CN101702165A - 基于gps定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法 - Google Patents

基于gps定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法 Download PDF

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厉敬东
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Abstract

本发明涉及一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法，包括一实景咨信装置、通信网络以及兴趣点数据库。实景咨信装置包括摄像头、GPS定位模块、水平与垂直方向识别模块、显示模块、数据储存模块以及处理控制模块，处理控制模块连接其余六个模块。该方法包括以下步骤：摄像头获取外部实景图像；GPS定位模块获取当前的GPS坐标信息；水平与垂直方向识别模块采集信息；进行整理分析，创建检索条件；进行判断；获取兴趣点及其描述数据；传送至兴趣点数据库；将信息进行叠加融合，显示兴趣点的描述信息。本发明的优点如下：实景和数据的动态完美融和，提供对周边景物生动的观察和查询方法；准确提供兴趣点的方向和距离信息，方便直观；提供丰富的周边兴趣点的内容。

Description

基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法
技术领域
本发明涉及导航定位系统，具体涉及一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法。
背景技术
现有的周边信息查询系统通过网络或者移动终端的GPS功能进行查询，没有方向判断功能，查询操作复杂，只能展现简单的二维地图信息。传统的导航和周边信息查询应用采用文本方式，存在着不直观和操作复杂的问题。
为了解决上述问题，中国专利公开号CN101510208公开了一种基于高精度定位的旅游景点智能导游系统，它由智能导游服务中心、数据处理中心、数据发布平台、智能导游仪和高精度GPS定位接收机组成；高精度GPS定位接收机接收卫星信号并解算经纬度数据，通过蓝牙通信传递到智能导游仪，智能导游仪通过CDMA通信方式和智能导游服务中心建立连接和通信，智能导游服务中心对内建立与数据处理中心、数据发布平台之间的连接，对外建立与智能导游仪之间的连接；数据处理中心是数据收集、加工、存储中心，为智能导游服务中心系统和数据发布平台提供数据来源；数据发布平台也可直接从数据处理中心提取数据，发布到Internet。
中国专利公开号CN2821761公开了一种便携式导游仪，包括天线、GPS模块、CPU单片机、RS232串口、信号指示灯、语音存储器。CPU单片机分别与GPS模块、RS232串口、信号指示灯和语音存储器连接，天线与CPS模块连接。旅游者可以根据所到景点，连续或选择收听旅游景点的历史典故和景点风景介绍。
但是上述装置在信息的表现上不够生动、有趣，不能与景点的数据进行动态结合，缺乏对周边景物生动的观察和查询方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法，它解决了上述现有技术所存在的问题，能够达到实景与虚拟相结合的周边信息查询和展示功能的目的，使用起来更加生动、有趣。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，包括：一基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置，通信网络以及兴趣点数据库；
所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置包括：摄像头、GPS定位模块、水平方向识别模块、垂直方向识别模块、显示模块、数据储存模块以及处理控制模块，处理控制模块连接其余六个模块；
所述摄像头，获取外部实景图像；
所述GPS定位模块，与全球卫星定位系统的卫星进行通讯，接收卫星的定位信号，运算出自身位置信息、时间和运动状态，实时提供定位信息；
所述水平方向识别模块，判断摄像头的方向是否高于水平方向；
所述垂直方向识别模块，判断摄像头在垂直方向上的角度；
所述显示模块，显示实景图像和匹配叠加在实景图像上的兴趣点信息；
所述数据储存模块，储存兴趣点的图片、特征、描述和坐标信息数据；
所述处理控制模块，比较摄像头所在地理位置和角度与数据储存模块内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头所采集的实景图像与数据储存模块内预存兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块显示。
所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置还包括：通信模块，通过通信网络与兴趣点数据库交换数据。
所述兴趣点数据库包括通信模块、处理控制模块以及数据储存模块，处理控制模块连接其余两模块，通信模块连接通信网络，数据储存模块储存大量兴趣点信息数据。
所述实景咨信装置中的处理控制模块比较摄像头所在地理位置和角度与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头的实景图像与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块显示。
所述自身位置信息包括经度、纬度以及海拔高度。
所述运动状态包括速度以及航向。
所述通信网络为有线或无线通信网络。
所述实景咨信装置是至少一种手机、个人电脑、掌上电脑、GPS手持信息仪。
一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信方法，采用所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，包括以下步骤：
(1)摄像头获取外部实景图像；
(2)GPS定位模块获取当前的GPS坐标信息，坐标信息包括当前位置的经度、纬度和高度；
(3)水平方向识别模块采集当前的水平方向角度信息；
(4)垂直方向识别模块采集当前的垂直方向角度信息；
(5)将图像、GPS坐标，水平和垂直方向角度信息进行整理分析，创建检索条件；
(6)判断是否利用内置数据储存模块获取数据，若是，则执行步骤(7)；若否，则执行步骤(8)；
(7)根据检索条件，对数据储存模块进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据；执行步骤(10)；
(8)将检索条件信息通过通信模块传送至兴趣点数据库；
(9)兴趣点数据库根据接收到的检索条件，对其数据储存模块进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据，并通过通信模块将其返回至实景咨信装置；执行步骤(10)；
(10)将收到的兴趣点描述数据进行分析，并计算出它们在水平和垂直方向上的相对夹角和与当前位置的距离和高度差；
(11)将步骤(1)中获取的图像信息和兴趣点信息进行叠加融合，根据当前位置、水平和垂直方向动态地在显示模块中显示兴趣点的描述信息。
按照本发明的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法，本系统可以将其所采集的实景(兴趣点)和本系统提供的关于该实景(兴趣点)的描述信息进行动态的结合，将真实和虚拟的信息同时展示给用户。该实景(兴趣点)的描述信息可以根据用户所持本系统所在位置(经度、纬度、和高度)、水平和垂直方向视角信息，辅助以该实景(兴趣点)的特征(形状、颜色、大小等)，在该系统的数据库中通过检索过滤获得，并且被精确地标注在该实景(兴趣点)所在显示屏中的位置。本系统可以根据距离范围等其它过滤条件对多个兴趣点进行标注。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优势：
1、本发明的实景和数据的动态完美融和，提供对周边景物生动的观察和查询方法。
2、本发明能够准确提供兴趣点的方向和距离信息，方便直观，无须查看地图。
3、本发明能根据用户需要或偏好，提供丰富的周边兴趣点的内容。
附图说明
图1是本发明基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信的电子装置的模块连接图。
图2是本发明基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信的电子系统的模块连接图。
图3是本发明基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信方法的流程图。
图4是使用本发明时兴趣点和其描述信息在水平方向吻合叠加正视的示意图。
图5是使用本发明时兴趣点和其描述信息在水平方向吻合叠加斜视的示意图。
图6是使用本发明时兴趣点和其描述信息在垂直方向吻合叠加正视的示意图。
图7是使用本发明时兴趣点和其描述信息在垂直方向吻合叠加仰视的示意图。
图8是使用本发明时兴趣点和其描述信息在垂直方向吻合叠加，在一个高度正视的示意图。
图9是使用本发明时兴趣点和其描述信息在垂直方向吻合叠加，在一个高度俯视的示意图。
附图标号：
1为摄像头，2为GPS定位模块，3为水平方向识别模块，4为垂直方向识别模块，5为显示模块，6为数据储存模块，7为处理控制模块，8为通信模块，9为通信模块，10为处理控制模块，11为数据储存模块。
具体实施方式
下面结合附图来具体介绍本发明的一个较佳实施例。
参看图1和图2，本发明是一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，主要包括：一基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信电子装置，通信网络以及兴趣点数据库。
如图1中所示，所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信电子装置主要包括：摄像头1、GPS定位模块2、水平方向识别模块3、垂直方向识别模块4、显示模块5、数据储存模块6以及处理控制模块7，处理控制模块7连接其余六个模块。
如图2中所示，所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信电子装置还可以包含通信模块8，通信模块8通过通信网络与兴趣点数据库交换数据。
在实景咨信电子装置中，摄像头1是指能完整获取外部实景图像的摄录部件，如数字摄像头、光学摄像头等。
GPS定位模块2可与全球卫星定位系统(GPS)的卫星进行通讯，接收卫星的定位信号，运算出自身的位置(经度、纬度、海拔高度)、时间和运动状态(速度、航向)，实时提供定位信息。
水平方向识别模块3可实时判断当前设备的摄像头部件在水平方向上的朝向，如指南针、罗盘等，判断摄像头的方向是否高于水平方向。
垂直方向识别模块4可实时判断当前设备的摄像头部件在垂直方向上的角度，如水平仪、重力加速器等。
显示模块5是指具有完整显示图像、图形和文字的显示部件，如LCD液晶屏、TFT液晶屏等。显示模块5显示实景图像和匹配叠加在实景图像上的兴趣点信息。
数据储存模块6可储存兴趣点的图片、特征、描述和坐标信息数据。
处理控制模块7比较摄像头所在地理位置和角度与数据储存模块6内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头1所采集的实景图像与数据储存模块6内预存的兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块5显示。处理控制模块7包含中央处理器(CPU)，具有对运作过程进行运算、控制和管理的功能。处理控制模块7按照事先设置的业务逻辑控制和管理各模块的操作流程和信息流程。处理控制模块7还具有对运作过程的监控功能。该模块可以通过硬件单元、软件或软硬件结合方式实现控制，与其它模块通过接口逻辑地连接在一起。
如图1中所示的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信电子装置可以独立使用。在实际使用中，实景咨信电子装置可以是其中一种手机、个人电脑、掌上电脑、GPS手持信息仪，或者是上述多种装置的组合。当实景咨信电子装置中的数据储存模块不存在或不能提供需要的兴趣点信息数据时，该电子装置如图2所示，可以通过通讯模块8和远程的兴趣点数据库进行交互，获取兴趣点信息数据。结合参看图2，所述兴趣点数据库包括通信模块9、处理控制模块10以及数据储存模块11，处理控制模块10连接其余两模块，通信模块9连接通信网络，数据储存模块11储存大量兴趣点信息数据(特征、描述、坐标等)，其数据储存容量远大于上述实景咨信电子装置中内置的数据储存模块6。
处理控制模块10包含中央处理器(CPU)，具有对运作过程进行运算、控制和管理的功能。处理控制模块10按照事先设置的业务逻辑控制和管理各模块的操作流程和信息流程。处理控制模块10还具有对运作过程的监控功能。该模块可以通过硬件单元、软件或软硬件结合方式实现控制，与其它模块通过接口逻辑地连接在一起。
实景咨信电子装置可以通过通信模块8和外部的兴趣点数据库进行交互并获取兴趣点信息。实景咨信电子装置中的处理控制模块7比较摄像头所在地理位置和角度与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头1所采集的实景图像与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块5显示。
通信模块8、9包括天线、通信控制芯片，其中天线可以是外置的。通信模块的接口可包括各种有线或无线通信网络：(a)光纤专线，或者各种宽带网络(如ADSL、LAN等)；(b)GSM、CDMA、GPRS、PHS、TDMA或者PDC等各种移动通信网络、无线通信网络；(c)串口、Modem、TCP/IP网络、红外、蓝牙、802.11等各种有线或无线网络。
所述通信网络为有线或无线通信网络。
参看图3，按照本发明的一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信方法，基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其操作运行控制流程如下：
1、打开实景咨信电子装置的摄像头1，将摄像头对准某个方向的目标实景(兴趣点)，采集获得当前图像。
2、利用GPS定位模块2采集当前的GPS坐标信息，坐标信息包括当前位置的经度、纬度和海拔高度。
3、利用水平方向识别模块3采集当前的水平方向角度信息。
4、利用垂直方向识别模块4采集当前的垂直方向角度信息。
5、将以上步骤1～4所采集的图像、GPS坐标，水平和垂直方向角度信息进行整理分析，根据默认或设置的检索标准(如：距离范围)，选择性地利用部分或全部的上述采集的信息，创建检索条件。譬如：查询以当前位置为中心，以一公里为半径范围内所有的兴趣点，或者查询当前水平或垂直视角范围内的所有兴趣点。
6、判断是否利用内置数据储存模块获取数据，若是，则执行步骤7；否则执行步骤8。
7、根据检索条件，对数据储存模块6进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据；执行步骤10。
8、将检索条件信息通过通信模块8传送至兴趣点数据库。
9、兴趣点数据库根据接收到的检索条件，对其数据储存模块11进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据，并通过通信模块9将其返回至实景咨信电子装置；执行步骤10。
10、将收到的兴趣点描述数据进行分析，并计算出它们在水平和垂直方向上的相对夹角和与当前位置的距离和高度差。
11、将步骤1中获取的图像信息和兴趣点信息进行叠加融合，根据当前位置、水平和垂直方向动态地在显示模块5中显示各兴趣点的描述信息。
按照本发明的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法，其在水平方向的兴趣点和其描述信息在显示屏上吻合叠加的原理如下：
参看图4，当电子装置的摄像头对准某个方向，观察当前水平方向上的兴趣点，其正前方有A，其右侧视角a边缘有B。如果通过数据储存模块检索得到了A和B的描述信息，就能根据A和B的经纬度和当前观察点的经纬度和水平方向，计算出A和B相对当前水平坐标系的相对角度和距离，并且能精确地标注在显示屏的图像上：A的描述指向中心的A点，B的描述指向右侧的B点。
参看图5，当电子装置的摄像头向右侧水平地转动a角度后，观察同样的A和B点时，由于水平方向识别模块实时测算水平方向的角度，原先计算出A和B相对于当前水平坐标系的相对角度发生了变化，导致A和B的描述信息在水平方向上跟随兴趣点A和B一起移动：B点的描述信息移到了中心点指向B点，而A点的描述信息移到了左侧指向A点。
按照本发明的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统及其方法，其在垂直方向的兴趣点和其描述信息在显示屏上吻合叠加的原理如下：
参看图6，当电子装置的摄像头对准某个方向，观察当前垂直方向上的兴趣点，其正前方有B，其上方视角a处有A。如果通过数据储存模块检索得到了A和B的描述信息，就能根据A和B的高度和当前观察点的高度和垂直方向，计算出A和B相对当前垂直坐标系的相对角度，并且能精确地标注在显示屏的图像上：B的描述指向中心的B点，A的描述指向上方的A点。
参看图7，当电子装置的摄像头向上方垂直地转动a角度后(仰视)，观察同样的A和B点时，由于垂直方向识别模块实时测算垂直方向的角度，原先计算出A和B相对于当前垂直坐标系的相对角度发生了变化，导致A和B的描述信息在垂直方向上跟随兴趣点A和B一起移动：A点的描述信息移到了中心点指向A点，而B点的描述信息移到了下方指向B点。
参看图8，当电子装置的摄像头在一个高度对准某个方向，观察当前垂直方向上的兴趣点，其正前方有A(和摄像头在同一个高度)，其下方视角a处有B。如果通过数据储存模块检索得到了A和B的描述信息，就能根据A和B的高度和当前观察点的高度和垂直方向，计算出A和B相对于当前垂直坐标系的相对角度，并且能精确地标注在显示屏的图像上：A的描述指向中心的A点，B的描述指向下方的B点。
参看图9，当电子装置的摄像头在同一个高度向下方垂直地转动a角度后(俯视)，观察同样的A和B点时，由于垂直方向识别模块实时测算垂直方向的角度，原先计算出A和B相对于当前垂直坐标系的相对角度发生了变化，导致A和B的描述信息在垂直方向上跟随兴趣点A和B一起移动：B点的描述信息移到了中心点指向B点，而A点的描述信息移到了上方指向A点。
在实际操作运用中，兴趣点的描述信息在显示屏上的定点是水平方向和垂直方向上同时计算的，它们的位置、距离等实时地跟随观察者的位置、方向的变化而变化，从而提供给观察者一个完美的真实和虚拟的同步展示。
综上可知，本发明与现有技术相比：
1、本发明的实景和数据的动态完美融和，提供对周边景物生动的观察和查询方法。
2、本发明能够准确提供兴趣点的方向和距离信息，方便直观，无须查看地图。
3、本发明能根据用户需要或偏好，提供丰富的周边兴趣点的内容。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，包括：一基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置，通信网络以及兴趣点数据库；
所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置包括：摄像头、GPS定位模块、水平方向识别模块、垂直方向识别模块、显示模块、数据储存模块以及处理控制模块，处理控制模块连接其余六个模块；
所述摄像头，获取外部实景图像；
所述GPS定位模块，与全球卫星定位系统的卫星进行通讯，接收卫星的定位信号，运算出自身位置信息、时间和运动状态，实时提供定位信息；
所述水平方向识别模块，判断摄像头的方向是否高于水平方向；
所述垂直方向识别模块，判断摄像头在垂直方向上的角度；
所述显示模块，显示实景图像和匹配叠加在实景图像上的兴趣点信息；
所述数据储存模块，储存兴趣点的图片、特征、描述和坐标信息数据；
所述处理控制模块，比较摄像头所在地理位置和角度与数据储存模块内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头所采集的实景图像与数据储存模块内预存兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块显示。
2.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信装置还包括：通信模块，通过通信网络与兴趣点数据库交换数据。
3.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述兴趣点数据库包括通信模块、处理控制模块以及数据储存模块，处理控制模块连接其余两模块，通信模块连接通信网络，数据储存模块储存大量兴趣点信息数据。
4.根据权利要求2所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述实景咨信装置中的处理控制模块比较摄像头所在地理位置和角度与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的数据，也可比较摄像头的实景图像与兴趣点数据库的数据储存模块内预存的兴趣点的图像，将相匹配的兴趣点的信息通过显示模块显示。
5.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述自身位置信息包括经度、纬度以及海拔高度。
6.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述运动状态包括速度以及航向。
7.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述通信网络为有线或无线通信网络。
8.根据权利要求1所述的基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，所述实景咨信装置是至少一种手机、个人电脑、掌上电脑、GPS手持信息仪。
9.一种基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信方法，采用如权利要求1至8中任意一项所述基于GPS定位和方向识别技术的实景咨信系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)摄像头获取外部实景图像；
(2)GPS定位模块获取当前的GPS坐标信息，坐标信息包括当前位置的经度、纬度和高度；
(3)水平方向识别模块采集当前的水平方向角度信息；
(4)垂直方向识别模块采集当前的垂直方向角度信息；
(5)将图像、GPS坐标，水平和垂直方向角度信息进行整理分析，创建检索条件；
(6)判断是否利用内置数据储存模块获取数据，若是，则执行步骤(7)；若否，则执行步骤(8)；
(7)根据检索条件，对数据储存模块进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据；执行步骤(10)；
(8)将检索条件信息通过通信模块传送至兴趣点数据库；
(9)兴趣点数据库根据接收到的检索条件，对其数据储存模块进行检索过滤，获取兴趣点及其描述数据，并通过通信模块将其返回至实景咨信装置；执行步骤(10)；
(10)将收到的兴趣点描述数据进行分析，并计算出它们在水平和垂直方向上的相对夹角和与当前位置的距离和高度差；
(11)将步骤(1)中获取的图像信息和兴趣点信息进行叠加融合，根据当前位置、水平和垂直方向动态地在显示模块中显示兴趣点的描述信息。
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