CN104807462A - 室内地磁导航基准图生成方法及*** - Google Patents

室内地磁导航基准图生成方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及室内地磁导航领域，公开了一种室内地磁导航基准图生成方法及***，通过构建室内平面图，以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系，在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系，确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标，根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。本发明提高了地磁导航基准图的更新效率并节约了成本。

Description

室内地磁导航基准图生成方法及***
技术领域
本发明涉及室内地磁导航领域，尤其涉及一种室内地磁导航基准图生成方法。
背景技术
随着社会的发展，大型购物广场、大型办公楼、图书馆、地下停车库、大型超市会议中心、医院等逐渐成为人们工作、生活、娱乐的主要场所，常常需要确定当前位置信息及到达目的地的路径信息，这就需要有一种室内导航手段来实现室内定位导航。
目前，应用广泛的GPS定位导航手段由于受到建筑物的遮挡，在室内难以实现移动终端与卫星的通信而无法完成室内精确定位导航。近几年，Wi-Fi技术的迅速发展及广泛应用，似乎成为室内导航很好的选择，但Wi-Fi技术过分依赖于信号收发器，且覆盖范围有限，另外，由于室内导航时需要Wi-Fi信号穿越建筑物墙体而发生信号的衰减和反射，使得信号衰减模型因建筑材料的不同难以建立精确的信号传播模型，定位精度难以保证，同时，用于定位的信号发射器能耗也较高。
地磁场是矢量场，从理论上讲，地球表面上任意一点的地磁场信息都不完全相同，这就为地磁导航提供了理论基础。同时，由于建筑材料及室内固定设施的磁性影响，使得室内地磁场环境更加复杂。因此，地磁场可作为室内导航的天然坐标系。
为了实现室内地磁导航基准图生成方法，首先需要采集室内地磁场数据，建立地磁场基准图。但由于室内(如超市)设施往往没有具体的坐标信息且布局时常发生变化，如果按照常规测量手段，利用测量仪器精确测量得到每个设施的坐标信息显然十分麻烦，并且室内测绘由于通视条件差，实现起来也十分困难。此外，由于室内的设施布局很容易发生改变，且这种改变会造成地磁场的变化，这增加了室内地磁场数据的采集和维护的难度。
发明内容
本发明提供一种室内地磁导航基准图生成方法，解决现有技术中的测量手段建立地磁场基准图实现复杂，后期更新维护困难的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种室内地磁导航基准图生成方法，包括：
构建室内平面图；
以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度
根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
一种室内地磁导航基准图生成***，包括：
坐标构建模块，用于构建室内平面图，并以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
拓扑建立模块，用于在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
数据采集模块，用于确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
姿态参数获取模块，用于根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度
生成模块，用于根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
通过本发明提供的一种室内地磁导航基准图生成方法及***，构建室内平面图，以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系，在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系，确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标，根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。本发明提高了地磁导航基准图的更新效率并节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种室内地磁导航基准图生成方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种室内地磁导航基准图生成***的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1为本发明实施例中提供一种室内地磁导航基准图生成方法的流程图，包括：
步骤101、构建室内平面图；
步骤102、以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
步骤103、在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
步骤104、确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
步骤105、根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数；
其中，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度
步骤106、根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
其中，为了提高采集数据的合理性，步骤104之后，包括：
步骤104-a、利用均值窗口滤波法对智能手机采集的机身坐标系下的地磁场三分量数据进行异常值剔除；
步骤104-b、对数据采集路段上的前后至少两个采集点的地磁场三分量数据求均值，若采集点地磁场三分量数据与均值相差超过预设阈值，则剔除。
由于室内布局的变化，造成地磁场的改变，因此步骤106之后，包括：当室内布局发生改变时，获得室内布局改变带来的周围磁场的影响距离，以室内布局改变点为中心，以影响距离为半径，对地磁数据进行空间缓冲区分析；获得在缓冲区内的数据采集路段，查找在数据采集路段上的节点、结点记录；删除在数据采集路段上的节点、结点数据记录；删除缓冲区内的地据采集路段记录重新规划数据采集路段，建立拓扑关系，并重新进行数据采集。
步骤104中通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据的步骤，包括：
步骤104-1、将所述智能手机置于标定台面上，屏幕朝上，侧边紧靠立板，初始化所述智能手机的姿态信息，并注册监听陀螺仪传感器信息；
步骤104-2、从起点利用所述智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，根据所述智能手机中的加速度计，实时获取所述智能手机的前进距离；
步骤104-3、当所述智能手机步行到达终点，结束数据采集，然后进入下一数据采集路段，直至完成全部数据采集路段的地磁场数据采集。
步骤106，包括：
步骤106-1、根据所述智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度获得坐标转换矩阵；
其中，转换矩阵R为
步骤106-2、根据所述坐标转换矩阵，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值；
其中，采集的地磁场三分量数据为(X1,Y1,Z1)，绝对坐标系下的地磁场三分量数值为(X2,Y2,Z2)， X 2 Y 2 Z 2 = R X 1 Y 1 Z 1 .
步骤106-3、并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
通过本发明提供的一种室内地磁导航基准图生成方法，构建室内平面图，以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系，在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系，确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标，根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。本发明实现了基于平面建筑图或平面布局草图的室内地磁导航基准图的制备，避免了对室内布局空间位置的测量，节省了成本；实现了自动生成地磁采集网，自动建立拓扑关系，提高了基准图制备效率，为地磁导航奠定数据基础；同时对于地磁基准图的维护，有效控制了地磁数据采集的工作量，避免了盲目测量，提高了地磁基准图的更新效率并节约了成本。
如图2所示，为一种室内地磁导航基准图生成***的结构示意图，包括：
坐标构建模块210，用于构建室内平面图，并以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
拓扑建立模块220，用于在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
数据采集模块230，用于确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
姿态参数获取模块240，用于根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度
生成模块250，用于根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
其中，室内地磁导航基准图生成***，还包括：
第一数据处理模块260，用于通过均值窗口滤波法对智能手机采集的机身坐标系下的地磁场三分量数据进行异常值剔除；
第二数据处理模块270，用于对数据采集路段上的前后至少两个采集点的地磁场三分量数据求均值，若采集点地磁场三分量数据与均值相差超过预设阈值，则剔除。
室内地磁导航基准图生成***，还包括：
更新模块280，用于当室内布局发生改变时，获得室内布局改变带来的周围磁场的影响距离，以室内布局改变点为中心，以影响距离为半径，对地磁数据进行空间缓冲区分析；获得在缓冲区内的数据采集路段，查找在数据采集路段上的节点、结点记录；删除在数据采集路段上的节点、结点数据记录；删除缓冲区内的地据采集路段记录；重新规划数据采集路段，建立拓扑关系，并重新进行数据采集。
其中，所述数据采集模块230，包括：
路段规划单元231，用于确定数据采集路段；
初始化单元232，用于将所述智能手机置于标定台面上，屏幕朝上，侧边紧靠立板，初始化所述智能手机的姿态信息，并注册监听陀螺仪传感器信息；
数据采集单元233，用于从起点利用所述智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，根据所述智能手机中的加速度计，实时获取所述智能手机的前进距离；当所述智能手机步行到达终点，结束数据采集，然后进入下一数据采集路段，直至完成全部数据采集路段的地磁场数据采集。
所述生成模块250，包括：
第一计算单元251，用于根据所述智能手机绕自身坐标系轴的旋转角度，获得坐标转换矩阵；
坐标转换单元252，用于根据所述坐标转换矩阵，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值；
保存单元253，用于将绝对坐标系下的地磁场三分量数值保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种室内地磁导航基准图生成方法，其特征在于，包括：
构建室内平面图；
以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度ω,κ；
根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
2.根据权利要求1所述的室内地磁导航基准图生成方法，其特征在于，所述通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标之后，包括：
利用均值窗口滤波法对智能手机采集的机身坐标系下的地磁场三分量数据进行异常值剔除；
对数据采集路段上的前后至少两个采集点的地磁场三分量数据求均值，若采集点地磁场三分量数据与均值相差超过预设阈值，则剔除。
3.根据权利要求1所述的室内地磁导航基准图生成方法，其特征在于，生成室内地磁导航基准图之后，包括：
当室内布局发生改变时，获得室内布局改变带来的周围磁场的影响距离，以室内布局改变点为中心，以影响距离为半径，对地磁数据进行空间缓冲区分析；
获得在缓冲区内的数据采集路段，查找在数据采集路段上的节点、结点记录；
删除在数据采集路段上的节点、结点数据记录；
删除缓冲区内的地据采集路段记录；
重新规划数据采集路段，建立拓扑关系，并重新进行数据采集。
4.根据权利要求1所述的室内地磁导航基准图生成方法，其特征在于，所述通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，包括：
将所述智能手机置于标定台面上，屏幕朝上，侧边紧靠立板，初始化所述智能手机的姿态信息，并注册监听陀螺仪传感器信息；
从起点利用所述智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，根据所述智能手机中的加速度计，实时获取所述智能手机的前进距离；
当所述智能手机步行到达终点，结束数据采集，然后进入下一数据采集路段，直至完成全部数据采集路段的地磁场数据采集。
5.根据权利要求1所述的室内地磁导航基准图生成方法，其特征在于，所述根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，包括：
根据所述智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度ω,κ，获得坐标转换矩阵；
根据所述坐标转换矩阵，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值。
6.一种室内地磁导航基准图生成***，其特征在于，包括：
坐标构建模块，用于构建室内平面图，并以所述室内平面图的像素空间为基础，建立坐标系；
拓扑建立模块，用于在构建完成的室内平面图基础上，绘制数据采集路段，根据所述数据采集路段提取起始节点和终止节点，并建立节点与路段的拓扑关系；
数据采集模块，用于确定数据采集路段，通过智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，并记录地磁场的坐标；
姿态参数获取模块，用于根据实时获取的智能手机的姿态信息，获得智能手机相对于初始化状态的瞬时姿态参数，所述姿态参数为智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度ω,κ；
生成模块，用于根据所述姿态参数，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值，并保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
7.根据权利要求6所述的室内地磁导航基准图生成***，其特征在于，还包括：
第一数据处理模块，用于通过均值窗口滤波法对智能手机采集的机身坐标系下的地磁场三分量数据进行异常值剔除；
第二数据处理模块，用于对数据采集路段上的前后至少两个采集点的地磁场三分量数据求均值，若采集点地磁场三分量数据与均值相差超过预设阈值，则剔除。
8.根据权利要求6所述的室内地磁导航基准图生成***，其特征在于，还包括：
更新模块，用于当室内布局发生改变时，获得室内布局改变带来的周围磁场的影响距离，以室内布局改变点为中心，以影响距离为半径，对地磁数据进行空间缓冲区分析；获得在缓冲区内的数据采集路段，查找在数据采集路段上的节点、结点记录；删除在数据采集路段上的节点、结点数据记录；删除缓冲区内的地据采集路段记录；重新规划数据采集路段，建立拓扑关系，并重新进行数据采集。
9.根据权利要求6所述的室内地磁导航基准图生成***，其特征在于，所述数据采集模块，包括：
路段规划单元，用于确定数据采集路段；
初始化单元，用于将所述智能手机置于标定台面上，屏幕朝上，侧边紧靠立板，初始化所述智能手机的姿态信息，并注册监听陀螺仪传感器信息；
数据采集单元，用于从起点利用所述智能手机沿数据采集路段匀速采集智能手机机身坐标系下的地磁场三分量数据，根据所述智能手机中的加速度计，实时获取所述智能手机的前进距离；当所述智能手机步行到达终点，结束数据采集，然后进入下一数据采集路段，直至完成全部数据采集路段的地磁场数据采集。
10.根据权利要求6所述的室内地磁导航基准图生成***，其特征在于，所述生成模块，包括：
第一计算单元，用于根据所述智能手机绕自身坐标系X,Y,Z轴的旋转角度ω,κ，获得坐标转换矩阵；
坐标转换单元，用于根据所述坐标转换矩阵，将采集的地磁场三分量数据进行坐标转换，获得绝对坐标系下的地磁场三分量数值；
保存单元，用于将绝对坐标系下的地磁场三分量数值保存至数据库，以生成室内地磁导航基准图。
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