CN113852517A - 一种基于ar的信号强度可视化系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于AR的信号强度可视化系统。该系统包括：AR测距模块，用于感知无线设备的空间数据；AR空间构建模块，用于基于该空间数据来构建房屋3D模型以及无线设备的空间坐标；AR图像采集模块，用于采集无线设备的图像信息；AR设备识别模块，用于基于图像信息来识别无线设备并获取其相关参数；信号强度计算模块，用于基于相关参数、空间坐标并结合信号衰减规则来计算不同区域内无线设备的信号强度；AR内容生成模块，用于将信号强度数据以热力图的形式加载到实景或3D模型场景中；以及AR展示模块，用于在终端上渲染并呈现立体效果的热力图。本申请还公开了相应的基于实景叠加或模型叠加的AR的信号强度可视化方法。

Description

一种基于AR的信号强度可视化系统和方法

技术领域

本申请涉及增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术领域，更具体地，涉及基于AR的信号强度可视化系统和方法。

背景技术

AR技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。

AR技术的关键技术之一是其显示技术和交互技术。AR可视化就是将非视觉数据经过处理,生成可供用户理解的数字图像后,将其迭加到现实场景中供用户实时交互的技术。

当今生活中，无线网络已经遍布全球。尤其是办公场所、家庭以及各种室内环境对于无线网络的要求也越来越高。但在室内如何进行布放才能达到最优覆盖效果？现在通常需要借助于专业的测量工具来帮助无线网络的布放。然而对于普通家庭用户而言，这些专业测量工具显然是不可获取的。因为缺乏自测手段，当家庭中网速过慢时，只能联系运营商上门排查，耗时耗力。

现在网络中也存在部分应用程序(APP)，利用这些APP，可以在平面房型图上生成wifi热力图。图1中示出了现有技术中的相应方法的示意图。其操作步骤是：第一，输入小区门牌号，选择房型平面图；第二，拖动无线网络设备(网关/路由器/AP等)至图中任一位置，系统展现信号强度热力图(在实际操作中，能够依次以红、黄、绿、蓝来标识信号强度，其中红色最强、蓝色最弱)。通过在热力图中拖动图标，从而找到布网覆盖最优最合理的位置。

这一方法的缺点在于：第一，房型图需要被逐一预存到系统中，数据维护难度较大且应用推广受限于房型图的储备量；第二，“千房一律”，若用户改造房型之后，之前的房型图就不再适用于计算网络参数；第三，房型图是平面的，上述方法仅仅适用于同层平面计算，而不适用于跃层、复式、别墅等复杂的房屋和楼层结构。

因此，本领域中需要一种以简单、直接和高效方式实现的系统方法，利用该系统和方法，能够将网络信号强度容易地可视化，以便于布置无线网络。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在标识出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以作为稍后给出的更加详细的描述之序。

基于上述问题，本申请提出了一种基于AR的信号强度可视化系统和方法。本申请所涉的系统和方法利用AR空间技术测量并构建3D空间，在此基础上进行信号强度计算，环境相关度更高，也解决了现有应用所存在的房型图数据维护量大、无法计算跨层信号强度等问题。

此外，通过AR扫描，自动识别网络设备并获取其位置及组网参数，在此基础上计算信号强度，以热力图的形式立体叠加在3D房屋模型或真实场景中。这样，视觉效果直观且操作门槛低(即使分不清网关、路由器的用户，也能轻松扫描获得设备型号，完成后续操作)，增加了用户自服务的可能性，从而极大地降低了运营商的运维成本。

根据本申请的第一方面，提供了一种基于AR的信号强度可视化系统，包括：

一种基于AR的信号强度可视化系统，包括：

AR测距模块，用于感知无线设备的空间数据；

AR空间构建模块，用于基于该空间数据来构建房屋3D模型以及无线设备的空间坐标；

AR图像采集模块，用于采集该无线设备的图像信息；

AR设备识别模块，用于基于该图像信息来识别该无线设备并获取其相关参数；

信号强度计算模块，用于基于该相关参数、该空间坐标并结合信号衰减规则来计算不同区域内该无线设备的信号强度；

AR内容生成模块，用于基于该信号强度来生成热力图；以及

AR展示模块，用于在终端上渲染并呈现立体效果的该热力图。

根据本申请的优选实施例，该AR测距模块利用AR测距技术、陀螺仪来感知该空间数据。

根据本申请的优选实施例，该AR设备识别模块将该设备图像信息进行特征提取与比对，匹配到其特征值后，在无线设备库中获取该相关参数，包括：款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度。

根据本申请的优选实施例，对于已经识别的该无线设备，该AR测距模块获取其在空间中的位置。

根据本申请的优选实施例，该信号强度计算模块进一步结合信号源与接收位置之间的空间距离，以及无线信号衰减规则和隔断穿透能力来计算该无线设备在空间内的信号强度分布数值。

根据本申请的优选实施例，通过实景叠加方式或模型叠加方式来显示该热力图。

根据本申请的优选实施例，该实景叠加方式为在AR实景上叠加该无线设备的信号强度热力效果。

根据本申请的优选实施例，该模型叠加方式为在虚拟的空间3D模型基础上叠加该无线设备的信号强度热力效果，并通过拖放、转换角度和缩放的方式显示该无线设备在该空间中的任一位置的信号强度。

根据本申请的第二方面，提供了一种基于实景叠加的AR的信号强度可视化方法，包括以下步骤：

扫描所处的空间的实景；

通过AR识别，发现该空间中存在的无线设备，在设备库匹配并获取该设备的相关参数：款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度；

对该无线设备进行AR测距以感知该无线设备的空间数据；

基于该相关参数以及该空间数据来计算该无线设备的无线信号强度以生成热力图。

在该实景中叠加该热力图以直观地显示各区域的信号强度。

根据本申请的第三方面，提供了一种基于模型叠加的AR的信号强度可视化方法，包括以下步骤：

扫描所处的空间，并结合AR测距数据来构建该空间的3D空间模型；

扫描无线设备并匹配以从设备数据库中获得该无线设备的款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度等相关参数；

在用户界面上显示该无线设备的图标；

拖动该图标至该3D空间模型中的任一位置；

基于该相关参数、该3D空间模型来在该空间生成立体信号热力图；

重复拖动该图标以更新该热力图，直至达到满意的覆盖效果。

为能达成前述及相关目的，这一个或多个方面包括在下文中充分描述并在所附权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了这一个或多个方面的某些解说性特征。但是，这些特征仅仅是指示了可采用各种方面的原理的各种方式中的若干种，并且本描述旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。

附图说明

为了能详细理解本申请的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中解说。然而应该注意，附图仅解说了本申请的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。

在附图中：

图1是解说现有技术中基于AR的信号强度可视化方法示意图；

图2是解说根据本申请的实施例的基于AR的信号强度可视化系统的模块结构图；

图3是解说根据本申请的实施例的基于AR的信号强度可视化方法的流程图；以及

图4是解说根据本申请的另一实施例的基于AR的信号强度可视化方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文所描述的概念的仅有配置。本详细描述包括具体细节以提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在某些实例中，以框图形式示出众所周知的组件以便避免淡化此类概念。

应当理解，基于本公开，其他实施例将是显而易见的，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下做出系统、结构、过程或机械改变。

参照附图，参照可执行本文所描述的动作或功能的一个或多个组件以及一种或多种方法描绘了诸方面。在一方面，本文使用的术语“组件”可以是构成系统的诸部分之一，可以是硬件或软件或其某种组合，并且可以被划分成其他组件。尽管以下在附图中所描述的操作以特定次序呈现和/或如由示例组件执行，但应理解这些动作的次序以及执行动作的组件可取决于实现而变化。此外，应当理解，以下动作或功能可由专门编程的处理器、执行专门编程的软件或计算机可读介质的处理器、或由能够执行所描述的动作或功能的硬件组件和/或软件组件的任何其他组合来执行。

本申请提供了一种基于AR的信号强度可视化系统及方法，主要包括以下几个部分。

AR空间构建

用户启用AR摄像头以扫描其所在的室内空间，并利用AR测距技术、陀螺仪等组件来共同构建所在空间的3D空间坐标，并识别门窗等位置，从而生成房屋的3D空间模型。

AR识别无线网络设备

用户启用AR摄像头以扫描家中的设备，以实现以下目的。

1)与系统中的无线网络设备数据库进行AI图像比对，匹配其特征值继而在无线网络设备数据库中匹配到该设备的款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度等相关参数，用于网络信号测算。

2)通过AR空间构建方式获取该设备在室内空间中的位置。

立体信号强度计算

多数无线路由器配备全向天线，信号呈环形立体覆盖。与平面房型图测算不同，立体信号强度测算除了考虑直线传输及穿墙衰减等，还需要将信号源与接收位置之间的空间位置距离，并考虑楼层穿越效果，通过综合计算得出3D空间内的信号强度分布数值。

形成立体热力图

将AR空间构建模块以及由信号计算模块计算所得的空间信号强度数据进行可视化处理，用户就能通过应用终端(例如，AR眼镜或手机/平板的AR镜头)查看立体信号强度的热力图，其展现形式包括但不限于以下2种方式：

方式1：实景叠加

用户站在房中，通过AR镜头观看房间，可以观察到实景上叠加了信号强度热力效果。用户身处的房间实景充斥着各种颜色，最靠近网络设备的位置为红色(在实景叠加的场景中，网络设备也是实物，位于实景中的某个位置中，不会移动)。本场景用于将wifi信号可视化叠加在实景上，哪里无线信号最强？哪里是信号盲点？一目了然。

方式2：模型叠加

该场景为虚拟场景，在应用终端展现AR房屋3D模型，并在该模型上叠加信号强度热力图效果。用户以旁观者的角度，可以将虚拟的网络设备拖至房屋模型中的任一位置，通过热力图查看信号覆盖效果，并支持拖曳、旋转及缩放等操作来调整信号源的位置和观察角度，寻找最合适的网络设备布放位置，以达到最佳覆盖效果。

图2是解说根据本申请的实施例的基于AR的信号强度可视化系统的模块结构图。

如图2中所示，该系统主要分为前台系统和后台系统。

其中前台系统位于手机/AR眼镜终端，主要包括以下模块。

AR测距模块

该模块用于采用本领域熟知的AR测距技术、陀螺仪等来感知无线设备所处的空间数据和无线设备的位置并传送至后台系统。因为AR测距技术在本领域中已经熟知，因此在此不做赘述。

AR图像采集模块

该模块用于采集无线设备的图像信息，并将该图像信息传送至后台系统。AR展示 模块

该模块用于加载来自后台系统的图文内容，并在应用终端(诸如但不限于，AR眼镜、手机/平板等)上呈现。

后台系统可与前台合并集成于终端内部或独立出来，部署在网络平台上；主要包括以下模块。

AR空间构建模块

该模块用于结合来自AR测距模块的空间数据来构建房屋3D模型以及无线设备的空间坐标。

AR设备识别模块

该模块用于基于传送自AR图像采集模块的无线设备图像信息，通过AI技术识别并匹配其特征值，据此特征值在无线设备数据库中搜寻到该设备的相关参数(包括但不限于款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度等)。对于已经成功识别的设备，通过AR空间构建方式获取该设备在空间中的位置。

信号强度计算模块

该模块根据该设备的相关参数信息(诸如但不限于，路由器/AP的发射功率、接收灵敏度、天线增益等)、无线信号衰减规则和隔断穿透能力，并结合该设备的空间位置，综合计算得出3D空间内的信号强度分布数值。(请注意，该强度值的计算是考虑跨层效果的，这与现有技术存在显著区别)。

AR内容生成模块

该模块用于将信号计算模块的计算结果以信号热力图的形式展现。并且该展现支持实景叠加或者绘制出3D房屋模型之后叠加热力图(如上所述)。

图3是解说根据本申请的实施例的基于实景叠加的AR的信号强度可视化方法的流程图。

如图3中所示，以上述方式1为例，该方法主要包括以下步骤。

S1：用户打开AR摄像头，启动服务。

S2：用户扫描自己所处的空间的实景。

S3：通过AR识别，发现该空间中存在的无线网络设备，并匹配获得该设备的相关网络参数，包括但不限于，款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度等。

S4：使用AR测距技术获得该无线设备的空间数据。

S5：基于该空间数据和相关网络参数来计算无线设备的无线信号的强度以生成热力图。

S6：在实景中叠加上述热力图，以直观地显示各区域的信号强度。

图4是解说根据本申请的另一实施例的基于模型叠加的AR的信号强度可视化方法的流程图。

如图4中所示，以上述方式2为例，该方法主要包括以下步骤。

S1：用户打开AR摄像头，启动服务。

S2：用户AR扫描自己所处的空间，并且系统结合AR测距技术、陀螺仪等数据，共同构建该空间的3D模型。

S3：用户AR扫描无线设备，经后台匹配到该设备的型号，并从设备数据库中获得该设备的相关参数，包括但不限于，发射功率、接收灵敏度、天线增益等。

同时，在用户界面上出现该款无线设备的图标。

S4：用户拖动无线设备的图标至空间模型中的任一位置。

S5：系统结合该无线设备的各种相关参数、空间模型在空间模型中绘出立体信号热力图。

S6：用户再次拖动图标，热力图随之更新，直至达到满意的覆盖效果。

与现有技术相比，根据本申请的系统和方法具有以下技术优势。

第一，相较于平面房型图+热力图的传统布局方式，本申请的系统和方法的环境相关度更高，避免了“千房一律”的布置模式；尤其对于跃层、复式、别墅等复杂房型，可跨层计算/展现信号强度，这是现有技术中的平面房型图不可能做到的，因为构建3D空间模型需要结合AR空间感知、测距、陀螺仪定位等众多技术手段。

第二，从用户角度来说，本申请的系统和方法具有“AR扫一扫”自动识别网络设备，通过AR+AI来识别网络设备并获取其位置，用户操作非常简便高效；

第三，通过AR实景叠加或3D立体模型展现信号强度等特点，哪里信号最强、哪里是盲点一目了然，视觉效果直观且操作门槛低。即使对于那些无法分清网关、还是路由器、或者AP的用户而言，也能轻松完成后续操作。这不但增加了用户自服务的可能性，而且极大地降低了运营商的运维成本。

采用根据本申请的系统方法，安装维修人员能够直观地查看无线网络信号的覆盖情况，并进行合理优化，从而降低了运维的难度和成本，同事也方便用户确认布网效果。

并且，家庭用户通过使用本申请的系统和方法，可以自主地观测、优化室内无线网络布局，从而减轻了运营商的运维压力。

应该理解，所公开的方法中各步骤的具体次序或阶层是示例性过程的解说。基于设计偏好，应该理解，可以重新编排本文描述的方法或方法体系中各步骤的具体次序或阶层。所附方法权利要求以样本次序呈现各种步骤的要素，且并不意味着被限定于所呈现的具体次序或阶层，除非在本文中有特别叙述。

提供先前描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所述的各种方面。对这些方面的各种改动将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面，而是应被授予与权利要求的语言相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述并非旨在表示“有且仅有一个”(除非特别如此声明)而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。引述一列项目中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一者”旨在涵盖：至少一个a；至少一个b；至少一个c；至少一个a和至少一个b；至少一个a和至少一个c；至少一个b和至少一个c；以及至少一个a、至少一个b和至少一个c。本公开通篇描述的各种方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众，无论这样的公开是否在权利要求书中被显式地叙述。

Claims (10)

1.一种基于AR的信号强度可视化系统，包括：

AR测距模块，用于感知无线设备的空间数据；

AR空间构建模块，用于基于所述空间数据来构建房屋3D模型以及无线设备的空间坐标；

AR图像采集模块，用于采集所述无线设备的图像信息；

AR设备识别模块，用于基于所述图像信息来识别所述无线设备并获取其相关参数；

信号强度计算模块，用于基于所述相关参数、所述空间坐标并结合信号衰减规则来计算不同区域内所述无线设备的信号强度；

AR内容生成模块，用于基于所述信号强度来生成热力图；以及

AR展示模块，用于在终端上渲染并呈现立体效果的所述热力图。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述AR测距模块利用AR测距技术、陀螺仪来感知所述空间数据。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述AR设备识别模块将所述设备图像信息进行特征提取与比对，匹配到其特征值后，在无线设备库中获取所述相关参数，包括：款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，对于已经识别的所述无线设备，所述AR测距模块获取其在空间中的位置。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号强度计算模块进一步结合信号源与接收位置之间的空间距离，以及无线信号衰减规则和隔断穿透能力来计算所述无线设备在空间内的信号强度分布数值。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过实景叠加方式或模型叠加方式来显示所述热力图。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述实景叠加方式为在AR实景上叠加所述无线设备的信号强度热力效果。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模型叠加方式为在虚拟的空间3D模型基础上叠加所述无线设备的信号强度热力效果，并通过拖放、转换角度和缩放的方式显示所述无线设备在所述空间中的任一位置的信号强度。

9.一种基于实景叠加的AR的信号强度可视化方法，包括以下步骤：

扫描所处的空间的实景；

通过AR识别，发现所述空间中存在的无线设备，在设备库匹配并获取所述设备的相关参数：款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度；

对所述无线设备进行AR测距以感知所述无线设备的空间数据；

基于所述相关参数以及所述空间数据来计算所述无线设备的无线信号强度以生成热力图。

在所述实景中叠加所述热力图以直观地显示各区域的信号强度。

10.一种基于模型叠加的AR的信号强度可视化方法，包括以下步骤：

扫描所处的空间，并结合AR测距数据来构建所述空间的3D空间模型；

扫描无线设备并匹配以从设备数据库中获得所述无线设备的款型、发射功率、天线增益、接收灵敏度等相关参数；

在用户界面上显示所述无线设备的图标；

拖动所述图标至所述3D空间模型中的任一位置；

基于所述相关参数、所述3D空间模型来在所述空间生成立体信号热力图；

重复拖动所述图标以更新所述热力图，直至达到满意的覆盖效果。

Images