CN108957504A - 室内外连续定位的方法和系统 - Google Patents

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吴波
齐晓琳
崔涛
李彦爽
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    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种增室内外连续定位的方法，其包括：通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；采集使用者周围的影像信息；通过图像识别，对使用者室内位置进行定位。本发明还涉及一种增室内外连续定位的系统。

Description

室内外连续定位的方法和系统
技术领域
本发明属于应急处置领域，具体涉及一种室内外连续定位的方法和系统。
背景技术
随着城市建设的发展，人口密度增加，城市各个基础设施的运行压力急剧升高。水、电、燃气等部门需时时检修维护，防范可能出现的事故。然而，由于使用者疏忽，或人为故意造成的事故仍无法杜绝。应急处置是保护国家、集体、个人财产和居民生命安全的一项重要工作，在城市庞大的体系中，现有的应急处置手段已经不能满足需要，如何快速、直观地获取信息成为城市应急处置所面临的难题之一。
增强现实技术简称AR，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。这种技术不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
基于增强现实技术可将虚拟信息与现实信息融合的特性，发明人提供一种室内外连续定位的方法和系统。该系统使用时，可以通过AR设备采集一线信息，调取数据库的数据，直接指导一线的使用者进行处置。同时后方调度人员也能及时知晓前方情况，安排调度。
发明内容
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种增室内外连续定位的方法，其包括：
通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；
采集使用者周围的影像信息；
通过图像识别，对使用者室内位置进行定位。
优选地，所述使用者地理坐标通过GPS、CORS和北斗中的一种或多种方法获得。
优选地，利用增强现实设备采集所述增强现实设备周围的影像信息。
后方服务器通过接收由所述增强现实设备捕获的影像信息确定所述增强现实设备的位置，即室内定位。同时，使用者通过所述增强现实设备获得视觉内容。其中，利用基建数据库确定所述增强现实设备的位置。
所述基建数据库包括建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等。其中，所述建筑物数据包括所述建筑物内部可以作为识别标志的数据信息，所述识别标志包括但不限于：楼层标志、管线标志、商铺标志、建筑结构标志、应急设施标志等。
所述建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等之间相互关联，例如设置在二层电梯口的消防栓在建筑物数据和市政设置数据中存在映射关系，其位置在地理信息数据中也有记载。
映射位置，通过卫星或基站确定使用者的地理坐标，调取对应所述地理坐标的建筑物数据。
将所述增强现实设备捕获的影像信息与建筑物数据进行映射，以确定所述增强现实设备的室内位置。
通过上述映射，从而不仅可以知道增强现实设备使用者的地理位置(室外)，还可知晓其在建筑物中的位置(室内)。所述增强现实设备采集到的地理位置数据与视觉内容还可向另一电子设备发送。
优选地，利用inside-out定位方法，结合陀螺仪、加速计历史数据辅助定位。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种增室内外连续定位的系统，其包括：
地理定位单元，通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；
基建数据库，存储用于将影像信息与建筑物关联的数据。
AR图像采集单元，采集使用者周围的影像信息；和
处理器。
优选地，所述系统还包括AR显示单元，用于显示视觉内容。
所述视觉内容包括AR图像采集单元采集的影像信息和处理器发送到AR显示单元的信息。
优选地，所述地理定位单元包括GPS、CORS和北斗中的一种或多种。
优选地，利用inside-out定位方法，结合陀螺仪、加速计历史数据辅助定位。
优选地，所述基建数据库包括建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等。其中，所述建筑物数据包括所述建筑物内部可以作为识别标志的数据信息，所述识别标志包括但不限于：楼层标志、管线标志、商铺标志、建筑结构标志、应急设施标志等。
所述建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等之间相互关联。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种增室内外连续定位的系统，其包括：一个或多个移动设备、和包含所述一个或多个移动设备的网络系统，所述一个或多个移动设备经由所述网络中的通信链路与一个或多个计算设备通信地耦合；
其中所述计算设备中的至少一个接收使用者通过至少一个所述移动设备捕获的其周围的影像信息；
所述计算设备中的至少一个接收该使用者通过至少一个所述移动设备采集的地理坐标信息；
所述计算设备中的至少一个通过所述影像信息与地理坐标进行关联，确定使用者所使用的移动设备的位置；
所述计算设备中的至少一个向使用者所使用的增强现实显示设备发送所述地理坐标信息和影像信息。
在本发明的这些方面中的一个或多个方面的其它实施方式包括对应的系统、装置、以及编码在计算机存储设备上的、被配置为执行方法动作的计算机程序。本发明的实施例提供如下有利效果：从一个用户设备向一个或多个其它用户设备自动提供图像的捕获的地理位置。捕获的位置的确定自动进行，而不要求用户指定位置，即没有用户介入。位置可以从用户设备自动确定，并且然后映射到对应地理位置。一个方面中的实施例提供用于用户在将其发送到其它设备之前，从列出了与捕获位置有关的地理位置的列表中选择地理位置的手段。
附图说明
通过阅读参考一下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是示意地表示本发明的室内外连续定位方法的原理图。
图2是示意地表示本发明的一些实施方式的方法的流程图。
图3是示意地表示本发明的一些实施方式的系统的结构。
图4是示意地表示本发明的又一些实施方式的系统的结构。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明中，术语“GIS系统”GIS属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。
地理信息系统(GIS)与全球定位系统(GPS)、遥感(RS)合称3S。一个地理信息系统是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上，这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。
GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路、土地利用、海拔)。现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念：离散对象(如房屋)和连续的对象领域(如降雨量或海拔)。这二种抽象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格(网格)和矢量。
栅格(网格)数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格(网格)图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组(例如土地使用状况)、一个连续的值(例如降雨量)或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物。
矢量数据利用了几何图形例如点、线(一系列点坐标)，或是面(形状决定于线)来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角形格网(TIN)来表示海拔或其他连续变化的值。TIN的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面代表地形表面。
除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。
在本发明中，所涉及的数据信息包括管网的GIS信息、管网完整性信息、管线属性信息等。所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息等等。这些信息可以被辅助绘制成为三维管线，从而形成可视化的效果。
在本发明中，术语“CORS”是指连续运行(卫星定位服务)参考站(ContinuouslyOperating Reference Stations)，缩写为CORS)。其利用多基站网络RTK技术建立，是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。
在本发明中，术语“Inside-out”是一种光学跟踪系统，光源发射装置安装在被跟踪目标上，获取光源信号的传感器/标记点固定在使用环境中，其原理都是以三角定位算法为基础，测量目标反射或者是主动发射的光线，并经过计算机特殊的视觉算法可转换成目标的空间位置数据，从而实现对目标的位置跟踪。其无需依靠外部的传感器配件，仅依靠设备本身，就可以实现虚拟场景内的空间定位、人机交互等。具体到VR设备，则主要通过在VR头盔上安装摄像头，并让VR头盔可自己检测外部环境变化，借助计算机或算法芯片计算VR头盔的空间位置。对于AR设备，如微软HoloLens，就是通过机器搭载的颗深度摄像头、环境感知摄像头等带来了优秀的用户体验。
本发明涉及的室内外连续定位方法如图1所示，建筑物内(或外)的特征均可以作为识别标识。使用者通过GPS等定位方式确定室外的地理坐标(相当于确定建筑物)，再通过室内的识别标识确定具体的位置。在例如火灾等应急的场景下，使用者佩戴的增强现实设备的图像采集单元采集使用者沿途的影像信息，根据inside-out技术获得使用者沿途的爬升数据和转向数据，可以确定使用者所在的位置。通过无线通讯，后方人员(或程序自动)可以给使用者提供进一步处置的指引，例如寻找总闸或消防工具等。
本发明中的AR显示设备包括但不限于AR眼镜、AR头戴显示设备、智能手机、平板电脑等。
通过无线通讯模块与卫星、网络或移动基站联络，获得定位信息，进行数据传输。
根据本发明的一些实施方式，本发明的一种增室内外连续定位的方法，其包括：
S110通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；
所述使用者地理坐标通过GPS、CORS和北斗中的一种或多种方法获得。通过地理坐标，可以确定使用者所要进入的建筑物。从而便于调取该建筑物有关的数据。
在本发明中，需要事先构建基建数据库。所述基建数据库包括建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等。其中，所述建筑物数据包括所述建筑物内部可以作为识别标志的数据信息，所述识别标志包括但不限于：楼层标志、管线标志、商铺标志、建筑结构标志、应急设施标志等。
所述建筑物数据，地理信息数据、市政设施数据等之间相互关联，例如设置在二层电梯口的消防栓在建筑物数据和市政设置数据中存在映射关系。由于所述建筑物与其地理信息的映射关系，所述消防栓的位置与地理信息数据也实现关联。
当然，由于数据采集是多部门完成的，因此数据有重合或缺漏也是很常见的。本领域技术人员在构建本发明所需的基建数据库时，可以根据需要增加或删除数据源中的部分数据。
S120采集使用者周围的影像信息；
利用增强现实设备采集所述增强现实设备周围的影像信息。同时，使用者通过所述增强现实设备获得视觉内容。
S130通过图像识别，对使用者室内位置进行定位。
远程服务器通过接收由所述增强现实设备捕获的影像信息确定所述增强现实设备的位置，即室内定位。具体方式是通过卫星或基站确定使用者的地理坐标，调取对应所述地理坐标的建筑物数据(基建数据库)。
将所述增强现实设备捕获的影像信息与建筑物数据进行映射，以确定所述增强现实设备的室内位置。
通过上述映射，从而不仅可以知道增强现实设备使用者的地理位置(室外)，还可知晓其在建筑物中的位置(室内)。所述增强现实设备采集到的地理位置数据与视觉内容还可向另一电子设备发送。
在本发明的一些实施方式中，本发明的方案用于较大规模的应急处置活动，涉及多个移动设备和云服务器，其包括：一个或多个移动设备、和包含所述一个或多个移动设备的网络系统，所述一个或多个移动设备经由所述网络中的通信链路与一个或多个计算设备通信地耦合；其中所述计算设备中的至少一个接收使用者通过至少一个所述移动设备捕获的其周围的影像信息；所述计算设备中的至少一个接收该使用者通过至少一个所述移动设备采集的地理坐标信息；所述计算设备中的至少一个通过所述影像信息与地理坐标进行关联，确定使用者所使用的移动设备的位置；所述计算设备中的至少一个向使用者所使用的增强现实显示设备发送所述地理坐标信息和影像信息。
在本发明的这些方面中的一个或多个方面的其它实施方式包括对应的系统、装置、以及编码在计算机存储设备上的、被配置为执行方法动作的计算机程序。本发明的实施例提供如下有利效果：从一个用户设备向一个或多个其它用户设备自动提供图像的捕获的地理位置。捕获的位置的确定自动进行，而不要求用户指定位置，即没有用户介入。位置可以从用户设备自动确定，并且然后映射到对应地理位置。一个方面中的实施例提供用于用户在将其发送到其它设备之前，从列出了与捕获位置有关的地理位置的列表中选择地理位置的手段。
实施例1
本实施例为构建根据本发明提供的系统以及使用本发明提供的系统进行应急演练的实例。
(1)构建建筑物特征，包括各层高度、出入口、建筑物内通道、升降设备等；
(2)测量需定位的所有建筑物，对特征进行测量及记录，形成数据库；
(3)构建连续定位设备，包括服务器、市售微软HoloLens(AR头盔)、通讯设备等；
(4)操作人员在室外运动，记录轨迹；
(5)操作人员通过出入口、通道进入建筑；
(6)操作人员进入时被陀螺仪、加速计记录切入状态；
(7)inside-out定位启动，判断人员位置，基于特征及定位数据，结合陀螺仪、加速计历史数据确定定位位置；
(8)通过inside-out和基于图像识别的楼层标志定位来准确判断所在楼层。
本发明不限于上述实施方式，在本发明思想的范围内可以进行各种变更。本发明已通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种增室内外连续定位的方法，其包括：
通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；
采集使用者周围的影像信息；
通过图像识别，对使用者室内位置进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述使用者地理坐标通过GPS、CORS和北斗中的一种或多种方法获得。
3.根据权利要求1所述的方法，其中利用增强现实设备采集所述增强现实设备周围的影像信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过接收由所述增强现实设备捕获的影像信息确定所述增强现实设备的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中利用基建数据库确定所述增强现实设备的位置，所述基建数据库包括建筑物数据，地理信息数据和市政设施数据中至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述建筑物数据包括所述建筑物内部可以作为识别标志的数据信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其中通过卫星或基站确定使用者的地理坐标，调取对应所述地理坐标的建筑物数据；将所述增强现实设备捕获的影像信息与建筑物数据进行映射，以确定所述增强现实设备的室内位置。
8.一种增室内外连续定位的系统，其包括：
地理定位单元，通过卫星或者基站对使用者地理坐标进行定位；
基建数据库，存储用于将影像信息与建筑物关联的数据。
AR图像采集单元，采集使用者周围的影像信息；和
处理器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述系统还包括AR显示单元，用于显示视觉内容。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述视觉内容包括AR图像采集单元采集的影像信息和处理器发送到AR显示单元的信息。
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