CN110081887A - 一种室内外无缝切换的定位方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于定位的技术领域，具体涉及一种室内外无缝切换的定位方法，包括如下步骤：初始化定位系统，接收卫星定位信号，通过室外地图进行定位；按照预设周期采集若干个基站发送的定位信息，然后对所述定位信息进行解算；判断所述定位信息是否成功解算出室内的定位坐标，若是，则切换到室内地图进行定位，否则，继续采集若干个所述基站发送的所述定位信息。本发明能够结合基站定位和卫星定位，提高定位的准确性和速度，还能实现室内地图和室外地图无缝切换，有助于提高室内外地图切换的稳定性。此外，本发明还公开了一种室内外无缝切换的定位终端。

Description

一种室内外无缝切换的定位方法及终端

技术领域

本发明属于定位的技术领域，具体涉及一种室内外无缝切换的定位方法及终端。

背景技术

随着现代社会信息技术的推动，人们对自己身处的实时位置也越发的产生兴趣，对人们位置的获取分为室内定位、室外定位。室外定位主要依赖卫星阵列与地面接收机的通信，并且在定位精度上和实时性上都非常好，主要包括美国GPS全球定位系统和中国的北斗定位系统。而对于室内环境，往往是复杂多变的，并且在遮蔽的区域内也无法获取卫星信号，这使得基于卫星阵列的定位方法在室内环境中显得无力，不能满足室内定位的需求。

其中，中国专利文献公开了一种室内定位方法(公开号：CN 109029450 A)，包括以下步骤：输入实时获取图像，由环境感知模块检测并输出当前所在的室内环境类型；利用基础定位模块进行室内定位，得到区域级或米级精度的定位范围；将环境感知模块中输出的环境类型与地理数据库匹配，得到所在位置的精确范围；将得到的精确范围对应所在室内空间的三维模型，与实时获取图像在图像匹配模块中进行二维-三维匹配；根据三维-二维匹配点对坐标，恢复二维图像到三维模型的几何映射关系，建立二维图像到三维模型的相机投影模型并解算图像传感器的三维空间坐标与姿态，得到最终结果定位。上述的方案在一定程度上能实现室内定位，但是这种方案至少还存在以下缺陷：第一，定位方法复杂，数据处理量较大，定位速度较低；第二，无法实现室内外地图无缝切换，适用面较窄；第三，若获取的图像不清晰，容易出现错误。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种室内外无缝切换的定位方法，结合基站定位和卫星定位，提高定位的准确性和速度，还能实现室内地图和室外地图无缝切换，有助于提高室内外地图切换的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种室内外无缝切换的定位方法，包括如下步骤：

初始化定位系统，接收卫星定位信号，通过室外地图进行定位；

按照预设周期采集若干个基站发送的定位信息，然后对所述定位信息进行解算；

判断所述定位信息是否成功解算出室内的定位坐标，若是，则切换到室内地图进行定位，否则，继续采集若干个所述基站发送的所述定位信息。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述定位系统的构建方法，包括如下步骤：

采用Android集成开发工具构建室外定位系统；

采用Unity3D构建室内定位系统，并以Gradle格式输出，然后导入到Android集成开发环境，作为所述室外定位系统的子模块。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述室内定位系统基于建筑信息模型。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述定位信息的解算方法，包括如下步骤：

获取若干个所述基站的坐标值及所述定位坐标与若干个所述基站的距离值；

根据三角形质心算法计算所述定位坐标。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，获取所述距离值的方式基于到达时间定位、到达角度定位或到达时间差定位。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述室内地图的定位方法，包括如下步骤：

根据与所述定位坐标对应的场景坐标，显示室内场景；

初始化所述定位坐标，并按照预设频率重新获取所述定位坐标，然后相应的进行所述室内场景切换。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述室内外无缝切换的定位方法，还包括如下步骤：

弹出提示窗口，询问是否由所述室外地图切换到所述室内地图；

接收需求信息，并进行相应的地图切换。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述室外地图的定位方式为全球卫星定位、北斗卫星定位和伽利略卫星定位中至少一种，所述室内地图的定位方式为UWB、WiFi、Zigbee和蓝牙中至少一种。

作为本发明所述的一种室内外无缝切换的定位方法的一种改进，所述室外地图为二维地图或三维地图，所述室内地图为三维地图。

本发明的目的之二在于提供了一种室内外无缝切换的定位终端，包括接收模块、数据处理模块、主控模块及定位显示模块，所述接收模块通过所述数据处理模块与所述主控模块连接，所述主控模块与所述定位显示模块通讯连接；

所述接收模块按照预设周期接收卫星定位信号和基站的定位信息；

所述数据处理模块用于将所述定位信号转化为定位坐标；

所述主控模块根据所述定位坐标，判断是否维持当前的地图，或者切换所述地图；

所述定位显示模块用于显示室外地图或室内地图。

调整接收模块的监测周期，能够对卫星定位信号和基站的定位信息的改变进行感知，并且在定位信息解算出室内定位坐标后，迅速切换到室内地图，有助于提高定位终端的反应速度，从而实现室内外的无缝切换，使用户感知不到室内外定位之间的切换过程；数据处理模块能够通过三角形质心算法，对基站发送的定位信息进行解算，从而得出定位终端的坐标；主控模块对定位终端的坐标进行判断，若为室内定位坐标，则自动将室外地图切换成室内地图，同时，若在室内发生移动，则自动切换室内场景；定位显示模块能够显示室外地图或室内地图，还能显示室内场景的切换，有助于实现无缝切换，提高用户体验。

本发明的有益效果在于，本发明包括如下步骤：初始化定位系统，接收卫星定位信号，通过室外地图进行定位；按照预设周期采集若干个基站发送的定位信息，然后对所述定位信息进行解算；判断所述定位信息是否成功解算出室内的定位坐标，若是，则切换到室内地图进行定位，否则，继续采集若干个所述基站发送的所述定位信息。由于在室外环境中，卫星定位具有精度高、定位范围广和误差不随时间累积的优点，但是卫星信号穿过建筑物会产生较大的衰落，仅仅依靠卫星在室内进行定位的效果不好，因此，结合室内定位技术和卫星定位技术能够实现室内外一体化定位，本发明的定位方法，能同时接收卫星定位信号和基站发送的定位信息，通过预设监测周期，对若干个基站发送的定位信息进行分析处理，能够克服卫星在室内进行定位的效果不好的问题；根据实际场景的需求，可以预设采集定位信息的周期，有助于提高定位的精确度；根据若干个基站发送的定位信息，能够提高定位的精确度，减少室内定位的误差；根据若干个基站反馈的定位信息，通过对定位信息的解算，能够得到相应的坐标，系统通过判断此坐标是否为室内的定位坐标，若是，则自动切换到室内地图，否则继续采集基站的定位信息，从而实现室内或室外的切换；为了提高室内地图和室外地图的切换的速度，相应的缩短采集定位信息的周期，从而实现室内外的无缝切换，使用户感知不到室内外定位之间的切换过程。本发明结合基站定位和卫星定位，提高定位的准确性和速度，还能实现室内地图和室外地图无缝切换，有助于提高室内外地图切换的稳定性。

附图说明

图1为本发明的定位方法流程图。

图2为本发明中三角形质心算法的示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1~2所示，一种室内外无缝切换的定位方法，包括如下步骤：

初始化定位系统，接收卫星定位信号，通过室外地图进行定位；

按照预设周期采集若干个基站发送的定位信息，然后对定位信息进行解算；

判断定位信息是否成功解算出室内的定位坐标，若是，则切换到室内地图进行定位，否则，继续采集若干个基站发送的定位信息。

还需要说明的是：由于在室外环境中，卫星定位具有精度高、定位范围广和误差不随时间累积的优点，但是卫星信号穿过建筑物会产生较大的衰落，仅仅依靠卫星在室内进行定位的效果不好，因此，结合室内定位技术和卫星定位技术能够实现室内外一体化定位，本发明的定位方法，能同时接收卫星定位信号和基站发送的定位信息，通过预设监测周期，对若干个基站发送的定位信息进行分析处理，能够克服卫星在室内进行定位的效果不好的问题；根据实际场景的需求，可以预设采集定位信息的周期，有助于提高定位的精确度；根据若干个基站发送的定位信息，能够提高定位的精确度，减少室内定位的误差；根据若干个基站反馈的定位信息，通过对定位信息的解算，能够得到相应的坐标，系统通过判断此坐标是否为室内的定位坐标，若是，则自动切换到室内地图，否则继续采集基站的定位信息，从而实现室内或室外的切换；为了提高室内地图和室外地图的切换的速度，相应的缩短采集定位信息的周期，从而实现室内外的无缝切换，使用户感知不到室内外定位之间的切换过程。

优选的，定位系统的构建方法，包括如下步骤：

采用Android集成开发工具构建室外定位系统；

采用Unity3D构建室内定位系统，并以Gradle格式输出，然后导入到Android集成开发环境，作为室外定位系统的子模块。

上述构建方法中，由于室外定位系统需要频繁的进行修改，若采用Unity3D构建，不便于对室外定位系统进行修改，因此采用Android集成开发工具构建室外定位系统；采用Unity3D构建室内定位系统，以子模块的形式导入到Android集成开发环境，能够确保模块的完整性，同时便于对室内定位系统进行更新。将室外定位系统和室内定位系统集成到一个工程当中，简化运算步骤，能够提高运算速度，从而实现室内外地图的无缝切换。

优选的，室内定位系统基于建筑信息模型。建筑信息模型能持续为室内地图的场景提供三维立体图，由于储存在模型内的所有数据均是三维立体数据，可在设计程序，以活动程序制作出任何角度、横切面的三维立体建构图，即实现室内三维定位可视化。

优选的，定位信息的解算方法，包括如下步骤：

获取若干个基站的坐标值及所述定位坐标与若干个基站的距离值；

根据三角形质心算法计算定位坐标。

上述解算方法中，若干个基站的位置固定而且已知，各个基站的坐标值及与各个基站距离值也是已知的，同时若干个基站不断发送这类定位信号，根据三角形质心算法能够计算定位坐标，如图2所示，设有基站A、基站B、基站C，需解算定位坐标D，A和D的距离为rA；B和D的距离为rB；C和D的距离为rC，分别以A、B、C的坐标值为圆心，rA，rB，rC为半径画圆，可得交叠区域，由于实际环境的复杂性，换算出的基站点到定位坐标的距离总是大于实际两点间的距离，即rA大于实际A和D的距离，rB大于实际B和D的距离，rC大于C和D的距离，这里的三角形质心定位算法的基本思想是：计算三圆交叠区域的3个特征点E、F、G的坐标，以这三个特征点E、F、G为三角形的顶点，定位坐标D即为三角形质心。

优选的，获取距离值的方式基于到达时间定位、到达角度定位或到达时间差定位。基于到达时间的定位精度高，但要求节点间保持精确的时间同步；到达时间差定位对硬件的要求高，测距误差小，有较高的精度。到达角度定位不仅能确定节点的坐标，还能提供节点的方位信息，因此，采用到达时间定位、到达角度定位或到达时间差定位获取距离值。

优选的，室内地图的定位方法，包括如下步骤：

根据与定位坐标对应的场景坐标，显示室内场景；

初始化定位坐标，并按照预设频率重新获取定位坐标，然后相应的进行室内场景切换。

上述室内地图的定位方法中，室内的定位坐标对应室内场景的唯一标识，每个室内场景都有自己唯一的标识，根据标识的ID值切换到对应的室内场景中，从而实现室内场景的切换，若室内的定位坐标发生改变，即用户移动，室内场景也随之切换，还能结合虚拟现实技术实现室内三维定位可视化。

优选的，室内外无缝切换的定位方法，还包括如下步骤：

弹出提示窗口，询问是否由室外地图切换到室内地图；

接收需求信息，并进行相应的地图切换。

上述步骤中，当解算出室内的定位坐标，定位系统自动弹出由室外地图切换到室内地图的信息提示窗口，用户通过点击该信息窗口实现自动切换到对应的室内地图。

优选的，室外地图的定位方式为全球卫星定位、北斗卫星定位和伽利略卫星定位中至少一种，室内地图的定位方式为UWB、WiFi、Zigbee和蓝牙中至少一种。全球卫星定位、北斗卫星定位和伽利略卫星定位就能精准的实现室外地图定位，因此采用全球卫星定位、北斗卫星定位和伽利略卫星定位中至少一种作为室外定位；UWB、WiFi、Zigbee和蓝牙均能解决室内环境下的定位问题，因此采用UWB、WiFi、Zigbee和蓝牙中至少一种作为室内地图定位。

优选的，室外地图为二维地图或三维地图，室内地图为三维地图。根据实际应用场景，可以把室外地图设计成二维地图或三维地图；室内地图采用三维地图，能结合虚拟现实技术实现室内三维定位可视化，从而提高用户体验。

实施例2

一种室内外无缝切换的定位终端，包括接收模块、数据处理模块、主控模块及定位显示模块，接收模块通过数据处理模块与主控模块连接，主控模块与定位显示模块通讯连接；接收模块按照预设周期接收卫星定位信号和基站的定位信息；数据处理模块用于将定位信号转化为定位坐标；主控模块根据定位坐标，判断是否维持当前的地图，或者切换地图；定位显示模块用于显示室外地图或室内地图。

调整接收模块的监测周期，能够对卫星定位信号和基站的定位信息的改变进行感知，并且在定位信息解算出室内定位坐标后，迅速切换到室内地图，有助于提高定位终端的反应速度，从而实现室内外的无缝切换，使用户感知不到室内外定位之间的切换过程；数据处理模块能够通过三角形质心算法，对基站发送的定位信息进行解算，从而得出定位终端的坐标；主控模块对定位终端的坐标进行判断，若为室内定位坐标，则自动将室外地图切换成室内地图，同时，若在室内发生移动，则自动切换室内场景；定位显示模块能够显示室外地图或室内地图，还能显示室内场景的切换，有助于实现无缝切换，提高用户体验。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

初始化定位系统，接收卫星定位信号，通过室外地图进行定位；

按照预设周期采集若干个基站发送的定位信息，然后对所述定位信息进行解算；

判断所述定位信息是否成功解算出室内的定位坐标，若是，则切换到室内地图进行定位，否则，继续采集若干个所述基站发送的所述定位信息。

2.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述定位系统的构建方法，包括如下步骤：

采用Android集成开发工具构建室外定位系统；

采用Unity3D构建室内定位系统，并以Gradle格式输出，然后导入到Android集成开发环境，作为所述室外定位系统的子模块。

3.如权利要求2所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述室内定位系统基于建筑信息模型。

4.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述定位信息的解算方法，包括如下步骤：

获取若干个所述基站的坐标值及所述定位坐标与若干个所述基站的距离值；

根据三角形质心算法计算所述定位坐标。

5.如权利要求4所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：获取所述距离值的方式基于到达时间定位、到达角度定位或到达时间差定位。

6.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述室内地图的定位方法，包括如下步骤：

根据与所述定位坐标对应的场景坐标，显示室内场景；

初始化所述定位坐标，并按照预设频率重新获取所述定位坐标，然后相应的进行所述室内场景切换。

7.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述室内外无缝切换的定位方法，还包括如下步骤：

弹出提示窗口，询问是否由所述室外地图切换到所述室内地图；

接收需求信息，并进行相应的地图切换。

8.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述室外地图的定位方式为全球卫星定位、北斗卫星定位和伽利略卫星定位中至少一种，所述室内地图的定位方式为UWB、WiFi、Zigbee和蓝牙中至少一种。

9.如权利要求1所述的一种室内外无缝切换的定位方法，其特征在于：所述室外地图为二维地图或三维地图，所述室内地图为三维地图。

10.一种室内外无缝切换的定位终端，其特征在于：包括接收模块、数据处理模块、主控模块及定位显示模块，所述接收模块通过所述数据处理模块与所述主控模块连接，所述主控模块与所述定位显示模块通讯连接；

所述接收模块按照预设周期接收卫星定位信号和基站的定位信息；

所述数据处理模块用于将所述定位信号转化为定位坐标；

所述主控模块根据所述定位坐标，判断是否维持当前的地图，或者切换所述地图；

所述定位显示模块用于显示室外地图或室内地图。