CN104035111B - 基于gps的室内离线路径引导方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS的室内离线路径引导方法，首先获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；然后根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；最后启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导。本发明采用离线导航信息数据库来确定建筑物室内的待导航点路径引导，使得在室内进行GPS导航成为可能，使得室内GPS信息在使用时具有足够的精度；利用现有的导航技术可实现室内的路径引导；在很大程度上降低了路径规划的复杂性。

Description

基于GPS的室内离线路径引导方法及系统

技术领域

本发明涉及一种路径引导方法和系统，特别涉及一种基于GPS的室内离线路径引导方法及系统。

背景技术

在室内空间分布信息图路径引导领域中，对于实际室内空间分布，由于目前仍未出现可以直接应用的建筑物室内空间信息数据库，所以必须根据实际情况进行分析，经过处理得到需要的环境图，反映室内空间信息布局情况。得到空间信息图后，利用最优路径算法，在图上规划出路径，从而进行建筑物内的室内路径引导。

典型的红外线室内定位系统Activebadges使待测物体附上一个电子标识，该标识通过红外发射机向室内固定放置的红外接收机周期发送该待测物唯一ID，接收机再通过有线网络将数据传输给数据库。

基于超声波定位方法，目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本体上，各个电子标签放置于室内空间的固定位置。定位过程如下：先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子标签接收到后又反射传输给主测距器，从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离，并得到定位坐标。

基于射频识别(RFID)的室内定位技术，基于这种定位技术的系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成。射频标签和读写器通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换。在定位系统应用中，将射频读写器放置在待测移动物体上，射频电子标签嵌入到操作环境中。电子标签上存储有位置识别的信息，读写器则通过有线或无线形式连接到信息数据库。通过射频标签和读写器之间的信息交互，即可到达定位的目的。

单纯靠空间分布信息图进行建筑物室内路径引导的最复杂之处在于路径规划算法。由于室内环境不像室外，有固定的道路，所以依照室内障碍的空间分布，可供选择的路径非常多，这就导致了路径选择算法非常复杂，计算量很大。

红外线在传输过程中易于受物体或墙体阻隔且传输距离较短，定位系统复杂度较高，所以有效性和实用性较低。而且通过红外发射机向室内固定放置的红外接收机发送待测物的唯一ID时需要是周期性地发送，所以功耗较大，成本较高。

超声波技术的主要缺陷在于其定位的范围有限，这是由于超声波在传输过程中衰减明显导致。而且需要安装大量的电子标签，投资很大，实用性不强。

对于基于射频识别(RFID)的室内定位技术而言，缺陷在于系统定位精度由参考标签的位置决定，参考标签的位置会直接影响定位效果，然而为了提高定位精度需要增加参考标签的密度，然而密度较高会产生较大的干扰，影响信号强度。另外，因为需要通过计算欧几里德公式来得到参考标签和待定标签之间的距离，所以计算量较大。

因此，急需一种使用简单计算快捷的室内离线路径引导方法及系统。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于GPS的室内离线路径引导方法及系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的基于GPS的室内离线路径引导方法，包括以下步骤：S1：获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；S2：获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；S3：根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；S4：启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导。

进一步，所述导航系统为GPS卫星定位导航系统。

进一步，所述GPS信息是根据室内待导航点与建筑物入口之间的相对位置来确定建筑物屋顶预设信标点的具体位置坐标。

进一步，所述待导航点为设置于建筑物室内某处的配电柜所在位置点。

进一步，在步骤S3中，所述离线导航信息数据库采用以下步骤来建立：

首先，获取配电柜所在建筑物的室内空间分布信息平面图；然后，根据这个平面图确定好信标的位置和数目，并且借由建筑物顶上对应点的精确GPS信息，通过垂直投影的方法得到建筑物内信标点的相对GPS信息；最后，把平面图和GPS信息都存储于离线数据库中。

进一步，在步骤S4中，所述室内路径搜索引导采用以下步骤来完成：

根据得到的室内空间分布信息平面图，在导航系统中加入了实时路况信息这一因素，然后根据信标点可靠的离线GPS信息，导航系统即可得到具体的道路情况下规划出的最佳路线，完成室内的路径引导。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的基于GPS的室内离线路径引导系统，包括屋顶GPS信息采集模块、建筑物分布信息采集模块、离线导航信息数据库模块和室内路径离线搜索引导模块；所述屋顶GPS信息采集模块，用于获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；所述建筑物分布信息采集模块，用于获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；所述离线导航信息数据库模块，用于根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；所述室内路径离线搜索引导模块，用于启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导。

进一步，所述GPS信息是根据室内待导航点与建筑物入口之间的相对位置来确定建筑物屋顶预设信标点的具体位置坐标；所述导航系统为GPS卫星定位导航系统。

进一步，所述待导航点为设置于建筑物室内某处的配电柜所在位置点。

本发明的优点在于：本发明采用离线导航信息数据库来确定建筑物室内的待导航点路径引导，使得在室内进行GPS导航成为可能，在室外，由于没有墙壁屋檐等障碍物的遮挡，可以获得足够精度和强度的GPS卫星信号，以进行定位导航，而在室内，由于有各种遮挡情况，会造成获得的GPS信息不准确，而且信号的强度也会大为降低，造成了在室内无法直接使用在线的GPS信号来导航的问题。所以，通过室顶一点测得的准确GPS信号来间接获得室内信标点的可靠GPS信息，并离线存储，即可使得这样的室内GPS信息在使用时具有足够的精度；离线使用建筑物内的空间分布图和GPS信息，即可避免掉室内在线GPS信息精度和强度不够导致GPS导航系统无法正常定位的问题。

预设信标与室内位置信息平面图的结合使用带来了两方面的优势：一、这样的结合会给GPS导航系统提供足够的信息，利用现有的导航技术，使得GPS导航系统可以进行室内的路径引导；二、由于结合了空间分布平面图，预设信标的位置确定相对来说会容易得多，而且由于平面图已经包含了很多空间方位的信息，所以，在很大程度上降低了路径规划的复杂性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为基于GPS的室内离线路径引导方法流程图；

图2为建筑物预设信标分布图；

图3为是建筑物内空间分布信息的平面图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1为基于GPS的室内离线路径引导方法流程图，如图所示：本发明提供的基于GPS的室内离线路径引导方法，包括以下步骤：1)获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；2)获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；3)根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；4)启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导。

在进行真正的导航之前，需要提前先做好一些准备工作，也就是进行导航系统的离线数据库的建立：首先，获取配电柜所在建筑物的室内空间分布信息平面图；然后，根据这个平面图确定好信标的位置和数目，并且借由建筑物顶上对应点的精确GPS信息，通过垂直投影的方法得到建筑物内信标点的相对GPS信息；最后，把平面图和GPS信息都存储于离线数据库中，以供导航系统离线模式下使用。

到了建筑物所在地时，找到建筑物的入口，并且打开事先从导航系统的离线数据库中下载的信息，其中包括建筑物内空间分布信息平面图和图上信标点的离线GPS信息，然后打开离线模式，利用导航系统的现有导航技术，即可进行室内的路径引导。

总之，在室外无遮挡情况下，采用导航卫星的GPS信号进行导航。进入到室内后，卫星的GPS信号不再可靠，此时就转而改用离线数据库中的GPS信息，也就是改变了导航系统的GPS信息来源，由在线的卫星GPS信号改为离线数据库中的GPS信息，从而达到在室内也能进行GPS导航的目的。

①信标的离线GPS信息确定

要利用原有导航技术，继续使用GPS导航系统进行室内路径引导，就必须得到室内信标点的GPS信息，而这个GPS信息，如果在室内通过GPS卫星信号获得，会由于室内各种遮挡物的影响，导致结果很不准确，无法继续使用原有系统导航。所以，为了得到准确的GPS信息，就需要到无遮挡的环境下，而在屋顶这种无遮挡的环境下，工作人员就可以通过手持设备得到精确的GPS信息，而且，因为屋顶一点和屋内各楼层垂直对应点具有相同的经纬度，只是在高度上附加了楼层的高度，所以可以把屋顶上的GPS信号通过垂直投射到室内对应点，得到准确的室内GPS信息，这种获取GPS的方法称为垂直投影法，因此，该方法可以继续沿用原有系统来室内路径引导了。通过这种方法，可以提前先获得室内信标点的GPS信息，并且将这个结果存入导航系统的离线数据库。

②室内空间分布信息平面图的获取

为了使得建筑物内的空间分布信息能够存入导航系统的数据库中，需要得到空间分布信息的平面图。根据实际建筑物室内空间分布信息要得到室内空间分布信息平面图并不复杂，需要做一些形式上的简化。具体方法是将空间存在相互连接的地方表示成点的形式(如墙壁与墙壁的连接处)，然后去掉其余不需要的信息，如各房间内的空间分布情况，只留下对于路径引导规划有用的部分。于是，对于不能进入或不能直接通过的区域，用直线将其边界点连接，表示这是不能直接穿越的障碍物；可以直接通过或者能直接进入的区域，这样区域的边界点不用直线连接，表示该区域没有障碍物，可以放心穿越。

③室内离线路径引导

在现有的导航技术基础上，并且得到了室内空间分布信息平面图，即在导航系统中加入了实时路况信息这一因素，根据信标点可靠的离线GPS信息使得导航系统可以根据实时的道路情况规划出最佳路线，从而完成室内的路径引导。

实施例2

根据附图2所示，建筑物内的E、F、G、H为四个需要知道准确GPS信息的信标点，A、B、C、D是它们屋顶上的垂直对应点。通过手持设备在屋顶测得A、B、C、D的准确GPS信息后，垂直投影下去，即可得到E、F、G、H的离线GPS信息。

附图3是建筑物内空间分布信息的平面图，N点为建筑物的入口点，H点为建筑物内配电柜的所在位置。通过GPS卫星定位导航到这栋建筑物的入口点N点，然后打开导航系统的离线模式，根据提前下载好的空间分布平面图和信标点的离线GPS信息，GPS导航系统可以规划出这样的路线：由入口N点找到E点，然后通过E点找到F点，再找到G点，最后即可到达配电柜所在的位置H点。

具体流程如下：1、测得信标点在屋顶上的垂直对应点的GPS信息；2、垂直投影得到信标点的离线GPS信息；3、绘制建筑物内空间分布平面图；4、将离线GPS信息和平面图都存入导航系统的离线数据库；5、到达建筑物入口，从导航系统的离线数据库中下载信息(包括离线GPS信息和空间分布平面图)，并打开导航系统的离线引导模式；6、结合离线GPS信息和空间分布平面图，利用GPS导航系统的现有导航技术，完成建筑物内的离线路径引导。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.基于GPS的室内离线路径引导方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；

S2：获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；

S3：根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；

S4：启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导；

所述导航系统为GPS卫星定位导航系统；

所述GPS信息是根据室内待导航点与建筑物入口之间的相对位置来确定建筑物屋顶预设信标点的具体位置坐标；

所述待导航点为设置于建筑物室内某处的配电柜所在位置点；

在步骤S3中，所述离线导航信息数据库采用以下步骤来建立：

首先，获取配电柜所在建筑物的室内空间分布信息平面图；然后，根据这个平面图确定好信标的位置和数目，并且借由建筑物顶上对应点的精确GPS信息，通过垂直投影的方法得到建筑物内信标点的相对GPS信息；最后，把平面图和GPS信息都存储于离线数据库中；

在步骤S4中，所述室内路径搜索引导采用以下步骤来完成：

根据得到的室内空间分布信息平面图，在导航系统中加入了实时路况信息这一因素，然后根据信标点可靠的离线GPS信息，导航系统即可得到具体的道路情况下规划出的最佳路线，完成室内的路径引导。

2.基于GPS的室内离线路径引导方法来实现的GPS的室内离线路径引导系统，其特征在于：包括屋顶GPS信息采集模块、建筑物分布信息采集模块、离线导航信息数据库模块和室内路径离线搜索引导模块；

所述屋顶GPS信息采集模块，用于获取建筑物屋顶预设信标的GPS信息；

所述建筑物分布信息采集模块，用于获取建筑物内空间分布平面图坐标信息和建筑物高度分布信息；

所述离线导航信息数据库模块，用于根据GPS信息、平面图坐标信息和建筑物高度分布信息建立导航系统的离线导航信息数据库；

所述室内路径离线搜索引导模块，用于启动导航系统并从离线导航信息数据库中下载导航信息完成室内路径搜索引导；

所述GPS信息是根据室内待导航点与建筑物入口之间的相对位置来确定建筑物屋顶预设信标点的具体位置坐标；所述导航系统为GPS卫星定位导航系统；

所述待导航点为设置于建筑物室内某处的配电柜所在位置点。