[go: up one dir, main page]

WO2025080154A1 - Method for indoor navigation and object location - Google Patents

Method for indoor navigation and object location Download PDF

Info

Publication number
WO2025080154A1
WO2025080154A1 PCT/RU2023/000324 RU2023000324W WO2025080154A1 WO 2025080154 A1 WO2025080154 A1 WO 2025080154A1 RU 2023000324 W RU2023000324 W RU 2023000324W WO 2025080154 A1 WO2025080154 A1 WO 2025080154A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
user
location
floor
computing device
radio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/RU2023/000324
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексей Михайлович САМОТАЕВ
Иван Александрович CУГРОБОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
"indors Navigejshn" LLC
Original Assignee
"indors Navigejshn" LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023126279A external-priority patent/RU2811366C1/en
Application filed by "indors Navigejshn" LLC filed Critical "indors Navigejshn" LLC
Publication of WO2025080154A1 publication Critical patent/WO2025080154A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/08Position of single direction-finder fixed by determining direction of a plurality of spaced sources of known location
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the claimed technical solution relates to the technical field of determining location indoors, and in particular to a method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile computing device in real time.
  • the traditional indoor distribution system uses the antenna + feeder method, which has the problems of signal dead zone, large electromagnetic pollution and the inability to concealed installation.
  • the characteristics of radiating cables such as uniform coverage, no signal dead angle and concealed installation have attracted more and more attention and have been widely used.
  • With the development of urbanization more and more large-scale commercial buildings and large-scale hubs appear in people's lives.
  • people move indoors especially when people enter large spaces such as supermarkets, shopping malls, exhibition halls and underground parking lots, due to the large area, complex spatial layout and cross-distribution of passages and corridors, it is difficult for people to quickly know their location and surrounding conditions. Therefore, people's demand for indoor location is becoming increasingly urgent.
  • indoor location technology With the rapid development of Internet of Things technology and the maturity of hardware technology, indoor location technology has attracted attention.
  • Common indoor location technologies include Wi-Fi location, radio frequency identification (RFID) location, ultra-wideband location, Bluetooth location, infrared location, ultrasonic location, inertial navigation technology, etc.
  • RFID radio frequency identification
  • ultra-wideband location Bluetooth location
  • infrared location ultrasonic location
  • inertial navigation technology etc.
  • these location technologies are implemented in different ways, and each has its own advantages and disadvantages.
  • the indoor communication system and the indoor location and navigation system are two independent networks, which greatly increases the complexity and space constraints of indoor wiring and construction costs.
  • This solution describes a method and a system for determining indoor location using Wi-Fi network signals.
  • the known solution consists in improving the accuracy of performing location determination using a zonal structure.
  • An area is divided into several zones, and one or more signal propagation models for one or more wireless access points (APs) are generated for each zone.
  • a set of zonal signal propagation models provides improved model fitness based on each zone.
  • the process includes receiving a location request associated with a wireless device, selecting a target zone from several available zones of the area, and estimating the location of the wireless device based on the signal propagation model associated with the target zone or based on a location determination signature.
  • the signal propagation model associated with the target zone is generated based on training samples observed exclusively in the target zone.
  • the disadvantages of the known solution in this area of technology are low accuracy and a large time delay in determining the location inside the building.
  • This patent describes a system and method for determining the location of a mobile device indoors.
  • there may be at least one positioning node (PON) that has one or more antennas.
  • PON positioning node
  • Each PON may be located at a specific location indoors and configured to transmit signals through one or more antennas.
  • This application relates to a method and system for determining the user's location indoors for subsequent navigation.
  • the problem to which the claimed invention is directed is to create a method and system for high-precision user navigation indoors without a priori information about the structure of the building and the radio signal emitters located therein, which ensures rapid orientation in an unfamiliar space.
  • the technical result is to increase the accuracy of determining the user's location indoors.
  • a method is claimed for determining the user's location indoors using an inertial measurement unit (IMU) attached to the user's foot, and a user's mobile computing device, which consists of receiving information from the IMU about the user's movement and transmitting this information via wireless communication to the user's mobile computing device.
  • IMU inertial measurement unit
  • the claimed technical solution proposes a new approach to determining the user's location indoors.
  • This solution uses a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method, which processes the received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals, resulting in the refined coordinates of the device's location (x, y), floor identifier, and the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis.
  • the technical problem is solved - the creation of a method for high-precision navigation and tracking the movements of users/objects inside a building in real time.
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • the radio emitters are Wi-Fi and/or Bluetooth signal sources.
  • Fig. 1 illustrates a block diagram of the implementation of the claimed method.
  • Fig. 2 illustrates a block diagram of the positioning algorithm.
  • Fig. 3 illustrates a flow chart of the floor selection algorithm.
  • the declared technical solution is a specialized hardware and software complex for tracking users/objects and navigating indoors based on a real-time location determination system.
  • Radio measurements are measurements of signals registered on the device from a radio emitter. Radio measurements can be presented as the received signal strength (RSSI - Received Signal Strength Indicator), measured in decibel-milliwatts. Typically, signal strength values vary in the range from -100 dbm to 0 dbm.
  • the main model of signal propagation will be the model according to which the average power registered at a distance r from the emitter is calculated by the formula: where A is the average signal power recorded at a distance of 1 m; B is the signal attenuation coefficient.
  • Inertial measurements are measurements from a three-axis accelerometer, magnetometer and gyroscope.
  • Indoor positioning system is the process of determining the location of a device inside a room layout using registered signals from radio transmitters and inertial measurements. To do this, a digital map of the room is loaded onto a mobile computing device and the registered signal strengths from known transmitters in the digital map are correlated with each other.
  • the result of indoor positioning is:
  • the measurement preprocessor is a filter of transmitted radio and inertial measurements, which is responsible for dividing the continuous flow of measurements into so-called time ranges of positioning.
  • Multiparticle filter - sequential Monte Carlo method - a recursive algorithm for the numerical solution of estimation problems (filtering, smoothing), especially for nonlinear and non-Gaussian cases.
  • the claimed method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of a mobile computing device (100) consists of the following steps.
  • a digital map of the premises is loaded onto the mobile computing device, containing floor plans containing the premises located on the floors, their geometry and radio emitters located on the floors, wherein each floor contains an identifier
  • the presence of radio emitter signals inside the building is determined using the user's mobile computing device.
  • the radio emitters are Wi-Fi and/or Bluetooth signal sources.
  • the power (RSSI - Received Signal Strength Indicator) of the radio emitter signals is measured.
  • the acceleration vectors, rotation of the user's mobile computing device and orientation of the inertial measuring field of the user's computing device are obtained.
  • the received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals are processed using a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method at stage (105).
  • the recursive algorithm in the digital map of the room imposes natural and artificial restrictions on the user's movement trajectory.
  • Natural limitations are understood as such limitations as: walls, columns and other real objects inside the premises. Artificial limitations are the so-called “barriers”: invisible to the user objects of the digital map in the form of closed polygons, which serve as no-positioning zones. These may include areas outside the building.
  • the refined coordinates of the device location (x, y), the floor identifier, the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis are obtained based on the processing results, and the location is displayed. user on the digital map in the interface of the computing device at step (107).
  • the method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile device includes the following algorithms:
  • the algorithm at each moment of time receives a floor-by-floor list of visible radio signals in the current positioning window. For each floor from the list, values are added to the corresponding parameter accumulators from point 1.
  • Multi-particle filter algorithm (see Fig. 4):
  • the algorithm uses a system of particles and their weight coefficients.
  • Each particle is a vector - the coordinates of the particle on floor, - weight in the range - direction (azimuth angle).
  • a particle is called alive if its weight is greater than a certain (current value 1e-8) and dead otherwise.
  • the number of particles is fixed and described by a constant (the current value is 1000).
  • the particle system is modified iteratively according to the following algorithm:
  • Sampling criterion if more than seconds (current value is 45), or if sampling has not been performed yet. This step consists of randomly scattering particles with the condition that their coordinates remain within the floor geometry. The angle is set randomly in the range [-180, 180]. The weight of all particles is assumed to be equal (in total it should be 1.0).
  • the sampling center is the closest radio emitter to the location in the current positioning window (the distance to radio emitters is estimated using the logarithmic signal propagation formula).
  • Sample current value is 10 particles around the center sampling.
  • Correction algorithm For each index the weight of each particle is multiplied by the likelihood function - the probability that, being at a given point, the device will receive a signal from the emitter It is calculated according to the normal distribution as follows: Where model signal from the emitter obtained by the logarithmic formula of signal propagation - root mean square deviation of signal strength from the model value calculated for a radio transmitter The weights of all particles are normalized so that they add up to 1.0.
  • a cumulative distribution function is constructed based on the particles and their weights.
  • G selects the minimum index such that: i
  • step 4 the most probable floor where the device is located
  • step 4 the most probable floor where the device is located

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

A method for determining the location of a user in an indoor environment includes creating a digital map of an indoor environment showing a floor identifier and the position of radio transmitters, loading the map onto a mobile computing device (MCD), measuring the strength of RSSI signals using the MCD, determining vectors of acceleration, MCD rotation and magnetic field orientation using inertial measuring devices of the MCD, determining from the measured data the coordinates (x, y) of the MCD, the floor identifier and the angle of rotation of the MCD relative to a vertical axis, and showing the location of the user on the digital map in an interface of the MCD. The technical result of the invention is an increase in the accuracy of determining the location of a user in an indoor environment.

Description

СПОСОБ НАВИГАЦИИ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЯ METHOD OF NAVIGATION AND POSITIONING OF OBJECTS INDOORS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ AREA OF TECHNOLOGY

Заявленное техническое решение относится к технической области определения местоположения в помещении, а в частности к способу определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциальных устройств измерения мобильного вычислительного устройства пользователя в реальном времени. The claimed technical solution relates to the technical field of determining location indoors, and in particular to a method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile computing device in real time.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ LEVEL OF TECHNOLOGY

С развитием широкого распространения информационных технологий в обществе количество онлайн-пользователей ежегодно удваивается, и появляется все больше и больше зон беспроводного доступа сети. Однако требования к покрытию беспроводным сигналом в помещениях, таких как высотные офисы, обычные жилые дома и крупные торговые центры с большим количеством пользователей, становятся все выше и выше. With the development of widespread information technology in society, the number of online users doubles every year, and more and more wireless network access zones appear. However, the requirements for wireless signal coverage in indoor areas such as high-rise offices, ordinary residential buildings, and large shopping malls with a large number of users are becoming higher and higher.

Традиционная распределительная система для помещений использует метод «антенна + фидер», который имеет проблемы с наличием зон отсутствия сигнала, большим электромагнитным загрязнением и невозможностью скрытой установки. Характеристики излучающих кабелей, такие как равномерное покрытие, отсутствие мертвого угла сигнала и скрытая установка, привлекают все больше и больше внимания и все более широко используются. В то же время, с развитием урбанизации в жизни людей ппоояяввлляяееттссяя все больше крупномасштабных коммерческих зданий и крупномасштабных хабов. Когда люди перемещаются внутри помещений, особенно когда люди входят в большие помещения, такие как супермаркеты, торговые центры, выставочные залы и подземные автостоянки, из- за больших площадей, сложной пространственной планировки и перекрестного распределения проходов и коридоров людям трудно быстро узнать свое местоположение и окружающие условия. Поэтому спрос людей на определение местоположения в закрытых помещениях становится все более актуальным. The traditional indoor distribution system uses the antenna + feeder method, which has the problems of signal dead zone, large electromagnetic pollution and the inability to concealed installation. The characteristics of radiating cables such as uniform coverage, no signal dead angle and concealed installation have attracted more and more attention and have been widely used. At the same time, with the development of urbanization, more and more large-scale commercial buildings and large-scale hubs appear in people's lives. When people move indoors, especially when people enter large spaces such as supermarkets, shopping malls, exhibition halls and underground parking lots, due to the large area, complex spatial layout and cross-distribution of passages and corridors, it is difficult for people to quickly know their location and surrounding conditions. Therefore, people's demand for indoor location is becoming increasingly urgent.

Вместе с быстрым развитием технологии Интернета вещей и зрелостью аппаратных технологий технологии определения местоположения для помещений привлекли к себе внимание. Обычные технологии определения местоположения для помещений включают определение местоположения по Wi-Fi, определение местоположения по радиочастотной идентификации (radio frequency identification (RFID)), сверхширокополосное определение местоположения, определение местоположения по Bluetooth, инфракрасное определение местоположения, ультразвуковое определение местоположения, технологию инерциальной навигации и т. д. Эти технологии определения местоположения реализуются по- разному, и каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. В настоящее время система связи для помещений и система определения местоположения и навигации для помещений представляют собой две независимые сети, что значительно увеличивает сложность и нехватку места для проводки в помещении, а также стоимость строительства. With the rapid development of Internet of Things technology and the maturity of hardware technology, indoor location technology has attracted attention. Common indoor location technologies include Wi-Fi location, radio frequency identification (RFID) location, ultra-wideband location, Bluetooth location, infrared location, ultrasonic location, inertial navigation technology, etc. These location technologies are implemented in different ways, and each has its own advantages and disadvantages. At present, the indoor communication system and the indoor location and navigation system are two independent networks, which greatly increases the complexity and space constraints of indoor wiring and construction costs.

Такие навигационные технологии актуальны для: офисов; производственных площадок, заводов, цехов; торговых центров; складов; вокзалов; больниц; метро; аэропортов. Such navigation technologies are relevant for: offices; production sites, factories, workshops; shopping centers; warehouses; railway stations; hospitals; metro; airports.

Из уровня ттееххннииккии известен ппааттееннтт на изобретение RU2685227C2, патентообладатель «МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ», опубл. The patent for invention RU2685227C2 is known from the patent level, the patent holder is "MICROSOFT TECHNOLOGY LICENSE", published.

17.04.2019. 17.04.2019.

В данном решении описываются способ и система определения местоположения внутри помещения с помощью сигналов Wi-Fi сетей. Известное решение заключается в повышении точности при выполнении определения местонахождения, используя зональную структуру. Область разбита на несколько зон, и одна или более модели распространения сигнала для одной или более беспроводных точек доступа (АР) сгенерированы для каждой зоны. Набор зональных моделей распространения сигнала обеспечивает улучшенную пригодность модели на основе каждой зоны. Процесс включает в себя прием запроса местоположения, ассоциированного с устройством беспроводной связи, выбор целевой зоны из нескольких доступных зон области и оценку местоположения устройства беспроводной связи на основании модели распространения сигнала, ассоциированной с целевой зоной, или основанного на сигнатуре определения местонахождения. Модель распространения сигнала, ассоциированная с целевой зоной, сгенерирована на основании обучающих образцов, наблюдаемых исключительно в целевой зоне. Недостатками известного решения в данной области техники являются низкая точность и большая временная задержка в определении местоположения внутри здания. This solution describes a method and a system for determining indoor location using Wi-Fi network signals. The known solution consists in improving the accuracy of performing location determination using a zonal structure. An area is divided into several zones, and one or more signal propagation models for one or more wireless access points (APs) are generated for each zone. A set of zonal signal propagation models provides improved model fitness based on each zone. The process includes receiving a location request associated with a wireless device, selecting a target zone from several available zones of the area, and estimating the location of the wireless device based on the signal propagation model associated with the target zone or based on a location determination signature. The signal propagation model associated with the target zone is generated based on training samples observed exclusively in the target zone. The disadvantages of the known solution in this area of technology are low accuracy and a large time delay in determining the location inside the building.

Также из уровня техники известен американский патент US10917869B2, патентообладатель «LONPROX CORP», опубл. 09.02.2021. Also known from the prior art is the American patent US10917869B2, patent holder "LONPROX CORP", published 02/09/2021.

В данном патенте описаны система и способ для определения местоположения мобильного устройства внутри помещения. В варианте осуществления системы может иметься по меньшей мере один узел позиционирования (PON), который имеет одну или несколько антенн. Каждый PON может быть расположен в определенном месте внутри помещения и сконфигурирован для передачи сигналов через одну или несколько антенн.This patent describes a system and method for determining the location of a mobile device indoors. In an embodiment of the system, there may be at least one positioning node (PON) that has one or more antennas. Each PON may be located at a specific location indoors and configured to transmit signals through one or more antennas.

Сигналы, передаваемые с антенн PON, могут быть синхронизированы по времени и частоте. Сервер, коммуникативно связанный с сетями PON и хранящий вспомогательную информацию, включая информацию о местоположении и сигнале, относящуюся к PON, может передавать вспомогательную информацию на мобильное устройство. Мобильное устройство может принимать сигналы от использования сетей PON и использовать вспомогательную информацию для определения трехмерного положения внутри помещения на основе односторонней разницы во времени прибытия сигналов. Signals transmitted from the PON antennas may be synchronized in time and frequency. A server communicatively connected to the PON networks and storing auxiliary information including location and signal information related to the PON may transmit the auxiliary information to a mobile device. The mobile device may receive signals using the PON networks and use the auxiliary information to determine a three-dimensional position indoors based on a one-way difference in the arrival time of the signals.

Недостатком данного решения также является низкая точность и большая временная задержка в определении местоположения внутри здания. The disadvantage of this solution is also low accuracy and a large time delay in determining the location inside the building.

Кроме того, из уровня техники известна международная заявкаIn addition, the international application is known from the state of the art

WO2016195527A1, патентообладатель ООО «НАВИГАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ», опубл. 08.12.2016. WO2016195527A1, patent holder NAVIGATION SOLUTIONS LLC, published 08.12.2016.

Данная заявка относится к способу и системе определения местоположения пользователя внутри помещения для его последующей навигации. Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа и системы для высокоточной навигации пользователя внутри помещения без наличия априорной информации о структуре здания и расположенных в нем излучателей радиосигнала, что обеспечивает быстрое ориентирование в незнакомом пространстве. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения пользователя внутри помещения. В предпочтительном варианте осуществления заявленного изобретения, заявлен способ определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциального устройства измерения (IMU), крепящегося к ноге пользователя, и мобильного вычислительного устройства пользователя, заключающийся в получении информации от IMU о перемещении пользователя и передачи данной информации с помощью беспроводной связи на мобильное вычислительное устройство пользователя. This application relates to a method and system for determining the user's location indoors for subsequent navigation. The problem to which the claimed invention is directed is to create a method and system for high-precision user navigation indoors without a priori information about the structure of the building and the radio signal emitters located therein, which ensures rapid orientation in an unfamiliar space. The technical result is to increase the accuracy of determining the user's location indoors. In a preferred embodiment of the claimed invention, a method is claimed for determining the user's location indoors using an inertial measurement unit (IMU) attached to the user's foot, and a user's mobile computing device, which consists of receiving information from the IMU about the user's movement and transmitting this information via wireless communication to the user's mobile computing device.

Недостатком данного решения является отсутствие выполнения адаптивного преобразования, что приводит к недостаточной точности определения местоположения объекта внутри помещения. The disadvantage of this solution is the lack of adaptive transformation, which leads to insufficient accuracy in determining the location of an object inside the premises.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ ESSENCE OF THE INVENTION

В заявленном техническом решении предлагается новый подход к определению местоположения пользователя внутри помещения. В данном решении используется рекурсивный алгоритм, реализованный с использованием последовательного метода Монте-Карло, который обрабатывает полученные векторы ускорения, вращения и ориентации магнитного поля, а также мощности сигналов радио-излучателей в результате чего получают уточненные координаты местоположения устройства (х, у), идентификатор этажа, угол поворота устройства в пространстве относительно вертикальной оси. The claimed technical solution proposes a new approach to determining the user's location indoors. This solution uses a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method, which processes the received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals, resulting in the refined coordinates of the device's location (x, y), floor identifier, and the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis.

Таким образом, решается техническая проблема - создание способа для высокоточной навигации и отслеживания перемещений пользователей/объектов внутри помещения в реальном времени. Thus, the technical problem is solved - the creation of a method for high-precision navigation and tracking the movements of users/objects inside a building in real time.

Техническим результатом, достигающимся при решении данной проблемы, является повышение точности определения местоположения пользователя внутри помещения. The technical result achieved by solving this problem is an increase in the accuracy of determining the user's location indoors.

Указанный технический результат достигается благодаря осуществлению способа определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциальных устройств измерения мобильного вычислительного устройства пользователя, содержащий этапы, на которых: The specified technical result is achieved by implementing a method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile computing device, comprising the stages of:

- загружают на мобильное вычислительное устройство цифровую карту помещения, содержащую планы этажей, содержащие расположенные на этажах помещения, их геометрию и радио-излучатели, расположенные на этажах, при этом каждый этаж содержит идентификатор; определяют наличие сигналов радио-излучателей внутри здания с помощью мобильного вычислительного устройства пользователя; измеряют мощности (RSSI - Received Signal Strength Indicator) сигналов радио-излучателей ; - получают векторы ускорения, вращения мобильного вычислительного устройства пользователя и ориентации магнитного поля от инерциальных устройств измерения вычислительного устройства пользователя; - download a digital map of the premises to a mobile computing device, containing floor plans containing the rooms located on the floors, their geometry and radio emitters located on the floors, where each floor contains an identifier; determine the presence of radio emitter signals inside the building using the user's mobile computing device; measure the power (RSSI - Received Signal Strength Indicator) of radio emitter signals; - receive the acceleration vectors, rotation vectors of the user's mobile computing device and magnetic field orientation vectors from the inertial measurement devices of the user's computing device;

- обрабатывают полученные векторы ускорения, вращения и ориентации магнитного поля, а также мощности сигналов радио-излучателей с помощью рекурсивного алгоритма, реализованного с использованием последовательного метода Монте-Карло, при этом рекурсивный алгоритм в цифровой карте помещения, накладывает естественные и искусственные ограничения на траекторию движения пользователя; - process the received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals using a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method, while the recursive algorithm in the digital map of the room imposes natural and artificial restrictions on the user's trajectory of movement;

- получают по итогам обработки уточненные координаты местоположения устройства (х, у), идентификатор этажа, угол поворота устройства в пространстве относительно вертикальной оси; - as a result of processing, they obtain the refined coordinates of the device’s location (x, y), the floor identifier, and the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis;

- отображают местоположение пользователя на цифровой карте в интерфейсе вычислительного устройства. - display the user's location on a digital map in the interface of a computing device.

В частном варианте реализации описываемого решения, радио-излучатели представляют собой Wi-Fi и/или Bluetooth источники сигнала. In a particular embodiment of the described solution, the radio emitters are Wi-Fi and/or Bluetooth signal sources.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ DESCRIPTION OF DRAWINGS

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемым чертежом, который представлен для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивает область изобретения. К заявке прилагается следующий чертеж: The implementation of the invention will be described further in accordance with the attached drawing, which is presented to explain the essence of the invention and in no way limits the scope of the invention. The following drawing is attached to the application:

Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему выполнения заявленного способа. Fig. 1 illustrates a block diagram of the implementation of the claimed method.

Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему алгоритма позиционирования. Fig. 2 illustrates a block diagram of the positioning algorithm.

Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему алгоритма выбора этажа. Fig. 3 illustrates a flow chart of the floor selection algorithm.

Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему алгоритма много частичного фильтра. Fig. 4 illustrates a block diagram of the multi-particle filter algorithm.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения. In the following detailed description of the embodiment of the invention, numerous implementation details are set forth in order to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention may be used with or without these implementation details. In other instances, well-known methods, procedures, and components are not have been described in detail so as not to unnecessarily complicate the understanding of the features of the present invention.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов. In addition, it will be clear from the above description that the invention is not limited to the embodiment shown. Numerous possible modifications, changes, variations and substitutions, preserving the essence and form of the present invention, will be obvious to those skilled in the art.

Заявленное техническое решение представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс для отслеживания пользователей/объектов и навигации внутри помещений на основе системы определения местоположения в реальном времени. The declared technical solution is a specialized hardware and software complex for tracking users/objects and navigating indoors based on a real-time location determination system.

Ниже будут описаны понятия и термины, необходимые для понимания данного технического решения. Below we will describe the concepts and terms necessary for understanding this technical solution.

Радио-излучатель — излучатель радиосигнала (точка-доступа WiFi, BLE- маяк, BEACON-маяк). Радио-излучатель характеризуется следующими параметрами: х, у — координаты радио-излучателя, отсчитываемые от левого верхнего угла карты; floorld — идентификатор этажа, на котором он расположен; А, В, deviation — параметры распространения сигнала (данные параметры подробно раскрыты ниже в логарифмической модели распространения сигнала). Radio emitter — radio signal emitter (WiFi access point, BLE beacon, BEACON beacon). Radio emitter is characterized by the following parameters: x, y — coordinates of the radio emitter, measured from the upper left corner of the map; floorld — identifier of the floor on which it is located; A, B, deviation — signal propagation parameters (these parameters are described in detail below in the logarithmic signal propagation model).

Идентификатор радио-излучателя — символьная последовательность, однозначно идентифицирующая радио-излучатель. Для WiFi и BLE излучателей она является МАС-адресом, для BEACON-маяка — конкатенацией его uuid, major и minor. Пример идентификатора BEACON-маяка: 9BA60DA0-034E-47F0-9953- ED5F5ECC33EF, 25789, 12454. Radio emitter identifier is a character sequence that uniquely identifies the radio emitter. For WiFi and BLE emitters it is a MAC address, for a BEACON beacon it is a concatenation of its uuid, major and minor. An example of a BEACON beacon identifier: 9BA60DA0-034E-47F0-9953-ED5F5ECC33EF, 25789, 12454.

Радиоизмерения — измерения сигналов, регистрируемые на устройстве, от радио-излучателя. Радиоизмерения могут быть представлены в виде мощности принимаемого сигнала (RSSI - Received Signal Strength Indicator), измеряемой в децибел-милливаттах. Как правило, значения мощности сигнала изменяются в диапазоне от -100 dbm до 0 dbm. Radio measurements are measurements of signals registered on the device from a radio emitter. Radio measurements can be presented as the received signal strength (RSSI - Received Signal Strength Indicator), measured in decibel-milliwatts. Typically, signal strength values vary in the range from -100 dbm to 0 dbm.

Логарифмическая модель распространения сигнала. Logarithmic model of signal propagation.

Мощность принимаемого сигнала убывает при удалении от радиоизлучателя. При этом основной моделью распространения сигнала будем считать модель, согласно которой средняя мощность, регистрируемая на расстоянии г от излучателя, вычисляется по формуле:

Figure imgf000009_0001
где A - средняя мощность сигнала, регистрируемая на расстоянии 1 м; B - коэффициент затухания сигнала. The power of the received signal decreases with distance from the radio emitter. In this case, the main model of signal propagation will be the model according to which the average power registered at a distance r from the emitter is calculated by the formula:
Figure imgf000009_0001
where A is the average signal power recorded at a distance of 1 m; B is the signal attenuation coefficient.

Дисперсия мощности регистрируемого сигнала вычисляется по формуле: d The dispersion of the power of the recorded signal is calculated using the formula: d

2, где d- среднеквадратическое отклонение мощности сигнала от модельного значения. 2 , where d is the standard deviation of the signal power from the model value.

Полезна будет и обратная формула, позволяющая оценить расстояние до радио-излучателя по измеренной силе сигнала, полученной от него:

Figure imgf000009_0002
The inverse formula will also be useful, allowing you to estimate the distance to the radio emitter based on the measured signal strength received from it:
Figure imgf000009_0002

Инерциальные измерения — измерения от трехосных акселерометра, магнитометра и гироскопа. Inertial measurements are measurements from a three-axis accelerometer, magnetometer and gyroscope.

Цифровая карта помещения карта, содержащая планы этажей, содержащие расположенные на этажах помещения, их геометрию и радиоизлучатели, расположенные ннаа этажах, при этом каждый этаж содержит идентификатор, используемая для позиционирования устройства. Digital room map - a map containing floor plans containing the rooms located on the floors, their geometry and the radio emitters located on the floors, where each floor contains an identifier used for positioning the device.

Система внутреннего позиционирования (Indoor-позиционирование) — процесс определения местоположения устройства внутри схемы помещений по регистрируемым сигналам радио-излучателей и инерциальным измерениям. Для этого загружают на мобильное вычислительное устройство цифровую карту помещения и соотносят друг с другом регистрируемую силу сигналов от известных в цифровой карте излучателей. Indoor positioning system is the process of determining the location of a device inside a room layout using registered signals from radio transmitters and inertial measurements. To do this, a digital map of the room is loaded onto a mobile computing device and the registered signal strengths from known transmitters in the digital map are correlated with each other.

Результатом работы indoor-позиционирования является: The result of indoor positioning is:

• универсальный идентификатор этажа, на котором находится устройство; • universal identifier of the floor on which the device is located;

• координаты устройства (х, у). • device coordinates (x, y).

Коллекция этажей - индексированная коллекция, по которым ведется позиционирование. Floor collection is an indexed collection by which positioning is performed.

Препроцессор измерений - фильтр передаваемых радио- и инерциальных измерений, который отвечает за разделение непрерывного потока измерений на так называемые временные диапазоны позиционирования. Многочастичный фильтр - последовательный метод Монте-Карло — рекурсивный алгоритм для численного решения проблем оценивания (фильтрации, сглаживания), особенно для нелинейных и не-гауссовских случаев. The measurement preprocessor is a filter of transmitted radio and inertial measurements, which is responsible for dividing the continuous flow of measurements into so-called time ranges of positioning. Multiparticle filter - sequential Monte Carlo method - a recursive algorithm for the numerical solution of estimation problems (filtering, smoothing), especially for nonlinear and non-Gaussian cases.

Как показано на фиг. 1 заявленный способ определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциальных устройств измерения мобильного вычислительного устройства ппооллььззооввааттеелляя (100), состоит из следующих этапов. As shown in Fig. 1, the claimed method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of a mobile computing device (100) consists of the following steps.

На этапе (101) загружают на мобильное вычислительное устройство цифровую карту помещения, содержащую планы этажей, содержащие расположенные на этажах помещения, их геометрию и радио-излучатели, расположенные на этажах, при этом каждый этаж содержит идентификаторAt step (101), a digital map of the premises is loaded onto the mobile computing device, containing floor plans containing the premises located on the floors, their geometry and radio emitters located on the floors, wherein each floor contains an identifier

Далее на этапе (102) осуществляется определение наличия сигналов радиоизлучателей внутри здания с помощью мобильного вычислительного устройства пользователя. При этом, радио-излучатели представляют собой Wi-Fi и/или Bluetooth источники сигнала. Next, at step (102), the presence of radio emitter signals inside the building is determined using the user's mobile computing device. In this case, the radio emitters are Wi-Fi and/or Bluetooth signal sources.

На этапе (103) измеряют мощности (RSSI - Received Signal Strength Indicator) сигналов радио-излучателей. После чего, на этапе (104) получают векторы ускорения, вращения мобильного вычислительного устройства пользователя и ориентации ммааггннииттннооггоо поля оотт инерциальных устройств измерения вычислительного устройства пользователя. At step (103), the power (RSSI - Received Signal Strength Indicator) of the radio emitter signals is measured. After that, at step (104), the acceleration vectors, rotation of the user's mobile computing device and orientation of the inertial measuring field of the user's computing device are obtained.

Обрабатывают полученные векторы ускорения, вращения и ориентации магнитного поля, а также мощности сигналов радио-излучателей с помощью рекурсивного алгоритма, реализованного с использованием последовательного метода Монте-Карло на этапе (105). При этом, рекурсивный алгоритм в цифровой карте помещения, накладывает естественные и искусственные ограничения на траекторию движения пользователя. The received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals are processed using a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method at stage (105). In this case, the recursive algorithm in the digital map of the room imposes natural and artificial restrictions on the user's movement trajectory.

Под естественными ограничениями понимаются такие ограничения как: стены, колонны и другие реальные объекты внутри помещений. Искусственными ограничениями являются так называемые «барьеры»: невидимые пользователю объекты цифровой карты в виде замкнутых полигонов, служащие зонами запрета позиционирования. К ним могут относится области за пределами здания. Natural limitations are understood as such limitations as: walls, columns and other real objects inside the premises. Artificial limitations are the so-called "barriers": invisible to the user objects of the digital map in the form of closed polygons, which serve as no-positioning zones. These may include areas outside the building.

На этапе (106) получают по итогам обработки уточненные координаты местоположения устройства (х, у), идентификатор этажа, угол поворота устройства в пространстве относительно вертикальной оси и отображают местоположение пользователя на цифровой карте в интерфейсе вычислительного устройства на этапе (107). At stage (106), the refined coordinates of the device location (x, y), the floor identifier, the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis are obtained based on the processing results, and the location is displayed. user on the digital map in the interface of the computing device at step (107).

Кроме того, способ определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциальных устройств измерения мобильного устройства пользователя включает в себя следующие • алгоритмы: In addition, the method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile device includes the following algorithms:

Алгоритм выбора этажа (см. фиг. 3): Floor selection algorithm (see Fig. 3):

1. Для каждого этажа L цифровая карта помещения аккумулируем следующие параметры сигналов: 1. For each floor L of the digital map of the premises we accumulate the following signal parameters:

• суммарное количество полученных измерений от радио-излучателей с этажа L за последние N сек; • the total number of measurements received from radio emitters from floor L over the last N seconds;

• суммарное rssi полученных измерений от радио-излучателей с этажа L за последние N сек; • total rssi of measurements received from radio emitters from floor L over the last N sec;

• суммарный параметр А от радио-излучателей, приславших сигнал с этажа L за последние N секунд. • total parameter A from radio emitters that sent a signal from floor L over the last N seconds.

2. На вход алгоритм в каждый момент времени получает поэтажный список видимых радиосигналов в текущем окне позиционирования. Для каждого этажа из списка добавляются значения в соответствующие аккумуляторы параметров из п.1. 2. At the input, the algorithm at each moment of time receives a floor-by-floor list of visible radio signals in the current positioning window. For each floor from the list, values are added to the corresponding parameter accumulators from point 1.

3. Для каждого активного этажа осуществляется вычисление оценочной функции, характеризующей вероятность нахождения устройства на нем (значение оценочной функции для неактивных этажей не определено): 3. For each active floor, an evaluation function is calculated that characterizes the probability of the device being on it (the value of the evaluation function for inactive floors is not defined):

Предположим, что за последние секунд для этажа пришло N измерений от радио-излучателей, расположенных на данном этаже. Обозначим эти измерения как

Figure imgf000011_0001
где — радио-излучатель, расположенный на этаже L от которого был
Figure imgf000011_0002
зарегистрирован сигнал мощностью
Figure imgf000011_0004
будет иметь вид:
Figure imgf000011_0003
где
Figure imgf000012_0001
в произвольный момент времени используются аккумуляторы параметров для соответствующего этажа. Let us assume that in the last seconds N measurements have been received for a floor from radio emitters located on that floor. Let us denote these measurements as
Figure imgf000011_0001
where is the radio emitter located on the floor L from which it was
Figure imgf000011_0002
signal strength registered
Figure imgf000011_0004
will look like:
Figure imgf000011_0003
Where
Figure imgf000012_0001
at any given moment in time, the parameter accumulators for the corresponding floor are used.

4. Затем осуществляется ранжирование активных этажей в порядке убывания оценочной функции. На выход алгоритм возвращает полученный упорядоченный список активных этажей. Первый элемент списка станет в итоге этажом, который будет определен как текущий этаж расположения устройства. 4. Then the active floors are ranked in descending order of the evaluation function. The algorithm returns the resulting ordered list of active floors. The first element of the list will eventually become the floor that will be defined as the current floor of the device location.

Алгоритм много частичного фильтра (см. фиг. 4): Multi-particle filter algorithm (see Fig. 4):

Алгоритм использует систему частиц и их весовых коэффициентов. Каждая частица представляет собой вектор — координаты частицы на

Figure imgf000012_0002
этаже, — вес в диапазоне — направление (азимутальный угол).
Figure imgf000012_0003
The algorithm uses a system of particles and their weight coefficients. Each particle is a vector - the coordinates of the particle on
Figure imgf000012_0002
floor, - weight in the range - direction (azimuth angle).
Figure imgf000012_0003

Частица называется живой, если ее вес больше некоторого (текущее

Figure imgf000012_0006
значение 1е-8) и мертвой в противном случае. A particle is called alive if its weight is greater than a certain (current
Figure imgf000012_0006
value 1e-8) and dead otherwise.

Количество частиц фиксировано и описывается константой

Figure imgf000012_0005
(текущее значение равно 1000). Система частиц изменяется итеративно в соответствии со следующим алгоритмом: The number of particles is fixed and described by a constant
Figure imgf000012_0005
(the current value is 1000). The particle system is modified iteratively according to the following algorithm:

1 . Сэмплирование частицы на этаже, в случае необходимости. 1 . Sampling a particle on a floor, if necessary.

Критерий сэмплирования — если с момента получения радиоизмерения прошло более

Figure imgf000012_0004
секунд (текущее значение 45), либо если сэмплирование еще не проводилось. Данный шаг заключается в том, что частицы разбрасываются случайным образом с условием, чтобы их координаты оставались в рамках геометрии этажа. Угол устанавливается случайным образом в диапазоне [-180, 180]. Вес всех частиц полагается равным (в сумме он должен составлять 1.0). Sampling criterion - if more than
Figure imgf000012_0004
seconds (current value is 45), or if sampling has not been performed yet. This step consists of randomly scattering particles with the condition that their coordinates remain within the floor geometry. The angle is set randomly in the range [-180, 180]. The weight of all particles is assumed to be equal (in total it should be 1.0).

2. Переместить частицы с учетом количества, длины и направления детектируемых шагов, а также с учетом позиционного измерения. 2. Move the particles taking into account the number, length and direction of the detected steps, as well as taking into account the positional measurement.

На данном шаге изменяется только положение частиц и их угол. Если в . результате какая-то частица выходит за геометрию этажа, то она остается на прежнем месте, а ее угол изменяется случайным образом в диапазоне [-180, 180]. At this step, only the position of the particles and their angle are changed. If as a result, some particle goes beyond the floor geometry, then it remains in the same place, and its angle changes randomly in the range [-180, 180].

Позиционное измерение (при его наличии) является центром притяжения частиц. Каждая частица сдвигается в направлении позиционного измерения пропорционально отношению радиусов indoor-решения и радиуса позиционного измерения. Предварительно, позиционное измерение должно быть спроецировано на геометрию этажа с тем, чтобы избежать (снизить вероятность) выхода частицы за геометрию этажа при подобном смещении. The positional dimension (if present) is the center of attraction of the particles. Each particle moves in the direction of the positional dimension proportionally to the ratio of the radii of the indoor solution and the radius of the positional dimension. The positional dimension must first be projected on the geometry of the floor in order to avoid (reduce the probability) of the particle going beyond the geometry of the floor during such a displacement.

3. Определить количество живых частиц. Если количество живых частиц снизилось ниже допустимого ограничения текущее значение 100), то

Figure imgf000013_0001
сэмплировать частицы на этаже заново (см. шаг 1). 3. Determine the number of living particles. If the number of living particles has dropped below the permissible limit (the current value is 100), then
Figure imgf000013_0001
resample the particles on the floor (see step 1).

4. Аккумулируем сигналы радио-излучателей, выполнив предварительную фильтрацию «плохих» радио-излучателей. 4. We accumulate signals from radio emitters, performing preliminary filtering of “bad” radio emitters.

Алгоритм фильтрации: Filtering algorithm:

Вычислить для радио-излучателя отношение

Figure imgf000013_0002
где d — среднеквадратическое отклонение силы сигнала от модельного значения, a D В — коэффициент затухания сигнала для р рааддииоо--ииззллууччааттеелляя.. Если отношение превышает допустимый порог
Figure imgf000013_0003
(текущее значение 1.5), то такой сигнал отбрасывается. Calculate the ratio for a radio emitter
Figure imgf000013_0002
where d is the standard deviation of the signal strength from the model value, and D B is the signal attenuation coefficient for p raaddiiooo--iiizzllluuchchaatteellya.. If the ratio exceeds the permissible threshold
Figure imgf000013_0003
(current value 1.5), then such a signal is discarded.

5. Если прошло менее

Figure imgf000013_0004
миллисекунд (текущее значение 1000) с момента предыдущего обновления весов частиц, то перейти к шагу 11. В противном случае, установить время обновления частиц на текущее и перейти к шагу 6. 5. If less than
Figure imgf000013_0004
milliseconds (current value 1000) since the previous particle weight update, then go to step 11. Otherwise, set the particle update time to the current one and go to step 6.

6. Если количество текущих видимых радио-излучателей недостаточно для проведения мутации (константа

Figure imgf000013_0005
текущее значение 3), то перейти к шагу 10. 6. If the number of current visible radio emitters is not enough to carry out the mutation (constant
Figure imgf000013_0005
current value 3), then go to step 10.

7. Выполнить мутацию нескольких частиц. Количество частиц для мутации задается константой (текущее значение 50).

Figure imgf000013_0006
7. Mutate several particles. The number of particles to mutate is set by a constant (current value 50).
Figure imgf000013_0006

Алгоритм мутации можно описать следующим псевдокодом: The mutation algorithm can be described by the following pseudocode:

Повторять раз:

Figure imgf000013_0007
Repeat once:
Figure imgf000013_0007

• выбрать случайную частицу; ее координаты ии угол инициализируются заново, как при сэмплировании (см. шаг 1); • select a random particle; its coordinates and angle are reinitialized as in sampling (see step 1);

• вес инициализируется заново значением

Figure imgf000013_0008
• the weight is re-initialized with the value
Figure imgf000013_0008

8. Определить центр сэмплирования. Центром сэмплирования является

Figure imgf000013_0009
ближайший к местоположению радио-излучатель в текущем окне позиционирования (расстояние до радио-излучателей оценивается по логарифмической формуле распространения сигнала). 9. Сэмплировать (текущее значение равно 10) частиц вокруг центра
Figure imgf000014_0001
сэмплирования. 8. Determine the sampling center. The sampling center is
Figure imgf000013_0009
the closest radio emitter to the location in the current positioning window (the distance to radio emitters is estimated using the logarithmic signal propagation formula). 9. Sample (current value is 10) particles around the center
Figure imgf000014_0001
sampling.

Алгоритм сэмплирования вокруг центра можно описать следующим псевдокодом: повторять

Figure imgf000014_0002
раз: The algorithm for sampling around the center can be described by the following pseudocode: repeat
Figure imgf000014_0002
once:

• выбрать случайную частицу; - координаты инициализируется случайным образом по гауссовому

Figure imgf000014_0003
распределению со средним в центре сэмплирования и дисперсией равной
Figure imgf000014_0004
текущее значение 5.0); • select a random particle; - coordinates are initialized randomly according to the Gaussian
Figure imgf000014_0003
distribution with a mean at the sampling center and a variance equal to
Figure imgf000014_0004
current value 5.0);

• угол инициализируются случайным значением в диапазоне [-180, 180]. • the angle is initialized to a random value in the range [-180, 180].

• вес инициализируется заново значением

Figure imgf000014_0005
• the weight is re-initialized with the value
Figure imgf000014_0005

10. Коррекция весов частиц. На данном шаге выполняется переоценка весов частиц с использованием вектора радиосигналов из текущего окна позиционирования:

Figure imgf000014_0006
- сигнал в dBm от радио-излучателя
Figure imgf000014_0008
Figure imgf000014_0007
10. Correction of particle weights. At this step, the particle weights are re-evaluated using the radio signal vector from the current positioning window:
Figure imgf000014_0006
- signal in dBm from the radio emitter
Figure imgf000014_0008
Figure imgf000014_0007

Алгоритм коррекции: Для каждого индекса

Figure imgf000014_0009
вес каждой частицы умножается на функцию правдоподобия - вероятность того, что, находясь в данной точке устройство будет принимать сигнал
Figure imgf000014_0010
от излучателя
Figure imgf000014_0011
Она рассчитывается по нормальному распределению следующим образом:
Figure imgf000014_0012
где
Figure imgf000014_0013
модельный сигнал от излучателя
Figure imgf000014_0014
получаемый по логарифмической формуле распространения сигнала - среднеквадратическое
Figure imgf000014_0015
отклонение силы сигнала от модельного значения, вычисленное для радиоизлучателя
Figure imgf000014_0016
Веса всех частиц нормируются таким образом, чтобы в сумме они составляли 1.0. Correction algorithm: For each index
Figure imgf000014_0009
the weight of each particle is multiplied by the likelihood function - the probability that, being at a given point, the device will receive a signal
Figure imgf000014_0010
from the emitter
Figure imgf000014_0011
It is calculated according to the normal distribution as follows:
Figure imgf000014_0012
Where
Figure imgf000014_0013
model signal from the emitter
Figure imgf000014_0014
obtained by the logarithmic formula of signal propagation - root mean square
Figure imgf000014_0015
deviation of signal strength from the model value calculated for a radio transmitter
Figure imgf000014_0016
The weights of all particles are normalized so that they add up to 1.0.

11. Ресемплинг. После нескольких шагов процедуры коррекции веса частиц, соответствующие ошибочным гипотезам, могут стать близкими к нулю. Такие частицы не вносят вклад в финальную оценку положения устройства. Процедура ресемплинга позволяет перераспределить ввыыччииссллииттееллььнныыее ресурсы путем отбрасывания частиц, имеющих малый вес, и дублирования частиц, имеющих большой вес. Метод состоит из нескольких шагов: 11. Resampling. After several steps of the correction procedure, the weights of particles corresponding to erroneous hypotheses may become close to zero. Such particles do not contribute to the final estimate of the device position. The resampling procedure allows redistribution of the high-power resources by discarding particles with low weights and duplicating particles with high weights. The method consists of several steps:

• На первом шаге проверяется критерий ресэмплинга. Для этого вычисляется сумма квадратов весов всех частиц. Критерий ресэмплинга выполняется, если эта сумма больше, чем

Figure imgf000015_0007
(текущее значение
Figure imgf000015_0008
Nr = 600). Если критерий не выполняется, то ресэмплинг частиц на данной итерации не производится. • The first step is to check the resampling criterion. To do this, the sum of the squares of the weights of all particles is calculated. The resampling criterion is met if this sum is greater than
Figure imgf000015_0007
(current value
Figure imgf000015_0008
Nr = 600). If the criterion is not met, then particle resampling is not performed at this iteration.

В случае, если критерий ресэмплинга выполняется, строится кумулятивная функция распределения на основе частиц и их весов.If the resampling criterion is met, a cumulative distribution function is constructed based on the particles and their weights.

Для каждой частицы

Figure imgf000015_0001
вычисляются частичные суммы:
Figure imgf000015_0002
таким образом, что
Figure imgf000015_0003
For each particle
Figure imgf000015_0001
partial sums are calculated:
Figure imgf000015_0002
in such a way that
Figure imgf000015_0003

Затем генерируется равномерно распределенная случайная величина

Figure imgf000015_0004
Then a uniformly distributed random variable is generated
Figure imgf000015_0004

На основе значения, которое приняла случайная величина, Based on the value that the random variable has taken,

Г выбирается минимальный индекс , такой что:

Figure imgf000015_0005
i G selects the minimum index such that:
Figure imgf000015_0005
i

• Частица с индексом копируется в новый массив частиц. Данная процедура повторяется N раз. • The particle with index is copied into a new particle array. This procedure is repeated N times.

• В ходе применения процедуры ресэмплинга происходит удаление частиц с низкими весами и дублирование частиц с более высокими (пропорционально ее весу). По этой причине в конце ресэмплинга веса всех частиц выравниваются:

Figure imgf000015_0006
• During the resampling procedure, particles with low weights are removed and particles with higher weights are duplicated (proportionally to their weight). For this reason, at the end of resampling, the weights of all particles are equalized:
Figure imgf000015_0006

Ниже приведен алгоритм позиционирования (см. фиг. 2): Below is the positioning algorithm (see Fig. 2):

1. Передать инерциальные и радиоизмерения в препроцессор измерений. 2. Запросить очередной временной диапазон позиционирования У препроцессора измерений: если есть временной диапазон позиционирования, то перейти к шагу 3; иначе перейти к шагу 13. 1. Transfer inertial and radio measurements to the measurement preprocessor. 2. Request the next positioning time range from the measurement preprocessor: if there is a positioning time range, then go to step 3; otherwise, go to step 13.

3. Распределить все радиоизмерения текущего окна позиционирования по этажам. 3. Distribute all radio measurements of the current positioning window by floors.

4. По радиоизмерениям текущего окна позиционирования определить список активных этажей в порядке уменьшения вероятности (см. выше Алгоритм выбора этажа): если список активных этажей не пустой, перейти к шагу 5; иначе сбросить последнюю вычисленную позицию и перейти к шагу 12.4. Based on the radio measurements of the current positioning window, determine the list of active floors in order of decreasing probability (see Floor Selection Algorithm above): if the list of active floors is not empty, go to step 5; otherwise, reset the last calculated position and go to step 12.

5. Определить все активные этажи в коллекции этажей. Таким образом мы препятствуем тому, чтобы активные этажи были вытеснены из кэша в случае его переполнения. 5. Identify all active floors in the floors collection. This way we prevent active floors from being evicted from the cache if it is full.

6. Передать инерциальные измерения в текущем окне позиционирования в обработчик инерциальных измерений. Определить множество шагов пользователя и позиционное измерение (при его наличии). 6. Pass the inertial measurements in the current positioning window to the inertial measurements handler. Determine the user step set and the position measurement (if any).

7. Для каждого активного этажа выбрать соответствующий этому этажу многочастичный фильтр и определить возможную позицию устройства на этом этаже, передав в многочастичный фильтр информацию об этаже, набор радиоизмерений, соответствующих данному этажу, ммнноожжеессттввоо сделанных пользователем шагов и корректирующее позиционное измерение (см. выше Алгоритм многочастичного фильтра). 7. For each active floor, select the multiparticle filter corresponding to this floor and determine the possible position of the device on this floor by transmitting to the multiparticle filter information about the floor, a set of radio measurements corresponding to this floor, the number of steps made by the user, and a corrective positional measurement (see the Multiparticle Filter Algorithm above).

8. Выбрать первый активный этаж L, полученный на шаге 4 (наиболее вероятный этаж нахождения устройства), и взять ху-координаты устройства на этом этаже (вычисленные соответствующим многочастичным фильтром на предыдущем шаге). 8. Select the first active floor L obtained in step 4 (the most probable floor where the device is located) and take the xy-coordinates of the device on this floor (calculated by the corresponding multiparticle filter in the previous step).

9. Уточнить позицию устройства с учетом предыдущей позиции и скорости. 9. Refine the position of the device taking into account the previous position and speed.

10. Найти проекцию позиции устройства на текущий выбранный этаж (ближайшую к найденной позиции точку геометрии этажа). 10. Find the projection of the device position onto the currently selected floor (the closest floor geometry point to the found position).

11 . Установить последнюю вычисленную позицию как результат, полученный на предыдущем шаге. 11 . Set the last calculated position as the result obtained in the previous step.

12. Удалить текущий временной диапазон позиционирования. 12. Delete the current positioning time range.

13. Вернуть последнюю вычисленную позицию. Перейти к шагу 2. Заявленное техническое решение обеспечивает новую возможность В повышении точности определения местоположения пользователя внутри помещения. 13. Return the last calculated position. Go to step 2. The declared technical solution provides a new opportunity to increase the accuracy of determining the user's location indoors.

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники. In these application materials, a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution was presented, which should not be used as limiting other, particular embodiments of its implementation that do not go beyond the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims

Формула изобретения Invention formula 1. Способ определения местоположения пользователя внутри помещения с помощью инерциальных устройств измерения мобильного вычислительного устройства пользователя, содержащий этапы, на которых: 1. A method for determining the location of a user indoors using inertial measurement devices of the user's mobile computing device, comprising the steps of: - загружают на мобильное вычислительное устройство цифровую карту помещения, содержащую планы этажей, содержащие расположенные на этажах помещения, их геометрию и радио-излучатели, расположенные на этажах, при этом каждый этаж содержит идентификатор; - download to a mobile computing device a digital map of the premises containing floor plans containing the premises located on the floors, their geometry and radio emitters located on the floors, with each floor containing an identifier; - определяют наличие сигналов радио-излучателей внутри здания с помощью мобильного вычислительного устройства пользователя; измеряют мощности RSSI (Received Signal Strength Indicator) сигналов радио-излучателей; получают векторы ускорения, вращения мобильного вычислительного устройства пользователя и ориентации магнитного поля от инерциальных устройств измерения вычислительного устройства пользователя; - determine the presence of radio emitter signals inside the building using the user's mobile computing device; measure the RSSI (Received Signal Strength Indicator) power of radio emitter signals; obtain acceleration vectors, rotation of the user's mobile computing device and magnetic field orientation from the inertial measurement devices of the user's computing device; - обрабатывают полученные векторы ускорения, вращения и ориентации магнитного поля, а также мощности сигналов радио-излучателей с помощью рекурсивного алгоритма, реализованного с использованием последовательного метода Монте-Карло, при этом рекурсивный алгоритм в цифровой карте помещения, накладывает естественные и искусственные ограничения на траекторию движения пользователя; получают по итогам обработки уточненные координаты местоположения устройства (х, у), идентификатор этажа, угол поворота устройства в пространстве относительно вертикальной оси; - process the received vectors of acceleration, rotation and orientation of the magnetic field, as well as the power of the radio emitter signals using a recursive algorithm implemented using the sequential Monte Carlo method, whereby the recursive algorithm in the digital map of the room imposes natural and artificial restrictions on the user's movement trajectory; as a result of the processing, obtain the refined coordinates of the device location (x, y), the floor identifier, the angle of rotation of the device in space relative to the vertical axis; - отображают местоположение пользователя на цифровой карте в интерфейсе вычислительного устройства. - display the user's location on a digital map in the interface of a computing device. 2. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что радио-излучатели представляют собой Wi-Fi и/или Bluetooth источники сигнала. 2. The method according to item 1, characterized in that the radio emitters are Wi-Fi and/or Bluetooth signal sources.
PCT/RU2023/000324 2023-10-13 2023-10-23 Method for indoor navigation and object location Pending WO2025080154A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023126279 2023-10-13
RU2023126279A RU2811366C1 (en) 2023-10-13 Method for navigating and positioning indoor objects based on real-time location system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025080154A1 true WO2025080154A1 (en) 2025-04-17

Family

ID=95396131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/000324 Pending WO2025080154A1 (en) 2023-10-13 2023-10-23 Method for indoor navigation and object location

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025080154A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130207840A1 (en) * 2010-11-04 2013-08-15 Jung Kan Mook System and method for estimating indoor location using satellite signal generation device
WO2016195527A1 (en) * 2015-06-05 2016-12-08 Общество с ограниченной ответственностью "Навигационные решения" Indoor navigation method and system
RU2685227C2 (en) * 2014-02-20 2019-04-17 МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи Localisation of wireless user equipment device in target zone
RU2739126C1 (en) * 2020-03-11 2020-12-21 Александр Николаевич Бондарик Radio channel system for remote monitoring of health and working activity of employees of industrial and transport enterprises
US10917869B2 (en) * 2017-03-16 2021-02-09 Lonprox Corporation Systems and methods for indoor positioning using wireless positioning nodes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130207840A1 (en) * 2010-11-04 2013-08-15 Jung Kan Mook System and method for estimating indoor location using satellite signal generation device
RU2685227C2 (en) * 2014-02-20 2019-04-17 МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи Localisation of wireless user equipment device in target zone
WO2016195527A1 (en) * 2015-06-05 2016-12-08 Общество с ограниченной ответственностью "Навигационные решения" Indoor navigation method and system
US10917869B2 (en) * 2017-03-16 2021-02-09 Lonprox Corporation Systems and methods for indoor positioning using wireless positioning nodes
RU2739126C1 (en) * 2020-03-11 2020-12-21 Александр Николаевич Бондарик Radio channel system for remote monitoring of health and working activity of employees of industrial and transport enterprises

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2015219463B2 (en) Localization of a wireless user equipment device in a target zone
US9602960B2 (en) Positioning method
EP2959267B1 (en) Mobile device positioning
KR101541622B1 (en) Indoor likelihood heatmap
KR101369548B1 (en) Apparatus and method for constructing and utilizing a beacon location database
JP5740537B2 (en) Position display control for device position
CN106912105B (en) Three-dimensional positioning method based on PSO _ BP neural network
US20140128100A1 (en) Binning Venues Into Categories Based On Propagation Characteristics
CN110933632B (en) A terminal indoor positioning method and system
US10145934B2 (en) Terminal and method for measuring location thereof
CN107071732B (en) RSSI (received Signal Strength indicator) -based MLE-PSO (Multi-layer programmable Gate array) indoor positioning method
CN106170995B (en) Feedback in positioning systems
CN109005510B (en) A wireless sensor network indoor moving target tracking method based on area division
CN108450060B (en) Location method and device based on WI-FI access point
KR101709411B1 (en) Method for positioning based on weighted triangulation and method for indoor positioning using the same
KR20150108399A (en) Building floor determination for a location based service
US12215977B2 (en) Localization using internet of things devices
CN107270889A (en) An indoor positioning method and positioning system based on geomagnetic map
JP2017516092A (en) Location error radius judgment
WO2022234294A1 (en) Determining locations of mobile devices from wireless signals
KR102260936B1 (en) Indoor localization method and system
Pan et al. Map-aided and UWB-based anchor placement method in indoor localization
Hosseini et al. NSGA-II based optimal Wi-Fi access point placement for indoor positioning: A BIM-based RSS prediction
RU2811366C1 (en) Method for navigating and positioning indoor objects based on real-time location system
Connelly et al. A toolkit for automatically constructing outdoor radio maps

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23955576

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1