CN112880680A - 路径约束算法及模块、地图定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示路径约束算法，所述路径约束算法包括如下步骤：S1:建立路径表，路径表包括路径及路径对应的权重值；S2：将定位点匹配到第一权重值对应的路径；或者将定位点匹配到最近的节点，所述节点是路径与路径之间的连接点；S3：根据差错条件检查路径匹配是否有差错；如果有，返回步骤S1，删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。与传统的地图定位系统相比，能有效地提升路径精度。

Description

路径约束算法及模块、地图定位系统
技术领域
本发明涉及一种路径约束算法及模块；本发明还涉及一种地图定位系统，属于物联网技术领域。
背景技术
随着无线通信网络技术的不断发展，针对人员、物品的精准位置信息服务已在多个行业领域得到了广泛应用。
目前的地图定位系统中，由于其客观环境复杂、不可避免的定位误差、现场信号覆盖不均等原因，面临的挑战更大。
以某化工厂的地图定位系统为例，通常会在地图上显示人员的移动轨迹，从而为化工厂的管理提供支持。移动轨迹的获得，通常是在特定的时间间隔通过定位技术获取人员在不同时刻的定位点，将定位点连接成线即可获得人员在地图上的移动轨迹。
由于现有定位精度的限定，移动轨迹与真实轨迹之间不可避免的有误差，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路径约束算法，从软件层面通过算法对定位点进行约束，可以使对象在地图上的移动轨迹更接近其真实轨迹。
为实现上述发明目的，本发明提供一种路径约束算法，所述方法包括如下步骤：
S1:建立路径表，路径表包括路径及路径对应的权重值；
S2：将定位点匹配到第一权重值对应的路径；或者将定位点匹配到最近的节点，所述节点是路径与路径之间的连接点；
S3：根据差错条件检查路径匹配是否有差错；如果有，返回步骤S1，删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
优选的，初始时刻的路径权重计算公式为：
Figure BDA0002892173980000021
Figure BDA0002892173980000022
V0表示初始时刻的权重值，Ra表示方向的加权系数，a表示对象的运动方向与路径的夹角，Rd表示距离的加权系数，Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。
优选的，初始时刻外的特定时刻的路径权重计算公式为：
Figure BDA0002892173980000023
Figure BDA0002892173980000024
其中，Vt表示特定时刻路径权重值；R1表示上一时刻的计算系数，Vt-1表示上一时刻的路径权重值；R2表示当前时刻的计算系数，Ra表示方向的加权系数，a表示对象的移动方向与路径方向的夹角，Rd表示距离的加权系数，Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。
优选的，在步骤S2中，先计算定位点到最近的节点的距离，如果定位点到最近的节点的距离小于特定值，则将定位点匹配到最近的节点上；如果定位点到最近的节点的距离大于等于特定值，则将定位点垂直投影到选定路径上而将定位点匹配到选定路径上。
优选的，在步骤S2中，如果定位点到最近节点的距离小于特定值，将与该节点相连的路径加入路径表，并计算各路径的权重值并更新路径表。
优选的，在步骤S3中，所述差错条件是：定位点与匹配点之间的距离大于特定值。
优选的，判断每个定位点与路网区域的关系，如果连续特定数量的定位点位于路网区域外，将定位点返回最近检测到的位于所述路网区域的定位点，并返回步骤S1,删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
优选的，删除权重值低于当中路径权重值一定比例的路径，实现路径表的动态更新。
本发明还提供一种路径约束算法模块，所述路径约束算法模块运行上述任一所述的路径约束算法
本发明还提供一种地图定位系统，所述地图定位系统包括地图模块，其特征在于：所述地图模块接入上述路径约束算法模块，所述地图模块包括室内地图。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：由于路径表存放候选路径的信息，每次路径匹配时，都从表中选取最优权重值的路径进行匹配，在匹配过程中设置查错和纠错机构，即使在出现匹配错误的情况下，也能及时从路径表中重新选取正确路径，特别适合用于室内复杂环境下的地图匹配，与传统的地图定位系统相比，能有效地提升路径精度。
附图说明
图1是本发明的路径约束算法的核心流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本实施方式提供一种地图定位系统，特别是一种复杂环境下对精度要求更高的地图定位系统，满足特定区域高精度定位的要求。
该地图定位系统以特定区域的地图为基础，结合定位技术，可以在该特定区域的地图上显示对象的移动轨迹，从而为特定区域的人员、设备的管理提供支持。对象可以是人员，也可以是设备等物品。特定区域例如是一个化工厂的厂区，特定区域包括室内区域，也可以包括室外区域。
移动轨迹的获得，现有的方案是，对象佩戴定位标签，地图定位系统在特定的时间间隔通过定位技术检测对象在不同时刻的定位点。将定位点连点成线或者通过特定的算法(例如A*算法)即可获得对象在地图上的移动轨迹。例如，当需要显示对象在9：00至9：30的移动轨迹时，将对象的9：00至9：30之间检测到的定位点顺次连接成线或者通过特定的算法，即可形成对象的移动轨迹。如前所述，现有的地图定位系统中，由于其客观环境复杂、不可避免的定位误差、现场信号覆盖不均等原因，移动轨迹不可避免的出现误差。
本实施方式中的地图定位系统为开发者平台，该开发者平台以地图为基础，可选择地接入各种算法模块，从而使地图定位系统实现更多的功能，提供更全面和精准的服务。当接入本实施方式提供的路径约束算法模块时，该模块执行路径约束算法，该算法使对象的移动轨迹更接近于对象的真实轨迹，从而优化轨迹显示效果。
本实施方式的地图是特定区域的空间地理数据库(Geodatabase)，该空间地理数据库以特定区域的CAD地图为基础，增加区域的属性信息，例如区域中建筑物的高度信息等而形成。
请参见图1，本实施方式提供的路径约束算法包括如下步骤：
S1:建立路径表，路径表包括路径及路径对应的权重值；
S2：将定位点匹配到第一权重值对应的路径；或者将定位点匹配到最近的节点，节点是路径与路径之间的连接点；
S3：根据差错条件检查路径匹配是否有差错；如果有，返回步骤S1，删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
由于路径表存放候选路径的信息，每次路径匹配时，都从表中选取最优权重值的路径进行匹配，在匹配过程中设置查错和纠错机构，即使在出现匹配错误的情况下，也能及时从路径表中重新选取正确路径，特别适合用于室内复杂环境下的地图匹配，与传统的地图定位系统相比，能有效地提升路径精度。
实体区域中有若干可供对象移动的通道，一条通道在地图上可以标识为一条路径，每条路径是由节点与节点之间连接的线段形成。换句话说，节点是路径与路径之间的连接点，例如十字路口在地图上可以标识为节点。
实体区域中可能只有部分特定区域在地图上设置有路径，将设置路径的区域称为路网区域。在路网区域范围内，可使用本实施方式提供的路径约束算法对移动轨迹进行优化，使对象的移动轨迹更接近对象的真实轨迹。
如前所述，步骤S1中，路径表包括路径及路径对应的权重值。路径的权重值通过公式进行计算。根据时间的不同，可以通过不同的公式计算路径权重值。
初始时刻的路径权重计算公式为：
Figure BDA0002892173980000051
V0表示初始时刻的权重值；Ra表示方向的加权系数；a表示对象的运动方向与路径的夹角，夹角越小，则表示对象的移动方向与路径方向越接近，该路径越有可能是正确路径，该夹角可通过矢量计算获得；Rd表示距离的加权系数；Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。方向因素比距离因素更重要，因此，Ra＞Rd，例如，Ra可以等于0.6，Rd可以等于0.4，Dmax可以根据实际情况取特定值，例如取为5米。
初始时刻，路径表为空，根据上面的公式可以计算出总权重值最大的路径，将该路径放入路径表中，并标记为当前路径，完成匹配初始华操作。
初始时刻外特定时刻的路径权重计算公式为：
Figure BDA0002892173980000052
Figure BDA0002892173980000053
其中，Vt表示特定时刻的路径权重值；R1表示上一时刻的计算系数，Vt-1表示上一时刻的路径权重值；R2表示当前时刻的计算系数，Ra表示方向的加权系数，a表示对象的移动方向与路径方向的夹角，Rd表示距离的加权系数，Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。
本实施方式中，R1和R2可以取相同的值，例如R1＝R2＝0.5。方向因素比距离因素更重要，因此，Ra＞Rd，例如，Ra可以等于0.6，Rd可以等于0.4，Dmax可以根据实际情况取特定值，例如取为5米。
在初始时刻外的特定时刻的路径权重计算公式考虑到了上一时刻的路径权重值，当前路径权重值的计算考虑了历史权重信息，结果更准确。
在步骤S2中，先计算定位点到最近的节点的距离，如果定位点到最近的节点的距离小于特定值，则将定位点匹配到最近的节点上；如果定位点到最近的节点的距离大于等于特定值，则将定位点垂直投影到选定路径上。
也就是说，路径约束算法中，优先将定位点匹配到最近的节点上，可以使调整后的匹配点与节点重合，而节点是路径与路径的交叉点，使得在后的路径匹配的空间更大。
在步骤S2中，如果定位点到最近节点的距离小于特定值，将与该节点相连的路径加入路径表，并计算各路径的权重值并更新路径表。
通常情况下，该路径约束算法会间隔特定时间段获取对象的定位点，相应的，该路径约束算法会间隔特定时间段重新计算路径的权重值并更新路径表，从而实现路径表的动态更新，使该算法求得的路径更接近于真实路径。
由于定位点位于多条路径的交汇处，路径选择多，容易出错，本实施方式中，将定位点匹配到节点后，会将与节点相连的路径均加入路径表并计算各路径的权重值，使节点后的路径更接近于真实路径。
也就是说，当定位点位于节点附近时，将定位点匹配到节点上，会将与节点相连的路径均加入路径表并再次计算所有候选路径的权重值并更新路径表。＝因此，在路径交汇的节点处进行特殊的处理，可以使对象在节点后的路径更接近于真实路径。
如前所述，路径表会动态更新，随着时间的推迟，路径表中的数据可能会越来越多，系统运行越来越慢，为解决这一问题，该路径约束算法会删除权重值低于当中路径权重值一定比例的路径，实现路径表的动态更新。
例如，当某些路径的权重值低于当前路径权重值的30％时，删除这些权重值低的路径，可以减少路径表中的数据，提升系统的运行数度。
在步骤S3中，差错条件是：定位点与匹配点之间的距离大于特定值。
当定位点与匹配点之间的距离大于特定值，例如大于所采用的定位技术的定位精度范围时，将定位点移动至匹配点进行匹配，这样的纠偏操作已没有实际的意义。此时，重新进行匹配，可以避免明显的错误。
在步骤S3中,如果没有差错，则对下一个定位点执行步骤S2
为节省地图成本，通常会在地图的特定区域而不是全部区域设置路网，设置有路网的区域为路网区域，只有在路网区域中，才可以使用本实施方式的路径约束算法。
该路径约束算法会判断每个定位点与路网区域的关系，如果连接特定数量的定位点位于路网区域外，将定位点返回最近检测到的位于路网区域的定位点，并返回步骤S1,删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
例如，连续三个定位点位于路网区域外，则说明误差很大，此时，可以返回最近检测到的位于路网区域的定位点，并重新计算，可以纠错。从而提升路径约束精度。
需要说明的是，该路径约束算法不仅可以求得对象的历史移动轨迹，还可以求得对象的实时移动轨迹。本实施方式的“移动轨迹”不仅包括历史移动轨迹，还包括实时移动轨迹。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路径约束算法，其特征在于，所述路径约束算法包括如下步骤：
S1:建立路径表，路径表包括路径及路径对应的权重值；
S2：将定位点匹配到第一权重值对应的路径；或者将定位点匹配到最近的节点，所述节点是路径与路径之间的连接点；
S3：根据差错条件检查路径匹配是否有差错；如果有，返回步骤S1，删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
2.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，初始时刻的路径权重计算公式为：
Figure FDA0002892173970000011
V0表示初始时刻的权重值，Ra表示方向的加权系数，a表示对象的运动方向与路径的夹角，Rd表示距离的加权系数，Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。
3.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，初始时刻外的特定时刻的路径权重计算公式为：
Figure FDA0002892173970000012
Figure FDA0002892173970000013
其中，Vt表示特定时刻路径权重值；R1表示上一时刻的计算系数，Vt-1表示上一时刻的路径权重值；R2表示当前时刻的计算系数，Ra表示方向的加权系数，a表示对象的移动方向与路径方向的夹角，Rd表示距离的加权系数，Dmax表示对象在特定的时间间隔内移动的最大距离，D表示定位点到路径的距离。
4.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，在步骤S2中，先计算定位点到最近的节点的距离，如果定位点到最近的节点的距离小于特定值，则将定位点匹配到最近的节点上；如果定位点到最近的节点的距离大于等于特定值，则将定位点垂直投影到选定路径上而将定位点匹配到选定路径上。
5.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，在步骤S2中，如果定位点到最近节点的距离小于特定值，将与该节点相连的路径加入路径表，并计算各路径的权重值并更新路径表。
6.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，在步骤S3中，所述差错条件是：定位点与匹配点之间的距离大于特定值。
7.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，判断每个定位点与路网区域的关系，如果连续特定数量的定位点位于路网区域外，将定位点返回最近检测到的位于所述路网区域的定位点，并返回步骤S1,删除原第一权重值对应的路径，将原第二权重值对应的路径调整为第一权重值的路径。
8.根据权利要求1所述的路径约束算法，其特征在于，删除权重值低于当中路径权重值一定比例的路径，实现路径表的动态更新。
9.一种路径约束算法模块，其特征在于，所述路径约束算法模块运行权利要求1至8任一所述的路径约束算法。
10.一种地图定位系统，所述地图定位系统包括地图模块，其特征在于：所述地图模块接入权利要求9所述路径约束算法模块，所述地图模块包括室内地图。
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