)按照固定格式保存,利用克里金法對該地磁圖數(shù)據(jù)進行插值,生成所需間隔大小的柵格地磁圖,將該地磁基準(zhǔn)圖保存在數(shù)據(jù)庫中。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：P318
【部分圖文】：

第 1 章 緒論研究背景隨著城市的不斷擴張和發(fā)展，智慧城市一詞浮現(xiàn)在人們面前。智慧城市的發(fā)展勢必慮室內(nèi)空間信息，但是現(xiàn)在掌握的室內(nèi)信息很少，阻礙了智慧城市的發(fā)展進程。將和室外的信息完美融合，是智慧城市的發(fā)展趨勢。自 GPS（全球定位系統(tǒng)）出現(xiàn)以室外空間定位技術(shù)得以發(fā)展，以其高效、快速、方便與準(zhǔn)確對人們的生活產(chǎn)生巨大響，帶動一批應(yīng)用和服務(wù)類行業(yè)的快速發(fā)展，但是 GPS 定位技術(shù)也有它的局限性室內(nèi)環(huán)境有諸多影響 GPS 信號傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)和設(shè)施，如封閉的鋼筋混凝土建筑物及設(shè)備產(chǎn)生的磁場等，GPS 定位效果不盡理想，因此在室內(nèi)環(huán)境下急需一種準(zhǔn)確、高便捷的定位技術(shù)來獲取室內(nèi)空間位置信息。移動智能終端正在逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ�，是感知、分享、獲取面信息的核心設(shè)備。智能手機內(nèi)置傳感器不斷豐富，如今已經(jīng)賦予其強大的感知能感知周圍環(huán)境信息，為用戶提供確切的、有意義的終端服務(wù)。如下圖所示，手機內(nèi)很多傳感器，這對于手機終端的定位是有很大幫助的，如圖 1-1 所示，WiFi 傳感器傳感器、地磁傳感器、加速度傳感器及陀螺傳感器等[1]。

2-1 建筑物走廊一維地磁圖分布，橫軸表示行進距離，單位是 m；縱軸表示磁場值，單位 μT.2-1 One dimensional geomagnetic map of building corridor，the horizontal axis represents the distancetraveled, the unit is m；The vertical axis represents the magnetic field value, the unit is μT3）利用地磁定位準(zhǔn)確性高從理論上說，地球上任意點的地磁坐標(biāo)都是不同的，在水平坐標(biāo)相同的條件下，如海拔高度不同，三維地磁數(shù)據(jù)也是不相同的�；谠摾碚撘罁�(jù)，我們可以得到其定位果好的特點。地磁室內(nèi)定位相對于其他室內(nèi)定位技術(shù)來講，其室內(nèi)定位精度較高，I-FI 定位技術(shù)需要多個定位基站才能定位出移動終端的位置，但該位置只是一個范圍，位精度在米級。在室內(nèi)，如果定位精度在米級的話，很有可能定位錯誤。而室內(nèi)地磁差異較大，而且每一個地方都有一個地磁場值，這對于室內(nèi)定位來說是很有意義的，實驗表明地磁室內(nèi)定位技術(shù)定位精度在 0.1～2.0m 之間，是 WI-FI 定位技術(shù)無法逾越精度。.2 磁傳感器及硬鐵干擾HMC5983 是一個帶有溫度補償?shù)娜S電子羅盤傳感器，它是一種表面貼裝的高集模塊，其內(nèi)部鑲嵌了高分辨率的 HMC118X 系列磁阻傳感器，自動消磁帶、偏置帶和

圖 2-2 HMC5983 磁傳感器Fig.2-2 HMC5983 magnetic sensor的各個電子元器件設(shè)計時位置是相對恒定的，通電后，該干擾磁場稱為硬鐵干擾場[13]。這些干擾與磁傳感器的相上加了一個定值便了消除硬鐵干擾。由于磁傳感器的體傳感器周圍均分布，產(chǎn)生的合成磁場分量是不變的。磁，故在這里要進行硬鐵補償實驗。/車輪編碼器感器固定在移動平臺幾何中心，組成移動平臺的捷聯(lián)式航系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新的中心思想是將k 時刻的慣性導(dǎo)航參數(shù)作為初值，利用k 時刻至 k 1時刻的陀螺及加速度計數(shù)關(guān)導(dǎo)航參數(shù)，作為 k 2時刻的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航解算的初解算工作。當(dāng)然，由于慣性導(dǎo)航傳感器直接固定在移動

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本文編號：2827733