CN110044355A - 一种融合建筑语义的室内导航定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种融合建筑语义信息的室内导航系统，包括位于建筑现场的定位标签，定位标签通过定位信道、第一通信链路与UWB信标连接，UWB信标通过第二通信链路与定位引擎服务器连接，定位引擎服务器部署有建筑语义信息库并通过第三通信链路与云服务器连接，云服务器通过第四通信链路与应用软件连接。本发明采用二维定位解算算法，融合建筑语义信息的三维特征描述，优化室内导航定位，进行可视化监测，解决了智能建筑中室内导航定位欠缺建筑三维信息和建筑语义信息的问题，弥补了传统二维几何和预定义的路线规划方法中缺少建筑内部空间特征描述、忽视建筑构件、建筑设备垂直特性的缺陷，满足了建筑内部高精度定位与导航需求。

Description

一种融合建筑语义的室内导航定位系统
技术领域
本发明属于建筑室内导航定位领域，涉及一种涉及室内导航定位技术，具体涉及一种融合建筑语义的室内导航定位系统，应用于建筑智能化行业。
背景技术
随着城市规模的不断扩大，城市住宅和公共建筑的体量也不断增高增大。人们在满足基本住宿、购物、娱乐、餐饮等功能的条件下，对建筑内部的安全性、舒服性、智能性等方面有着越来越高的要求。位置服务及室内导航服务在现代智能建筑中起着举足轻重的作用，无论是绿色建筑能耗监测及节能分析、可视化监测、火灾模拟、报警及疏散、导盲系统、行李物品运送、自动导航等与此息息相关。
室内导航定位的实现方式与室外的情况不同，受限于建筑的封闭性，以及室内复杂的空间结构和各种室内设施的遮挡、干扰的影响，依赖于GPS等导航系统的典型室外导航定位系统无法直接应用在室内环境。现有的室内导航定位技术中，条形码技术不仅需要被定位的载体携带读码设备，整个系统结构也较为复杂，作用距离很短；计算机视觉技术的设备成本昂贵，性能容易受建筑结构、室内设备的遮挡、或者环境光线的影响而失效或大幅下降；红外和超声波技术均需满足视线传播的要求，并且信号传递会受到自然光或人工光源的影响，大大降低了它们的实用性；超宽带技术（Ultra Wide Band，UWB）不仅定位精度高，抗多径干扰性能强，作用范围广，适合于各种不同建筑场景的。
传统的二维定位方法只考虑所处空间的平面信息，而对于垂直特性和空间特性等第三维信息的表达欠缺，比如房间的低天花板、各个门的位置、坡道的坡度、地面的起伏等。如此，对于智能建筑中很多关键的应用，如应急响应、智能运维、智能巡检、人员定位跟踪、火灾疏散、导盲系统、行李物品运送、室内导航服务、绿色建筑能耗监测及节能分析、可视化监测等，二维几何和预定义的路线规划方法都很难满足需求。相对而言，语义丰富的三维空间模型则可以为表达环境提供大量关键的信息，如楼层高度、建筑元件、空间等内容的明细定义和命名，从而提供更好的方位和导向信息。建筑信息模型（Building InformationModel，BIM）是建筑设施物理及功能特性的数字化表示，它是通过组合建筑物各方面信息来进行数字化建造的智能3D虚拟建筑模型，可以提供建筑全方位的语义信息。
发明内容
针对传统二维几何和预定义的路线规划方法中缺少建筑内部空间特征描述、忽视建筑构件、建筑设备垂直特性的情况，本发明提出了一种融合建筑语义信息的室内导航定位系统，以解决智能建筑中室内导航定位欠缺建筑三维信息和建筑语义信息的问题，提高室内定位精度，满足室内导航需求。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种融合建筑语义信息的室内导航系统，包括定位标签、UWB信标、定位信道、第一通信链路、定位引擎服务器、第二通信链路、建筑语义信息库、云服务器、第三通信链路、应用软件和第四通信链路；
所述定位标签为有源标签，位于建筑物现场，负责发射自身的定位信号，所述定位标签一方面通过所述定位信道向所述UWB信标传递定位信号，另一方面通过所述第一通信链路与所述UWB信标保持双向通信，完成系统配置、控制、信息反馈；
所述UWB信标为定位系统基站，用于接收所述定位标签发射的定位信号，并对接收到的发射信号进行处理形成位置信息，然后通过由所述第二通信链路构成的局域网，将位置信息发送给所述定位引擎服务器；
所述定位引擎服务器为定位信息处理服务器，具有位置解算、对内接口、对外接口、建筑语义信息调用、信息融合等功能；所述定位引擎服务器负责对接收到的位置信息进行位置解算，并通过调用所述建筑语义信息库中的建筑语义信息，将解算结果与建筑语义信息相融合，形成融合建筑语义的位置服务信息，然后通过所述第三通信链路将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述云服务器；
所述云服务器为基于公有云的管理平台，包含数据库服务器、应用服务器、位置服务器、web服务器等；所述云服务器一方面负责存储所接收到的融合建筑语义的位置服务信息，另一方面负责通过所述第四通信链路将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述应用软件，向使用所述应用软件的用户提供导航定位信息、管理平台；
所述应用软件为手机、平板电脑、计算机等终端的APP或基于web的信息管理平台，负责向用户显示室内导航定位信息。
进一步的，所述定位标签发射的定位信号为UWB脉冲信号。
进一步的，所述定位信道为定位信号传输信道，传输信号为UWB脉冲信号。
进一步的，所述第一通信链路为Lora无线网络。
进一步的，所述第二通信链路为Wi-Fi无线网或有线以太网。
进一步的，所述定位引擎服务器采用二维定位解算算法对接收到的位置信息进行位置解算。
进一步的，所述第三通信链路为因特网通信网络。
进一步的，所述建筑语义信息库中的建筑语义信息为基于BIM的建筑语义信息，建筑信息模型（BIM）可提供丰富全面的建筑语义信息。
进一步的，所述第四通信链路为因特网或移动通信网络。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用二维定位解算算法，融合建筑语义信息的三维特征描述，优化室内导航定位，进行可视化监测，解决了智能建筑中室内导航定位欠缺建筑三维信息和建筑语义信息的问题，弥补了传统二维几何和预定义的路线规划方法中缺少建筑内部空间特征描述、忽视建筑构件、建筑设备垂直特性的缺陷，满足了建筑内部高精度定位与导航需求。
2、本发明的定位标签与UWB信标除收发UWB脉冲信号之外，还通过Lora无线网络双向通信，Lora无线传输技术具有高精度、高动态、高容量、低功耗特点，使得系统配置更加灵活，可根据需求扩展系统，增加设备状态信息采集、能耗采集等应用。
3、本发明采用二维定位解算算法对位置信息进行位置解算，使得本发明的导航定位系统可大大减少UWB信标的布置数量。
4、本发明采用基于建筑信息模型（BIM）的建筑语义信息，建筑信息模型（BIM）可提供丰富全面的建筑语义信息，建筑语义可为应急响应、智能疏散、智能运维、导盲系统、货物运输、绿色建筑能耗监测及节能分析、可视化监测等扩展应用提供良好支持。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明室内导航系统的总体架构图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1所示，一种融合建筑语义信息的室内导航系统，包括定位标签1、UWB信标2、定位信道3、第一通信链路4、定位引擎服务器5、第二通信链路6、建筑语义信息库7、云服务器8、第三通信链路9、应用软件10和第四通信链路11。
所述定位标签1为有源标签，位于建筑物现场，负责发射UWB脉冲信号作为自身的定位信号，所述定位标签1一方面通过所述定位信道3向所述UWB信标2传递UWB脉冲信号，另一方面通过所述第一通信链路4与所述UWB信标2保持双向通信，完成系统配置、控制、信息反馈。
所述定位信道3为定位信号传输信道，负责向所述UWB信标2传输由所述定位标签1发射的UWB脉冲信号。
所述第一通信链路4为Lora无线网络，负责所述第一通信链路4与所述UWB信标2之间的双向通信。
所述UWB信标2为定位系统基站，用于接收所述定位标签1发射的定位信号，并对接收到的发射信号进行处理形成位置信息，然后通过由所述第二通信链路6构成的局域网，将位置信息发送给所述定位引擎服务器5。
所述第二通信链路6为Wi-Fi无线网或有线以太网，负责向所述定位引擎服务器5传输由所述UWB信标2发送的位置信息。
所述定位引擎服务器5为定位信息处理服务器，具有位置解算、对内接口、对外接口、建筑语义信息调用、信息融合等功能；所述定位引擎服务器5负责采用二维定位解算算法，对接收到的位置信息进行位置解算，并通过调用所述建筑语义信息库7中的基于BIM的建筑语义信息，将解算结果与建筑语义信息相融合，形成融合建筑语义的位置服务信息，然后通过所述第三通信链路9将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述云服务器8。
所述第三通信链路9为因特网通信网络，负责向所述云服务器8传输由所述定位引擎服务器5发送的融合建筑语义的位置服务信息。
所述云服务器8为基于公有云的管理平台，包含数据库服务器、应用服务器、位置服务器、web服务器等；所述云服务器8一方面负责存储所接收到的融合建筑语义的位置服务信息，另一方面负责通过所述第四通信链路11将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述应用软件10，向使用所述应用软件10的用户提供导航定位信息、管理平台。
所述第四通信链路11为因特网或移动通信网络，负责向所述应用软件10传输由所述云服务器8发送的导航定位信息。
所述应用软件10为手机、平板电脑、计算机等终端的APP或基于web的信息管理平台，负责向用户显示室内导航定位信息。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：包括定位标签（1）、UWB信标（2）、定位信道（3）、第一通信链路（4）、定位引擎服务器（5）、第二通信链路（6）、建筑语义信息库（7）、云服务器（8）、第三通信链路（9）、应用软件（10）和第四通信链路（11）；
所述定位标签（1）为有源标签，位于建筑物现场，负责发射自身的定位信号，所述定位标签（1）一方面通过所述定位信道（3）向所述UWB信标（2）传递定位信号，另一方面通过所述第一通信链路（4）与所述UWB信标（2）保持双向通信，完成系统配置、控制、信息反馈；
所述UWB信标（2）为定位系统基站，用于接收所述定位标签（1）发射的定位信号，并对接收到的发射信号进行处理形成位置信息，然后通过由所述第二通信链路（6）构成的局域网，将位置信息发送给所述定位引擎服务器（5）；
所述定位引擎服务器（5）为定位信息处理服务器，具有位置解算、对内接口、对外接口、建筑语义信息调用、信息融合等功能；所述定位引擎服务器（5）负责对接收到的位置信息进行位置解算，并通过调用所述建筑语义信息库（7）中的建筑语义信息，将解算结果与建筑语义信息相融合，形成融合建筑语义的位置服务信息，然后通过所述第三通信链路（9）将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述云服务器（8）；
所述云服务器（8）为基于公有云的管理平台，包含数据库服务器、应用服务器、位置服务器、web服务器等；所述云服务器（8）一方面负责存储所接收到的融合建筑语义的位置服务信息，另一方面负责通过所述第四通信链路（11）将融合建筑语义的位置服务信息传输到所述应用软件（10），向使用所述应用软件（10）的用户提供导航定位信息、管理平台；
所述应用软件（10）为手机、平板电脑、计算机等终端的APP或基于web的信息管理平台，负责向用户显示室内导航定位信息。
2.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述定位标签（1）发射的定位信号为UWB脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述定位信道（3）为定位信号传输信道，传输信号为UWB脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述第一通信链路（4）为Lora无线网络。
5.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述第二通信链路（6）为Wi-Fi无线网或有线以太网。
6.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述定位引擎服务器（5）采用二维定位解算算法对接收到的位置信息进行位置解算。
7.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述第三通信链路（9）为因特网通信网络。
8.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述建筑语义信息库（7）中的建筑语义信息为基于BIM的建筑语义信息。
9.根据权利要求1所述的融合建筑语义信息的室内导航系统，其特征在于：所述第四通信链路（11）为因特网或移动通信网络。
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