基于地磁的室內(nèi)地圖構(gòu)建方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于室內(nèi)地磁定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及室內(nèi)空間地磁數(shù)據(jù)的采集與室內(nèi) 定位及導(dǎo)航地圖的構(gòu)建方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在位置服務(wù)領(lǐng)域，室外的定位導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，主流的GPS及我國(guó)自 主研發(fā)的北斗系統(tǒng)在室外定位精度可達(dá)亞米級(jí)。相對(duì)地，在購(gòu)物商場(chǎng)、會(huì)展中心、航空港、高 鐵站、停車場(chǎng)等大型的建筑空間內(nèi)，由于衛(wèi)星信號(hào)被建筑物所遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星定位技術(shù)無(wú)法 為復(fù)雜室內(nèi)空間提供準(zhǔn)確的位置服務(wù)。在生活中，人們大部分的活動(dòng)時(shí)間在室內(nèi)，并且隨著 社會(huì)發(fā)展，室內(nèi)空間越來(lái)越龐大和復(fù)雜，所以對(duì)于精確的室內(nèi)定位技術(shù)的需求愈發(fā)的迫切。
[0003] 地球磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，每個(gè)位置的地磁場(chǎng)都有特定的方向和強(qiáng)度大小。在大自 然中，迀徙的鳥(niǎo)類通過(guò)感知地球磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航并到達(dá)目的地，海龜依靠地磁信息標(biāo) 識(shí)回到它們出生的地點(diǎn)并在那里筑巢。受此啟發(fā)后，人們開(kāi)始探索利用地磁場(chǎng)空間分布實(shí) 現(xiàn)定位導(dǎo)航。研究發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)代建筑大部分都是由鋼筋混泥土組成，室內(nèi)空間的地磁場(chǎng)受 到鋼筋等磁性物質(zhì)的干擾發(fā)生了一定程度的扭曲。且由于建筑結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，使得地球磁 場(chǎng)在室內(nèi)空間不同位置會(huì)受到穩(wěn)定的干擾，從而在室內(nèi)呈現(xiàn)出多樣和獨(dú)特的地磁場(chǎng)特征。 此特性為利用地磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和導(dǎo)航提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。
[0004] 近年來(lái)，室內(nèi)定位技術(shù)一直是炙手可熱的研究熱點(diǎn)，而且不斷涌現(xiàn)出了WiFi、 RFID、藍(lán)牙、超聲等領(lǐng)域的技術(shù)成果。但是對(duì)于室內(nèi)定位領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)論定位技術(shù)發(fā)展的再 好，沒(méi)有準(zhǔn)確的室內(nèi)平面地圖，任何定位服務(wù)都形同GPS沒(méi)有地圖，只是個(gè)擺設(shè)而已。在國(guó)際 上，谷歌、微軟、諾基亞、蘋果等科技巨頭在室內(nèi)定位研究中一直走在世界前列，而且谷歌領(lǐng) 跑這一新興領(lǐng)域，在谷歌地圖的基礎(chǔ)上加入室內(nèi)定位功能，最早推出室內(nèi)定位技術(shù)商用系 統(tǒng)，打通了室外定位和室內(nèi)定位銜接瓶頸。在室內(nèi)地圖的獲取方面，谷歌的做法是由合作商 家提供平面圖，通過(guò)谷歌的審核后給予發(fā)布。此外，谷歌還發(fā)布相應(yīng)的地圖構(gòu)建應(yīng)用，商家 只需要利用該應(yīng)用在室內(nèi)采集GPS、Wi_Fi信號(hào)以及手機(jī)基站收集位置數(shù)據(jù)，然后上傳至 Google Maps的數(shù)據(jù)庫(kù)，便可生成室內(nèi)地圖供室內(nèi)定位導(dǎo)航使用。在國(guó)內(nèi)，百度、阿里、騰訊 等科技巨頭也加快了室內(nèi)定位技術(shù)研究的步伐，不斷地進(jìn)行技術(shù)積累，但仍處在試驗(yàn)階段。 同時(shí)，該領(lǐng)域也涌現(xiàn)一大批創(chuàng)業(yè)公司，例如北京點(diǎn)道互聯(lián)科技有限公司和上海圖聚信息技 術(shù)有限公司在地圖數(shù)據(jù)上投入較大，成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的定位室內(nèi)地圖服務(wù)商，目前已經(jīng)覆蓋 了國(guó)內(nèi)上萬(wàn)建筑物，并為百度、高德等提供數(shù)據(jù)支持。但是在室內(nèi)地圖和數(shù)據(jù)獲取方面，就 點(diǎn)道而言，20-30%是商城主動(dòng)提供的，而70%是通過(guò)人工線下采集的，完成獲取工作后再對(duì) 室內(nèi)地圖進(jìn)行數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化。由此看出，室內(nèi)定位服務(wù)商目前獲取平面地圖的主要途徑 是通過(guò)和商家合作及自主采集，但是對(duì)于大規(guī)模推廣并不現(xiàn)實(shí)。所以，未來(lái)通過(guò)眾包的模式 籌集室內(nèi)地圖是大勢(shì)所趨，目的在于鼓勵(lì)用戶在使用位置服務(wù)時(shí)上傳建筑平面圖至服務(wù)器 來(lái)完善地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。但在用戶習(xí)慣還未形成之前，眾包的模式很難有效的推廣。獲取室內(nèi)地 圖后，要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位導(dǎo)航，還要進(jìn)行平面地圖的處理及數(shù)據(jù)的綁定。目前普遍的方案是首 先獲取到室內(nèi)平面地圖，再進(jìn)行地圖的指紋錄制和綁定，完成后才是完整的室內(nèi)空間基準(zhǔn) 地圖，最后將該室內(nèi)空間基準(zhǔn)地圖發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。顯然，如果沒(méi)有事先提供室內(nèi)地 圖，室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)無(wú)從談起。所以我們需要需求一種更為簡(jiǎn)單、快捷的地圖構(gòu)建方法，加 速簡(jiǎn)化室內(nèi)地圖數(shù)字化過(guò)程。
[0005] 本發(fā)明采用室內(nèi)地磁場(chǎng)作為室內(nèi)定位導(dǎo)航的坐標(biāo)系，通過(guò)采集基于地磁環(huán)境特征 的室內(nèi)空間位置指紋信息及構(gòu)建室內(nèi)空間平面地圖，建立基于地磁的室內(nèi)空間基準(zhǔn)地圖， 為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位與導(dǎo)航提供基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種更為簡(jiǎn)單、便捷的基于地磁的室內(nèi)地圖構(gòu)建方法與裝 置，通過(guò)該方法將生成的室內(nèi)平面地圖和對(duì)應(yīng)的基于地磁的室內(nèi)空間位置指紋信息及室內(nèi) 空間采集通道的拓?fù)湫畔?，將其上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器端作為室內(nèi)定位實(shí)施的室內(nèi)空間基準(zhǔn)地 圖。
[0007] 本發(fā)明的采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明的基于地磁的室內(nèi)地圖構(gòu)建方法，其包括如下步驟： 獲取室內(nèi)空間的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù);地球磁場(chǎng)是一個(gè)三維矢量場(chǎng)，由采集終端采集到的是地 磁數(shù)值三分量;在同一位置，采用地磁數(shù)值三軸合成量作為室內(nèi)空間位置指紋信息;采集方 式是通過(guò)選擇采集通道，設(shè)置起始點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)位置，然后使采集終端在室內(nèi)待采集通道上 勻速前行并以固定的頻率采集地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)改變采樣頻率或者采集終端的移動(dòng)速 度來(lái)改變地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)序列的樣本密度，采集終端到達(dá)節(jié)點(diǎn)或者終點(diǎn)后，設(shè)置節(jié)點(diǎn)或終點(diǎn)，暫 停或者結(jié)束采集，同時(shí)將所采集的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)序列以及相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息以文件保存于本地； 獲取采集通道方向以及距離;在采集終端移動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電子指南針及陀螺儀記錄采 集終端實(shí)時(shí)方向信息，再通過(guò)低通濾波去噪后，采用均值濾波平滑數(shù)據(jù)作為該采集通道最 終的方向；采集通道的距離通過(guò)獲取采集終端的移動(dòng)的速度，再結(jié)合獲取所用的時(shí)長(zhǎng)，算出 采集通道的距離； 人機(jī)交互模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和采集終端所處的位置、方向，同時(shí)實(shí)時(shí)地 繪制出采集終端所移動(dòng)過(guò)的路徑并生成采集通道與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的幾何拓?fù)鋱D；幾何拓?fù)鋱D包 括點(diǎn)集和邊集，其中點(diǎn)集又包含著采集的起始點(diǎn)和室內(nèi)通道的拐點(diǎn)或者岔路口，邊集包含 的邊代表著室內(nèi)空間的采集通道，采集通道即室內(nèi)空間的可達(dá)區(qū)域； 完成室內(nèi)幾何拓?fù)鋱D的繪制及相應(yīng)的基于地磁環(huán)境特征的室內(nèi)空間位置指紋信息的 錄制后，在幾何拓?fù)鋱D上進(jìn)行圖形化標(biāo)注； 室內(nèi)空間拓?fù)涞貓D的圖形化標(biāo)注后，在圖形化的室內(nèi)空間拓?fù)鋱D上關(guān)鍵位置進(jìn)行語(yǔ)義 標(biāo)簽的添加； 完善室內(nèi)空間基準(zhǔn)地圖可視化界面信息;完成可視化表達(dá)的室內(nèi)空間基準(zhǔn)地圖以圖的 形式存儲(chǔ)在本地文件中，其中，圖的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)采集通道的起始點(diǎn)以及拐點(diǎn)，圖的邊代表著某 個(gè)通道采集的地磁序列，圖形化標(biāo)注及語(yǔ)義標(biāo)簽作為邊的屬性，并采取有向圖形式存儲(chǔ)； 完善室內(nèi)空間基準(zhǔn)地圖的信息后，采集終端對(duì)接遠(yuǎn)程服務(wù)端，將所構(gòu)建的室內(nèi)空間基 準(zhǔn)地圖上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器端進(jìn)行分類、篩選、存儲(chǔ)； 針對(duì)單條采集通道所獲取到的多條地磁數(shù)據(jù)序列即地磁數(shù)據(jù)曲線，服務(wù)器端通過(guò)聚類 算法，對(duì)同一采集通道所獲取的多條地磁數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行聚類處理，得到若干組最具有代表 性的地磁數(shù)據(jù)曲線作為該通道的地磁基準(zhǔn)曲線。
[0009] 進(jìn)一步實(shí)施地，所述在幾何拓?fù)鋱D上進(jìn)行圖形化標(biāo)注具體是:采用點(diǎn)、線段及常見(jiàn) 的二維幾何圖形在幾何拓?fù)鋱D相應(yīng)的位置進(jìn)行標(biāo)注，標(biāo)注的方法是根據(jù)點(diǎn)到直線的距離的 原理，在幾何拓?fù)鋱D邊的周圍適當(dāng)?shù)匚恢眠x取放置點(diǎn)，選擇點(diǎn)、線或者幾何平面圖代表了室 內(nèi)空間結(jié)構(gòu)實(shí)際的位置信息，利用矩形代表房間，再找出該位置的最近鄰的路徑，將該位置 信息綁定到該路徑上。
[0010] 本發(fā)