CN108801264A - 一种三维校正模型下的室内导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维校正模型下的室内导航方法,获取用户设备相对于初始绝对位置的位移数据，获得位置维度的第一输入量inertia(x,y)；根据各基站对应的广播信息的接收信号强度指示RSSI以及所述广播消息中基站所处的位置，确认用户设备所处的位置，获得位置维度的第二输入量iBeacon(x,y)；根据位置维度的第一输入量inertia(x,y)和第二输入量iBeacon(x,y)输入以iBeacon基站作为参考点建立的相对位置模型，判断用户设备处于iBeacon基站的相对位置relative(x,y)；在终点相对位置的阈值内，将相对位置relative(x,y)信息带入destination位置模型进行导航。

Description

一种三维校正模型下的室内导航方法

技术领域

本发明属于地理定位技术领域，涉及到三种定位方式融合的室内导航方法，具体涉及到iBeacon模型、inertia模型以及Relative模型相融合的三维度校正导航模型。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，智能机器人早就不是什么新鲜事物。而室内服务机器人作为新兴发展起来的产业，逐渐成为目前行业的风口浪尖，从最早的扫地机器人开始，家庭陪伴机器人、送餐机器人等陆续进入公众视线。面向服务端的室内服务机器人，其最大的问题还是解决定位导航。已经提出的室内定位技术包括红外定位技术、超声波定位技术、蓝牙定位技术、Wi-Fi定位技术、zigbee定位技术、磁场定位技术、计算机视觉定位技术等，但由于定位精度低、成本高、定位速度慢没有被广泛应用；单纯的利用WiFi、蓝牙，其信号容易衰减，精度差；利用UWB进行定位，其成本非常高；利用视觉进行导航，长距离高像素处理，速度会变慢，实时性不好。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种三维校正模型下的室内导航方法，通过三种不同的定位方式的整合，提升定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种三维校正模型下的室内导航方法，所述方法包括：

获取用户设备的角速度以及加速度信息，通过积分运算获取用户设备相对于初始绝对位置的位移数据，获得位置维度的第一输入量inertia(x,y)；

接收多个iBeacon基站发送的广播信息，每个iBeacon基站发送的广播消息中包括自身所处的位置信息，根据各基站对应的广播信息的接收信号强度指示RSSI以及所述广播消息中基站所处的位置，确认用户设备所处的位置，获得位置维度的第二输入量iBeacon(x,y)；

将位置维度的第一输入量inertia(x,y)和第二输入量iBeacon(x,y)输入以iBeacon基站作为参考点建立的相对位置模型，判断用户设备处于iBeacon基站的相对位置relative(x,y)；

在某一iBeacon基站相对位置的第一阈值内，开启用户设备的图像获取部件，获取最靠近的iBeacon基站的图片，图像识别出iBeacon基站位于图像的位置、在图像中的大小以及该iBeacon基站的位置标记，获得位置维度的第三个输入量image(x,y)；

将位置维度的第一输入量inertia(x,y)、位置维度的第二输入量iBeacon(x,y)以及位置维度的第三个输入量image(x,y)输入室内地图构建的绝对位置模型，计算绝对位置坐标absolute(x,y)，更新当前位置信息，重新开启下阶段的导航；

在终点相对位置的第二阈值内，将相对位置relative(x,y)信息带入destination位置模型进行导航。

优选的,在接收多个iBeacon基站发送的广播消息之前，所述方法还包括：根据实际应用环境，在需要定位的室内区域部署多个iBeacon基站，并对各iBeacon基站广播信息进行设置。

优选的,所述多个iBeacon基站布置在建筑物内顶面。

优选的,所述iBeacon基站的位置标记是指所述iBeacon基站标记有记录该基站在地图中位置的唯一标记。

优选的,所述方法还包括接收用户输入的目标位置，根据用户设备当前位置及电子室内地图确定当前位置到目标位置的路径。

本发明有益效果是:通过三种不同的方式进行定位数据进行三次整合计算，提升定位的精度；对每个阶段进行高精度的位置重置，使定位误差不会形成累计效应；通过将iBeacon设备粘贴在天花板上，安装方便，同时信号不容易形成阻挡；采用移动终端设备如手机终端设备作为定位终端，其集成度高，成本低，方便普及；安装方便，容易在各种环境形成系统集成。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的导航方法流程图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明采用惯导iBeacon加上图像标识识别多维度整合的方式可以有效的提高室内定位的精度，满足室内机器人定位导航的需求，同时低成本，易安装普及。其采用如下措施进行定位导航:根据室内的建筑图绘制室内地图；在服务机器人的移动区域内安装iBeacon定位基点设备，iBeacon设备安装在天花板上，不会形成遮挡；iBeacon定位基点设备的外壳上贴有不同基点的图像标签，供图像识别使用；在机器人平台上安装带有陀螺仪传感器及加速度传感器，通过其传感器信息，通过对加速度进行积分，可以知道待移动点的位置变化、速度变化，通过对角速度进行积分，可以得到移动点的方向变化，通过实时的对这些信息进行整合从而计算出位置信息，作为位置维度的第一个输入量；通过部署多个iBeacon基站，则可以通过与两个或多个基站的相对距离来找到机器人的位置大致区域，作为位置维度的第二个输入量；对惯导位置维度的信息及iBeacon的位置维度进行整合计算，发现机器人已经到iBeacon定位基点设备附近时则打开摄像头，进行图像识别，一方面识别出固定标签值，另一方面通过识别出定位标签的大小来判断机器人跟定位点之间距离位置，其作为位置维度的第三个输入量；将三个输入维度带有destination位置模型，精确的判断具体位置；对惯导的初始位置进行复位重置，对iBeacon的定位位置进行复位重置，形成下阶段定位信息的输入量。

具体的：服务机器人室内定位系统的运行环境的搭建，首先根据室内建筑图形成机器人移动的移动地图；第二将iBeacon设备上贴上识别标签；第三将iBeacon设备粘贴在天花板上；最后机器人的移动平台上增加具有陀螺仪传感器，加速度传感器，蓝牙模块的移动设备。

机器人在出发地，首先调取其存储的地图信息；获取出发地的原始位置信息；获取目的地信息；对路径进行规划；导入绝对位置信息absolute(X,Y)；实时获取陀螺仪的角速度信息及加速度传感器的加速度信息；导入惯导inertia模型计算出位置信息inertia(x,y)，每0.5S更新一次；获取布置在路径上各个iBeacon设备发射出来的蓝牙信号的强度信息；带入iBeacon位置信息计算模型，计算出位置信息iBeacon(x,y)，每每0.5S更新一次；将inertia(x,y)及iBeacon(x,y)带入二维度relative位置计算模型，计算出relative(x,y)的信息，每0.5S更新一次；当发现relative(x,y)的位置信息已经靠近某个带有标签的iBeacon设备时，打开摄像头；拍摄带有标签的iBeacon设备；通过图像识别的方式判断该iBeacon的标签；通过图像识别的方式，判断该iBeacon设备位于图像中的什么位置，图像中的大小；通过位置和大小及iBeacon设备的固定位置信息计算出image(X,Y)；将inertia(x,y)，iBeacon(x,y)及image(X,Y)三个位置信息带入absolute模型，计算出绝对位置信息absolute(X,Y)；更换绝对位置信息absolute(X,Y)，完成该阶段的导航；重新开启下阶段导航；在实时的导航过程中，当发现目的地当发现relative(x,y)的位置信息已经接近目的地时，利用超声波雷达获取的位置信息及relative(x,y)信息带入destination位置模型进行导航，直到超声波雷达监测到目标在10cm范围内，结束导航，完成。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种三维校正模型下的室内导航方法，其特征在于,所述方法包括：

获取用户设备的角速度以及加速度信息，通过积分运算获取用户设备相对于初始绝对位置的位移数据，获得位置维度的第一输入量inertia(x,y)；

接收多个iBeacon基站发送的广播信息，每个iBeacon基站发送的广播消息中包括自身所处的位置信息，根据各基站对应的广播信息的接收信号强度指示RSSI以及所述广播消息中基站所处的位置，确认用户设备所处的位置，获得位置维度的第二输入量iBeacon(x,y)；

将位置维度的第一输入量inertia(x,y)和第二输入量iBeacon(x,y)输入以iBeacon基站作为参考点建立的相对位置模型，判断用户设备处于iBeacon基站的相对位置relative(x,y)；

在某一iBeacon基站相对位置的第一阈值内，开启用户设备的图像获取部件，获取最靠近的iBeacon基站的图片，图像识别出iBeacon基站位于图像的位置、在图像中的大小以及该iBeacon基站的位置标记，获得位置维度的第三个输入量image(x,y)；

将位置维度的第一输入量inertia(x,y)、位置维度的第二输入量iBeacon(x,y)以及位置维度的第三个输入量image(x,y)输入室内地图构建的绝对位置模型，计算绝对位置坐标absolute(x,y)，更新当前位置信息，重新开启下阶段的导航；

在终点相对位置的第二阈值内，将相对位置relative(x,y)信息带入destination位置模型进行导航。

2.根据权利要求1所述的三维校正模型下的室内导航方法，其特征在于,在接收多个iBeacon基站发送的广播消息之前，所述方法还包括：根据实际应用环境，在需要定位的室内区域部署多个iBeacon基站，并对各iBeacon基站广播信息进行设置。

3.根据权利要求2所述的三维校正模型下的室内导航方法，其特征在于,所述多个iBeacon基站布置在建筑物内顶面。

4.根据权利要求1所述的三维校正模型下的室内导航方法，其特征在于,所述iBeacon基站的位置标记是指所述iBeacon基站标记有记录该基站在地图中位置的唯一标记。

5.根据权利要求1所述的三维校正模型下的室内导航方法，其特征在于,所述方法还包括接收用户输入的目标位置，根据用户设备当前位置及电子室内地图确定当前位置到目标位置的路径。