CN105973223A - 一种室内导航的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种室内导航的方法和装置，该方法包括：接收LED灯发出的红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码；解析GPS数据码，获得GPS数据；依据GPS数据，确定当前位置；依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。通过本发明实施例提供的一种室内导航的方法和装置，LED灯固定在室内天花板上，与终端之间不存在障碍物，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。

Description

一种室内导航的方法和装置
技术领域
本发明涉及室内导航技术领域，特别是涉及一种室内导航的方法和装置。
背景技术
随着道路的建设，城际间的经济往来更加频繁，人类活动的区域也越来越大。为了提高生活质量，大量的休闲活动、探险活动的举行使我们并不局限在自己认识的一小块区域中，不认识道路、找不到目的地的情况也屡有发生，因此如何获得抵达目的地的路线成为人类出行的需求，导航正好可以满足这一需求。导航(navigation)是引导某一设备，从指定航线的一点运动到另一点的方法。
目前，使用最广泛的导航技术是GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成，位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°。此外，还有3颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。
用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。
现在大型建筑越来越多，建筑中的店铺、公司越来越多，人们在大型建筑中很容易迷路，因此需要室内导航。但是由于建筑物的遮挡，GPS信号接收机接收到的卫星发出的GPS信号很不稳定，因此现有的GPS技术不能在大型建筑中明确的指出某一公司或店铺的位置。
因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何在大型建筑中进行室内导航，规划出抵达目标位置的路线。
发明内容
本发明实施例提供一种室内导航的方法和装置，用以解决现有技术不能在大型建筑中实现室内导航，规划出抵达目标位置的路线的技术问题。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种室内导航的方法，包括：
接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码；
解析所述GPS数据码，获得GPS数据；
依据所述GPS数据，确定当前位置；
依据所述当前位置，规划所述当前位置与目标位置之间的导航路线。
优选地，在所述接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码之前，还包括：
通过编码调制技术，将所述GPS数据码调制到载波上，并通过所述LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成所述红外线载波。
优选地，所述接收LED灯发出的红外线载波，包括：
以与所述红外线载波相同的频率接收所述红外线载波。
优选地，所述红外线载波为38KHz载波。
优选地，所述GPS数据码为50Hz数据码。
为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种室内导航的装置，包括：
红外线载波接收模块，用于接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码；
GPS数据获得模块，用于解析所述GPS数据码，获得GPS数据；
当前位置确定模块，用于依据所述GPS数据，确定当前位置；
导航路线规划模块，用于依据所述当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
优选地，所述装置还包括：
红外线载波生成模块，用于通过编码调制技术，将所述GPS数据码调制到载波上，并通过所述LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成所述红外线载波。
优选地，所述红外线载波接收模块，具体用于，以与所述红外线载波相同的频率接收所述红外线载波。
优选地，所述红外线载波为38KHz载波。
优选地，所述GPS数据码为50Hz数据码。
本发明实施例提供的一种室内导航的方法和装置，LED灯固定在室内天花板上，与终端之间不存在障碍物，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种室内导航的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种室内导航的方法的流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种室内导航的装置的结构示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种室内导航的装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种室内导航系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的终端接收红外线载波并实现室内导航的架构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例一提供的一种室内导航的方法的流程示意图。
为解决在大型建筑中的室内导航问题，本实施例一提供的一种室内导航的方法，可以由具有红外发射接收头的终端来执行，如图1所示，可以包括以下步骤：
步骤S101，接收LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)灯发出的红外线载波，从红外线载波中获取GPS(Global Positioning System，全球定位系统)数据码。
在本步骤中，LED灯固定在天花板上，因此，LED灯与终端之间不存在障碍物遮挡。目前，手机、平板电脑等终端中普遍集成有近距离传感器，近距离传感器具有红外发射接收头，因此近距离传感器通过红外线进行测距。利用近距离传感器中的红外发射接收头来接收红外线载波，可以实现在不增加终端中元器件的情况下接收红外线载波。需要进行说明的是，LED灯发出的红外线载波中调制有GPS数据码，因此，可以从红外线载波中获取GPS数据码。
步骤S102，解析GPS数据码，获得GPS数据。
在本步骤中，GPS数据码可以是NMEA(Na-tional Marine ElectronicsAssociation，国家海洋电子协会)码，NMEA码是一套定义接收机输出的标准信息，最常用的格式为GGA(Global Positioning System Fix Data，全球定位系统修复数据)，包含了定位时间、纬度、经度、高度、速度和日期等GPS数据。
步骤S103，依据GPS数据，确定当前位置。
在走廊、电梯间等狭小的位置，往往只设置有一盏LED灯，因此，终端只能接收到一盏LED灯发送的红外线载波，从而获得一组GPS数据。终端中的室内导航软件将这组GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位的精确度是LED灯的照明范围。
出于对照明亮度的需求，较大面积的室内往往设置有不止一盏LED灯，因此终端有可能收到两盏LED灯或两盏以上的LED灯发出的红外线载波，从而获得两组或两组以上的GPS数据。
当接收到两组GPS数据时，终端中内置的室内导航软件将这两组GPS数据以二分法进行处理这两组GPS数据，将处理后的GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位精度是两个相邻LED灯照明重叠区域的最大半径。
当接收到三组或三组以上的LED灯发射的GPS数据，可以将这三组或三组以上的GPS数据采用基于测距(range—based)算法和测距无关(range—free)算法，将计算后的GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位精度可以达到厘米级。
测距无关算法无需确定距离和角度信息，仅根据网络对通性等信息加以实现。主要算法有：质心算法、APIT(approximate point-in-triangulation teat，近似三角形内点测试法)和DV-Hop(distance vector-hop,距离向量-跳段)定位算法。
基于测距(range—based)算法是测量节点问点到点的距离或角度信息，使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置。主要算法有：TOA(time of arrival，到达时间)、TDOA(Time Difference 0f Arrival，到达时间差)、AOA(Angle of Arrival，到达角)和RSSI(Received Signal StrengthIndication，接收信号强度指示)。
步骤S104，依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
在本步骤中，终端可以将定位获得的当前位置和用户输入的目标位置映射到导航地图上，依据导航算法规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
通过本发明实施例一提供的一种室内导航的方法，可以接收LED灯发出的红外线载波，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种室内导航的方法的流程示意图。
本发明实施例二提供了一种室内导航的方法，如图2所示，该方法可以包括：
步骤S201，通过编码调制技术，将GPS数据码调制到载波上，通过LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成红外线载波。
在本步骤中，红外线载波为38KHz载波。
步骤S202，以与红外线载波相同的频率接收红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码。
在本步骤中，终端上内置的红外发射接收头，红外发射接收头以38KHz的频率接收红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码。其中，GPS数据码为50Hz数据码。
步骤S203，解析GPS数据码，获得GPS数据。
步骤S204，依据GPS数据，确定当前位置。
步骤S205，依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
通过本发明实施例二提供的一种室内导航的方法，可以接收LED灯发出的红外线载波，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种室内导航的装置的结构示意图。
本发明实施例三提供了一种室内导航的装置，如图3所示，可以执行本发明实施例一提供的室内导航的方法，可以包括以下模块：
红外线载波接收模块31、GPS数据获得模块32、当前位置确定模块33和导航路线规划模块34。
在本发明实施例中，红外线载波接收模块31，用于接收LED灯发出的红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码；GPS数据获得模块32，用于解析GPS数据码，获得GPS数据；当前位置确定模块33，用于依据GPS数据，确定当前位置；导航路线规划模块34，用于依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
在红外线载波接收模块31中，LED灯固定在天花板上，LED灯与终端之间不存在遮挡。目前，手机、平板电脑等终端中普遍集成有近距离传感器，近距离传感器具有红外发射接收头，因此近距离传感器可以通过红外线进行测距。利用近距离传感器中的红外发射接收头来接收红外线载波，可以实现在不增加终端中元器件的情况下接收红外线载波。需要进行说明的是，LED灯发出的红外线载波中调制有GPS数据码，因此，可以从红外线载波中获取GPS数据码。
在GPS数据获得模块32中，GPS数据码可以是NMEA(Na-tional MarineElectronics Association，国家海洋电子协会)码，NMEA码是一套定义接收机输出的标准信息，最常用的格式为GGA(Global Positioning System Fix Data，全球定位系统修复数据)，包含了定位时间、纬度、经度、高度、速度、日期等GPS数据。
在当前位置确定模块33中，在走廊、电梯间等狭小的位置，往往只设置有一盏LED灯，因此，终端只能接收到一盏LED灯发送的红外线载波，从而获得一组GPS数据。终端中的室内导航软件将这组GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位的精确度是LED灯的照明范围。
出于对照明亮度的需求，室内往往设置有不止一盏LED灯，因此终端有可能收到两盏LED灯或两盏以上的LED灯发出的红外线载波，从而获得两组或两组以上的GPS数据。
当接收到两组GPS数据时，终端中室内导航软件将这两组GPS数据以二分法进行处理这两组GPS数据，将处理后的GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位精度是两个相邻LED灯照明重叠区域的最大半径。
当接收到三组或三组以上的LED灯发射的GPS数据，可以将这三组或三组以上的GPS数据采用基于测距(range—based)算法和测距无关(range—free)算法，将计算后的GPS数据加载到导航地图上，以表示当前位置。定位精度可以达到厘米级。
测距无关算法无需确定距离和角度信息，仅根据网络对通性等信息加以实现。主要算法有：质心算法、APIT(approximate point-in-triangulation teat，近似三角形内点测试法)和DV-Hop(distance vector-hop,距离向量-跳段)定位算法。
基于测距(range—based)算法是测量节点问点到点的距离或角度信息，使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算节点位置。主要算法有：TOA(time of arrival，到达时间)、TDOA(Time Difference 0f Arrival，到达时间差)、AOA(Angle of Arrival，到达角)和RSSI(Received Signal StrengthIndication，接收信号强度指示)。
在导航路线规划模块34中，终端可以将定位获得的当前位置和用户输入的目标位置映射到导航地图上，依据导航算法规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
通过本发明实施例三提供的一种室内导航的装置，可以接收LED灯发出的红外线载波，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种室内导航的装置的结构示意图。
本发明实施例四提供了一种室内导航的装置，可以执行本发明实施例二提供的一种室内导航的方法，如图4所示，可以包括以下模块：
红外线载波生成模块41、红外线载波接收模块42、GPS数据获得模块43、当前位置确定模块44和导航路线规划模块45。
在本发明实施例中，红外线载波生成模块41，用于通过编码调制技术，将GPS数据码调制到载波上，通过LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成红外线载波；红外线载波接收模块42，用于以与红外线载波相同的频率接收红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码；GPS数据获得模块43，用于解析GPS数据码，获得GPS数据；当前位置确定模块44，用于依据GPS数据，确定当前位置；导航路线规划模块45，用于依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
在红外线载波生成模块41中，红外线载波为38KHz载波，红外线载波携带的GPS数据码为50Hz数据码。
通过本发明实施例四提供的一种室内导航的装置，可以接收LED灯发出的红外线载波，可以通过终端中的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，并从中获取GPS码，解析GPS码获得GPS数据，依据GPS数据，确定当前位置，并规划当前位置与目标位置之间的导航路线，实现室内定位和室内导航。
图5为本发明实施例提供的一种室内导航系统的结构示意图。
在图5中，室内定位控制中心1将通过编码调制技术，将GPS数据码调制到载波上，通过LED灯2的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成红外线载波；终端3接收LED灯2发出的红外线载波，从红外线载波中获取GPS数据码；解析GPS数据码，获得GPS数据；依据GPS数据，确定当前位置；依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。从而实现室内定位和室内导航。
在本发明实施例中，终端接收红外线载波并实现室内导航的架构如图6所示。
GPS部分为室内定位控制中心的GPS设备应用软件(GPS APP)、GPS服务端(GPS service)和GPS软件开发包(GPS lib)。GPS部分通过HAL(Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层)层可以连接到下层。红外(IR，Infrared Radiation)部分包括：底层驱动接口、红外线处理器芯片和红外发射接收头LED。其中，红外发射接收头LED可以集成红外发射单元和红外接收单元的功能，即红外发射接收头LED可以发射红外光，也可以感应红外光。
基于图6，首先，终端的红外发射接收头接收LED灯发出的红外线载波，然后，红外线处理芯片从红外线载波中获取GPS数据码，并解析GPS数据码，获得GPS数据；再然后，HAL层将红外线处理芯片获得的GPS数据上传至GPS软件开发包(GPS lib)、GPS服务端(GPS service)和GPS设备应用软件(GPS APP)，GPS设备的应用软件将GPS数据映射到室内导航地图上，确定当前位置，依据当前位置，规划当前位置与目标位置之间的导航路线。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种室内导航的方法，其特征在于，包括：
接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码；
解析所述GPS数据码，获得GPS数据；
依据所述GPS数据，确定当前位置；
依据所述当前位置，规划所述当前位置与目标位置之间的导航路线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码之前，还包括：
通过编码调制技术，将所述GPS数据码调制到载波上，并通过所述LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成所述红外线载波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收LED灯发出的红外线载波，包括：
以与所述红外线载波相同的频率接收所述红外线载波。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述红外线载波为38KHz载波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GPS数据码为50Hz数据码。
6.一种室内导航的装置，其特征在于，包括：
红外线载波接收模块，用于接收LED灯发出的红外线载波，从所述红外线载波中获取GPS数据码；
GPS数据获得模块，用于解析所述GPS数据码，获得GPS数据；
当前位置确定模块，用于依据所述GPS数据，确定当前位置；
导航路线规划模块，用于依据所述当前位置，规划所述当前位置与目标位置之间的导航路线。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
红外线载波生成模块，用于通过编码调制技术，将所述GPS数据码调制到载波上，并通过所述LED灯的红外发射接收头发射调制有GPS数据码的载波，生成所述红外线载波。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述红外线载波接收模块，具体用于，以与所述红外线载波相同的频率接收所述红外线载波。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述红外线载波为38KHz载波。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述GPS数据码为50Hz数据码。
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