GPS室内定位坐标系转换方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

室内gps测量系统又称indoor gps，其工作原理是参照全球定位系统(gps)来设计的，主要组成部分为发射器、接收器、传输装置以及进行空间坐标计算的第三方数据处理软件等。

目前室内gps的方法较多有rfid、蓝牙、和视觉路标法。rfid信号特征通常多为低频，高频，超高频，微波。为了成本与精度信号频率通常为2.45gz。蓝牙通常通过测量信号强度来定位，是一种短距离的无线传输技术，比较适合小范围定位。路标定位通过在过程中设立路标，其中在路标中包括隔离区，判断区，数据区通过其中所包含的数据矩阵结算，得到数据的读取规则。基本采用二进制，然后读取区中信息，最后得到定位，但这种方法过于繁琐。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

室内坐标系转换要保证的一个必要因素就是精度。就以gps在大型船舶中的应用为例：首先要分析各种坐标系的特点和劣势，根据所测大型传播建造的特点充分运用室内gps坐标的特点去论证应用的可实施性，再制定出gps系统的测量方案。根据不同的误差分布分析不同分析各自的覆盖范围，提出一种多站式系统发射器不舍的全局思想。定义在测量方案中涉及到的坐标，并且根据坐标系的转换理论，提出不同坐标系之间的转换模型，并对模型中的参数进行结算。最后分析室内gps系统中系统误差的影响因子，单站测量中水平角和竖直角的的测量不确定度估计，来提高室内gps坐标系转换的精度。

室内gps系统的基本原理：测出各被测点相对各发射器的方位角、俯仰角，然后通过多站问的空间几何关系计算出被测点的空间坐标。通过得出两束光线与一束红外光线的相交得出他们的夹角与旋转轴的夹角数据，然后完整测回一次得出它们所需要的周期t0,t1,t2。建立空间三角坐标系。取t0时刻通光束与通过旋转中心水平面的交线为x轴，旋转轴为z轴，再由右手法则确定y轴，求它们相对于目标点的法向量最后求出此目标点p的相对于发射器中心的水平角和竖直角。有了水平角和竖直角其余就跟电子经纬仪的坐标计算相似从而解算出三维坐标.最后通过不用的需要转换成其他坐标.最后进行测量平差尽量减少其中可能出现误差的因素的印象，从而提高定位精度。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

本研究拟采用数字化收集信号，建立空间三角坐标系。取t0时刻通光束与通过旋转中心水平面的交线为x轴，旋转轴为z轴，再由右手法则确定y轴，求它们相对于目标点的法向量最后求出此目标点p的相对于发射器中心的水平角和竖直角。三维坐标测量系统中常使用三种类型的坐标系，涉及到圆柱形或球形的对象一般采用柱坐标或者球坐标能表现的较为简洁明确。符合右手定则的空间直角坐标系应用比较广泛，直角坐标系可用线性转换矩阵实现坐标变换，在三维坐标测量系统中大都以直角坐标系作为坐标转换的基础。当需要用前两种坐标系来表示对象的测量结果时候，可以对直角坐标系进行坐标转换。通常的建立坐标系的的步骤为：首先设计坐标系，符合自己的习惯，可以直观的明白所做意图。其次，仪器坐标系。以发射器中心为坐标原点的空间直角坐标系，每一个发射器都有自己的坐标系，一旦仪器固定下来则自身的坐标系也将固定下来，处理测量数据时只需将这些坐标系利用坐标转换模型转换到统一的坐标系中即可。最后成果坐标系。首先，整个测量空间要有一个绝对坐标系，简单的说每一个发射器所测得目标点的坐标都要换算到这个绝对坐标系中。

在gps中坐标转有几种方法1.经典方法。其原理为地方局部坐标系的原点相对于wgs84系统的原点(地心）的偏差（dx，dy, dz），称为地方局部坐标系统对于wgs84地心坐标系统的三个平移参数。由于地方局部坐标系的三个坐标轴不可能严格与wgs84地心坐标系统的对应轴平行，需要分别旋转一个微小的角度才能达到平行的要求，所以产生了三个所谓定向z）。最后考虑到两个椭球的大小彼此不一样，存在一个地方坐标系相对于wgs84地心坐标系统的尺度因子（m）。根据以上思路建立起来的wy，wx，w参数（坐标转换模型，因为含有七个参数，所以通常被称为7参数法。2.一步法。这种转换方法通过将高程与点位分开进行转换. 在平面点位转换中，首先将wgs84地心坐标投影到临时的横轴墨卡托投影, 然后通过平移、旋转和尺度变换使之与计算的”真实”投影相符合.高程转换则采用简单的一维高程拟合.由于用这种方法进行平面点位转换, 因而不需要知道地方坐标系统的参考椭球与地图投影类型.高程和平面点位的转换是分开进行的, 因此高程误差不会传播给平面点位, 如果地方高程的资料不是很好或根本没有,你仍然可以仅对平面点位进行转换. 还有, 高程已知点和平面点位已知点不必是同一个点。用这种方法进行转换, 能够在只有一个公共点的情况下进行坐标和高程的转换。3.分片平滑插值法。平面点位和高程的转换分开进行处理. 前者采用经典的转换技术，后者采用了插值方法.对于这种方法, 建议已知至少4个点的格网坐标和wgs84坐标. 仅使用三个公共点计算转换参数也可以, 但使用4个公共点可进行残差计算. 另外需要已知地图投影的类型, 地方坐标和它的参数以及使用的地方椭球都是基于地图投影上的.4.插值法。将gps测量成果通过一种合理的、均匀的弹性形变方式，纳入地方格网坐标系统. 地方系统的格网是由输入的点位平面格网坐标所定义的.平面点位与高程在转换中分别作出处理. 这就意味着测量的平面点位不一定是高程已知的同一个点, 地方高程中的误差将不会传播到平面点位转换部分.插值转换方法在某些方面较传统的 3d 经典转换 方法有利, 如可在无地图投影或地方椭球资料的情况下计算转换参数. 另外, 高程和平面点位的转换是彼此独立的. 这就意味着地方坐标不必要包含高程信息. 高程信息可从不同的点中获得

4. 参考文献

1. 李征航，黄劲松，GPS测量与数据处理，武汉大学出版社，2005.
2. 张肖峰，基于室内GPS大型船舶三维测量的应用研究，硕士论文，山东科技大学，2013.
3. 李洋, 周自力, 马骊群, 李倩，基于多不确定度融合的室内GPS测量网评价方法，计量学报，Vol. 33, No. 5A, 2012.
4. 贾志宏，崔晓伟，室内GPS中频信号的数字化采集设计，科学技术与工程，Vol. 12, No. 27, 2012.
5. 秦世伟，谷川，Indoor GPS 技术及其在工业领域中的应用，铁道勘察，Vol. 3, 2008.
6. 胡圣，室内定位技术的研究，硕士论文，重庆邮电大学，2006.
7. 孙安斌, 马骊群等，室内GPS发射器角度校准装置的设计与分析，计量技术，Vol. 33, No. 6, 2013.
8. W. Keller, Satellite Geodesy, Institute of Geodesy, Stuttgart University, 2004.

5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.1.20——2022.3.24）：

2022.1.20——2022.3.15为准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；2022.3.16——2022.3.24为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。

二、研究工作开展阶段（2022.3.25——2022.5.19）：