CN105072580B - 基于扫地机器人的wifi指纹地图自动采集系统及方法 - Google Patents

基于扫地机器人的wifi指纹地图自动采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统及方法，通过安装于所述扫地机器人上的WIFI终端模块采集WIFI信号指纹，并与多AP定位模块及定位服务器通信，以三点定位计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标；通过定位服务器实时记录并存储所述WIFI终端模块所采集的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至定位服务器的GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图，有效降低人工采集数据劳动强度。

Description

基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统及方法
【技术领域】
本发明涉及室内地图测绘技术领域，尤其涉及一种基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统及方法。
【背景技术】
WiFi室内指纹(WiFi Fingerprint)定位原理就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系。位置指纹定位主要工作是建立Radio-map，在此基础上，定位系统使用Radio-map和当前接收到的信号值，通过定位算法计算出位置信息。WIFI指纹定位需要绘制“信号场强图”(指纹库)，信号采集时间越长，采集点越多，指纹库越准确，但与此同时时间成本和费用也越高。定位指纹库生产跟地图测绘类似，需要进行外业(测绘采集)和内业(数据处理)。定位指纹库的成本是否能下降是WiFi室内定位技术推广的核心因素。
扫地机器人已广泛投入使用，通过感应器，侦测障碍物，如碰到墙壁或其他障碍物，自行转弯并依不同规则设定，通过不同路线行走，全面覆盖区域。通过电磁脉冲自动扫描或超声波反射等方式，机器人会自动形成房间的关键信息，如房间面积和结构，然后根据自己所处的位置和房屋的结构自动制定行走计划。配合机身设定控制路径，在室内反复行走，如沿边、集中、随机、直线行走等。
【发明内容】
本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种处理效率高、指纹数据更为全面的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统。
一种基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统，包括：
扫地机器人，所述扫地机器人通过自动移动，实现对室内区域全覆盖扫描；
WIFI终端模块，安装于所述扫地机器人上，用于与外界WIFI AP定位模块通信，获取所在位置WIFI信号强度；
多个AP定位模块，分布设置于室内各区域内，所述多个AP定位模块可通过人工测度获取其空间位置信息，所述多个AP定位模块信号连接于所述WIFI终端模块及定位服务器；
定位服务器，信号连接于所述多个AP定位模块及所述WIFI终端模块，所述定位服务器以三点定位为基础，通过内置的程序计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标。所述定位服务器用于实时记录并存储所述WIFI终端模块所采集的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至其GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图。
在一些实施例中，还包括惯性传感器定位模块，安装于所述扫地机器人上，所述惯性传感器定位模块用于根据所述扫地机器人的已知出发点位置，通过惯性变换实时计算出下一点位置，用于弥补或矫正WIFI空间定位之不足。
在一些实施例中，所述多个AP定位模块事先通过手机基站、伪卫星、射频标签、超宽带无线电等室内定位方法中的一种或多种以及其他人工测度方式获取其空间位置信息。
在一些实施例中，所述多个AP定位模块主动探测WIFI终端模块，并以三点定位为基础，通过所述服务器内置的程序计算获取所述扫地机器人与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标。
在一些实施例中，所述WIFI信号数据包括信号强度，信号角度，相位，时间和时间差数据。
在一些实施例中，所述惯性传感器定位模块包括加速度计、陀螺仪、磁力计以及其他惯性传感器。
另一方面，本申请还提供了一种基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集方法，包括下述步骤：
所述扫地机器人通过自动移动，实现对室内区域全覆盖扫描；
所述WIFI终端模块采集所在位置WIFI信号数据，同时与AP定位模块通信；
多个AP定位模块通过人工测度获取空间位置信息，与WIFI终端模块、定位服务器保持通讯连接，以三点定位为基础，通过定位服务器内置的程序计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标；
定位服务器实时记录并存储所述WIFI终端模块的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至其GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图。
本发明提供的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统及方法，通过安装于所述扫地机器人上的WIFI终端模块采集WIFI信号指纹，并与多AP定位模块及定位服务器通信，以三点定位计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标，并以惯性传感器辅助定位进一步地提高了扫地机器人的定位精度；再通过定位服务器实时记录并存储所述WIFI终端模块所采集的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至定位服务器的GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图，有效降低人工采集数据劳动强度。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统的结构示意图。
图2为本发明一实施例的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
请参阅图1，为本发明提供一种基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统100，包括：扫地机器人110、WIFI终端模块120、WIFI终端模块130、定位服务器140。
其中，扫地机器人110通过移动，实现对室内区域全覆盖扫描。可以理解，扫地机器人110按某种移动规则(实际中可以根据所处位置和房屋结构特征，自动制定行走计划并反复行走，如沿边、集中、随机、直线等)，完成对室内区域全覆盖扫描，并可穿越不同房间。
WIFI终端模块120安装于所述扫地机器人上，用于与外界WIFI AP定位模块通信，获取所在位置WIFI信号强度。在实际中，将具有WIFI功能智能手机固定于上述扫地机器人上，通过JAVA、C++等程序语言及专用功能函数，调用安卓、IOS等相关函数及驱动程序以实现其WIFI功能。
多个WIFI终端模块130，分布设置于室内各区域内，所述多个AP定位模块可通过人工测度获取其空间位置信息，所述多个AP定位模块信号连接于所述WIFI终端模块及定位服务器。
优选地，多个WIFI终端模块130是通过手机基站定位、A-GPS、伪卫星、无线局域网、射频标签、超宽带无线电、超声波中的至少一种定位方式实现的。可以理解，为提高准确性，可采取上述两种以上相结合的集成定位方式。
定位服务器140信号连接于所述多个WIFI终端模块130及所述WIFI终端模110块，所述定位服务器140以三点定位为基础，通过内置的程序计算所述WIFI终端模块120与各WIFI终端模块130的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标，所述定位服务器140还用于实时采集并存储所述WIFI终端模块120的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至其GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图。
具体地，所述WIFI信号数据包括信号强度，信号角度，相位，时间和时间差数据。可以理解，通过手机APP，读取无线网卡所接收到周边各种AP信号强度(RSS)，信号角度(AOA)，相位(POA)，时间(TOA)和时间差(DTOA)等数据。
进一步地，基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统100还可以包括安装于所述扫地机器人上惯性传感器定位模块150，所述惯性传感器定位模块150用于根据所述扫地机器人的已知出发点位置，通过位置变化实时计算出下一点位置，用于弥补或矫正WIFI空间定位之不足。
优选地，所述惯性传感器定位模块150包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的至少一种。可以理解，采用上述自主惯性传感器进行辅助定位，从而能够根据已知出发点位置，通过位置变化实时计算出来下一点位置，提高机器人定位精度。
在实际中，将加速度计、陀螺仪、磁力计等惯性传感器定位模块内置于智能手机中并固定于机器人上，采用JAVA、C++等程序语言及专用功能函数，调用安卓、IOS等相关函数及驱动程序加以实现运行传感器位置测度。
请参阅图2，为本发明提供的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集方法，包括下述步骤：
步骤S110：所述扫地机器人通过自动移动，实现对室内区域全覆盖扫描；
步骤S120：所述WIFI终端模块采集所在位置WIFI信号数据，同时与AP定位模块通信；
步骤S130：多个AP定位模块通过人工测度获取空间位置信息，与WIFI终端模块、定位服务器保持通讯连接，以三点定位为基础，通过定位服务器内置的程序计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标；
步骤S140：定位服务器实时记录并存储所述WIFI终端模块的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至其GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图。
本发明提供的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统及方法，通过安装于所述扫地机器人上的WIFI终端模块采集WIFI信号指纹，并与多AP定位模块及定位服务器通信，以三点定位计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标，并以惯性传感器辅助定位进一步地提高了扫地机器人的定位精度；再通过定位服务器实时记录并存储所述WIFI终端模块所采集的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至定位服务器的GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图，有效降低人工采集数据劳动强度。
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案，而并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、变形、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统，其特征在于，包括：
扫地机器人，所述扫地机器人通过自动移动，实现对室内区域全覆盖扫描；
WIFI终端模块，安装于所述扫地机器人上，用于与外界WIFI AP定位模块通信，获取所在位置WIFI信号强度；
多个AP定位模块，分布设置于室内各区域内，所述多个AP定位模块可通过人工测度获取其空间位置信息，所述多个AP定位模块信号连接于所述WIFI终端模块及定位服务器；
定位服务器，信号连接于所述多个AP定位模块及所述WIFI终端模块，所述定位服务器以三点定位为基础，通过内置的程序计算所述WIFI终端模块与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标，所述定位服务器还用于实时记录并存储所述WIFI终端模块所采集的WIFI信号数据及所述扫地机器人运动过程中的空间坐标，并根据采集时间，将所述WIFI信号数据与所述空间坐标进行自动集成，导入至其GIS系统中，从而自动生成上述空间范围内WIFI指纹地图；
还包括安装于所述扫地机器人上且信号连接于所述定位服务器的惯性传感器定位模块，所述惯性传感器定位模块用于根据所述扫地机器人的已知出发点位置，通过惯性变换实时计算出下一点位置，用于弥补或矫正WIFI空间定位之不足；所述惯性传感器定位模块包括加速度计或陀螺仪或磁力计。
2.根据权利要求1所述的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统，其特征在于，所述多个AP定位模块事先通过手机基站或伪卫星或射频标签或超宽带无线电获取其空间位置信息。
3.根据权利要求1所述的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统，其特征在于，所述多个AP定位模块主动探测WIFI终端模块，所述定位服务器内置的程序以三点定位为基础计算获取所述扫地机器人与各AP定位模块的相对位置，从而获取所述扫地机器人运动过程中所在的空间坐标。
4.根据权利要求1所述的基于扫地机器人的WIFI指纹地图自动采集系统，其特征在于，所述WIFI信号数据包括信号强度，信号角度，相位，时间和时间差数据。
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