CN112648996A - 一种基于可见光通信技术的室内定位导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位导航方法，它包括布置在室内各个导航目标位置的光信号源、移动终端、客户端以及数据库服务器。其中，所述的光信号源发射的光信号信息与目标位置信息绑定后存储在数据库服务器中，每个光信号源的光信号信息可以唯一标识该目标位置，所述移动终端能运行所述的客户端，客户端能扫描目标位置的光信号源，能与数据库服务器无线通信，能下载并存储电子地图进行离线定位。本发明是基于可见光通信技术作为标识码的室内定位导航方法，在解决了现有技术在室内无法定位或定位不准确的问题，并且克服了对移动网络通信的依赖，可实现离线定位导航。

Description

一种基于可见光通信技术的室内定位导航方法

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别是涉及一种基于可见光通信技术作为标识码的室内定位导航方法。

背景技术

随着城市化的高度发展，室内空间变得越来越、图书馆庞大且复杂，人们对于室内的定位和导航需求渐渐显现。大型商场、停车场、机场、博物馆、图书馆等场景中，人们往往会花费大量时间去寻找想到达的目的地。

目前室内定位***及导航服务尚未普及。虽然GPS技术已经高度普及，但是GPS卫星信号的功率低、穿透能力差，由于受到建筑墙体的阻隔而无法在室内环境工作。

当前市面上室内定位的方法众多，主要包括WIFI、RFID、蓝牙和UWB(超宽带)等技术。其中，WIFI技术使用广、成本低，但是WIFI信号容易受到环境的干扰，定位精度差，只能区域定位；RFID技术造价低、精度高，但是标识不具有通讯能力，作用距离受限；蓝牙方法容易普及，精度较高，但是传播距离较短，在大型室内环境中会产生极高的部署和维护成本；UWB方法精读极高，也不易受干扰，但是手机硬件不支持，难以普及，***的建设成本极高。

以上基于物联网的无线电导航技术方案，要么受限于精度问题，要么受限于设施部署及维护的成本问题。为了获得精度又高成本又低的方法，有一项专利号为“CN103292805A”的中国专利，公开了“一种室内导航***及其室内导航方法”，该方法使用二维码作为各个位置的标识，通过扫描二维码获取当前位置信息实现定位，精度高，造价低，但定位过程中还是依赖于互联网的连接，在信号较差的室内环境中，例如地下停车场，存在一定的局限性。

发明内容

本发明提供了一种基于可见光通信技术作为标识码的室内定位方法，该方法能在在线或离线状态下实现大型且复杂室内环境下的精确定位导航。

为实现此目的，本发明所设计的室内定位导航方法，其特征在于：它包括布置在室内各个导航目标位置的光信号源、移动终端、客户端以及数据库服务器。其中，所述的光信号源发射的光信号信息与目标位置信息绑定后存储在数据库服务器中，每个光信号源的光信号信息可以唯一标识该目标位置，所述移动终端能运行所述的客户端，客户端能扫描目标位置的光信号源，能与数据库服务器无线通信，能下载并存储电子地图进行离线定位。

所述移动终端与数据库服务器之间通过2G(2rd-generation第二代手机通信技术)、3G(3rd-generation第二代手机通信技术)、4G(4rd-generation第二代手机通信技术)或WIFI无线通信。

所述的光信号源由LED灯、LED可变脉冲调光模块、稳压电源、降压变压器、LED导光板、RS232串行总线和微控制器组成。

所述的移动终端为运行安卓操作***或iOS操作***，拥有后置CMOS摄像头，可运行光信号解码算法的设备，例如智能手机、平板电脑等。

所述的客户端为包括APP、微信小程序或动态网页。

一种利用上述室内导航***的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在室内场景中的各个目标位置设置光信号源，所述各个目标位置的光信号源分别具有唯一的光信号信息；

步骤2：将室内场景中各个目标位置的位置信息与对应的光信号源信息绑定后存储在数据库服务器中，同时，绘制室内场景的电子地图，确保电子地图中各个光信号源所代表的目标位置与实际的室内场景一致，然后将该电子地图储存在数据库服务器中；

步骤3：在移动终端安装客户端，用户可选择是否下载指定的室内电子地图存储在移动终端上。

步骤4：在实际的室内场景中，启动客户端，打开移动终端的后置摄像头，扫描当前位置的光信号源，调用图像处理模块接收光信号源的广播信息。

步骤5：若移动终端中尚未存储当前室内场景的电子地图，客户端将通过2G、3G、4G或WI-FI无线通信与数据库服务器中建立连接，上传接收到的广播信息，在线获取电子地图及当前位置信息。

步骤6：若移动终端中已存储当前室内场景的电子地图，将直接从本地读取，与接收到的广播信息进行匹配，离线获取当前位置信息。

步骤7：在客户端上输入目标位置对应的名称信息，或在电子地图上点击选择目标位置；

步骤8：客户端运行导航模块进行路径规划供用户参考。

其中，在运行导航模块的时候，起始位置可以不等于所述当前位置。即，用户当前位于A处，但可以将B处作为起始位置获取导航路径。起始位置和目标位置信息的获取，可以通过扫描光信号源的方式获取，可以通过客户端手动输入获取，也可以通过在电子地图上点击选择获取。在此不做具体限定。

本发明是基于的标识码识别实现室内定位，解决现有技术室内定位不准确的问题，提高室内定位的精确度；用可见光通信作为标识码，摆脱GPS或移动网络通信的约束，实现离线定位。

与现有技术相比，本发明解决了现有室外导航技术在室内无法定位或定位不准确的问题，在大型商场、地下停车场、飞机场、博物馆、展览馆等错综复杂的建筑物内能进行精准定位；本发明基于可见光通信作为标识码，在安装客户端和本地存储电子地图的情况下，可实现离线定位，克服现有的室内定位技术依赖于GPS或移动网络通信的缺陷，在无网络环境或网络信号欠佳的室内场景中有极大的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图做简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，并不用于限定本发明。

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述的光信号源结构框图；

图3为本发明所述的客户端模块图；

图4为本发明在线版实施例提供的一种基于可见光通信技术的室内定位导航方法的流程图；

图5为本发明离线版实施例提供的一种基于可见光通信技术的室内定位导航方法的流程图。

具体实施方法

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明设计的室内定位导航***，它包括1)移动终端，2)客户端，3)布置在室内各个目标位置的光信号源，4)数据库服务器。

请参阅图2，上述的光信号源由LED灯、LED可变脉冲调光模块、稳压电源、降压变压器、LED导光板、RS232串行总线和微控制器组成。

请参阅图3，上述的客户端应包括1)地图模块、2)图像处理模块、3)服务器通讯模块、4)导航模块。

所述的光信号源的标志信息与目标位置信息绑定后存储在数据库服务器中；所述的***管理客户端运行在所述的移动终端上，可以启动移动终端的摄像头扫描各个目标位置的光信号源，可以连接数据库服务器实时获取当前位置，也可以从数据库服务器中下载室内场景的电子地图存储在移动终端上并离线使用。

下面以大型地下停车场为例介绍本发明的具体实施方法，方案分为在线使用版和离线使用版。在线使用版以智能手机作为移动终端，以微信小程序作为客户端，使用全程需要连接网络；离线使用版以智能手机作为移动终端，以APP作为客户端，在下载APP及电子地图时需要连接网络，在定位和导航过程中无需连接网络。

请参阅图4，本发明在线版实施例具体实施步骤如下：

1.在停车场每个车位位置的墙面上安装一个可见光信号源作为位置标识，并将停车场的电子地图和光信号源的信息和位置上传到数据库服务器中；

2.当车辆入库停车时，车主打开智能手机中的微信扫一扫，扫描车位对应的光信号源，自动跳转到上述的微信小程序客户端，调用图像处理模块对光信号源信息进行解码；

3.微信小程序通过2G、3G、4G或WI-FI无线通信与数据库服务器建立联系，上传光信号源的解码信息，数据库服务器返回停车场的电子地图以及当前车位的位置信息，车主可选择标记该位置。

4.当车主回车库寻车时，只需再次打开智能手机中的微信扫一扫，扫描任意位置的光信号源，获取当前位置并设为起点，选择已标记位置或输入目标位置名称或在电子地图上点击位置设置终点。

5.微信小程序运行导航模块进行路径规划，共车主参考。

请参阅图5，本发明离线版实施例具体实施步骤如下：

1.在停车场每个车位位置的墙面上安装一个可见光信号源作为位置标识，并将停车场的电子地图和光信号源的信息和位置上传到数据库服务器中；

2.车主提前在智能手机上安装APP，并下载停车场的室内电子地图存储在手机内存中；

3.当车辆入库停车时，车主启动智能手机上的APP，打开摄像头扫描车位对应的光信号源，APP调用图像处理模块对光信号源信息进行解码；

4.APP调用已下载好的电子地图，匹配当前所在位置信息，车主可选择标记该位置。

5.当车主回车库寻车时，只需要再次启动智能手机上的APP，打开摄像头，扫描任意位置的光信号源，匹配当前位置并设为起点，选择已标记位置或输入目标位置名称或在电子地图上点击位置设置终点。

6.APP运行导航模块进行路径规划，供车主参考。

Claims (9)

1.一种室内定位导航方法，其特征在于：基于可见光通信技术，应用光信号源作为位置标识，使用带有客户端的移动终端识别标识，与数据库服务器建立连接，从而获取位置信息。

2.根据权利要求1所述的室内定位导航方法，其特征在于，所述移动终端与数据库服务器之间通过2G、3G、4G或WI-FI无线通信。

3.根据权利要求1所述的光信号源，其特征在于：由LED灯、LED可变脉冲调光模块、稳压电源、降压变压器、LED导光板、RS232串行总线和微控制器组成。

4.根据权利要求1所述的数据库服务器，其特征在于存储有权利要求3所述的光信号源与室内各个位置一一对应的电子地图。

5.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于：运行安卓操作***或iOS操作***，拥有后置CMOS摄像头，可运行光信号解码算法。

6.根据权利要求1所述的客户端，其特征在于：1)运行在权利要求5所述的移动终端上，且拥有使用移动终端后置CMOS摄像头的权限；2)包括地图模块、图像处理模块、服务器通讯模块和导航模块。其中地图模块可读取和存储室内地图和光信号源节点信息；图像处理模块可将由后置CMOS摄像头捕获的光信号图像解码为二进制比特流；服务器通讯模块可与权利要求1所述的服务器进行无线通信；导航模块可进行路径规划与导航。

7.根据权利要求3所述的微控制器，其特征在于：通过GPIO数字接口控制RS232串行总线；权利要求3所述的降压变压器与交流220V市电相连接，通过权利要求3所述的稳压电源为光信号源提供电源；权利要求3所述的微控制器通过GPIO控制权利要求3所述的LED可变脉冲调光模块驱动LED灯连续发射基带脉冲宽度调制信号。

8.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于：在权利要求5所述的安卓操作***或iOS操作***下，运行权利要求6所述的客户端，通过权利要求5所述的后置CMOS摄像头获取图像信息，运行权利要求5所述的解码算法，获取图像信息中的光信号。

9.根据权利要求1所述的室内定位导航方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在室内场景中的各个目标位置设置光信号源，所述各个目标位置的光信号源分别具有唯一的标志信息；

步骤2：将室内场景中各个目标位置的位置信息与对应的光信号源的标志信息绑定后存储在数据库服务器中，并绘制室内场景的电子地图，确保电子地图中各个光信号源所代表的目标位置与实际的室内场景一致；

步骤3：在移动终端安装客户端，可选择是否下载指定的室内电子地图。

步骤4：在实际的室内场景，启动客户端，打开移动终端的后置摄像头，扫描当前位置的光信号源，调用图像处理模块接收光信号源的广播信息。

步骤5：若尚未下载当前室内场景的电子地图，客户端将通过2G、3G、4G或WI-FI无线通信与数据库服务器中建立连接，上传接收到的广播信息，在线获取电子地图及当前位置信息。

步骤6：若已下载当前室内场景的电子地图，客户端将直接读取，与接收到的广播信息进行匹配，离线获取当前位置信息。

步骤7：在客户端上输入目标位置对应的名称信息，或在电子地图上点击选择目标位置；

步骤8：客户端运行导航模块进行路径规划。

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