CN108801256A - 室内外导航的融合及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了的一种室内外导航的融合及导航方法。其中，融合方法包括：获取第一地图原始数据和第二地图原始数据；建立高精度高斯平面直角坐标系；选定边界触发区域；确定边界触发区域的第一经纬度坐标数据和第一高斯坐标数据；获得第二地图数据。导航方法为根据上述的融合方法获得第一地图原始数据和第二地图数据并根据第一地图原始数据和第二地图数据进行导航。本发明的室内外导航的融合及导航方法，可以实现室内导航和室外导航的无缝融合，提高室内外一体化导航的定位及导航精度。

Description

室内外导航的融合及导航方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种室内外导航的融合及导航方法。

背景技术

随着无线通信网络技术的不断发展，导航技术也越来越普及，使人们日常出行时，依靠手机、电脑或者车载的导航系统即可满足定位和线路规划的需求。

目前，室外导航技术已经日趋成熟，具有较为准确的高精度的定位和线路规划功能，使的人们的室外活动更加方便。而当人们在室内活动时，例如商场、展馆、写字楼等，则需要借助室内导航技术来完成导航。

但是，生活中大部分情况都需要对室外导航技术和室内导航技术结合应用，以满足人们的生活需要。由于室内导航技术和室外导航技术的地图数据、定位技术均不相同，导致目前室内外一体化的导航系统精度较低，使得室内外一体化定位导航系统应用无法广泛推广，

针对现有技术中由于室内导航技术和室外导航技术的地图数据、定位技术均不相同，导致没有很好的室内外一体化导航系统的问题，需要提供一种可以提供高精度的在室外导航系统的基础上融合室内导航系统的方法以及利用此融合技术进行导航的方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种室内外导航的融合及导航方法，可以在室外导航系统的基础上融合室内导航系统，提高室内外一体化的导航精度。

为实现上述目的，本发明的一种室内外导航的融合方法，包括以下步骤：

S1、获取室外导航的第一地图原始数据和室内导航的第二地图原始数据；

S2、建立高斯平面直角坐标系，用于确定一个或者多个建筑物在高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据；

S3、根据任一建筑物的室内矢量平面图的边界，选定由边界内区域和边界外区域构成的边界触发区域；

S4、确定边界触发区域的第一经纬度坐标数据，根据第一经纬度坐标数据确定边界触发区域在高斯平面直角坐标系中的第一高斯坐标数据；

S5、在第二地图原始数据内至少存储各个建筑物的边界触发区域的第一经纬度坐标数据和第一高斯坐标数据以获得第二地图数据。

进一步地，上述融合方法还包括：

根据建筑物的室内矢量平面图选定一个或者多个引导点；

确定引导点的第二经纬度坐标数据，根据第二经纬度坐标数据确定引导点在高斯平面直角坐标系中的第二高斯坐标数据；

在第二地图原始数据内进一步存储各个建筑物的引导点的第二经纬度坐标数据和第二高斯坐标数据以获得第二地图数据。

进一步地，引导点为建筑物的入口和/或出口。

进一步地，上述融合方法还包括，根据第二地图数据建立拓扑结构。

进一步地，上述融合方法还包括，在第二地图原始数据内进一步存储各个建筑物的边界触发区域的边界外区域对应的部分第一地图原始数据以获得第二地图数据。

本发明的一种室内外导航的导航方法，根据上述的融合方法获得第一地图原始数据和第二地图数据并根据第一地图原始数据和第二地图数据进行导航。

进一步地，上述导航方法包括定位方法，定位方法包括：

获取当前位置的经纬度坐标；

检测GPS信号的强度，若GPS信号的强度符合预定强度，则根据当前位置是否处于边界触发区域内而启动室内导航或者室外导航，若GPS信号的强度不符合预定强度，则确定当前位置处于边界触发区域内并启动室内导航。

进一步地，上述导航方法还包括，确定当前位置处于边界触发区域内时，存储当前位置在高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据。

进一步地，上述导航方法包括地图显示方法，地图显示方法包括：

确定当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

根据当前地图显示的比例尺，显示当前位置在室内地图和/或室外地图中的位置。

进一步地，上述导航方法包括路径规划方法，路径规划方法包括：

确定起始点和终点的坐标并确定为室内位置或者室外位置；

确定室内位置与所在建筑物的引导点之间的室内路径；

确定不同建筑物的引导点之间的室外路径；

根据室内路径和室外路径确定导航路径。

进一步地，上述导航方法包括引导方法，引导方法包括：

确定当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

根据对当前位置为室内位置或室外位置启动室内导航或者室外导航进行引导。

进一步地，上述导航方法还包括：

当确定当前位置为室内位置，并且室内位置位于边界触发区域的边界时，检测GPS信号的强度，若GPS信号的强度符合预定强度，则将室内导航切换为室外导航。

本发明的室内外导航的融合及导航方法，由于其采用建立用于融合室内导航和室外导航的高斯平面直角坐标系，可以为室内导航和室外导航的融合提供很好的转换纽带，并且将建筑物的边界触发区域的形状点经纬度坐标转换为形状点高斯坐标，作为融合触发区域，可以减小坐标转换时的建筑物变形情况，大大降低了室内数据采集过程中因建筑物矢量地图直接变换为WGS84坐标系导致的数据精度误差，可以使室外导航的坐标转化为高精度的高斯平面直角坐标系的坐标的每100米的误差小于0.01米，提高了室内外一体化导航的定位及导航精度，实现室内导航和室外导航的无缝切换。

附图说明

图1为本发明的室内外导航的融合方法流程图；

图2为本发明中室内外导航的定位方法流程图；

图3为本发明一个实施例的路径规划方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种室内外导航的融合方法，包括以下步骤：

S1、获取室外导航的第一地图原始数据和室内导航的第二地图原始数据。其中，第一地图原始数据可以包括但不限于建筑物的位置数据、轮廓数据、街道位置数据、街道尺寸数据等室外电子地图元素信息数据，第二地图原始数据可以包括但不限于建筑物的轮廓数据，楼层数据，室内兴趣点数据，电梯数据，楼梯数据，室内道路数据等室内电子地图元素信息数据。

S2、建立高精度高斯平面直角坐标系，用于确定一个或者多个建筑物在该高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据。为了更高的通用性，因此在建立坐标系考虑建立一个可以覆盖全球的坐标系，在本发明实施例中，该高精度高斯平面直角坐标系为可覆盖全球范围的唯一的高斯平面直角坐标系，其精度要求可达到0.01米。由于目前民用普通导航室外地图以及室外定位精度均在米级别误差范围，本发明实施例采用的高斯平面直角坐标系，不但可以完全满足室内高精度地图数据在厘米级别的精度要求，还可以提高定位的精度和准确性。

S3、根据任一建筑物的室内矢量平面图的边界，选定由边界内区域和边界外区域构成的边界触发区域，其中，室内矢量平面图包括但不限于CAD图，边界触发区域应当包含并且大于对应建筑物的外轮廓。例如，可以先选取该建筑物的室内矢量平面图的每边最大尺寸，再在该最大尺寸的基础上向外扩展一定的距离后，将扩展后的区域作为边界触发区域的边界。在本发明实施例中，边界内区域指的是边界触发区域内的建筑物内部的区域，边界外区域指的是边界触发区域内的建筑物外部的区域。

S4、确定边界触发区域的第一经纬度坐标数据，根据第一经纬度坐标数据确定边界触发区域在高斯平面直角坐标系中的第一高斯坐标数据，即第一经纬度坐标数据包括边界触发区域的边界内区域和边界外区域全部区域的经纬度坐标。在本发明实施例中，室内地图数据采用高斯平面直角坐标系进行坐标转换，可以保证建筑物边界触发区域形状点位置的经纬度坐标转换后的精度。

S5、在第二地图原始数据内至少存储各个建筑物的边界触发区域的第一经纬度坐标数据和第一高斯坐标数据以获得第二地图数据，即在室内地图中增加边界触发区域内的建筑物内的区域和建筑物外的区域的经纬度坐标数据和高斯坐标数据，从而第一地图数据和第二地图数据无缝融合，也就使室外导航和室内导航无缝融合。

在本发明另一实施例中，还可以在第一地图原始数据内至少存储各个建筑物的边界触发区域的第一高斯坐标数据以获得第一地图数据，即在室外地图中增加边界触发区域内的建筑物内的区域和建筑物外的区域的高斯坐标数据。需要说明的是，无论是室内导航还是室外导航中，至少有一个地图的数据内存储有第一高斯坐标数据和第一经纬度坐标数据即可。

在本发明另一实施例中，上述融合方法还包括：

根据建筑物的室内矢量平面图选定一个或者多个引导点。其中，引导点可以为建筑物的入口和/或出口。

确定引导点的第二经纬度坐标数据，根据第二经纬度坐标数据确定引导点在高斯平面直角坐标系中的第二高斯坐标数据。

在第二地图原始数据内进一步存储各个建筑物的引导点的第二经纬度坐标数据和第二高斯坐标数据以获得第二地图数据。

由于对各个建筑物分别设置了引导点，因此在对于建筑物进行室内、室外导航时，可以更加精准地确定目的地以及规划路线。

在本发明另一实施例中，还可以在第一地图原始数据内进一步存储各个建筑物的引导点的第二高斯坐标数据以获得第一地图数据。需要说明的是，无论是室内导航还是室外导航中，至少有一个地图的数据内存储有第二高斯坐标数据和第二经纬度坐标数据即可。

在本发明另一实施例中，在第二地图原始数据内进一步存储各个建筑物的边界触发区域的边界外区域对应的部分第一地图原始数据以获得第二地图数据，从而将各个建筑物的边界触发区域的边界外区域部分的电子地图信息也存储到室内地图中，使使用者移动到建筑物边界时，可以同时看到在边界触发区域内的建筑物内外部分的地图信息。

在本发明另一实施例中，还包括，根据第二地图数据建立拓扑结构，从而整合室内导航的电子地图信息数据，形成带有边界触发区域内的边界内区域和边界外区域全部电子地图信息的、可以与室外导航融合的室内导航电子地图。

在本发明另一实施例中，还包括，第二地图数据按其所属数据类别、数据楼层分别制作和存储，以便数据的分类、制作，以及分楼层或者分类显示。

本发明的一种室内外导航的导航方法，包括根据上述的融合方法获得第一地图原始数据和第二地图数据并根据第一地图原始数据和第二地图数据进行导航。在本发明另一实施例中，若将第一地图原始数据进一步存储了其他数据获得了第一地图数据，则该导航方法，包括根据上述的融合方法获得第一地图数据和第二地图数据并根据第一地图数据和第二地图数据进行导航。

本发明的导航方法包括：定位方法、地图显示方法、路径规划方法和引导方法。

本发明的定位方法包括但不限于采用蓝牙、伪卫星、LED定位、惯性导航和行人惯性导航等基于室内平面直角坐标系进行定位的方法。

在本发明实施例中，如图2所示，定位方法包括：

获取当前位置的经纬度坐标；

检测GPS信号的强度，具体地，可以通过导航系统的定位模块获取GPS信息。若GPS信号的强度符合预定强度，则根据当前位置是否处于边界触发区域内而启动室内导航或者室外导航，如果在建筑物的边界触发区域范围内，确定为室内位置，否则确定为室外位置，然后再根据对当前位置的判断结果启动室内导航或者室外导航，当确定当前位置为室内位置时，启动室内导航，当确定当前位置为室外位置时，启动室外导航；若GPS信号的强度不符合预定强度，则确定当前位置处于边界触发区域内，即当前位置为室内位置，并启动室内导航，并使用室内定位获取室内导航对应的坐标。

在本发明另一实施例中，通过定位模块连接卫星，GPS信号的强度符合预定强度例如可以为同时接收到大于或者等于4颗卫星的卫星信号，GPS信号的强度不符合预定强度例如可以为同时接收到小于4颗卫星的卫星信号。或者也可以按照其他不同数量卫星的卫星信号来确定GPS信号的预定强度。

在本发明另一实施例中，确定当前位置处于边界触发区域内时，存储当前位置在高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据，用于下一次导航启动时的位置校准。

在本发明实施例中，地图显示方法包括：

确定当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

以建筑物的边界触发区域作为融合区域，在地图描画和显示时，根据当前地图显示的比例尺，显示当前位置在室内地图和/或室外地图中的位置，可以设置导航系统在不同的图层、不同的比例尺下，显示不同的电子地图信息数据内容。具体地，可以设定大于比例尺k时，只显示室内地图。小于比例尺k时，只显示室外地图。另外，在比例尺为k时，同时显示室内地图和室外地图。其中，k可以为任意正数。

具体地，室内地图和室外地图的绘制，以建筑物的边界触发区域的形状点为轮廓，在该轮廓作为融合区域，在融合区域外绘制室外地图，在融合区域根据第二地图数据绘制室内地图。

在本发明实施例中，路径规划方法包括：

确定起始点和终点的坐标并确定为室内位置或者室外位置；确定室内位置与所在建筑物的引导点之间的室内路径；确定不同建筑物的引导点之间的室外路径；根据室内路径和室外路径确定导航路径。

具体地，如果起始点和终点均在室外，则获取起始点和终点对应的建筑物引导点的第二经纬度坐标，采用室外导航进行路径规划。如果起始点和终点均在室内，则先使用该起始点和终点对应的建筑物引导点的第二经纬度坐标，通采用室外导航进行路径规划，然后记录对应的建筑物引导点的第二经纬度坐标，通过其与建筑物的边界触发区域形状点的空间位置关系，计算出该引导点对应的室内电子地图的高斯平面坐标，使用室内导航进行起始点和终点和与其对应建筑物的引导点的路径规划，最后将室外导航的路径规划和室内导航的路径规划进行拼接。

图3为根据本发明的一个实施例的路径规划方法的流程图。在采用本发明的导航方法以建筑物边界触发区域为边界区域进行路径规划时，先判断起点(O)和终点(D)在室内还是室外，如果在室外，直接启动室外导航进行路径规划。如果O点和D点在室内，则以O点和D点分别所在的建筑物的引导点G1和引导点G2的经纬度坐标为室外导航起终点，启动室外导航进行引导点G1和引导点G2之间的室外路径规划，获取室外路径L1。然后根据引导点G1和引导点G2的经纬度坐标与边界触发区域的形状点的相对关系，计算引导点G1和引导点G2在高斯直角坐标系内的坐标，启动室内导航，分别进行O点到引导点G1和引导点G2到D点的室内路径规划，获取室内路线L2和L3。最后将路线L1、L2、L3进行路线拼接，作为结果路线。

在本发明实施例中，引导方法包括：

根据导航系统的定位模块确定当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

根据当前位置为室内位置或室外位置启动室内导航或者室外导航进行引导。

在本发明另一实施例中，在采用导航系统进行引导时，当然还可以以建筑物边界触发区域为边界区域，判断起点和终点是室内位置还是室外位置，如果均在室外，则启动室外导航进行引导。如果均在室外，则启动室内导航进行引导。

如果当前位置位于边界触发区域时，则在由室外进入室内时，需要平滑启动室内导航进行引导，在室内到室外时，平滑启动室外导航进行引导。因此，在本发明另一实施例中，还包括：

当确定当前位置为室内位置，并且室内位置位于边界触发区域的边界时，检测GPS信号的强度，若GPS信号的强度符合预定强度，则将室内导航切换为室外导航。

综上所述，本发明的室内外导航的融合及导航方法，由于其采用建立用于融合室内导航和室外导航的高斯平面直角坐标系，可以为室内导航和室外导航的融合提供很好的转换纽带，并且将建筑物的边界触发区域的形状点经纬度坐标转换为形状点高斯坐标，作为融合触发区域，可以减小室内地图数据坐标转换时的建筑物平面变形情况，大大降低了室内数据采集过程中因建筑物矢量地图直接变换为WGS84坐标系导致的数据精度误差，提高了室内外一体化导航的定位及导航精度，实现室内导航和室外导航的无缝切换。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种室内外导航的融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取室外导航的第一地图原始数据和室内导航的第二地图原始数据；

S2、建立高斯平面直角坐标系，用于确定一个或者多个建筑物在所述高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据；

S3、根据任一所述建筑物的室内矢量平面图的边界，选定由边界内区域和边界外区域构成的边界触发区域；

S4、确定所述边界触发区域的第一经纬度坐标数据，根据所述第一经纬度坐标数据确定所述边界触发区域在所述高斯平面直角坐标系中的第一高斯坐标数据；

S5、在所述第二地图原始数据内至少存储各个所述建筑物的边界触发区域的所述第一经纬度坐标数据和所述第一高斯坐标数据以获得第二地图数据。

2.如权利要求1所述的室内外导航的融合方法，其特征在于，还包括：

根据所述建筑物的室内矢量平面图选定一个或者多个引导点；

确定所述引导点的第二经纬度坐标数据，根据所述第二经纬度坐标数据确定所述引导点在所述高斯平面直角坐标系中的第二高斯坐标数据；

在所述第二地图原始数据内进一步存储各个所述建筑物的引导点的所述第二经纬度坐标数据和所述第二高斯坐标数据以获得所述第二地图数据。

3.如权利要求2所述的室内外导航的融合方法，其特征在于，所述引导点为所述建筑物的入口和/或出口。

4.如权利要求1所述的室内外导航的融合方法，其特征在于，还包括，根据所述第二地图数据建立拓扑结构。

5.如权利要求1所述的室内外导航的融合方法，其特征在于，在所述第二地图原始数据内进一步存储各个所述建筑物的边界触发区域的边界外区域对应的部分第一地图原始数据以获得所述第二地图数据。

6.一种室内外导航的导航方法，根据权利要求1-5中任一项所述的融合方法获得第一地图原始数据和第二地图数据并根据所述第一地图原始数据和第二地图数据进行导航。

7.如权利要求6所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，包括定位方法，所述定位方法包括：

获取当前位置的经纬度坐标；

检测GPS信号的强度，若所述GPS信号的强度符合预定强度，则根据当前位置是否处于边界触发区域内而启动室内导航或者室外导航，若所述GPS信号的强度不符合预定强度，则确定所述当前位置处于边界触发区域内并启动室内导航。

8.如权利要求7所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，还包括，确定所述当前位置处于边界触发区域内时，存储所述当前位置在所述高斯平面直角坐标系中的高斯坐标数据。

9.如权利要求6所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，包括地图显示方法，所述地图显示方法包括：

确定所述当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

根据当前地图显示的比例尺，显示所述当前位置在室内地图和/或室外地图中的位置。

10.如权利要求6所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，包括路径规划方法，所述路径规划方法包括：

确定起始点和终点的坐标并确定为室内位置或者室外位置；

确定所述室内位置与所在建筑物的引导点之间的室内路径；

确定不同建筑物的引导点之间的室外路径；

根据所述室内路径和所述室外路径确定导航路径。

11.如权利要求6所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，包括引导方法，所述引导方法包括：

确定当前位置的坐标并确定为室内位置或室外位置；

根据对所述当前位置为室内位置或室外位置启动室内导航或者室外导航进行引导。

12.如权利要求11所述的室内外导航的导航方法，其特征在于，还包括：

当确定所述当前位置为室内位置，并且所述室内位置位于边界触发区域的边界时，检测GPS信号的强度，若所述GPS信号的强度符合预定强度，则将室内导航切换为室外导航。