CN108873032A - 基于gps网和地面坐标网的室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，涉及室内定位方法。本方法包括以下步骤：首先，获取建筑物指定信标点的GPS数据；其次，获取建筑物楼层的室内空间分布信息平面图；然后，根据定位精度要求，对室内区域经行网格化划分，建立室内地面坐标网；最后，依据指定信标点的GPS数据和物体在室内坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息,以此实现室内定位。本发明可直接获得室内物体的GPS数据，不需安装额外设备且实现室内外兼容定位，具有实用性强、通用性广的特点。

Description

基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法

技术领域

本发明涉及一种室内定位方法，尤其涉及基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法。

背景技术

目前，室外GPS定位和导航应用越来越广泛，这给人们的生活出行带来了极大方便。同时，随着大型室内场馆，如商场、机场等越来越多，人们迫切希望能够知道物体在室内所在的位置。因为室内GPS信号缺失或强度不够，所以室内无法接收足够精确的GPS信号实现定位。

现有技术由段其昌等提出的一种基于GPS的室内离线路径引导方法及***利用获取的建筑物屋顶预设信标的精确GPS信息，结合室内空间分布信息平面图通过垂直投影法，得到准确的室内GPS信息。此外，现有技术由甘兴利等人提出的一种基于室内伪卫星扩频码识别的定位方法中对服务区域经行划分，在每个服务区域内安装一个室内伪装卫星，导航用户通过对室内伪装卫星发射的扩展码进行解析和匹配，来完成室内定位。上述方法都可以实现室内GPS信息的定位，但是我们也不难看出其中的不足：(1)基于GPS的室内离线路径引导方法及***的技术要求在建筑物顶端进行多次的GPS数据采集，同时会受限于建筑物房顶的结构；(2)基于室内伪卫星扩频码识别的定位方法需要安装额外的信号设备，在服务区域连接处往往会出现信号的相互干扰；(3)上述方式虽然可以实现室内的GPS信息定位，但定位精度不足、误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供了基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，使得通过室内地面坐标网上坐标点和GPS信息的转换，实现室内定位。

为了达到上述目的，本发明提供的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，包括以下步骤：

S1：获取建筑物指定信标点的GPS数据；

S2：获取建筑物楼层的室内空间分布信息平面图；

S3：根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网；

S4：依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息；

S5：利用所得到的室内位置GPS信息实现室内定位。

进一步，所述步骤S1中的获取建筑物指定信标点的GPS数据的方法包括以下步骤：

S11：所述指定信标点是根据建筑物的实际建筑结构来确定的具***置，一般选择建筑物转角作为指定信标点；

S12：采用GPS信息采集模块获取指定信标点的GPS数据，获取的GPS数据为大地坐标(B,L,H)，其中，B为大地纬度，L为大地精度，H为大地高度。

进一步，所述步骤S2中的室内空间分布信息平面图是包含建筑物楼层高度h、室内路况信息和室内物***置等信息的室内环境图；其次，依据室内空间分布信息平面图可以确定室内定位精度范围。

进一步，所述步骤S3中根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网的方法包括以下步骤：

S31：依据室内空间分布信息平面图中的空间信息布局情况，选择相应的网格单元d；

S32：对室内地面进行网格化划分，室内区域被划分为N行M列的网格，网格点与室内位置点具有对应关系；

S33：选择指定信标点作为坐标原点，结合建筑结构建立室内地面坐标，测量获取室内地面坐标系与WGS84高斯平面坐标存在的旋转角为θ；

S34：网格映射在地面坐标上即形成了地面坐标网，室内位置点便可用网格点的坐标表示为(nd，md)，其中，n和m分别表示网格点在横纵坐标轴上到原点的网格数。

进一步，所述步骤S4中的依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息的方法包含以下步骤：

S41：由指定信标点的GPS数据根据高斯投影原理将大地坐标转换为WGS84高斯平面坐标(x，y)：

其中，N为椭球卯酉圈曲率半径，a为椭球长半径，e为椭球的第一偏心率，l＝L-L₀，即计算点与投影中央经线的经度差，t＝tanB，η＝e′cosB，e′为椭球第二偏心率，X为从赤道起算的子午线弧长，其计算公式为：

X＝a(1-e²)(A₀B+A₂sin2B+A₄sin4B+A₆sin6B+A₈sin8B)

其中，经度B的单位为弧度，系数A₀～A₈与椭球偏心率有关；

S42：获取室内位置的网格点坐标(nd，md)后，将室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标进行转换。由于室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标都是平面坐标，并且室内地面坐标是小区域应用可近似为水平坐标，故两者可通过简单的平移和旋转进行相互转换，则室内位置的网格点坐标在WGS84高斯平面坐标为(x₁，y₁)：

S43：利用高斯投影反算公式计算室内位置网格点的大地坐标(B₁,L₁,H₁)：

其中，B_T,l_T的单位为弧度；B_f为x₁值对应的底点纬度；t_f，η_f，M_f以及N_f均为底点纬度的函数；

S44：获得室内位置的网格点的GPS数据为(B_T，L_T，H_T)，其中，L_T＝l_T+L₀，H_T＝H+h。

本发明的优点在于：其一，本发明提出了一种将GPS网和地面坐标网相结合的室内定位新方法，不仅实现室内定位而且一定程度上提高了室内定位精度；其二，将室内物***置信息网格化，网格的细化程度可反应室内定位精度；其三，具有室内外兼容定位的特点，可靠性更强。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法流程图；

图2为基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法示意图；

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法流程图，图2为基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法示意图，如图所示：本发明提供的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，包括以下步骤：

S1：获取建筑物指定信标点的GPS数据；

S2：获取建筑物楼层的室内空间分布信息平面图；

S3：根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网；

S4：依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息。

S5：利用所得到的室内位置GPS信息实现室内定位。

进一步，所述步骤S1中的获取建筑物指定信标点的GPS数据的方法包括以下步骤：

S11：所述指定信标点是根据建筑物的实际建筑结构来确定的具***置，一般选择建筑物转角作为指定信标点；

S12：采用GPS信息采集模块获取指定信标点的GPS数据，获取的GPS数据为大地坐标(B,L,H)，其中，B为大地纬度，L为大地精度，H为大地高度。

进一步，所述步骤S2中的室内空间分布信息平面图是包含建筑物楼层高度h、室内路况信息和室内物***置等信息的室内环境图；其次，依据室内空间分布信息平面图可以确定室内定位精度范围。

进一步，所述步骤S3中根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网的方法包括以下步骤：

S31：依据室内空间分布信息平面图中的空间信息布局情况，选择相应的网格单元d；

S32：对室内地面进行网格化划分，室内区域被划分为N行M列的网格，网格点与室内位置点具有对应关系；

S33：选择指定信标点作为坐标原点，结合建筑结构建立室内地面坐标，测量获取室内地面坐标系与WGS84高斯平面坐标存在的旋转角为θ；

S34：网格映射在地面坐标上即形成了地面坐标网，室内位置点便可用网格点的坐标表示为(nd，md)，其中，n和m分别表示网格点在横纵坐标轴上到原点的网格数。

进一步，所述步骤S4中的依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息的方法包含以下步骤：

S41：由指定信标点的GPS数据根据高斯投影原理将大地坐标转换为WGS84高斯平面坐标(x，y)：

其中，N为椭球卯酉圈曲率半径，a为椭球长半径，e为椭球的第一偏心率，l＝L-L₀，即计算点与投影中央经线的经度差，t＝tanB，η＝e′cosB，e′为椭球第二偏心率，X为从赤道起算的子午线弧长，其计算公式为：

X＝a(1-e²)(A₀B+A₂sin2B+A₄sin4B+A₆sin6B+A₈sin8B)

其中，经度B的单位为弧度，系数A₀～A₈与椭球偏心率有关；

S42：获取室内位置的网格点坐标(nd，md)后，将室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标进行转换。由于室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标都是平面坐标，并且室内地面坐标是小区域应用可近似为水平坐标，故两者可通过简单的平移和旋转进行相互转换，则室内位置的网格点坐标在WGS84高斯平面坐标为(x₁，y₁)：

S43：利用高斯投影反算公式计算室内位置网格点的大地坐标(B₁,L₁,H₁)：

其中，B_T,l_T的单位为弧度；B_f为x₁值对应的底点纬度；t_f，η_f，M_f以及N_f均为底点纬度的函数；

S44：获得室内位置的网格点的GPS数据为(B_T，L_T，H_T)，其中，L_T＝l_T+L₀，H_T＝H+h。

本实施例通过采集指定信标点的GPS数据，依据室内空间分布信息平面图，建立室内地面坐标网，通过二维坐标转换和高斯投影正反算计算室内位置的GPS坐标信息；最终，实现室内定位。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取建筑物指定信标点的GPS数据；

S2：获取建筑物楼层的室内空间分布信息平面图；

S3：根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网；

S4：依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息；

S5：利用所得到的室内位置GPS信息实现室内定位。

2.根据权利要求1所述的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S1中的获取建筑物指定信标点的GPS数据的方法包括以下步骤：

S11：所述指定信标点是根据建筑物的实际建筑结构来确定的具***置，一般选择建筑物转角作为指定信标点；

S12：采用GPS信息采集模块获取指定信标点的GPS数据，获取的GPS数据为大地坐标(B,L,H)，其中，B为大地纬度，L为大地精度，H为大地高度。

3.根据权利要求1所述的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S2中的室内空间分布信息平面图是包含建筑物楼层高度h、室内路况信息和室内物***置等信息的室内环境图；其次，依据室内空间分布信息平面图可以确定室内定位精度范围。

4.根据权利要求1所述的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S3中根据定位精度要求，对室内区域进行网格化划分，建立室内地面坐标网的方法包括以下步骤：

S31：依据室内空间分布信息平面图中的空间信息布局情况，选择相应的网格单元d；

S32：对室内地面进行网格化划分，室内区域被划分为N行M列的网格，网格点与室内位置点具有对应关系；

S33：选择指定信标点作为坐标原点，结合建筑结构建立室内地面坐标，测量获取室内地面坐标系与WGS84高斯平面坐标存在的旋转角为θ；

S34：网格映射在地面坐标上即形成了地面坐标网，室内位置点便可用网格点的坐标表示为(nd，md)，其中，n和m分别表示网格点在横纵坐标轴上到原点的网格数。

5.根据权利要求1所述的基于GPS网和地面坐标网的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S4中的依据指定信标点的GPS数据和室内地面坐标网的坐标转换计算室内位置的GPS坐标信息的方法包含以下步骤：

S41：由指定信标点的GPS数据根据高斯投影原理将大地坐标转换为WGS84高斯平面坐标(x y)：

其中，N为椭球卯酉圈曲率半径，a为椭球长半径，e为椭球的第一偏心率，l＝L-L₀，即计算点与投影中央经线的经度差，t＝tanB，η＝e′cosB，e′为椭球第二偏心率，X为从赤道起算的子午线弧长，其计算公式为：

X＝a(1-e²)(A₀B+A₂sin2B+A₄sin4B+A₆sin6B+A₈sin8B)

其中，经度B的单位为弧度，系数A₀～A₈与椭球偏心率有关；

S42：获取室内位置的网格点坐标(nd，md)后，将室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标进行转换。由于室内地面坐标与WGS84高斯平面坐标都是平面坐标，并且室内地面坐标是小区域应用可近似为水平坐标，故两者可通过简单的平移和旋转进行相互转换，则室内位置的网格点坐标在WGS84高斯平面坐标为(x₁，y₁)：

S43：利用高斯投影反算公式计算室内位置网格点的大地坐标(B₁,L₁,H₁)：

其中，B_T,l_T的单位为弧度。B_f为x₁值对应的底点纬度，t_f，η_f，M_f，N_f均为底点纬度的函数；

S44：获得室内位置的网格点的GPS数据为(B_T，L_T，H_T)，其中，L_T＝l_T+L₀，H_T＝H+h。