CN105136160B - 一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法 - Google Patents

Abstract

一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，包括以下步骤：步骤一：构建城市空间公交网络；步骤二：根据目的地D和当前位置O计算获取最佳上车公交站点；步骤三：根利用方位角实现方向实时感知；步骤四：构建实时引导道路网络模型R；步骤五：采用实时引导方式准确引导至最佳上车站点。本发明加入了增强现实技术后，结合方位感知和公交车的实时信息反馈功能，将信息直观的显示在现实场景中，提供了更加直观准确的导航和实时信息掌握，实现了小范围内的精确导航，为用户的出行提供了更好的便捷出行和用户体验。

Description

一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导 航方法

技术领域

本发明涉及公共交通和移动开发领域，特别是指一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法。

背景技术

公交车已经成为人们出行必不可少的交通工具，尤其是在当前节能环保的政策下，鼓励人们出行少开私家车，选择无排放或少排放碳量的方式出行(如公交车、自行车等)，实现绿色出行。然而，用户的公共出行特别是到达陌生城市或者不熟悉的地址时，往往会遇到找不到近距离内最佳的公交车站点，比如说：当前位置的东北方向有一个公交站点，但是用户可能连东南西北也分不清，到陌生地点尤其可能如此。对于分不清东西南北的路盲用户来说有时即使使用了普通的二维地图也无法找到相应的位置。当前现有的室外导航产品的一般前提是用户知道大体的宏观方向，比如东西南北，满足不了路盲用户的导航需求。因此实现更加方便和高效的室外精确导航是当前亟需解决的问题。

随着移动端硬件设备和技术的不断提升，移动终端的传感器技术在应用中性能和灵敏度也相比以前有巨大的提升。增强现实技术(Argument Realty，以下简称AR)借助移动终端传感器的优越性应运而生，与传统虚拟现实技术所要达到的完全沉浸的效果不同，增强现实技术致力于将计算机生成的物体叠加到现实景物上。目前，大多主流手机都内置了百万像素或更高像素的摄像头，并集成了蓝牙、红外以及WIFI等高速无线通讯接口。将手机与增强现实技术相结合，能够使增强现实技术脱离庞大的工作站或PC机、图像采集设备、头盔等增强现实设备的局限，实现图像采集、处理、优化和显示的整合，使手机增强现实具有较强的移动性、便携性、实用性以及人机交互性。将智能手机作为增强现实技术新的应用平台，已经是新一代增强现实技术的必然趋势。同时，增强现实在智能交通方面的应用随着设备和技术的改进也渐渐流行了起来。智能交通与增强现实的结合，在实时导航与实时方位确定方面具有实时性、清晰性、便捷性等功能集于一身的特点。其中增强现实技术在智能交通的应用之一即利用方向感知进行信息实时反馈的精确导航。

当前传统的手机公交搜索APP实现的基本功能为公交车站点查询、公交路线查询、提供换乘方案以及公交路线二维地图导航等。而传统的公交搜索手机软件往往满足不了用户在陌生位置进行精确搜索和导航的需求。

发明内容

为了克服当前位置搜索和导航方式单一、公交站点信息实时性不足、出行效率低，室外导航误差率较高等问题，本发明考虑了基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，结合方向感知和图像处理的相关技术设计搜索和引导算法，这种方法不仅使得公交搜索更新方便清晰，准确性、实时性大为改进，而且在一定程度上实现了近距离的精确导航，提高了城市公共出行效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术具体步骤如下：

一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，包括如下步骤：

步骤一：构建城市空间公交网络P＝(V_P,E_P,W_P)，V_P表示公交网络的公交站点，每个节点包含了公交站点的经纬度；E_P表示公交网络中的边，若两个公交站点在一条公交线路上是相邻的，它们就有一条连边；W_P表示边的权值，即边所对应的一段公交线路实际的物理长度；

步骤二：根据目的地D和当前位置O计算获取最佳上车公交站点，通过地图地址解析方式得到目的位置的经纬度；

步骤三：利用方位角实现方向实时感知，通过建立和计算从视点到另一个GPS坐标B的视点之间的方位角公式：

上式中，当前站点的经度表示为α₁，纬度表示为β₁，需要计算的目标站点B经度表示为α₂，纬度表示为β₂，A即为所求的方位角度；

利用上述公式(1)计算起始站点O与最佳上车公交站点B的方位角A_OB，然后建立对角计算可接受的视图范围v，即视图范围；结合人眼视角范围和设备能够接收的视角范围确定视图窗口；

步骤四：构建实时引导道路网络模型R＝(V_R,E_R,W_R)，道路网络中的每个交叉口作为节点，用V_R表示，同时每个节点记录实际信息，包括路口RoadId、路口名称RoadName、路口经纬度lacation以及路口具体地址；E_R表示道路网络模型的连边，若两个交叉路口之间有路段相连，则节点连一条边；W_R表示边的权值，即边所对应的一段道路线路实际的物理长度；

步骤五：采用实时引导方式准确引导至最佳上车站点，通过与最佳上车站点方位角及具体经纬度实时对比，借助数据库中存储的具体路段信息进行匹配，规划一条实时引导的路线，动态地在图像中显示路线引导至目的公交站点，分别对起始位置O与目的站点位置B搜索距离位置最近的交叉路口，确定起始节点与目的节点，然后对网络模型R使用基于Dijkstra最短路径算法进行路径最优路径搜索，该算法描述为：

5.1)初始化：令N表示网络R节点的集合，先令N＝{1}，对所有不在N中的节点v，写出

5.2)寻找一个不在N中的节点w，其中D(w)值为最小，把w加入到N中，然后对所有不在N中的节点v，用[D(v),D(w)+l(w,v)]中的较小的值去更新原有的D(v)值，即：

D(v)←Min[D(v),D(w)+l(w,v)]

5.3)重复步骤5.2)，直到找到目的节点s为止。

进一步，所述导航方法还包括以下步骤：

步骤六：实现实时标注与引导，通过得到最优的导航路径后，根据当前设备与目的站点之间的实际距离，结合上述步骤中计算得到的方位角度A_OB，与导航路径所保存的方位和路段信息进行实时地分析与匹配，确定当前的引导方式，并将导航信息同步标记在移动设备的真实图像上。

更进一步，所述步骤二中，以当前位置O为圆心搜寻半径r范围内所有站点集S＝{O₁,O₂,...,O_n}，接着在公交网络P中用Dijkstra最短路径算法来计算站点集S中的起始站点到达目的站点D的换乘次数，取换乘次数最小的公交站点作为最优上车公交车站点B，如果存在多个换乘次数最小的公交站点，则取距离当前位置最近的公交站点为B。

再进一步，所述步骤三中，如果计算的经度差Δα＝α₂-α₁<0，则需要对方位角进行A+π的校正。

本发明的技术构思为：本发明加入了增强现实技术后，结合方位感知和公交车的实时信息反馈功能，将信息直观的显示在现实场景中，提供了更加直观准确的导航和实时信息掌握，实现了小范围内的精确导航，为用户的出行提供了更好的便捷出行和用户体验。

本发明的有益效果为：可以通过此思路构造城市基于增强现实的信息搜索以及导航模型。这将为增强技术的发展已经用户公共出行提供更多新颖和实用的选择方案，在此基础上进一步研究，有助于在其他领域如广告以及建筑标识甚至是图像识别方面都有一定的使用价值。

附图说明

图1是利用增强现实技术实现信息移动终端实时标注原理图。

图2是构建实时引导道路网络模型原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

参照图1和图2，一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，包括以下步骤：

步骤一：以实际城市市区为例，构建城市空间公交网络P＝(V_P,E_P,W_P)，V_P表示公交网络的公交站点，每个节点包含了公交站点的经纬度；E_P表示公交网络中的边，若两个公交站点在一条公交线路上是相邻的，它们就有一条连边；W_P表示边的权值，即边所对应的一段公交线路实际的物理长度；

步骤二：计算获取最佳上车公交站点，确定出发位置O与目的地位置D后，通过地图地址解析方式得到目的位置的经纬度；

步骤三：利用方位角实现方向实时感知，利用移动终端的GPS传感器获得当前位置的经纬度，结合公式(1)计算起始站点O与最佳上车公交站点B的方位角A_OB。然后建立对角计算可接受的视图范围v，即视图范围。结合人眼视角范围和设备能够接收的视角范围确定视图窗口；

步骤四：构建实时引导道路网络模型R＝(V_R,E_R,W_R)，道路网络中的每个交叉口作为节点，用V_R表示；E_R表示道路网络模型的连边，若两个交叉路口之间有路段相连，则节点连一条边；W_R表示边的权值，即边所对应的一段道路线路实际的物理长度。如图2所示，首先获取城市所有交叉路口信息，包括路口RoadId、路口名称RoadName、路口经纬度lacation以及路口具体地址。将交叉路口作为一个节点，如图中标记为1-6号节点，若两个交叉路口相邻且道路连接则这两个节点连成一条边，同时在该边中记录节点相距的实际距离distance，如图2中每条边上的数字即表示边的权值；

步骤五：采用实时引导方式准确引导至最佳上车站点，通过与最佳上车站点方位角及具体经纬度实时对比，规划一条实时引导的路线，动态地在图像中显示路线引导至目的公交站点，分别对起始位置O与目的站点位置B搜索距离位置最近的交叉路口，确定起始节点与目的节点，然后对网络模型R使用基于Dijkstra最短路径算法进行路径最优路径搜索，该算法描述为：

(1)初始化：令N表示网络R节点的集合，先令N＝{1}，对所有不在N中的节点v，写出

(2)寻找一个不在N中的节点w，其中D(w)值为最小，把w加入到N中，然后对所有不在N中的节点v，用[D(v),D(w)+l(w,v)]中的较小的值去更新原有的D(v)值，即：

D(v)←Min[D(v),D(w)+l(w,v)]

(3)重复步骤(2)，知道找到目的节点s为止。

进一步，所述导航方法还包括以下步骤：

步骤六：实现实时标注与引导，通过得到最优的导航路径后，根据当前设备与目的站点之间的实际距离，结合上述步骤中计算得到的方位角度A_OB，与导航路径所保存的方位和路段信息进行实时地分析与匹配，确定当前的引导方式，并将导航信息同步标记在移动设备的真实图像上。

更进一步，所述步骤二中，以当前位置O为圆心搜寻半径r范围内所有站点集S＝{O₁,O₂,...,O_n}，接着在公交网络P中用Dijkstra最短路径算法来计算站点集S中的起始站点到达目的站点D的换乘次数，取换乘次数最小的公交站点作为最优上车公交车站点B，如果存在多个换乘次数最小的公交站点，则取距离当前位置最近的公交站点为B。

再进一步，所述步骤三中，如果计算的经度差Δα＝α₂-α₁<0，则需要对方位角进行A+π的校正。

如上所述，本专利实施的具体实现步骤使本发明更加清晰，提供更加直观准确的导航和实时信息掌握，实现了小范围内的精确导航，为用户的出行提供了更好的便捷出行和用户体验。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：构建城市空间公交网络P＝(V_P,E_P,W_P)，V_P表示公交网络的公交站点，每个节点包含了公交站点的经纬度；E_P表示公交网络中的边，若两个公交站点在一条公交线路上是相邻的，它们就有一条连边；W_P表示边的权值，即边所对应的一段公交线路实际的物理长度；

步骤二：根据目的地D和当前位置O计算获取最佳上车公交站点，通过地图地址解析方式得到目的位置的经纬度；

步骤三：利用方位角实现方向实时感知，通过建立和计算从视点到另一个GPS坐标B的视点之间的方位角公式：

<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>arctan</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

上式中，当前站点的经度表示为α₁，纬度表示为β₁，需要计算的目标站点B经度表示为α₂，纬度表示为β₂，A即为所求的方位角度；

利用上述公式(1)计算起始站点O与最佳上车公交站点B的方位角A_OB，然后建立对角计算可接受的视图范围v，即视图范围；结合人眼视角范围和设备能够接收的视角范围确定视图窗口；

步骤四：构建实时引导道路网络模型R＝(V_R,E_R,W_R)，道路网络中的每个交叉口作为节点，用V_R表示，同时每个节点记录实际信息，包括路口RoadId、路口名称RoadName、路口经纬度lacation以及路口具体地址；E_R表示道路网络模型的连边，若两个交叉路口之间有路段相连，则节点连一条边；W_R表示边的权值，即边所对应的一段道路线路实际的物理长度；

步骤五：采用实时引导方式准确引导至最佳上车站点，通过与最佳上车站点方位角及具体经纬度实时对比，借助数据库中存储的具体路段信息进行匹配，规划一条实时引导的路线，动态地在图像中显示路线引导至目的公交站点，分别对起始位置O与目的站点位置B搜索距离位置最近的交叉路口，确定起始节点与目的节点，然后对网络模型R使用基于Dijkstra最短路径算法进行路径最优路径搜索，该算法描述为：

5.1)初始化：令N表示网络节点的集合，先令N＝{1}，对所有不在N中的节点v，写出

5.2)寻找一个不在N中的节点w，其中D(w)值为最小，把w加入到N中，然后对所有不在N中的节点v，用[D(v),D(w)+l(w,v)]中的较小的值去更新原有的D(v)值，即：

D(v)←Min[D(v),D(w)+l(w,v)]

5.3)重复步骤5.2)，直到找到目的节点s为止。

2.如权利要求1所述的基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，其特征在于：所述导航方法还包括以下步骤：

步骤六：实现实时标注与引导，通过得到最优的导航路径后，根据当前设备与目的站点之间的实际距离，结合上述步骤中计算得到的方位角度A_OB，与导航路径所保存的方位和路段信息进行实时地分析与匹配，确定当前的引导方式，并将导航信息同步标记在移动设备的真实图像上。

3.如权利要求1或2所述的基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，其特征在于：所述步骤二中，以当前位置O为圆心搜寻半径r范围内所有站点集S＝{O₁,O₂,...,O_n}，接着在公交网络P中用Dijkstra最短路径算法来计算站点集S中的起始站点到达目的站点D的换乘次数，取换乘次数最小的公交站点作为最优上车公交车站点B，如果存在多个换乘次数最小的公交站点，则取距离当前位置最近的公交站点为B。

4.如权利要求1或2所述的基于移动终端和增强现实技术的近距离最优公交站点导航方法，其特征在于：所述步骤三中，如果计算的经度差Δα＝α₂-α₁<0，则需要对方位角进行A+π的校正。