面向城市环境的移动感知研究

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1、密级:博士学位论文面向城市环境的移动感知研究作者姓名：左进波指导教师:乔彦友研究员（博导）中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统研究所:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月ResearchonMobileSensingforUrbanEnvironmentAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilo

2、sophyinCartographyandGeographicInformationSystemByZuoJinboSupervisor:ProfessorQiaoYanyouInstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院遥感与数字地球研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文

3、中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人在导师指导下完成的论文，知识产权归属中国科学院遥感与数字地球研究所。本人完全了解中国科学院遥感与数字地球研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意研究所保存或向国家有关部门及机构送交论文的印刷版和电子版，允许论文被查阅和借阅；同意授权研究所采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存和汇编本学位论文。本人保证毕业后，以本论文数据和

4、资料发表论文（著作）或使用论文工作成果时，第一署名单位为中国科学院遥感与数字地球研究所，并征得导师同意。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要通过对城市环境信息的采集、整合、共享，可以实现城市与人、人与人之间的互联互通，进而构建一个能够记忆、关联和预测的城市环境，实现城市的智能化运行，进而提高市民的幸福感水平。要实现这一目标就必须综合利用信息化技术，对城市中的各种信息进行感知、融合与集成。城市环境信息的获取和感知需要大量的终端传感器。随着移动互联网、微型传感器技术的不断发展，智能手机、智能手表等可穿戴设备逐渐成

5、为人们生活中不可或缺的一部分。本文依托于智能手机及可穿戴智能设备的泛在计算能力和普适感知能力，力图将位置、环境、人能够无缝的关联起来，形成强大的公众传感器网络，使人们相互关联在一起，实现城市环境信息的观测、采集、分析、传播，从而构筑一个城市神经系统，实现城市信息的立体感知，研究内容主要从以下方面展开：（1）分析了在城市生活中，移动设备需要感知的信息要素，提出了一个特定的城市环境包含三个方面，即“在哪儿”、“周围有什么”、“个体的状态”，并从智能手机搭载的不同传感器出发，将能够感知的信息要素分为对应的三类：位置感知、环境感知以及个体状态感知。在充

6、分考虑移动设备特点的基础上提出了面向城市环境的移动感知参考框架体系，并分析了此框架的关键技术以及框架运行模式。在参考框架的指导下，本文搭建了移动感知平台原型系统，平台作为参考框架的探索尝试，尝试解决三个关键问题：1）各种各样的感知信息数据如何组织；2）感知平台汇聚的大量用户的感知数据如何处理；3）如何保证有效感知的同时不干扰用户正常生活。本文从两个方面对平台的有效性进行了验证研究：（1）通过多源传感器融合的室内定位研究实现数据基准保证；（2）通过噪声监测和噪声地图生成研究实现宏观数据融合。以实现框架的部分构想，进而为面向城市环境的移动感知平台全

7、面建设提供经验借鉴。（2）位置感知是首要的感知要素，是框架平台感知信息的基准。对于户外的定位，有成熟的定位技术，如GPS、北斗等，而室内至今未有成熟统一的定位解决方案。本文在分析了现有的室内定位技术如WiFi、蓝牙、UWB、RFIDI面向城市环境的移动感知研究等以及几种常用的定位算法如邻近法、几何定位法、场景分析法以及航位推算法的基础上，结合城市环境下移动感知的实际特点，提出了多源传感器融合室内定位方法。本文使用基于接收信号强度（RSSI）的几何定位与行人航迹推算（PDR）相结合的方法进行室内定位，同时为了防止穿越墙壁等障碍物现象的发生，加入室

8、内地图的拓扑约束，并通过粒子滤波进行融合，增强了用户体验，在实际的环形线路测试中，融合定位方法的均方根定位误差为1.48m。（3）环境感知是移动感知的