CN103890603B - 一种用于重构无线设备周围环境的地图的方法及实现该方法的无线设备 - Google Patents
一种用于重构无线设备周围环境的地图的方法及实现该方法的无线设备 Download PDFInfo
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Abstract
描述了用于重构无线设备(100)周围的环境(20)的地图的方法,所述环境(20)配备有一个或多个射频标签(1),设置的射频标签(1)数量取决于要在所述重构中获得的细节水平,所述方法包括以下步骤:‑由无线设备(100)的所述至少一个无线接收装置(3)通过无线连接接收所述一个或多个射频标签(1)的标识和定位数据;‑由无线设备(100)的处理装置(2)将所述一个或多个射频标签(1)的标识和定位数据存储到存档和/或存储装置(5,6)中;‑在无线设备(100)的所述输出装置(7)上提供基于射频标签(1)的标识和定位数据构建的所述环境(20)的至少一个地图。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于重构无线设备周围的环境的地图的方法,以使得允许该设备的用户定位他/她自身在所述环境内的位置。
本发明也涉及实现这样的方法的无线设备。
背景技术
被最终化为在某一环境(例如公共建筑、购物中心、博物馆、市政厅、医院)内定位设备并因而定位其用户的各种系统在本领域中是已知的。
更具体地,这样的系统主要基于从内置于设备中的射频读取器与在环境内按照预定布局布置的多个射频标识(即RFID标签)之间的通信得到的信息。
这样的标签包括关于其自身位置的信息,该信息被发送到本地服务器。
因此,为了能够操作,这些系统要求该设备连接到网络(局域网或广域网),并且知晓关于射频标签位置的信息所被发送到的服务器的URL地址。
作为替换方式,例如,从日本专利申请号JP2007-235496已知了将环境地图数据从服务器下载到设备的存储器中,但是这明显隐含了关于周期更新和设备必须位于已知的环境中的问题,因为不可设想其用于未知环境中。
此外,目前可用的方法不可向用户提供关于位于周围环境中的元素(出口、走廊、房间)的类型的视觉指示,而到达给定的目的地常常需要该指示;为此,人仍必须使用在场所可得到的指示或纸质地图。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种用于重构无线设备周围环境的地图的方法,该方法可提供该设备位于其中的环境的足够精确的图形表示。
本发明的另一个目的是提供一种用于重构无线设备周围环境的地图的方法,该方法可在先前没有获得关于环境自身的信息的情况下被使用。
本发明的进一步的目的是提供一种用于重构无线设备周围环境的地图的方法,该方法相比现有技术的方法成本较低。
本发明的这些以及其他目的是通过如权利要求中所阐述的用于重构无线设备周围环境的地图的方法以及实现这种方法的无线设备而取得的,权利要求是本说明的组成部分。
简而言之,对于要在地图上表示的每个射频标签或点,以下信息段的全部或一些可用:
-以纬度、经度和海拔表示的位置的绝对地理坐标;或
-已知点的坐标(例如笛卡尔坐标、极坐标等),例如,以绝对或相对方式被表示为对于三个维度距给定点的距离;
-相对地理信息,诸如建筑号、楼层、区段和楼梯间等;
-关于某一物体或环境元素(门、窗、墙、楼梯间和柱子等)的信息。
基于这种信息,可以获得设备所位于的地方处的近似地图以及其在该区域内的位置,以使得向设备的用户提供在该场所中的良好的方位,而无需不得不使用纸质地图或其他信息源。
本发明的进一步的特征在旨在作为本说明的组成部分的权利要求中阐述。
附图说明
根据以下特别参照附图的对用于重构无线设备的周围环境地图的方法以及实现这样的方法的无线设备的详细说明,上述目标将变得更加明晰,其中:
-图1是示出了根据本发明的设备优选实施例的操作的框图;
-图2示出了可能的参考环境的结构;
-图3示出了在图2的参考环境中的射频标签的可能布置;
-图4示出了与图3的射频标签相关的标识和定位数据表格的一些值;
-图5示出了根据本发明的无线设备在图2的参考环境中的当前位置。
具体实施方式
如前所述,本发明的目的是可通过使用关于射频标签1——特别是RFID标签——的信息来提供根据本发明的设备100所位于的场所的近似地图。
在图1中可以看到,为了能够操作,所述设备100包括:
-用于接收数据的至少一个无线接收装置3;
-至少一个处理装置2,例如由至少一个CPU构成;
-至少一个存档装置5和/或存储装置6;
-可选的,射频标签1的至少一个读取器4,用于检测并随后读取根据预定布局布置于参考环境中的一个或多个射频标签1;
-至少一个输出装置,例如由至少一个显示器7构成,用于显示结果,优选地将结果显示为所述环境的至少一个地图。
可以设想的是,作为由所述显示器7构成输出装置的替代,输出装置由一个或多个不同的音频回放设备8或触觉激励发生器9构成,这将使得地图还会对盲人可识别。
处理装置2通过无线接收装置3、经由无线电信号16接收关于射频标签1的标识和定位信息,并将其存储到存储装置6和/或存档装置5中。在接收到来自处理装置2的命令之后,通过由射频标签1的读取器4以在本领域中基本已知的方式所接收的无线电信号16,读取器4可选地在其自身覆盖范围内检测任何射频标签1的存在。
接着,处理装置2更新包含用于射频标签1的定位的数据的存储装置6,并且其随后处理存储装置6中的射频标签1的定位数据,并通过输出装置输出更新后的地图,例如通过将其显示在显示器7上(或其等同),可能还会指示当前位置。
重复执行上述操作循环,以使得允许在无线设备100的用户正在移动时不断地更新正被显示的地图。
通过无线接收装置3接收的数据可以以例如图4所示表格的形式被存储,其中,行和字段的数量对应于所描述的射频标签1的数量,列示出了下列信息段中的全部或一些:
-射频标签1的单义的标识符;
-设备位置的坐标(纬度、经度),或者相对于给定地理点的三维位置;
-楼层号;
-射频标签1的类型(周界、门、窗、房间、走廊);
-区域标识符。
但是,不应排除出现在环境中的其他很不同的兴趣元素也可被包括作为参考,这些元素诸如电梯、坡道、灭火器、电源插座、活板门、散热器、锅炉和进气口等。例如,显示器7可示出指示单个射频标签1的符号,具体而言:
-不同类型的射频标签1由不同符号表征;
-一些情况下,可以将信息以特定顺序布置,以便提供步伐的排序序列(例如,用于走廊的射频标签1可以通过预先确定的顺序来标识,其允许重构线形的步伐序列;同样,某一区域周界的各射频标签1可通过以顺序方式经过它们的连续线的方式被表示);
-属于同一逻辑地理单元或属于由多个元素(例如通往同一房间的门和窗,或属于同一部门或办公室的房间)构成的更为复杂的环境结构的各射频标识符1由共同的标识数据表征,该共同的标识数据允许在所涉及的区域内将这些射频标识符1分成一组并加以表示;
-可通过坐标指示推导出的实际距离基于给定的比例尺被表示,使得其看起来尽可能地真实,该比例尺可通过在设备上可用的具体命令(例如,按钮10或屏幕7上的命令)来调整大小。
能够有效实现该处描述的方法的设备可以是不同的类型,诸如:
-移动设备(例如智能电话),包括显示器7(可能,但不是必须包括触摸屏9),射频标签1的读取器4和/或光学传感器11,无线接收装置3,处理器2,存储装置6和/或存档装置5,以及更多可能的组件,诸如按钮10或音频回放设备8;
-针对盲人用户的设备,包括按钮或语音命令10,听觉信号发生器8或触觉激励发生器9,射频标签的读取器4和/或光学传感器11,配备有处理器2的无线接收装置3,存储装置6和存档装置5。
所述设备100的遵循与上述优选实施例相同的操作原则的任何不同的配置仍然落在本发明的保护范围之内。
关于射频标签1的信息可由合适的装置14通过任何无线电协议发送,且使得其能够由无线设备100通过无线电信号18接收并解释。优选地,信息可通过Wi-Fi网络协议发送,即,根据IEEE802.11集中的任何标准发送。特别地,将所述信息在由任何Wi-Fi接入点明文发送的部分中(例如在Wi-Fi信标中)被发送是有利的,以使得适于接收Wi-Fi信号的任何无线设备可对所述信息进行解释,而没有由这些标准提供的信息安全性所导致的任何限制。因此,将可能使用已经在公共建筑中使用的现存Wi-Fi网络来发送方位信息,而不会干扰由对所述网络具有访问权的授权用户使用的安全信息。
图2示出了一个可能的参考环境20,其由建筑的一个楼层构成,包括围墙、隔墙、窗户、门和房间。
图3示出了在图2所示的参考环境20中射频标签1的一种可能布置。具体地举例而言,射频标签1在门、窗户、围墙角落、房间天花板和走廊上。这在环境中创建了点的网格,其允许位于参考环境20中的无线设备100获取关于存在于该环境中的最有意义的元素(房间、走廊、过道、安全出口等)的信息,并重构环境的地图表示,其会帮助用户确定他/她的方位。
图4示出了由处理装置2基于存储在存储装置5和/或包含在存档装置6中的标识和定位数据而构建的一个可能的表格。每一行对应至少一个射频标签1,并包括单义的标识符(标签ID)、关于其地理位置(纬度、经度和海拔)的数据、关于参考环境20的与射频标签1相关联的元素类型(例如周界、门、房间、窗户)的信息、关于所述元素的标识(房间ID、走廊ID、周界ID)的信息、和关于其在环境20内的位置(例如楼层、侧翼、部门、区段)的信息。
图5示出了可由无线设备100从包含在图4的表格中的数据开始而获得的环境地图的一个可能的图形表示;在该表示中,在所述表格中提到的射频标签1通过举例被突出显示。这粗略地指示了由围墙、窗户和门的位置、和由房间52、53、54、55、56、57和58所占据的(缺损地近似的)区域限定的轮廓,其中相关联的射频标签1(门、窗、天花板的)由相同的房间标识符(图4中的房间ID)表征。
例如,图5中的区域54近似地由包括其房间ID为5的这些所有射频标签1的区域所限定。
图5中的走廊射频标签1指示走廊所占据的区域,并可有利地与一排序的序列相关联,以使得向无线设备100指示为了到达安全出口或紧急出口要跟随的路径。同样,排序的序列可与例如周界射频标签的其他类型的射频标签相关联,以向无线设备100指示为了获得正确的图形表示要如何跟踪围墙的轮廓,其中,获得正确的图形表示可通过画连续地连接各种点(例如穿过建筑的走廊的点或者建筑的周围轮廓的点)的线来完成。
为了避免添加专门用于所述排序的序列的字段,所述排序的序列可通过射频标签(标签ID)的合适的选择或结构隐式地指示,这可以采用恰当地升高或降低数值来指示该顺序。
如果无线设备100配备有射频标签的读取器4,则其接收由彼此足够接近的射频标签发射的无线电信号16,该信号包含关于其地理位置和无线电信号发送功率的数据,或者用于确定无线电信号要到达接收机所行进的距离的其他有用数据。当无线电信号16从至少三个不同的射频标签1被接收到时,设备100可基于正在发射的射频标签的位置和设备100自身距这样的标签的距离的知识来建立自身的位置,这可根据情况应用已知的三角测量或多点定位系统,通过使用任何已知的距离估计技术而确定。
在图5的示例中,假设无线设备100位于点500处,并且正在从3个射频标签1A、1B和1C接收无线电信号16。这种情况下,设备100可通过从通过由1A、1B和1C发射的无线电信号所接收的1A、1B和1C的位置知识开始,通过基于所述无线电信号、使用任何已知的技术来估计距1A、1B和1C中的每个的距离,并且通过向如此获得的数据应用三角测量系统,来估计其自身的位置。这样,无线设备100可通过处理装置2计算其自身的位置,并且可通过输出装置7以一种或另一种方式将其表示出来,例如在地图屏幕上图形地表示为合适的图形符号,或者通过在语音合成器控制下由音频播放器发出的听觉消息,例如其向用户说“你在一层4号房间”。当环境地图被重构为图形表示时,实际的距离(由射频标签1的坐标分析推断而来)将按一定的比例尺减小,该比例尺足够用于将该距离表示在设备的显示器上(可能可通过从触摸屏7或按钮10输入的合适的命令调整大小)。
如此构建的地图接着将由指示门、窗、走廊、房间等的点填充。共享相同的区域标识符(房间、走廊、周界)的点可通过特殊的笔画或颜色突出显示,从而把它们分组到一个集合中。
为了限制所用的射频标签1的数量,并减少通过Wi-Fi信标发送到设备100的信息的量,关于环境中的任何内部隔墙的射频标签1将不被指示:所得到的环境表示将具有一定程度上的近似,然而,其将会确保相对于周围环境的位置的感知。
如果设备100配备有指南针,其也将可以在地图上指示定向。
关于射频标签1在环境内的布置的选择可以按照一定方式做出,以使得确保对被认为是引人兴趣的环境区域的均匀覆盖:所述位置接着被记录并归档以容易地对设备100可用。
还可以设想的是,设备100具有内部逻辑,其可向用户给出(在显示器7上以图形方式、或者通过由合适的听觉8或触觉9信号发生器产生的听觉和/或触觉信号而给出)关于他/她当前所在的环境20的信息,诸如属于所述环境20的元素的位置和类型,和为了到达某一目的地要跟随的方向,目的地可例如通过触摸屏7、语音命令系统或者按钮10被选择。
因此,由此处描述的方案提供的优势是明显的,因为除了已经可从现有技术获得的,本方案还增加了重构人所处的环境20的近似地图——例如被重构为图形表示——的可能性,该地图的特定兴趣点被突出显示,以使得用户在未知或不熟悉的地方更容易确定他/她的方位;此外,所采用的射频标签1可以是无源的,即是以低成本商业可得的,并且根据需要可在环境中布置大量的射频标签。
另一个明显的优势来源于地图可通过使用很小的信息量(大约每射频标签1为10个字节)被重构的事实。
在本发明的不同实现的框架内,也可以设想以简单的QR码或二维条码15来对射频标签1进行替换或补充,该码可通过内置于普通智能手机设备中的相机而容易地读取:就像射频标签1,所述码可提供简单的单义标识符。
最后,对于缺少射频标签读取器4或相机的较简单的设备,可以设想出本发明的变型,其允许用户手动地输入他/她可从参考环境内的可用标志中已经得知的QR码15。
这里通过示例所描述的用于重构无线设备周围环境的地图的方法和实现这种方法的无线设备可被做出多种变型,而不脱离本发明构思的新颖性精神;还可清楚的是,在本发明的实际实现中,所描述的细节可具有不同的具体化或用其他的技术等同元素替换。
因此,可容易地理解,本发明不局限于用于重构无线设备周围环境的地图的方法和实现这种方法的无线设备,而是可被做出许多修改、改进或者等同部件和元素的替换,而不脱离在权利要求中所清楚地指出的本发明构思的新颖性精神。
Claims (13)
1.一种用于生成无线设备(100)周围环境(20)的地图的方法,所述环境(20)包括用一个或多个射频标签(1)识别的结构元素,所述一个或多个射频标签(1)通过所述结构元素以取决于要在所述生成中获得的细节水平的数量被定位,所述设备(100)包括:
-至少一个无线接收装置(3),用于接收所述射频标签(1)的标识和定位数据,其中所述标识和定位数据识别并定位作为所述环境(20)的部分的所述结构元素;
-至少一个处理装置(2);
-至少一个存档和/或存储装置(5,6);
-至少一个输出装置(7),用于提供关于所述环境(20)的信息,
其特征在于所述方法包括以下步骤:
-由所述至少一个无线接收装置(3)通过无线连接接收所述一个或多个射频标签(1)的标识和定位数据;
-由所述处理装置(2)将所述一个或多个射频标签(1)的所述标识和定位数据存储到所述存档和/或存储装置(5,6)中;
-在所述输出装置(7)上提供通过使用由所述无线接收装置在处于所述环境中时接收到的所述射频标签(1)的所述标识和定位数据而创建的所述环境(20)的至少一个地图。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述射频标签(1)由QR码(15)或二维条码替换或补充。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述标识和定位数据以至少一个表格的形式存储,并且在所述至少一个表格中,对于所述射频标签(1)中的每个至少有一行,并且在所述表格的列中完整或部分地表示至少以下属于所述射频标签(1)的所述标识和定位数据的字段:
-所述射频标签(1)之一的单义标识符;
-坐标,具体地为纬度、经度、海拔,或者与射频标签(1)相关联的所述环境(20)的一个元素的地理位置;
-射频标签的类型,其限定位于射频标签(1)与其相关联的所述环境(20)中的至少一个元素。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于:射频标签(1)的所述标识和定位数据包括关于彼此不同但同样位于参考环境(20)中的进一步的感兴趣的元素的信息。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述至少一个表格包括附加的行和/或列,其包含关于所述进一步的感兴趣的元素的信息。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于:信息根据能够提供排序序列的特定顺序而在所述输出装置(7)上再现。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:与一确定的环境结构相关的所述射频标签(1)由一共同的标识数据表征,该共同的标识数据允许将这些射频标签(1)分为一组,并表示与其相关联的、在所述结构内构成该结构的元素。
8.如权利要求1所述的方法,其中,所述无线设备(100)包括射频标签(1)的读取器(4),其用于检测位于其自身的覆盖范围内的所述射频标签(1),该方法的特征在于所述方法包括以下进一步的步骤:接收来自所述射频标签中的至少一个的无线电信号(16),基于所接收到的无线电信号(16)通过所述至少一个处理装置(2)来估计所述无线设备(100)的位置,和在所述输出装置(7)上在所述环境(20)的所述地图内提供所述估计的位置。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于:用于构建所述地图的必要信息具有针对每个所述射频标签(1)几十个字节的量级。
10.如权利要求2所述的方法,其特征在于:与基于在所述环境(20)中可得的标志而获知的QR码(15)对应的值由无线设备(100)的用户手动输入。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于:无线接收装置(3)根据由IEEE802.11x标准定义的任何一种Wi-Fi协议进行操作。
12.一种无线设备(100),其特征在于其包括:
至少一个无线接收装置(3);
至少一个处理装置(2);
至少一个存档和/或存储装置(5,6);
至少一个输出装置(7),
上述装置用于实现如权利要求1-11中任何一项所述的方法。
13.如权利要求12所述的设备,其特征在于:所述输出装置(7)包括至少一个显示器和/或至少一个触摸屏(7)、和/或音频回放单元(8)、和/或触觉激励发生单元(9),它们能够在所述地图上将关于参考环境(20)的信息分别再现为图形、音频或触觉的再现。
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