CN108489484A - 一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，包括以下步骤：一、接收指挥中心传输的建筑内部平面图数据，提取数据中的关键要素，以简图形式绘制在智能可视眼镜上；二、实时接收惯性导航设备传输的位置信息，并将接收到的数据保存到本地数据库；三、根据惯性导航位置信息，判断单兵所在楼层并将智能可视眼镜平面简图切换至该层，匹配坐标关系，绘制单兵所在地图位置点及前进路径；四、判断当前是否是撤离状态。本发明以智能可视眼镜为平台，综合利用惯性导航技术、网络传输技术，可以在浓烟可见度低的情况下为消防单兵提供撤离路线导航，辅助其安全迅速撤离火场。

Description

一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法

技术领域

本发明涉及单兵路径导航，具体涉及一种在特殊环境下依据记忆路线导航撤离方法。

背景技术

随着城市快速发展，大型建筑火灾时有发生，为了应对其内部形势复杂，火场环境恶劣的问题，不断有新的仪器装备列装消防部队，比如智能可视眼镜、惯性导航等设备。但是，在大型建筑火灾现场中，烟雾浓度大、可见度低，消防内攻单兵不熟悉建筑内部地形，当前消防员仍通过绳索绑缚身上，撤离时沿绳索后退，但是这种方式存在前进距离短(绳索一般30到50米)，使用不灵活等问题。

因此，针对当前大型建筑等复杂形势下的火场环境，如何结合消防装备，利用智能可视眼镜、惯性导航设备合理有效地为消防内攻单兵提供路径导航、保障消防单兵顺利撤离火场是一个亟须解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的在复杂恶劣环境中，特别是在失火浓烟楼宇、地下等建筑中，GPS定位导航失效，消防单兵无法顺利撤出火场的问题，提供一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径撤离方法。该方法综合运用增强现实、网络传输和惯性导航等技术，实时绘制单兵前进路径，在撤离时，根据前进路径轨迹，利用语音和文字进行撤离导航，辅助单兵安全撤离现场。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，包括以下步骤：

一、接收指挥中心传输的建筑内部平面图数据，提取数据中墙体、门窗、楼梯、安全出口等关键要素，以简图形式绘制在智能可视眼镜上；

二、实时接收惯性导航设备传输的位置信息，并将接收到的数据保存到本地数据库；

三、根据惯性导航位置信息，判断单兵所在楼层并将智能可视眼镜平面简图切换至该层，匹配坐标关系，绘制单兵所在地图位置点及前进路径；

四、判断当前是否是撤离状态，如果不是，重复步骤三；否则判断当前位置是否偏离历史路径轨迹，如果偏离，计算偏离方向并进行语音和文字提醒。

所述步骤一中建筑内部平面图数据指的是从消防用建筑内部CAD图纸提取的墙体、门窗、楼梯和安全出口等关键特征数据。

所述步骤二中的惯性导航(惯导)设备指的是一种自主式导航系统，其利用内部惯性元件来测量云载体本生的加速度，经过积分和运算得到速度和位置。

所述步骤三中坐标匹配，指的是将惯导坐标系与步骤一所述智能眼镜上的平面简图坐标系重合。

所述步骤三中切换当前楼层的具体方法包括如下步骤：

①通过步骤一获取建筑各楼层高h₁、h₂···h_k(下标表示楼层，h表示该楼层高度)；

②判断惯性导航位置坐标z_i′所处范围，若0≤z_i′<h₁，则消防单兵当前处于1楼，否则继续判断h₁≤z_i′<h₁+h₂，直到有成立，得到消防单兵处于k楼。

所述步骤三中匹配坐标关系的具体方法为：

惯导坐标系X′轴与室内地形坐标系X轴的夹角为θ，其原点O′在室内地形坐标系的坐标为(ΔxΔy)，根据平面坐标转换关系，单兵在惯导坐标系下的坐标(x_i′ y_i′)(已忽略Z向坐标值)与在室内地形坐标系下的坐标(x_i y_i)满足以下关系：

根据上式得到消防单兵在室内地形坐标系下的坐标。

所述步骤四中判断当前位置是否偏离历史路径轨迹的具体方法为：

记惯导当前坐标为(x_t′ y_t′ z_t′)，遍历步骤二中存储的历史位置坐标数据库，寻找与当前距离最近点(x′_k0 y′_k0 z′_k0)，满足以下条件：

若σ≤ε成立，则未偏离记忆路径，否则计算偏离方向。

所述步骤四中计算偏离方向的具体方法包括如下步骤：

1)根据步骤四，将惯导坐标转换到室内平面坐标系下：

(x′_t-1 y′_t-1 z′_t-1)→(x_t-1 y_t-1)

(x_t′ y_t′ z_t′)→(x_t y_t)

(x′_k0-1 y′_k0-1 z′_k0-1)→(x_k0-1 y_k0-1)

(x′_k0 y′_k0 z′_k0)→(x_k0 y_k0)

2)计算偏移夹角：

若cosα<0，提示已向左偏离记忆路径，否则提示已向右偏离记忆路径。

有益效果：本发明与现有技术相比，解决了火场浓烟或黑夜的楼宇、地下等场地，北斗/GPS无法定位导航的问题，利用智能可视眼镜及其处理器，绘制室内地形简图，显示存储单兵前进路径，当作战单兵处于撤离状态时，根据此刻惯导位置坐标和记忆存储路径的比较结果，判断是否偏离路线并提供语音和文字提示，指引单兵安全走出复杂环境。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为建筑CAD图；

图3为图2相对应的室内地形简图；

图4为惯导坐标系X′O′Y′和室内地形坐标系XOY匹配关系示意图；

图5为单兵定位与记忆路径示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图5和火场救援案例，对本发明内容进行详细阐述。

如图1所示，本发明提供一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，包括以下步骤：

一、某建筑发生火情，指挥中心调取该建筑预先处理的各楼层CAD数字图，选取墙体、门窗、楼梯、安全出口、楼层高等关键特征数据进行打包，通过自组网发送至智能可视眼镜(本实施例中的智能可视眼镜是一款增强现实眼镜，其成像系统采用的是共轭全息波导成像技术，视场角达到30°，分辨率高达1280×720，画面显示相当于位于3米远处的64寸电视画面，可在眼镜上叠加显示图片和文字而不影响单兵的正常视线)，智能可视眼镜接收并解析数据，然后绘制室内平面简图。如图2所示是为本实施例的建筑CAD图，图3是智能可视眼镜绘制并显示的效果。

二、智能可视眼镜通过蓝牙传输技术，接收惯导设备的消防单兵实时位置坐标信息数据(x′ y′ z′)。建立惯导历史位置坐标数据库，将接收到的数据存储在该库中。

三、根据惯导当前位置坐标数据判断消防单兵所处楼层，并在智能可视眼镜上切换显示该楼层地形简图，其具体操作为：①通过步骤一获取建筑各楼层高h₁、h₂···h_k(下标表示楼层，h表示该楼层高度)；②判断惯导位置坐标z_i所处范围，若0≤z_i<h₁，则消防单兵当前处于1楼，否则继续判断h₁≤z_i<h₁+h₂，直到有成立，得到消防单兵处于k楼。

当确定消防单兵在某一层后，忽略其Z向坐标值，将惯导坐标系X′O′Y′和室内地形坐标系XOY简化为二维形式，如图4所示，其中：惯导坐标系X′轴与室内地形坐标系X轴的夹角为θ，其原点O′在室内地形坐标系的坐标为(Δx Δy)，根据平面坐标转换关系，消防单兵在惯导坐标系下的坐标(x_i′ y_i′)(已忽略Z向坐标值)与在室内地形坐标系下的坐标(x_iy_i)满足以下关系：

根据公式(1)得到消防单兵在室内地形坐标系下的坐标，标记在地形简图上并将历史轨迹连接成线，效果如图5中室内地形图的实线所示。

四、当消防单兵接收到指挥中心的撤离指令或主动触动撤离按键时，智能可视眼镜进入撤离状态，在此状态下，将实时接收到的惯导坐标数据以虚线形式绘制并显示在眼镜中(如图5所示)。

记惯导当前坐标为(x_t′ y_t′ z_t′)，遍历步骤二存储的历史位置坐标数据库，寻找与当前距离最近点(x′_k0 y′_k0 z′_k0)，即满足以下条件：

若σ≤ε(ε是判断是否偏离记忆路径的阈值，按照经验，本实例中取0.5)成立，则未偏离记忆路径，否则计算其偏离方向，具体包括如下步骤：

1)根据步骤四，将惯导坐标转换到室内平面坐标系下：

(x′_t-1 y′_t-1 z′_t-1)→(x_t-1 y_t-1)

(x_t′ y_t′ z_t′)→(x_t y_t)

(x′_k0-1y ′_k0-1 z′_k0-1)→(x_k0-1 y_k0-1)

(x′_k0 y′_k0 z′_k0)→(x_k0 y_k0)

2)计算偏移夹角：

若cosα<0，提示已向左偏离记忆路径，否则提示已向右偏离记忆路径。

Claims (7)

1.一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、接收指挥中心传输的建筑内部平面图数据，提取数据中的关键要素，以简图形式绘制在智能可视眼镜上；

二、实时接收惯性导航设备传输的位置信息，并将接收到的数据保存到本地数据库；

三、根据惯性导航位置信息，判断单兵所在楼层并将智能可视眼镜平面简图切换至该层，匹配坐标关系，绘制单兵所在地图位置点及前进路径；

四、判断当前是否是撤离状态，如果不是，重复步骤三；否则判断当前位置是否偏离历史路径轨迹，如果偏离，计算偏离方向并进行语音和文字提醒。

2.根据权利要求1所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤三中切换当前楼层的具体方法包括如下步骤：

①通过步骤一获取建筑各楼层高h₁、h₂···h_k(下标表示楼层，h表示该楼层高度)；

②判断惯性导航位置坐标z_i′所处范围，若0≤z_i′<h₁，则消防单兵当前处于1楼，否则继续判断h₁≤z_i′<h₁+h₂，直到有成立，得到消防单兵处于k楼。

3.根据权利要求1所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤三中匹配坐标关系的具体方法为：

惯导坐标系X′轴与室内地形坐标系X轴的夹角为θ，其原点O′在室内地形坐标系的坐标为(ΔxΔy)，根据平面坐标转换关系，单兵在惯导坐标系下的坐标(x_i′ y_i′)(已忽略Z向坐标值)与在室内地形坐标系下的坐标(x_i y_i)满足以下关系：

根据上式得到消防单兵在室内地形坐标系下的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤四中判断当前位置是否偏离历史路径轨迹的具体方法为：

记惯导当前坐标为(x_t′ y_t′ z_t′)，遍历步骤二中存储的历史位置坐标数据库，寻找与当前距离最近点(x′_k0 y′_k0 z′_k0)，满足以下条件：

若σ≤ε成立，则未偏离记忆路径，否则计算偏离方向，其中ε是判断是否偏离记忆路径的阈值。

5.根据权利要求4所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤四中计算偏离方向的具体方法包括如下步骤：

1)根据步骤四，将惯导坐标转换到室内平面坐标系下：

(x_t′_-1 y_t′_-1 z_t′_-1)→(x_t-1 y_t-1)

(x_t′ y_t′ z_t′)→(x_t y_t)

(x′_k0-1 y′_k0-1 z′_k0-1)→(x_k0-1 y_k0-1)

(x′_k0 y′_k0 z′_k0)→(x_k0 y_k0)

2)计算偏移夹角：

若cosα<0，提示已向左偏离记忆路径，否则提示已向右偏离记忆路径。

6.根据权利要求1所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤一中关键要素包括墙体、门窗、楼梯、安全出口。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于单兵智能可视眼镜的记忆路径导航方法，其特征在于：所述步骤一中建筑内部平面图数据指的是从消防用建筑内部CAD图纸提取的关键特征数据。