CN110044348A - 一种三维室内导航系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维室内导航系统及其实现方法，所述三维室内导航系统包括三维模型建立模块、数据处理模块以及定位和导航模块。本发明通过建立室内环境的三维模型，并将参照物映射到三维模型中，然后对参照物实时采集的信息进行处理以得到对象相对于参照物的相对位置，最后将对象相对于参照物的相对位置转化为对象的实际位置，从而实现在空间上对对象进行三维定位，并为对象提供导航服务，解决在购物中心的室内、停车和抵达场景、贸易展览会、隧道清洁和维护、机场以及二手汽车中心等情景中进行三维定位与导航问题。本发明可广泛应用于定位和导航的技术领域。

Description

一种三维室内导航系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及导航定位领域，尤其是涉及一种三维室内导航系统及其实现方法。

背景技术

在现有技术中，一般的定位与导航是指在地球表面上(经度和纬度)的定位与导航，也即是在二维的平面上的定位与导航，而不能在空间上对高度进行定位，即，无法定位对象在空间上的具体的三维(经度、纬度和高度)位置，并为对象进行三维导航。在购物中心的室内、停车和抵达场景、贸易展览会、隧道清洁和维护、机场以及二手汽车中心等情景中对三维定位要求比较高，现有的技术无法满足其对场景中的三维定位的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种能够实现在空间上对对象进行三维定位并为对象进行导航的三维室内导航系统及其实现方法。

本发明的技术方案第一方面提供一种三维室内导航系统，包括：

三维模型建立模块，用于建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型，所述参照物采集对象的位置数据；

数据处理模块，用于接收和处理参照物发送的位置数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；

定位和导航模块，用于根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述三维模型建立模块包括：

3D扫描装置，用于扫描监控室内环境的三维数据并上传；

第一服务器，用于根据3D扫描装置上传的三维数据生成室内环境的三维模型和对应的链接；

参照物模型映射单元，用于将参照物映射至所述三维模型中。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述参照物包括定位标签，定位标签包括光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器和化学传感器中的至少一种。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述参照物包括定位节点，定位节点设置在室内，所述定位节点包括若干个定位组件。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述装置包括BLE腕带、WLAN设备、智能手机和ID卡中的至少一个。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述参照物包括视频流采集装置。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述数据处理模块包括：

视频流捕捉单元，用于捕捉监控环境的实时视频流；

信号接收单元，用于接收定位标签发出的信号；

位置跟踪平台，用于接收定位节点发出的数据；

计算单元，用于根据实时视频流、定位标签发出的信号和定位节点发出的数据中的一个来计算对象相对于参照物的第一位置。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述定位和导航模块包括：

定位单元，用于根据第一位置来定位对象的第二位置；

导航单元，用于根据第二位置给对象提供导航服务。

本发明的技术方案第二方面提供一种三维室内导航系统的实现方法，包括如下步骤：

建立室内的三维模型并将参照物映射至所述三维模型；

接收和处理参照物发送的数据，得到参照物的位置信息；

根据得到参照物的位置信息来定位对象的实际位置并为对象提供导航。

作为上述技术方案的一种改进，其中所述建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型包括：

扫描监控室内环境的三维数据并上传；

根据3D扫描装置上传的三维数据生成室内环境的三维模型和对应的链接；

将参照物映射至所述三维模型中。

本发明的有益效果是：本发明提供一种三维室内导航系统及其实现方法，通过建立室内环境的三维模型，并将参照物映射到三维模型中，然后对参照物实时采集的信息进行处理以得到对象相对于参照物的相对位置，最后将对象相对于参照物的相对位置转化为对象的绝对位置这一实际位置，从而实现在空间上对对象进行三维定位，并为对象提供导航服务，解决在购物中心的室内、停车和抵达场景、贸易展览会、隧道清洁和维护、机场以及二手汽车中心等情景中进行三维定位与导航问题。

附图说明

图1为本发明的三维室内导航系统的结构框图；

图2为本发明的三维室内导航系统的优选实施例结构框图；

图3为本发明的三维室内导航系统的实现方法的一种优选实施例流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

如图1所示，本发明提供一种三维室内导航系统，其包括：

三维模型建立模块10，用于建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型，所述参照物采集对象的位置数据；

数据处理模块11，用于接收和处理参照物发送的位置数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；

定位和导航模块12，用于根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置。

具体地，三维模型建立模块10用于首先建立室内环境的三维模型，然后将参照物及其位置映射至已建好的三维模型中；数据处理模块11用于接收和处理参照物发送的数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；定位和导航模块12用于根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置，例如是可以是绝对坐标或对象的实际位置。

如图2所示，在图1的基础上的一个优选的实施例，其中三维模型建立模块10包括：

3D扫描装置101，用于扫描监控室内的三维数据并上传；

第一服务器102，用于根据3D扫描装置上传的三维数据生成室内环境的三维模型和对应的链接；

参照物模型映射单元103，用于将参照物映射至所述三维模型中，所述参照物包括摄像头、定位标签和定位节点，其中，摄像头用于实时拍摄所处位置的室内环境的视频，在室内可以安装若干摄像头。例如，在购物商场中，在每一层的每一个空间安装一个或若干个摄像头，由于每个摄像头所能拍摄的范围是固定的，因此，在设置摄像头的位置和数量时，应该考虑能够覆盖到室内的所有区域为标准。

具体地，在本发明中的一个实施例中，优选地，3D扫描装置包括室内扫描仪，用于扫描室内环境的三维数据并进行本地预处理后上传至后台的第一服务器。

在本发明中的一个实施例中，优选地，第一服务器包括第一接收单元、访问管理单元、智能处理单元、链接生成单元、数据库和发送单元中的至少一个。其中，第一接收单元用于接收3D扫描装置上传的三维数据；访问管理单元用于根据用户的有效登录凭证授权用户相应的访问权限；智能处理单元用于根据3D扫描装置上传的三维数据进行智能处理，得到监控环境的三维模型，所述智能处理包括模型修复、剪辑、裁剪、减面、减模、压缩、处理材质、处理贴图、处理灯光和压缩渲染；链接生成单元用于根据监控环境的三维模型生成对应的链接；数据库用于存储监控环境的三维模型以及对应的链接；发送单元用于将监控环境的三维模型以及对应的链接发送给第二服务器进行展示或存储。

具体地，用户可以通过在智能处理单元上输入一个或多个个人详细信息(如姓名、年龄、位置、性别等)来进行注册。用户可以是拥有有效登录凭证的任何用户，而有效登录凭证可通过支付相应权限的费用来获得。

智能处理单元集成了AI算法，能自动对扫描的三维数据进行模型修复、裁剪、减面、减模、压缩、处理材质、处理贴图、处理灯光和压缩渲染等处理，智能化程度高。

智能处理单元可以是设置在计算设备上的应用程序。优选地，计算设备可以是但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、智能电视、计算机等设备。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，定位标签可以是能够识别对象的标签，所述对象可以是人或其它特定的物品。定位标签设置在室内的特定位置，使其能够方便识别所属区域或空间的对象。

在本发明中的一个实施例中，优选地，其中，定位节点是包括若干硬件组件的定位网络，其中每一个硬件组件用于采集所属区域或空间的对象的信息。

在本发明的一个实施例中，参照物模型映射单元103根据参照物的实际位置将参照物映射在三维模型中。例如，在一个商业购物中心，以摄像机作为参照物为例，人工或者自动测量摄像机在商业购物中心的实际的具体位置，如在第几层、哪个区域等，参照物模型映射单元103将摄像机的实际的具体的位置映射至已建好的三维模型中去。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，定位标签包括光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器和化学传感器中的至少一种，定位标签用于采集室内环境信息。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，定位节点设置在室内的整个区域，所述定位节点包括若干个硬件组件，用于采集装置发出的信号并发出数据。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，所述装置包括BLE腕带、WLAN设备、智能手机和ID卡中的至少一个。

在进一步的优选的实施例中，其中，数据处理模块11包括：

视频流捕捉单元1101，用于捕捉监控环境的监控区域的实时视频流；

信号接收单元1102，用于接收定位标签发出的信号；

位置跟踪平台1103，用于接收定位节点发出的数据；

计算单元1104，用于根据实时视频流、定位标签发出的信号和定位节点发出的数据中的一个来计算对象相对于参照物的第一位置。

具体地，计算单元1104，用于计算包含对象相对于摄像头、对象相对于定位标签和对象相对于定位节点中的至少一个的第一位置。

具体地，视频流捕捉单元设置在后台服务器中，实时获取安装在室内的摄像头的拍摄的视频。当安装的摄像头比较多时，视频流捕捉单元也可相应地增加捕捉通道或视频流捕捉单元，以及时、快捷地、准确地和完整地捕捉到所述的视频流。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，信号接收单元设置于服务器，用于根据特定的通讯协议来接收定位标签发出的信号，比如通过TCP/IP协议、IPX/SPX和NETBEUI等。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，位置跟踪平台，用于接收定位节点发出的数据。例如，位置跟踪平台接收来自定位节点收集的BLE腕带、智能手机的数据。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，以定位节点作为参照物为例，计算单元设置在后台服务器中，用于计算BLE腕带或智能手机相对于定位节点的第一位置，所述第一位置是BLE腕带或智能手机相对于定位节点的相对位置。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，以摄像头作为参照物为例，计算单元设置在后台服务器中，用于计算对象相对于摄像头的第一位置，所述第一位置是对象相对于摄像头的相对位置，其中所述的对象为特定的人或物。

在本发明中的一实施例中，优选地，其中，以定位标签作为参照物为例，计算单元设置在后台服务器中，用于计算对象相对于定位标签的第一位置，所述第一位置是对象相对于定位标签的相对位置，其中所述的对象为特定的人或物。

在进一步的实施例中，优选地，其中，定位和导航模块12包括：

定位单元1201，用于根据第一位置来定位对象的第二位置；

导航单元1202，用于根据第二位置给对象提供导航服务。

具体地，定位单元1201根据第一位置来计算对象的第二位置。例如，以摄像头作为参照物为例，由于摄像头在安装时已经确定好或者已经测量好它的实际位置，定位单元1201根据所得到的对象相对于摄像头的相对位置，可以计算出对象的第二位置，即，对象在室内的实际位置或绝对位置。接着导航单元1202根据对象的实际位置(绝对位置)来给对象提供导航服务。

在本发明中的一个实施例中，优选地，其中，以定位节点作为参照物为例，导航单元1201根据得到的BLE腕带或智能手机的实际位置，结合GPS、北斗导航、格洛纳斯导航中至少一个来为穿戴BLE腕带或携带智能手机的人提供导航服务。例如，这种服务可以体现在为对象提供在购物中心的室内导航、停车和抵达的导航、贸易展览会的导航、隧道清洁和维护导航、机场导航以及二手汽车中心导航等服务。

具体地，以一个人携带智能手机为例，当他行走在某商场的二层，附近的定位节点能够采集到智能手机发出的蓝牙信号，定位节点将采集到的信息发送至位置跟踪平台1103，然后计算单元计算发出蓝牙信号的智能手机相对于定位节点的位置，再由导航单元根据智能手机相对于定位节点的相对位置来计算智能手机的实际位置，即，智能手机的绝对位置，从而确定该人的位置，并通过GPS、北斗导航、格洛纳斯导航中的任一种来为他提供导航服务。

以机场导航为例，精确的定位可确保平衡的飞机维护操作。使用基于UWB的室内定位技术跟踪各个工具小车，并且将工具小车的位置显示在数字地图上，使得每个机械师都可以通过终端或移动设备的应用程序访问。基于超宽带(UWB)的定位跟踪方案可以提供工具箱的精确位置数据。这提供了各种工具箱位置的中心概览。该跟踪解决方案为机库中安全高效的操作提供了决定性的辅助服务，并确保了设备的最佳利用率。在任意时间，可在工具箱的位置和有关机制的WEB界面中加载工具的信息。

又如，在二手车中心的所车辆中都有BLE信标，它们向墙壁或灯上的LORA/BLE标签发送蓝牙信号。LORA/BLE标签从上述信标接收蓝牙信号，并将数据包发送至INFSOFTLOCAWARE平台。员工和客户可以通过应用程序或WEB界面访问数据并在地图上查看车辆的位置。

如图3所示，本发明提供了一种三维室内导航系统的实现方法，包括如下步骤：

建立室内环境的三维模型并将参照物映射至三维模型，所述参照物采集对象的位置数据；

接收和处理参照物发送的位置数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；

根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置。

上述系统实施例中的内容均适用于本方法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统实施例所达到的有益效果也相同。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种三维室内导航系统，其特征在于：包括：

三维模型建立模块，用于建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型，所述参照物采集对象的位置数据；

数据处理模块，用于接收和处理参照物发送的位置数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；

定位和导航模块，用于根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置。

2.根据权利要求1所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述三维模型建立模块包括：

3D扫描装置，用于扫描监控室内环境的三维数据并上传；

第一服务器，用于根据3D扫描装置上传的三维数据生成室内环境的三维模型和对应的链接；

参照物模型映射单元，用于将参照物映射至所述三维模型中。

3.根据权利要求2所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述参照物包括定位标签，定位标签包括光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器和化学传感器中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述参照物包括定位节点，所述定位节点设置在室内，所述定位节点包括若干个定位组件。

5.根据权利要求4所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：还包括第一装置，所述第一装置用于发送第一信号给定位组件，所述第一装置包括BLE腕带、WLAN设备、智能手机和ID卡中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述参照物包括视频流采集装置。

7.根据权利要求6所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述数据处理模块包括：

视频流捕捉单元，用于捕捉监控环境的实时视频流；

信号接收单元，用于接收定位标签发出的信号；

位置跟踪平台，用于接收定位节点发出的数据；

计算单元，用于根据实时视频流、定位标签发出的信号和定位节点发出的数据中的一个来计算对象相对于参照物的第一位置。

8.根据权利要求1所述的一种三维室内导航系统，其特征在于：所述定位和导航模块包括：定位单元，用于根据第一位置来定位对象的第二位置；

导航单元，用于根据第二位置给对象提供导航服务。

9.一种三维室内导航系统的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型；

接收和处理参照物发送的数据，得到第一位置，所述第一位置是对象相对于参照物的相对位置；

根据得到的第一位置来定位对象的第二位置并为对象提供导航服务，所述第二位置是对象的绝对位置。

10.根据权利要求9所述的三维室内导航系统的实现方法，其特征在于：所述建立室内环境的三维模型并将参照物映射至所述三维模型包括：

扫描监控室内环境的三维数据并上传；

根据3D扫描装置上传的三维数据生成室内环境的三维模型和对应的链接；

将参照物映射至所述三维模型中。