CN106161803B - 一种基于室内定位和gps的场景识别方法 - Google Patents

一种基于室内定位和gps的场景识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，通过移动终端获取用户当前的位置信息，与服务器进行通信，并下载位置信息周围预设范围值内的区域位置信息及区域位置信息对应的存储数据；所述存储数据与位置信息绑定，且存储数据作为位置信息属性进行存储；选取出合适的位置信息，得到位置信息上绑定的存储数据；移动终端通过调用摄像头获取视频信息，并通过3D投影算法将显示用的存储数据投影到视频信息后进行显示。本发明场景识别的准确度非常之高，识别速度非常之快。

Description

一种基于室内定位和GPS的场景识别方法
技术领域
本发明属于地理位置服务领域，具体涉及一种基于室内定位和GPS的场景识别方法。将基于手机蓝牙4.0的定位算法、地理位置信息(包括地点经纬度以及地点名称)和手机灵敏部件(电子罗盘以及智能管理感应器)相结合的新兴技术。
背景技术
由于电子生产工艺技术的飞速发展，处理器元件及传感器元器件的生产都达到了纳米级别，元器件越做越小，但功能越来越强大的时代促进了移动终端(包括手机、平板电脑等可联网设备)的普及性，越来越多的功能都集成在了一个移动终端上。人们出行都至少带着一个移动终端，走到了陌生的地方就可以通过移动终端进行定位，实时获取自己的位置。
当我们来到一个陌生的地方时往往需要打开地图才能知道我们的所在位置，对于一些方向感较弱的人来说打开地图也不能及时、快速的知道自己所在的精确位置，因为地图是平面的，地图上对于建筑物的描述都是二维的，不具有真实感。使用者也不能快速、及时的了解到自己的精确位置，不能立刻知道自己所在的街道名称以及面前的建筑物是否就是自己想要去的位置。
众所周知，在室外，移动终端普遍使用的定位方式是使用GPS(globalpositioning system)即全球定位系统，该系统的定位精度在室外可达几米到几十米，足够满足人们的需求。本场景识别在室外的识别效果精确度确实能够得到保证，但如果在室内的话，GPS定位系统几乎就完全失效了，因为建筑物会屏蔽掉GPS信号，导致GPS定位失败。
发明内容
本发明的目的在于解决移动终端不能够快速、准确的识别用户所在位置以及用简单的算法提供用户所在位置周边的信息。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，包括以下步骤：
Ⅰ.通过移动终端获取用户当前的位置信息，与服务器进行通信，并下载位置信息周围预设范围值内的区域位置信息及区域位置信息对应的存储数据；
Ⅱ.通过移动终端获取移动终端上的摄像头朝向数据值和摄像头与竖直方向的夹角值，以及移动终端摄像头视锥的垂直角度值、水平角度值和可视最远距离值；
Ⅲ.移动终端运用朝向数据值、夹角值、垂直角度值、水平角度值、可视最远距离值和判断方法选取预显示区域位置信息，进一步得到最终预显示位置信息对应的显示用的存储数据；
Ⅳ.移动终端通过调用摄像头获取视频信息，并通过3D投影算法将显示用的存储数据投影到视频信息后进行显示。
更进一步的方案为：位置信息为经纬度坐标，位置信息通过GPS定位获取或者通过室内定位获取；所述存储数据与位置信息绑定，且存储数据作为位置信息属性进行存储，存储数据包括建筑高度，建筑宽度。
更进一步的方案为：存储数据还包括建筑名称，建筑面积、建筑历史和建筑修建完成时间。
更进一步的方案为：预设范围值是以移动终端的经纬度坐标为圆心，r为半径的扇形面积值；扇形对应的圆心角的朝向包括移动终端的朝向数据值；圆心角的朝向为固定范围值，朝向数据值为固定方位值。
更进一步的方案为：判断方法包括以下步骤：
1).选取预设范围值内可视经纬度坐标点，具体为：
a.计算预设范围值内经纬度坐标与手机定位的经纬度坐标之间的直线距离值，手机定位的经纬度坐标点定义为点O；
b.将所述直线距离值与摄像头视锥的可视最远距离值比较；
c.得到所述直线距离值小于摄像头视锥的可视最远距离值的中间经纬度坐标点；
d.得到摄像头视锥的垂直角度值内建筑对应的可视经纬度坐标点，具体判断方法为：计算角度∠QOY，点Q为建筑最高点，点Y为地心点；判断角度∠QOY的值在所属范围内的建筑名称，得到相应建筑绑定的可视经纬度坐标点；所属范围具体为角度∠QOY的值大于摄像头与竖直方向的夹角值且小于摄像头视锥的垂直角度值与摄像头与竖直方向的夹角值之和；
2).选取建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a1.计算角度∠YOQn和角度∠Y0Qn-m，点Qn为第n个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，n为大于2的整数，m为带1的整数且小于N，点Qn-1为第n-1个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，点0、点Y、点Qn和点Qn-m在同一平面；第n-m个可视经纬度坐标点距离点0的直线距离小于第n个可视经纬度坐标点距离点0的直线距离；
b1.得到建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为，比较角度∠YOQn和角度∠Y0Qn-m的大小，选择角度∠Y0Qn-m小于角度∠YOQn对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
4).选取建筑水平方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a2.通过计算公式计算计算角∠EqOFq，计算公式为其中X为建筑计算宽度,d为最终预垂直显示建筑经纬度坐标点与手机定位的经纬度坐标点的直线距离，θq为∠EqOFq，Eq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最左端点，Fq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最右端点；q为大于2的整数；
b2.计算θq-p，p为大于1的整数且小于q；第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点0的直线距离小于第q-p个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点0的直线距离；选取θq-p大于θq对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
C2.步骤b2得到的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点为最终预显示建筑经纬度坐标点。
更进一步的方案为：所述移动终端优选为手机。
服务器里的数据建立步骤为：
a).地理位置信息库的建立：采集地理位置信息的数据，地理位置信息的数据包括当前位置的经纬度、建筑名称，建筑高度，建筑宽度，建筑面积和建筑历史；。
b).地理位置信息数据的编辑：将采集的数据进行编辑，在数据库中将采集好的数据按照经纬度存储在服务器上，该点经纬度坐标的建筑名称，建筑高度，建筑宽度，建筑面积和建筑历史信息作为属性一起绑定上传至服务器中。室内定位的方法为：
部署室内定位：部署wifi定位所需要的无线AP和蓝牙定位所需要的iBeacon，现场采集了数据之后上传到服务器上以备使用，采集的数据包括。
启动蓝牙，通过利用手机的蓝牙以及wifi元器件搜索到的wifi信号和蓝牙iBeacon信号作为基准，通过指纹匹配算法来推算出当前的定位经纬度坐标。
本发明的优点以及积极效果为：
场景识别的准确度非常之高，识别速度非常之快，这里我们对比一下利用图像识别的场景识别。
图像识别技术虽然应用广泛(如：人脸识别、车牌识别等)，但是最大的缺点是无法适应用户随机的拍摄角度，因为所有的图像识别都是依靠像素点计算来，而从不同的角度拍摄的图像像素也会不同，而像素占用的磁盘、内存空间也是非常大的，要实现准确通用的场景识别就需要更多角度的图像数据，这样使得存储空间要求更大，也增加了运算复杂度。
这项发明的场景识别方法，没有任何复杂的识别运算，只有简单的投影运算，，地理信息数据只需要一个点(两个双精度实数的坐标)就足够了，这样简单的数据就可以实现精确的场景识别，甚至可以实现实时的场景识别，可以实时反馈用户的位置以及眼前场景的各种信息。
总的来说，这种场景识别的方法数据更简单，识别速度更快。
附图说明
图1为3D投影矩阵运算说明图
图2为本发明的流程图
图3为实时画面与文字投影的换算
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图2示出了：一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，包括以下步骤：
Ⅰ.通过移动终端获取用户当前的位置信息，与服务器进行通信，并下载位置信息周围预设范围值内的区域位置信息及区域位置信息对应的存储数据；
Ⅱ.通过移动终端获取移动终端上的摄像头朝向数据值和摄像头与竖直方向的夹角值，以及移动终端摄像头视锥的垂直角度值、水平角度值和可视最远距离值；
Ⅲ.移动终端运用朝向数据值、夹角值、垂直角度值、水平角度值、可视最远距离值和判断方法选取预显示区域位置信息，进一步得到最终预显示位置信息对应的显示用的存储数据；
Ⅳ.移动终端通过调用摄像头获取视频信息，并通过3D投影算法将显示用的存储数据投影到视频信息后进行显示。
更进一步的方案为：位置信息为经纬度坐标，位置信息通过GPS定位获取或者通过室内定位获取；所述存储数据与位置信息绑定，且存储数据作为位置信息属性进行存储，存储数据包括建筑高度，建筑宽度。
更进一步的方案为：存储数据还包括建筑名称，建筑面积、建筑历史和建筑修建完成时间。
更进一步的方案为：预设范围值是以移动终端的经纬度坐标为圆心，r为半径的扇形面积值；扇形对应的圆心角的朝向包括移动终端的朝向数据值；圆心角的朝向为固定范围值，朝向数据值为固定方位值。
更进一步的方案为：判断方法包括以下步骤：
1).选取预设范围值内可视经纬度坐标点，具体为：
a.计算预设范围值内经纬度坐标与手机定位的经纬度坐标之间的直线距离值，手机定位的经纬度坐标点定义为点O；
b.将所述直线距离值与摄像头视锥的可视最远距离值比较；
c.得到所述直线距离值小于摄像头视锥的可视最远距离值的中间经纬度坐标点；
d.得到摄像头视锥的垂直角度值内建筑对应的可视经纬度坐标点，具体判断方法为：计算角度∠QOY，点Q为建筑最高点，点Y为地心点；判断角度∠QOY的值在所属范围内的建筑名称，得到相应建筑绑定的可视经纬度坐标点；所属范围具体为角度∠QOY的值大于摄像头与竖直方向的夹角值且小于摄像头视锥的垂直角度值与摄像头与竖直方向的夹角值之和；
2).选取建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a1.计算角度∠YOQn和角度∠Y0Qn-m，点Qn为第n个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，n为大于2的整数，m为带1的整数且小于N，点Qn-1为第n-1个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，点0、点Y、点Qn和点Qn-m在同一平面；第n-m个可视经纬度坐标点距离点0的直线距离小于第n个可视经纬度坐标点距离点0的直线距离；
b1.得到建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为，比较角度∠YOQn和角度∠Y0Qn-m的大小，选择角度∠Y0Qn-m小于角度∠YOQn对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
5).选取建筑水平方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a2.通过计算公式计算计算角∠EqOFq，计算公式为其中X为建筑计算宽度,d为最终预垂直显示建筑经纬度坐标点与手机定位的经纬度坐标点的直线距离，θq为∠EqOFq，Eq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最左端点，Fq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最右端点；q为大于2的整数；
b2.计算θq-p，p为大于1的整数且小于q；第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点0的直线距离小于第q-p个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点0的直线距离；选取θq-p大于θq对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
C2.步骤b2得到的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点为最终预显示建筑经纬度坐标点。
更进一步的方案为：所述移动终端优选为手机。
服务器里的数据建立步骤为：
a).地理位置信息库的建立：采集地理位置信息的数据，地理位置信息的数据包括当前位置的经纬度、建筑名称，建筑高度，建筑宽度，建筑面积和建筑历史；。
b).地理位置信息数据的编辑：将采集的数据进行编辑，在数据库中将采集好的数据按照经纬度存储在服务器上，该点经纬度坐标的建筑名称，建筑高度，建筑宽度，建筑面积和建筑历史信息作为属性一起绑定上传至服务器中。室内定位的方法为：
c).部署室内定位：部署wifi定位所需要的无线AP和蓝牙定位所需要的iBeacon，现场采集了数据之后上传到服务器上以备使用，采集的数据包括。
启动蓝牙，通过利用手机的蓝牙以及wifi元器件搜索到的wifi信号和蓝牙iBeacon信号作为基准，通过指纹匹配算法来推算出当前的定位经纬度坐标。
所有的建筑模型都按照规则的圆柱体进行存储，宽度对应着该建筑的占地面积的最大宽度；建筑对应经纬度坐标点定义为圆柱体的正投影圆心。
利用手机电子罗盘获得的朝向可以确定当前手机摄像头的朝向；手机获得与竖直方向的夹角可以通过手机内置的陀螺仪芯片。
3D投影算法将存储数据与手机摄像头获得的影像中的建筑一一对应，完成了一次场景识别。存储数据与手机屏幕上影像一一对应显示，使用户对于自己所在位置及附近信息一目了然。为了保证场景识别的准确度，所以我们对于定位的精确度确度有着较高的要求。
为了使本场景识别使用范围更加的广泛，就必须要求在室内也要有一个精确的定位结果，所以我们利用Wifi定位与iBeacon定位相结合来实现室内定位，定位误差在5米以内。这样，本场景识别就能广泛的应用于室内，例如：商场、停车场、旅游景区等占地面积较大却又不容易辨别方向等场合。
实施例2
在实施例一的基础上，图1所示：3d投影矩阵算法的目的为使3D的物体投影为2D时能产生远小近大的效果。点O(0,0,0)为摄像机(眼睛的位置)，我们只把坐标在v iewfrustum(视锥)中物体显示在手机可视范围之内，在视锥体之外的物体我们将不予显示。P1点比P点离O点近，则在3D转换为2D的显示中，P1点的物体看起来就会比P点物体大。
图3所示：选取两个物体进行说明，实际物体1为较近物体，对应的相应位置的储存信息对应文字一，显示在屏幕的位置对应投影2；实际物体2为较远物体，对应的相应位置的储存信息对应文字二，显示在屏幕的位置对应投影1。根据实际物体投影在手机屏幕上的位置，从后台数据拿到相应的文字信息，将文字信息投影在相应的物体上覆盖显示，由于3d投影矩阵算法的原理，远一点的物体文字看起来也会对应的小一些。产生强烈的真实感。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ.通过移动终端获取用户当前的位置信息，与服务器进行通信，并下载位置信息周围预设范围值内的区域位置信息及区域位置信息对应的存储数据；
Ⅱ.通过移动终端获取移动终端上的摄像头朝向数据值和摄像头与竖直方向的夹角值，以及移动终端摄像头视锥的垂直角度值、水平角度值和可视最远距离值；
Ⅲ.移动终端运用朝向数据值、夹角值、垂直角度值、水平角度值、可视最远距离值和判断方法选取预显示区域位置信息，进一步得到最终预显示位置信息对应的显示用的存储数据；
Ⅳ.移动终端通过调用摄像头获取视频信息，并通过3D投影算法将显示用的存储数据投影到视频信息后进行显示；
位置信息为经纬度坐标，位置信息通过GPS定位获取或者通过室内定位获取；所述存储数据与位置信息绑定，且存储数据作为位置信息属性进行存储，存储数据包括建筑高度，建筑宽度；
判断方法包括以下步骤：
1).选取预设范围值内可视经纬度坐标点，具体为：
a.计算预设范围值内经纬度坐标与手机定位的经纬度坐标之间的直线距离值，手机定位的经纬度坐标点定义为点O；
b.将所述直线距离值与摄像头视锥的可视最远距离值比较；
c.得到所述直线距离值小于摄像头视锥的可视最远距离值的中间经纬度坐标点；
d.得到摄像头视锥的垂直角度值内建筑对应的可视经纬度坐标点，具体判断方法为：计算角度∠QOY，点Q为建筑最高点，点Y为地心点；判断角度∠QOY的值在所属范围内的建筑名称，得到相应建筑绑定的可视经纬度坐标点；所属范围具体为角度∠QOY的值大于摄像头与竖直方向的夹角值且小于摄像头视锥的垂直角度值与摄像头与竖直方向的夹角值之和；
2).选取建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a1.计算角度∠YOQn和角度∠YOQn -m，点Qn为第n个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，n为大于2的整数，m为带1的整数且小于N，点Qn-1为第n-1个可视经纬度坐标点对应的建筑最高点，点O 、点Y、点Qn和点Qn-m在同一平面；第n-m个可视经纬度坐标点距离点O 的直线距离小于第n个可视经纬度坐标点距离点O 的直线距离；
b1.得到建筑垂直方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为，比较角度∠YOQn和角度∠YOQn -m的大小，选择角度∠YOQn -m小于角度∠YOQn对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
3).选取建筑水平方向没有被遮挡的建筑对应最终预显示建筑经纬度坐标点，具体为：
a2.通过计算公式计算计算角∠EqOFq，计算公式为其中X为建筑计算宽度,d为最终预垂直显示建筑经纬度坐标点与手机定位的经纬度坐标点的直线距离，θq为∠EqOFq，Eq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最左端点，Fq为第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点对应的建筑宽度正投影的最右端点；q为大于2的整数；
b2.计算θq-p，p为大于1的整数且小于q；第q个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点O 的直线距离小于第q-p个最终预垂直显示建筑经纬度坐标点距离点O 的直线距离；选取θq-p大于θq对应的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点；
C2.步骤b2得到的最终预垂直显示建筑经纬度坐标点为最终预显示建筑经纬度坐标点。
2.如权利要求1所述一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，其特征在于，存储数据还包括建筑名称，建筑面积、建筑历史和建筑修建完成时间。
3.如权利要求1所述一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，其特征在于，预设范围值是以移动终端的经纬度坐标为圆心，r为半径的扇形面积值；扇形对应的圆心角的朝向包括移动终端的朝向数据值；圆心角的朝向为固定范围值，朝向数据值为固定方位值。
4.如权利要求1所述一种基于室内定位和GPS的场景识别方法，其特征在于，所述移动终端为手机。
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