CN102829775A

CN102829775A - 一种室内导航方法、系统及设备

Info

Publication number: CN102829775A
Application number: CN2012103111026A
Authority: CN
Inventors: 柳寅秋; 李薪宇; 宋海涛
Original assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Idealsee Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种室内导航方法，采用基于标识物识别的定位技术对用户自身及目标位置进行定位，并根据路由算法找到用户当前位置到停车位的最短路线，在用户移动过程中，利用智能终端内置的传感器，计算用户的方向和位移，完成对用户位置的实时跟踪，同时，本发明还公开了一种室内导航系统、导航客户端系统及一种智能终端，基于标识物的识别，结合方向、加速度传感器数据来进行定位和导航，精度高，成本低，不受外界信号影响。

Description

一种室内导航方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及导航领域，尤其涉及一种室内导航方法、系统及设备。

背景技术

近年来，LBS(Location Based Service，基于位置的服务)应用逐渐成为热点，导航技术发展迅速。GPS定位在室外定位导航能够为用户提供诸多辅助信息，但其也存在明显的缺陷，即在室内环境中，GPS定位速度极慢，且精度低，甚至无法完成定位。因此，室内导航技术逐渐成为研究热点。与室外导航不同，室内导航技术主要使用无线网络定位或者射频识别等技术进行定位，解决了GPS在室内应用的诸多问题。

现有室内导航技术中，常用的有如下几种方式：

现有方案一、基于RFID的定位：RFID对用目标物体及用户本身进行定位。该方案需要在整个室内安装多个RFID阅读器，用于接受RFID射频信号，且目标物体需要安装RFID发射器，用户还需要手持移动RFID发射器。此种方案中，整个系统造价高昂，用户需要额外的辅助设备才能完成导航。

现有方案二、基于Zigbee无线传感器网络的定位，在需要定位和网络连接的地方设置Zigbee网络模块作为定位节点，所有节点自组网成为一个Zigbee通信网络，每个定位节点通过读取移动目标的信号强度，来确定移动目标的位置信息，该方案无线传感网络布置成本较高。

现有方案三、利用室内磁场信号进行定位，该方案的原理是由于建筑内部结构能够引起地球磁场的非均匀变化，因此在室内的每一个具体位置的磁场信号都不同，所以可以基于室内各个位置的地磁信号特征来实现室内导航。不过使用这种技术进行导航比较麻烦，首先用户需要上传建筑平面图，然后还需要拿着移动设备绕室内一圈，记录下各个位置的地磁信号特征，并将这些信息上传到服务器。该方案比较麻烦，而且地磁信号随时都可能产生变化，准确性也不是非常好。

基于上述研究，室内导航的发展需要更低成本、更方便且能实现精准定位的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种室内导航方法、系统及设备，基于标识物的识别，结合方向、加速度传感器数据来进行定位和导航，解决现有技术中室内导航方案诸如成本高、不方便使用及不精确的问题，提供一种成本低、使用方便且定位精准的室内导航方法及系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种室内导航方法，包括：

通过分别识别目标位置处和用户位置处的标识物，来定位目标位置和用户初始位置；

根据定位出来的目标位置与用户初始位置，以及室内电子地图数据，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线，并将计算出的最短路线在电子地图上显示或用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示；

在用户移动过程中，根据智能终端内置传感器的检测数据，计算用户相对于初始位置的方向和位移，对用户位置进行实时跟踪导航。

优选的，所述通过分别识别目标位置处和用户位置处的标识物，来定位目标位置和用户初始位置，进一步包括：

用智能终端的摄像机捕获目标位置处或用户位置处的标识物图像；

识别所述标识物图像，从服务器端获取该标识物的位置数据并对所述标识物图像进行配准，根据配准得到的摄像机相对于该标识物的姿态，计算摄像机与标识物的相对位置关系，并记录此时的摄像机位置为目标位置或用户初始位置。

优选的，当所述将计算出的最短路线用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示时，所述方法还包括：在3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，在画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线。

其中，所述智能终端内置传感器包括方向传感器和加速度传感器，所述方向传感器可以为陀螺仪、电子罗盘等传感器，所述加速度传感器可以为加速度计。

相应的，本发明还提供了一种室内导航系统，包括智能终端、服务器、无线路由和若干标识物；所述标识物分布于室内的各个具体位置处；所述服务器用于存储室内电子地图数据、标识物ID及其在室内中的位置数据；所述无线路由用于在室内组建无线局域网，使智能终端与服务器连接；所述智能终端中装有导航客户端系统，所述导航客户端系统包括摄像模块、传感数据采集模块、标识物识别与定位模块、路由模块和导航显示模块，其中：

所述摄像模块，用于捕获标识物图像；

所述传感数据采集模块，用于采集智能终端内置传感器的传感数据，以得到智能终端移动过程中的方向和加速度数据，所述智能终端内置传感器包括方向传感器和加速度传感器。

所述标识物识别与定位模块，用于识别所述摄像模块捕获的标识物图像，从服务器端获取该标识物的位置数据并对所述标识物图像进行配准，根据配准得到的摄像模块相对于该标识物的姿态，计算摄像机与标识物的相对位置关系，并根据用户选择记录此时的摄像模块位置为目标位置或用户初始位置；

所述路由模块，用于根据定位出来的目标位置与用户初始位置，以及从服务器端获取的室内电子地图数据，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线；

所述导航显示模块，用于将路由模块计算出的最短路线在电子地图上显示或用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示；且在用户移动过程中，根据传感数据采集模块所采集的传感数据，计算用户相对于初始位置的方向和位移，对用户位置进行实时跟踪导航。

优选的，所述导航显示模块在通过3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，还包括在导航画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线。

相应的，本发明还提供了一种导航客户端系统，包括摄像模块、传感数据采集模块、标识物识别与定位模块、路由模块和导航显示模块，其中：

所述摄像模块，用于捕获标识物图像；

所述传感数据采集模块，用于采集智能终端内置传感器的传感数据，以得到智能终端移动过程中的方向和加速度数据；

所述路由模块，用于根据定位出来的目标位置与用户初始位置，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线；

相应的，本发明还提供了一种智能终端，所述智能终端中装有上述的导航客户端系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明使用基于标识物的识别、配准来进行目标位置和用户位置的定位，精度更高；

2、本发明中只需要在室内配置一台服务器，一个无线路由，和若干标识物，用户只需要在自己拥有的手机、PAD等智能终端安装上本发明中提供的导航客户端系统，即可完成室内导航，无需借助其他额外设备，方便且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例中室内导航方法流程图；

图2为本发明实施例中室内导航系统结构示意图；

图3为本发明实施例中导航客户端系统的结构示意图；

图4为装有图3导航客户端系统的智能终端在进行室内导航时的工作流程示意图；

图5为本发明应用于停车场内的停车过程使用流程图；

图6为本发明应用于停车场内的取车过程使用流程图；

图7为图6取车时实景导航模式下的终端界面效果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用基于标识物识别的定位技术对用户自身及其目标位置进行定位，并根据路由算法找到用户当前位置到目标位置的最短路线，在用户移动过程中，利用智能手机内置的陀螺仪和加速度计等传感器，计算用户的方向和位移，完成对用户位置的实时跟踪。

参见图1，为发明实施例中在室内进行导航的方法流程图，包括如下步骤：

S101：通过分别识别目标位置处和用户位置处的标识物，来定位目标位置和用户初始位置；用户初始位置是用户准备开始使用导航的出发位置，目标位置可以为多个，当目标位置为多个时，在开始正式导航之前，要选择一个目标位置作为目的地，所述标识物亦可称为位置标识物，每个标识物代表一个具体位置数据；

S102：根据定位出来的目标位置与用户初始位置，结合从服务器端获取的室内电子地图数据，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线，并将计算出的最短路线在电子地图上显示(电子地图导航)或用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示(实景导航模式)，最短路线的计算可使用Dijkstra算法；

S103：在用户移动过程中，根据智能终端内置传感器的检测数据，计算用户相对于初始位置的方向和位移，对用户位置进行实时跟踪导航，所述智能终端内置传感器包括陀螺仪和加速度计。

本实施例中，在室内的每个具体位置处设置有标识该位置的标识物，标志物可以为任意具有特征点的图像或物体，只需要智能终端能识别即可，例如标识物可以为编码图像、具有特征点的自然图像、具有特征点的物体等，将不同标识物设置到不同的具体位置处，即可形成每个标识物与一个具体位置的一一对应关系。另外在室内还放置有一台服务器，用户的智能终端可通过无线路由器与服务器连接，服务器内存储有室内电子地图、标识物ID及该标识物在室内中的位置数据，在步骤S101中，通过标识物定位位置，是调用了服务器内的位置数据来进行的。

所述步骤S101进一步包括：

识别所述标识物图像，从服务器端获取该标识物的位置数据并对所述标识物图像进行配准，根据配准得到的摄像机相对于该标识物的姿态，计算摄像机与标识物的相对位置关系，并根据用户的不同选择，记录此时的摄像机位置为目标位置或用户初始位置。本实施例中所述的在计算摄像机相对于该标识物的姿态，进而计算摄像机与标识物的相对位置关系时，可采用摄像机成像比例来进行位置关系计算。计算摄像机与标识物的相对位置，主要是为了更准确得得到用户位置，以避免用户在离标识物较远处对标识物进行拍摄，造成导航时从标识物的位置开始导航，而不是从用户实际位置处导航造成的视觉偏差。

优选的，在本实施例中，当采用实景导航模式时，所述方法还包括：在3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，在画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线，以方便用户了解自己的具体位置。在具体实施时，小地图可以设置为具有一定的透明度，增加实景体验效果，具体可参见图7中的小地图形式。

参见图2，为本发明实施例中室内导航系统结构示意图，本实施例室内导航系统包括智能终端、服务器、无线路由和若干标识物；所述标识物分布于室内的各个具体位置处，标识物在图2中未示出；所述服务器用于存储室内电子地图数据、标识物ID及其在室内中的位置数据；所述无线路由用于在室内组建无线局域网，使智能终端与服务器连接；所述智能终端中装有导航客户端系统，所述导航客户端系统将在下文结合图3进行详细描述，再次不赘述。

用户在进入具有本实施例室内导航系统的室内空间后，用装有导航客户端系统的智能终端拍摄室内的位置标识物，以定位此时终端的位置数据，并可选择将此位置数据存储为目标位置或是用户初始位置，导航客户端系统会根据定位出来的目标位置与用户初始位置，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线，并将计算出的最短路线在电子地图上显示或用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示，且在用户移动过程中，根据智能终端内置传感器的检测数据，计算用户相对于初始位置的方向和位移，对用户位置进行实时跟踪导航。

参见图3，为本发明实施例中导航客户端系统的结构示意图，所述导航客户端系统适于安装在带有摄像机的智能终端中，该系统包括摄像模块1、传感数据采集模块2、标识物识别与定位模块3、路由模块4和导航显示模块5，其中：

所述摄像模块1，用于捕获标识物图像；

所述传感数据采集模块2，用于采集智能终端内置传感器的传感数据，以得到智能终端移动过程中的方向和加速度数据，所述智能终端内置传感器包括方向传感器和加速度传感器，所述方向传感器可以为陀螺仪或电子罗盘等，所述加速度传感器可以为加速度计等；

所述标识物识别与定位模块3，用于识别所述摄像模块1捕获的标识物图像，从服务器端获取该标识物的位置数据并对所述标识物图像进行配准，根据配准得到的摄像模块相对于该标识物的姿态，计算摄像机与标识物的相对位置关系(可采用摄像机成像比例来进行位置关系计算)，并根据用户选择记录此时的摄像模块位置为目标位置或用户初始位置；

所述路由模块4，用于根据定位出来的目标位置与用户初始位置，再调用服务器端的室内电子地图数据，计算用户从初始位置到目标位置的最短路线，最短路线计算可采用典型的单源最短路径算法Dijkstra算法；

所述导航显示模块5，用于将路由模块4计算出的最短路线在电子地图上显示或用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示；且在用户移动过程中，根据传感数据采集模块2所采集的传感数据，计算用户相对于初始位置的方向和位移，对用户位置进行实时跟踪导航。

优选的，所述导航显示模块5在通过3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，还包括在导航画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线，在具体实施时，小地图可以设置为具有一定的透明度，增加实景体验效果，具体可参见图7中的小地图形式。

相应的，本发明实施例还公开了一种智能终端，所述智能终端中装有图3所示的导航客户端系统，下面结合图4介绍这种智能终端的工作流程。

参见图4，为装有导航客户端系统的智能终端在进行室内导航时的工作流程示意图。用户进入到一个具有本发明室内导航系统的室内空间后，用装有本发明导航客户端系统的智能终端拍摄室内的位置标识物，终端首先通过摄像机捕获该标识物图像，然后对该标识物进行识别配准，计算得到摄像机与标识物的相对位置(即得到用户与标识物的相对位置)，再调用室内服务器中存储的该标识物的位置数据，得到此时摄像机所处的位置数据；根据用户的选择，可以将此时摄像机所处的位置记录为目标位置或用户初始位置，当用户选择将此时的摄像机位置记录为目标位置后，可退出导航客户端系统。当用户下一次回到该室内空间，希望找到之前记录的目标位置时，则用之前记录过目标位置的终端拍摄室内的任一位置标识物，终端通过摄像机捕获该标识物图像，对该标识物进行识别配准计算得到摄像机与标识物的相对位置，调用室内服务器中存储的该标识物的位置数据，得到此时摄像机所处的位置数据，将此位置数据记录为用户初始位置。当该智能终端中既存储有目标位置，又存储有用户初始位置时，终端可自动或根据用户的指令启动从用户初始位置到目标位置的最短路线的计算，并获取陀螺仪和加速度计的数据，计算用户的方向和位移，以实现对用户位置进行实时的跟踪和导航。

本实施例中，目标位置可以记录为多个，当目标位置为多个时，启动导航之前需要用户选定一个目标位置作为导航的目的位置，然后智能终端再开始计算最短路程，进而开始导航。本发明提供两种导航模式，实景导航模式和电子地图导航模式。其中，在实景导航模式下，用户将看到由摄像头拍摄的室内真实场景，用户到目标位置的的最短路线会由3D虚拟箭头给予提示，同时在小地图中能够看到用户与目标位置的大概位置，具体可参见图7；在电子地图导航模式下，系统将载入室内的电子地图，用户位置、目标位置以及最短路线将清晰的标注，并根据用户的移动实时更新。

本发明实施例可运用于任何室内进行导航，无需GPS等外部信号，如本发明可应用于较大的商场及室内展会中，也可运用于室内停车库，下面结合图5～图7介绍本发明运用于室内停车库的情形。

本发明用于室内车库中，可帮助用户在车库中进行导航，给予用户其车辆停放位置、当前用户所处位置及最短路线等信息，帮助用户在短时间内找到自己的车辆。将本发明运用于室内停车库，首先需要在停车库内的各个柱子上分别贴一个不同的标识物，每个标识物均具有一个标识物ID；其次需要在停车场内设置一个服务器，用于存储该停车场的室内电子地图数据，及标识物ID及该标识物在室内中的位置数据；另外，在停车场内还需要提供至少一个无线路由，用于在室内组建无线局域网，将用户智能终端与服务器连接，整个系统以装有导航客户端系统的用户智能终端为客户端。

参见图5，为将本发明应用于停车库内的停车过程使用流程图，包括如下步骤：

S201：用户停车，用终端摄像机拍摄离停车位置最近的标识物A；

S202：标识物识别与配准，得到摄像机与标识物A的相对位置关系；

S203：从服务器端获取标识物A的位置数据，及车库电子地图数据；

S204：计算摄像机与标识物A的相对位置关系，以得到此时的摄像机位置；

S205：提示用户选择并保存此时的摄像机位置的类型，在停车应用中可设置为让用户保存此时摄像机位置类型为停车位置或用户初始位置；

S206：停车时，用户选择保存此时摄像机位置类型为停车位置后，可退出导航客户端系统。

当用户再次进入该停车库，准备取车时，可参见图6流程进行取车导航，取车过程流程图可包括如下步骤：

S301：用户取车，用终端摄像机拍摄停车场内任意标识物B；

S302：标识物识别与配准，得到摄像机与标识物B的相对位置关系；

S303：从服务器端获取标识物B的位置数据；

S304：计算摄像机与标识物B的相对位置关系，以得到此时的摄像机位置；

S305：提示用户选择并保存此时的摄像机位置的类型；

S306：保存此时摄像机位置类型为：用户初始位置；

S307：计算用户从初始位置到停车位置的最短路线；

S308：获取陀螺仪和加速度计数据，计算用户方向和位移；

S309：用电子地图方式或3D虚拟箭头结合真实场景对用户位置进行实时跟踪和导航，以帮助用户在最短的时间内找到自己的车辆。

本发明实施例采用基于标识物识别的定位技术对用户自身及其车辆进行定位，并根据路由算法找到用户当前位置到停车位的最短路线，在用户移动过程中，利用智能手机内置的陀螺仪和加速度计等传感器，计算用户的方向和位移，完成对用户位置的实时跟踪。提供两种导航模式，实景导航模式和电子地图导航模式。其中，在实景导航模式下，用户将看到由摄像头拍摄的车库真实场景，用户取车的最短路线会由3D虚拟箭头给予提示，同时在小地图中能够看到用户与车辆的大概位置(参见图7效果示意图)；在电子地图导航模式下，系统将载入车库的电子地图，用户位置、车辆位置以及最短路线将清晰的标注，并根据用户的移动实时更新。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种室内导航方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过分别识别目标位置处和用户位置处的标识物，来定位目标位置和用户初始位置，进一步包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述将计算出的最短路线用3D虚拟箭头结合真实场景给予提示时，所述方法还包括：

在3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，在画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述智能终端内置传感器包括方向传感器和加速度传感器。

5.一种室内导航系统，其特征在于，包括智能终端、服务器、无线路由和若干标识物；所述标识物分布于室内的各个具体位置处；所述服务器用于存储室内电子地图数据、标识物ID及其在室内中的位置数据；所述无线路由用于在室内组建无线局域网，使智能终端与服务器连接；所述智能终端中装有导航客户端系统，所述导航客户端系统包括摄像模块、传感数据采集模块、标识物识别与定位模块、路由模块和导航显示模块，其中：

所述摄像模块，用于捕获标识物图像；

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述导航显示模块在通过3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，还包括在导航画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述智能终端内置传感器包括方向传感器和加速度传感器。

8.一种导航客户端系统，其特征在于，包括摄像模块、传感数据采集模块、标识物识别与定位模块、路由模块和导航显示模块，其中：

所述摄像模块，用于捕获标识物图像；

9.如权利要求8所述的导航客户端系统，其特征在于，所述导航显示模块在通过3D虚拟箭头结合真实场景进行最短路线提示过程中，还包括在导航画面一角用小地图方式显示用户当前位置与目标位置，及显示从用户当前位置到目标位置的最短路线。

10.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端中装有权利要求8或9所述的导航客户端系统。