CN103577484A - 一种任意变形地图的空间定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定位的方法，尤其涉及一种地图定位的方法。本发明一种地图定位的方法，通过利用特征点的实际位置信息数据与移动终端位置的实际位置信息数据建立拟合关系式，并通过该拟合关系式和特征点的像素信息数据拟合出移动终端位置的像素信息，并将其绘制在移动终端的电子地图上进行显示，从而实现在任意地图如丧失地理参考系地图、手绘地图等电子地图上的定位。

Description

一种任意变形地图的空间定位方法

技术领域

本发明涉及定位的方法，尤其涉及一种任意不规则变形地图在移动终端上进行空间定位的方法。

背景技术

目前在移动终端如手机、平板电脑等中的定位领域，主要是采用移动定位技术实现地图上的实时定位；其中，移动定位是指通过特定的定位技术来获取移动终端的实时位置信息（如经纬度坐标等），并结合自带的地图位置信息数据以在电子地图上标示被定位对象的位置。移动定位技术主要是基于全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）、无线通信基站或Wi-Fi站点等进行定位。

现有技术中，在移动终端进行移动定位时所基于的地图，自身都包含一套与该移动终端定位系统对应的数据信息，如采用GPS进行移动定位时，采用的地图设置有匹配的经纬度数据，以实现定位点在该地图上的精确表达。但是，对于不包含有数据信息的地图如失去地理参考系的任意变形地图或手绘地图等，现有的定位技术则无法进行实时定位及其应用。

发明内容

本发明公开了一种任意变形地图定位的方法，应用于移动终端的实时定位，其中，

于所述移动终端的一地图上设置像素坐标系，选取M个特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M），并建立该M个特征点Pi的数据库；其中，该数据库包括所述M个特征点Pi的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）和位于所述地图上的像素信息数据Pi（px_i，py_i）；

获取并根据所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t），遍历搜索距离所述移动终端位置Pt最近的N个特征点Pj（j=1、2、3……N-1或N），并调取所述数据库中距离所述移动终端位置Pt最小的N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和像素信息数据Pj（px_j，py_j）；

根据所述N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）建立拟合比例关系，并根据该拟合比例关系和所述N个特征点Pj的像素信息数据Pj（px_j，py_j）计算出所述移动终端位置Pt位于所述地图上的像素信息数据Pt（px_t，py_t）；

将所述移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）绘制到所述地图上进行显示；

其中，px_i为所述数据库中第i点在像素坐标系X轴的坐标，py_i为所述数据库中第i点在像素坐标系Y轴的坐标，px_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系X轴的坐标，py_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系Y轴的坐标。

上述的地图定位的方法，其中，所述地图为不包含有地理参考系地图如手绘地图或不规则任意变形地图。

上述的地图定位的方法，其中，于所述移动终端的一地图上设置像素坐标系，选取的特征点Pi个数M至少为4个（M≥4）。

上述的地图定位的方法，其中，所述特征点Pi为反映地物类型或区域地理分布特点的点，其在地图上具有准确的地理位置信息和明确的地理属性及含义。

上述的地图定位的方法，其中，所述多个特征点Pi的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）与所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）为在同一移动定位参考坐标系下的位置信息数据；

其中，x_i为所述数据库中第i点在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_i为所述数据库中第i点在移动定位参考坐标系Y轴的坐标，x_t为所述移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_t为所述移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系Y轴的坐标。

上述的地图定位的方法，其中，所述M个特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M）分别与所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）的距离

计算出距离值S_i最小的N个特征点Pj（j=1、2、3……N-1或N）；

其中，S_i为数据库中第i点在参考坐标系上与所述移动终端位置Pt的距离。

上述的地图定位的方法，其中，距离所述移动终端位置Pt最小的N个特征点Pj包含有不在同一直线上的三个特征点。

上述的地图定位的方法，其中，所述实际位置信息数据为经纬度数据、无线通信基站信息数据和/或Wi-Fi站点信息数据。

上述的地图定位的方法，其中，距离所述移动终端位置Pt最近的特征点Pj的个数N至少为4个（N≥4），且小于等于选取的特征点Pi的个数M（M≥N）。

上述的地图定位的方法，其中，根据所述N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）建立拟合关系式：

kx=f₁（x_t，x₁，x₂……x_N），ky=f₂（y_t，y₁，y₂……y_N）；

根据上述拟合关系式和所述多个（N）特征点Pj的像素信息数据Pj（px_j，py_j），得出所述移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）：

px_t=f₃（kx，px₁，px₂……px_N），py_t=f₄（ky，py₁，py₂……py_N）；

其中，kx为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系X轴的拟合系数，ky为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系Y轴的拟合系数。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种地图定位的方法，通过利用特征点的实际位置信息数据与移动终端位置的实际位置信息数据建立拟合关系式，并通过该拟合关系式和特征点的像素信息数据拟合出移动终端位置的像素信息，并将其绘制在移动终端的电子地图上进行显示，从而实现在任意地图如丧失地理参考系地图、手绘地图等电子地图上的定位。

附图说明

图1是本发明地图定位的方法中选取特征点的示意图；

图2是本发明地图定位的方法中索引格的放大示意图；

图3是本发明地图定位的方法中特征点数据库表格；

图4是本发明地图定位的方法中选取距离量算点最近四个特征点的示意图；

图5是本发明地图定位的方法中选取距离量算点最近N个特征点的数据库表格；

图6是本发明地图定位的方法中选取距离量算点最近四个特征点的数据库表格；

图7是本发明地图定位的方法中移动终端地图定位点的效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明一种任意变形地图定位的方法，主要应用于移动终端如平板电脑、手机等设备上：

首先，将失去地理参考系的地图导入于移动终端内，该地图可以为任意不规则的地图如变形的电子地图、手绘地图等，选取M个（M≥4，M为正整数）反映地物类型或区域地理分布特点的点如学校、医院或设置的索引格网格结点等为特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M），且该特征点Pi在地图上具有准确的地理位置信息和明确的地理属性及含义，即通过查询或测量能够得知该特征点的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）如经纬度信息、无线通信基站信息数据和/或Wi-Fi站点信息数据等，并在地图上设置像素坐标系，以获取该地图上各个特征点的像素信息数据Pi（px_i，py_i），再将M个特征点Pi的像素信息数据Pi（px_i，py_i）和实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）关联录入特征点数据库。

其次，通过移动终端的位置信息获取装置如GPS装置、wi-fi设备等获取移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t），且该多个特征点Pi的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）与移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）为在同一移动定位参考坐标系下的位置信息数据；其中，上述的x_i为特征点数据库中第i点在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_i为特征点数据库中第i点在移动定位参考坐标系Y轴的坐标，px_i为特征点数据库中第i点在像素坐标系X轴的坐标，py_i为特征点数据库中第i点在像素坐标系Y轴的坐标，x_j为特征点数据库中第j点在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_j为特征点数据库中第j点在移动定位参考坐标系Y轴的坐标，px_j为特征点数据库中第j点在像素坐标系X轴的坐标，py_j为特征点数据库中第j点在像素坐标系Y轴的坐标，x_t为移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_t为移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系Y轴的坐标。

之后，遍历搜索特征点数据库中的特征点Pi，选取最近的至少四个（N≥4）特征点Pj（j=1、2、3……N-1或N），并调取该多个（N）特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和像素信息数据Pj（px_j，py_j）；具体的是采用距离计算公式

分别计算上述多个特征点Pi分别与移动终端位置Pt的实际位置信息Pt（x_t，y_t）的距离，并选取距离最小的包含有不在同一直线上的三个特征点多个（N，N≤M）特征点Pj；其中，S_i为数据库中第i点在参考坐标系上与移动终端位置Pt的距离。

最后，根据所述多个（N）特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）建立拟合关系式：

kx=f₁（x_t，x₁，x₂……x_N），ky=f₂（y_t，y₁，y₂……y_N）；

根据上述拟合关系式和所述多个（N）特征点Pj的像素信息数据Pj（px_j，py_j），得出所述移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）：

px_t=f₃（kx，px₁，px₂……px_N），py_t=f₄（ky，py₁，py₂……py_N）；

并将移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）绘制到移动终端的地图上进行显示；其中，px_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系X轴的坐标，py_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系Y轴的坐标，kx为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系X轴的拟合系数，ky为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系Y轴的拟合系数。

具体的：

如图1-7所示，在具有WGS-84坐标系电子地图的移动终端的变形地图1上设置一个和该变形地图1一起变形的索引格（网格）2，且该索引格2对应的实地距离为200m*200m（即每个网格21的距离均是200m），并以索引格2的网格结点22为特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M，M为正整数），建立像素坐标后，获取每个特征点的像素信息数据Pi（px_i，py_i）；通过移动终端的GPS装置或wi-fi设备获取每个特征点Pi的经纬度数据Pi（x_i，y_i）。

将特征点Pi的像素信息数据Pi（px_i，py_i）和经纬度数据Pi（x_i，y_i）关联录入特征点数据库（i=1、2、3……M-1或M，M为正整数），形成如图3所示的表格。

如图4所示，进行遍历搜索，由于本实施例中的网格分布均匀，所以只搜索分布在移动终端位置Pt点上下左右且离Pt点距离最近的4个点即可。

首先，采用公式|x_i-x_t|≤200/95080和|y_i-y_t|≤200/111200，计算与Pt点在经度和纬度上距离都小于或等于200米的N(N≥4)个特征点Pj（px_j，py_j）；其中，Pt为当前移动终端定位点，x_t为Pt在WGS-84坐标系的经度，y_t为Pt在WGS-84坐标系的纬度，Pi为特征库中第i点，x_i为Pi在WGS-84坐标系的经度，y_i为Pi在WGS-84坐标系的纬度，i=1、2、3、4....M(M≥N)；因为x_i、y_i都是经纬度坐标，所以需要把200米换算成经度和纬度的计量单位，即经度1°=95080m，所以200m=(200/95080)°，纬度1°=111200m，所以200m=(200/111200)°。

其次，选取包围Pt点的网格的4个顶点P1、P2、P3和P4；为了保证在任意点周围都可以搜索到其所属格网的4个网格顶点，采用搜索的缓冲区半径范围为200-250m，优选的采用缓冲区半径为200m。

如图5所示，筛选出符合的N个点后，其中四个网格顶点的筛选具体如下：

左上角P1点的筛选条件是：同时满足x_i<x_t和y_i>y_t的Q1(1≤Q1≤N)个点，在采用公式

筛选出距离Pt点最近的点，就是左上角点P1，S_i为Q1个点中第i点到Pt点的距离；

右上角P2点的筛选条件是：同时满足x_i>x_t和y_i>y_t的Q2(1≤Q2≤N)个点，在采用公式

筛选出距离Pt点最近的点，就是右上角点P2，S_i为Q2个点中第i点到Pt点的距离；

左下角P3点的筛选条件是：同时满足x_i<x_t和y_i<y_t的Q3(1≤Q3≤N)个点，在采用公式

筛选出距离Pt点最近的点，就是右下角点P3，S_i为Q3个点中第i点到Pt点的距离；

右下角P4点的筛选条件是：同时满足x_i>x_t和y_i<y_t的Q4(1≤Q4≤N)个点，在采用公式

筛选出距离Pt点最近的点，就是右下角点P4，S_i为Q4个点中第i点到Pt点的距离；

从而得出如图6所示的四个顶点P1、P2、P3和P4的经纬度信息及像素信息图表。

然后，进行纠正拟合运算，以计算出在WGS-84坐标系下当前定位点Pt与四个顶点P1（x₁，y₁）、P2（x₂，y₂）、P3（x₃，y₃）和P4（x₄，y₄）的拟合系数kx的值：

k1=（x_t-x₁）/（x₂-x₁），

k2=（x_t–x₃）/（x₄-x₃），

k3=（y_t–y₃）/（y₁-y₃），

k4=（y_t–y₄）/（y₂–y₄）；

其中，Pt为当前移动终端位置定位点，x_t为Pt在WGS-84坐标系的经度，y_t为Pt在WGS-84坐标系的纬度，p1为Pt所属网格的左上角顶点，p2为Pt所属网格的右上角顶点，p3为Pt所属网格的左下角顶点，p4为Pt所属网格的右下角顶点，k1为Pt在经度方向相对于P1、P2的拟合系数，k2为Pt在经度方向相对于P3、P4的拟合系数，k3为Pt在纬度方向相对于P1、P3的拟合系数，k4为Pt在纬度方向相对于P2、P4的拟合系数。

如图6所示，根据Pt在像素坐标系上的对应点qt在X轴的像素坐标为px_t，Y轴的像素坐标为py_t，利用拟合公式：

px₁=x₁+k1*(x₂–x₁)，

px₂=x₃+k2*(x₄–x₃)，

px_t=k3*px₂+(1-k3)*px₁，

拟合得出qt点在X轴的像素坐标px_t；

其中，px₁是根据P1，P2两个点拟合出的qt点在X轴的像素坐标，px₂是根据P3，P4两个点拟合出的qt点在X轴的像素坐标；

同理，根据拟合公式：

py₁=y₃+k3*(y₁-y₃)，

py₂=y₄+k4*(y₂-y₄)，

py_t=k1*py₂+(1-k1)*py₁，

拟合得出qt点在Y轴的像素坐标py_t；

其中，py₁是根据P1，P3两个点拟合出的qt点在Y轴的像素坐标，px₂是根据P2，P4两个点拟合出的qt点在Y轴的像素坐标；

即Pt在像素坐标系上的对应点qt坐标为（px_t，py_t）。

最后，如图7所示，在移动终端的电子地图上，根据得到的像素点（px_t，py_t），按照精度要求将qt点显示在地图上点，以实现移动终端的定位；其中，特征点分布越密，拟合的精度就越高，相应的qt显示在地图上的精度也就越高。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种地图定位的方法，通过利用特征点的实际位置信息数据与移动终端位置的实际位置信息数据建立拟合关系式，并通过该拟合关系式和特征点的像素信息数据拟合出移动终端位置的像素信息，并将其绘制在移动终端的电子地图上进行显示，从而实现在任意地图如丧失地理参考系地图、手绘地图等电子地图上的定位。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种任意变形地图定位的方法，应用于移动终端的实时定位，其特征在于，

于所述移动终端的一地图上设置像素坐标系，选取M个特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M），并建立该M个特征点Pi的数据库；其中，该数据库包括所述M个特征点Pi的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）和位于所述地图上的像素信息数据Pi（px_i，py_i）；

获取并根据所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t），遍历搜索距离所述移动终端位置Pt最近的N个特征点Pj（j=1、2、3……N-1或N），并调取所述数据库中距离所述移动终端位置Pt最小的N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和像素信息数据Pj（px_j，p y_j）；

根据所述N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）建立拟合比例关系，并根据该拟合比例关系和所述N个特征点Pj的像素信息数据Pj（px_j，py_j）计算出所述移动终端位置Pt位于所述地图上的像素信息数据Pt（px_t，py_t）；

将所述移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）绘制到所述地图上进行显示；

其中，px_i为所述数据库中第i点在像素坐标系X轴的坐标，py_i为所述数据库中第i点在像素坐标系Y轴的坐标，px_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系X轴的坐标，py_t为所述移动终端位置Pt在像素坐标系Y轴的坐标。

2.根据权利要求1所述的地图定位的方法，其特征在于，所述地图为不包含有地理参考系地图如手绘地图或不规则任意变形地图。

3.根据权利要求1所述的地图定位的方法，其特征在于，于所述移动终端的一地图上设置像素坐标系，选取的特征点Pi个数M至少为4个（M≥4）。

4.根据权利要求1所述的地图定位的方法，其特征在于，所述特征点Pi为反映地物类型或区域地理分布特点的点，其在地图上具有准确的地理位置信息和明确的地理属性及含义。

5.根据权利要求1所述的地图定位的方法，其特征在于，所述多个特征点Pi的实际位置信息数据Pi（x_i，y_i）与所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）为在同一移动定位参考坐标系下的位置信息数据；

其中，x_i为所述数据库中第i点在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_i为所述数据库中第i点在移动定位参考坐标系Y轴的坐标，x_t为所述移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系X轴的坐标，y_t为所述移动终端位置Pt在移动定位参考坐标系Y轴的坐标。

6.根据权利要求1所述的地图定位的方法，其特征在于，所述M个特征点Pi（i=1、2、3……M-1或M）分别与所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）的距离计算出距离值S_i最小的N个特征点Pj（j=1、2、3……N-1或N）；

其中，S_i为数据库中第i点在参考坐标系上与所述移动终端位置Pt的距离。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的地图定位的方法，其特征在于，距离所述移动终端位置Pt最小的N个特征点Pj包含有不在同一直线上的三个特征点。

8.根据权利要求7所述的地图定位的方法，其特征在于，所述实际位置信息数据为经纬度数据、无线通信基站信息数据和/或Wi-Fi站点信息数据。

9.根据权利要求8所述的地图定位的方法，其特征在于，距离所述移动终端位置Pt最近的特征点Pj的个数N至少为4个（N≥4），且小于等于选取的特征点Pi的个数M（M≥N）。

10.根据权利要求9所述的地图定位的方法，其特征在于，根据所述N个特征点Pj的实际位置信息数据Pj（x_j，y_j）和所述移动终端位置Pt的实际位置信息数据Pt（x_t，y_t）建立拟合关系式：

kx=f₁（x_t，x₁，x₂......x_N），ky=f₂（y_t，y₁，y₂......y_N）；

根据上述拟合关系式和所述多个（N）特征点Pj的像素信息数据Pj（px_j，py_j），得出所述移动终端位置Pt的像素信息数据Pt（px_t，py_t）：

px_t=f₃（kx，px₁，px₂……px_N），py_t=f₄（ky，py₁，py₂……py_N）；

其中，kx为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系X轴的拟合系数，ky为所述移动终端位置Pt相对于最近的N个点在移动定位参考坐标系Y轴的拟合系数。

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