CN115451937A - 复杂环境下安全通道的电子地图生成***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了复杂环境下安全通道的电子地图生成***及方法，涉及电子地图技术领域，解决了现有技术在电子地图构建中，根据规划的运动路径和位置标签采集大量的指纹数据，需要消耗大量的时间和精力，导致电子地图的构建效率低的技术问题；本发明构建目标区域的目标模型，根据若干AP热点的实际位置在目标模型中进行标记；根据目标模型中安全通道的实际情况合理设置采样轨迹和采样位置，通过智能单兵采集采样位置的WIFI指纹，最后结合AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹生成指纹库；通过合理设置采样位置能够在提高采样效率的同时保证WIFI指纹定位精度。
Description
技术领域
本发明属于电子地图领域，涉及复杂环境下安全通道的电子地图生成技术，具体是复杂环境下安全通道的电子地图生成***及方法。
背景技术
由于信号的严重衰减和多径效应，常用的室外定位技术无法在隧道、井下等复杂环境下有效工作，而这些复杂环境中都存在WIFI信号，因此WIFI指纹技术更加适合在复杂环境下的定位。
现有技术(申请号为2017108284734的发明专利)公开了一种基于位置标签识别的WIFI指纹采集***，通过WIFI指纹采集机器人实地采集自动识别出与电子地图对应的位置标签，还能通过视频采集模块、远程遥控模块对WIFI指纹采集机器人进行辅助定位，采集效率高，能耗较低。现有技术在电子地图构建中，根据规划的运动路径和位置标签采集大量的指纹数据，需要消耗大量的时间和精力，导致电子地图的构建效率低；因此，亟须一种复杂环境下安全通道的电子地图生成***及方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了复杂环境下安全通道的电子地图生成***及方法，用于解决现有技术在电子地图构建中，根据规划的运动路径和位置标签采集大量的指纹数据，需要消耗大量的时间和精力，导致电子地图的构建效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了复杂环境下安全通道的电子地图生成***，包括中枢分析模块，以及与之相连接的若干智慧单兵；
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
优选的，所述中枢分析模块基于目标区域建立对应的目标模型，并在目标模型中标记AP热点，包括：
获取目标区域的施工图纸；其中，目标区域为需要构建电子地图的区域；
将所述施工图纸和三维建模技术结合起来构建生成对应的目标模型；其中，三维建模技术包括BIM技术；
获取目标区域中AP热点的实际位置，在目标模型中对AP热点进行对应标记。
优选的，所述中枢分析模块基于目标模型规划采样轨迹以及采样位置，包括：
按照采样距离最短原则从所述目标模型中选择若干所述采样轨迹；
将每条所述采样轨迹划分为若干采样子区域；其中，采样子区域包括长方体和圆柱体；
获取所述采样子区域的内切球，以内切球的球心以及从内切球表面的均匀选取的若干点作为采样位置。
优选的，在确定所述采样轨迹和所述采样位置之后，工作人员通过智慧单兵采样获取若干WIFI指纹，包括：
工作人员佩戴并启动所述智慧单兵，沿着所述采样轨迹运动；其中，智慧单兵包括智能头盔或者智能手环；
在沿着所述采样轨迹运动过程中，通过所述智慧单兵内置WIFI指纹采集单元依次采集所述采样位置的WIFI指纹，并传输至所述中枢分析模块。
优选的，所述中枢分析模块对若干所述WIFI指纹进行扩展获取指纹库，包括：
依次选择所述AP热点作为参考热点；
从若干所述WIFI指纹中提取所述参考热点的信号强度，结合对应采样位置构建信号衰减曲线；
在所述信号衰减曲线的基础上，按照设定间隔对若干所述WIFI指纹进行扩展获取所述指纹库；其中，设定间隔包括距离间隔或者信号强度间隔。
优选的，所述中枢分析模块在所述指纹库的基础上构建电子地图，且根据接收到的待定位指纹进行位置确认，包括：
获取待定位指纹；其中，待定位指纹包括若干指纹特征，且指纹特征为AP热点的信号强度；
从所述待定位指纹中提取指纹特征并标记为APi，根据指纹特征APi对应AP热点的指纹等强线确定待定位指纹位置；其中，i为大于0的正整数。
优选的，所述指纹等强线是以AP热点为中心的若干条闭合或者半闭合曲线；且所述指纹等强线上AP热点的信号强度相等。
本发明的第二方面提供了复杂环境下安全通道的电子地图生成方法，包括：
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明构建目标区域的目标模型，根据若干AP热点的实际位置在目标模型中进行标记；根据目标模型中安全通道的实际情况合理设置采样轨迹和采样位置，通过智能单兵采集采样位置的WIFI指纹，最后结合AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹生成指纹库；通过合理设置采样位置能够在提高采样效率的同时保证WIFI指纹定位精度。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一方面实施例提供了复杂环境下安全通道的电子地图生成***，包括中枢分析模块，以及与之相连接的若干智慧单兵；
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
现有技术在通过WIFI指纹技术进行定位时，需要设置繁复的运动路径和位置标签，然后通过WIFI指纹采集机器人沿着运动路径进行移动，采集每个位置标签对应的WIFI指纹，一般为了保证WIFI指纹的可靠性，需要设置足够多的位置标签，这样会导致效率的降低。
本发明申请通过合理设置采样轨迹和采样位置，能够保证WIFI指纹可靠够用的基础上降低数据采集量，通过根据采集的WIFI指纹挖掘信号衰减规律，并以此来扩展WIFI指纹，最终形成完善的电子地图；采样设置合理，能够降低数据量，提高电子地图的构建效率。
本发明申请中中枢分析模块基于目标区域建立对应的目标模型，并在目标模型中标记AP热点，包括：
获取目标区域的施工图纸；将施工图纸和三维建模技术结合起来构建生成对应的目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，在目标模型中对AP热点进行对应标记。
构建电子地图的第一步是需要知晓需要构建什么地方的电子地图，无论是隧道、矿井还是其他复杂环境，均可以通过实际勘测获取准确的结构数据。将这些结构数据，如施工图纸，通过三维建模技术进行转换构建生成目标模型，所构建的电子地图也就是应用在目标区域或者目标模型中。
在获取目标模型之后，获取实际设置的AP热点的实际位置，将实际位置在目标模型中对应匹配标记，此时目标模型中包括安全通道以及若干AP热点。
接下来需要根据目标模型来规划采样轨迹和设置采样位置，本发明申请中中枢分析模块基于目标模型规划采样轨迹以及采样位置，包括：
按照采样距离最短原则从目标模型中选择若干采样轨迹；将每条采样轨迹划分为若干采样子区域；获取采样子区域的内切球，以内切球的球心以及从内切球表面的均匀选取的若干点作为采样位置。
采样距离最短原则是从目标模型整体考虑的，即在规划采样轨迹时，各安全通道均需要覆盖，且若干采样轨迹相加的总长度应最短，避免对某些安全通道或者某些位置进行重复采样。
在确定若干条采样轨迹之后，将采样轨迹划分成多个采样子区域，采样子区域包括长方体和圆柱体。实质采样子区域的形状和大小根据安全通道的形状来确定，当安全通道为圆柱体时，则将该安全通道划分为若干个圆柱体，当安全通道为长方体时在，则将该安全通道划分为若干长方体或者正方体。需要说明的是，当安全通道为非规则形状时，则向规则形状上靠拢，如拱形通道向圆柱体靠拢。
获取采样子区域的内切球，以内切球为基础来选择采样位置，具体来说，球心做一个采样位置，内切球的表面上选择距离合理的若干点作为采样位置，通过内切球选择采样位置能够保证采样位置的合理性，同时也能够保证根据这些采样位置采集到合理可用的WIFI指纹。
本发明申请中在确定采样轨迹和采样位置之后，工作人员通过智慧单兵采样获取若干WIFI指纹，包括：
工作人员佩戴并启动智慧单兵，沿着采样轨迹运动；在沿着采样轨迹运动过程中，通过智慧单兵内置WIFI指纹采集单元依次采集采样位置的WIFI指纹，并传输至中枢分析模块。
智慧单兵包括智能头盔或者智能手环，其中内置WIFI指纹采集单元。工作人员沿着采样轨迹运动，到达各采样位置之后，通过智慧单兵进行WIFI指纹采集，然后将采集到的WIFI指纹发送至中枢分析模块。智慧单兵在采集WIFI指纹后，应该对WIFI指纹进行验证，当WIFI指纹不符合要求时对该采样位置进行标记。
WIFI指纹主要包括在对应采样位置采集到的若干AP热点的信号强度，因此其值必须是有效的，当WIFI指纹中所有的值都无效时，则该WIFI指纹验证不通过。
本发明申请中中枢分析模块对若干WIFI指纹进行扩展获取指纹库，包括：
依次选择AP热点作为参考热点；从若干WIFI指纹中提取参考热点的信号强度，结合对应采样位置构建信号衰减曲线；在信号衰减曲线的基础上，按照设定间隔对若干WIFI指纹进行扩展获取指纹库。
依次将AP热点作为参考热点，根据若干WIFI指纹中参考热点的信号强度可以构建出信号衰减曲线，在设定间隔的基础上可以对少量的WIFI指纹进行扩展，形成拥有海量WIFI指纹的指纹库。需要说明的是，设定间隔包括距离间隔或者信号强度间隔，可以按照一定的距离来扩展，如每远离参考热点5cm信号强度衰减1个单位，也可以按照信号强度来扩展。
本发明申请中中枢分析模块在指纹库的基础上构建电子地图，且根据接收到的待定位指纹进行位置确认，包括：
获取待定位指纹；从待定位指纹中提取指纹特征并标记为APi，根据指纹特征APi对应AP热点的指纹等强线确定待定位指纹位置。
待定位指纹包括若干指纹特征，且指纹特征为AP热点的信号强度。当接收到待定位指纹时，提取其中涉及到的AP热点，然后根据指纹库中AP热点的信号强度分布来确定待定位指纹的位置，也可以根据AP热点的信号强度构建指纹等强线，根据指纹等强线来确定待定位指纹的位置。
需要理解的是，指纹等强线是以AP热点为中心的若干条闭合或者半闭合曲线；且指纹等强线上AP热点的信号强度相等。当AP热点为中心形成的圆形区域均可定位时，则指纹等强线为闭合曲线，当AP热点为中心形成的圆形区域有部分区域不可定位(如墙体内部)时，则指纹等强线为半闭合曲线。指纹等强线与物理学中的等势线相似。
本发明第二方面实施例提供了复杂环境下安全通道的电子地图生成方法，包括：
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
本发明的工作原理：
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中。
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹。
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.复杂环境下安全通道的电子地图生成***，包括中枢分析模块，以及与之相连接的若干智慧单兵，其特征在于：
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
2.根据权利要求1所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，所述中枢分析模块基于目标区域建立对应的目标模型，并在目标模型中标记AP热点，包括：
获取目标区域的施工图纸；其中，目标区域为需要构建电子地图的区域；
将所述施工图纸和三维建模技术结合起来构建生成对应的目标模型；其中，三维建模技术包括BIM技术；
获取目标区域中AP热点的实际位置，在目标模型中对AP热点进行对应标记。
3.根据权利要求1所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，所述中枢分析模块基于目标模型规划采样轨迹以及采样位置，包括：
按照采样距离最短原则从所述目标模型中选择若干所述采样轨迹；
将每条所述采样轨迹划分为若干采样子区域；其中，采样子区域包括长方体和圆柱体；
获取所述采样子区域的内切球，以内切球的球心以及从内切球表面的均匀选取的若干点作为采样位置。
4.根据权利要求3所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，在确定所述采样轨迹和所述采样位置之后，工作人员通过智慧单兵采样获取若干WIFI指纹，包括：
工作人员佩戴并启动所述智慧单兵，沿着所述采样轨迹运动；其中，智慧单兵包括智能头盔或者智能手环；
在沿着所述采样轨迹运动过程中，通过所述智慧单兵内置WIFI指纹采集单元依次采集所述采样位置的WIFI指纹，并传输至所述中枢分析模块。
5.根据权利要求4所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，所述中枢分析模块对若干所述WIFI指纹进行扩展获取指纹库，包括：
依次选择所述AP热点作为参考热点；
从若干所述WIFI指纹中提取所述参考热点的信号强度，结合对应采样位置构建信号衰减曲线；
在所述信号衰减曲线的基础上，按照设定间隔对若干所述WIFI指纹进行扩展获取所述指纹库；其中，设定间隔包括距离间隔或者信号强度间隔。
6.根据权利要求5所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，所述中枢分析模块在所述指纹库的基础上构建电子地图，且根据接收到的待定位指纹进行位置确认，包括：
获取待定位指纹；其中，待定位指纹包括若干指纹特征，且指纹特征为AP热点的信号强度；
从所述待定位指纹中提取指纹特征并标记为APi，根据指纹特征APi对应AP热点的指纹等强线确定待定位指纹位置；其中，i为大于0的正整数。
7.根据权利要求6所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***，其特征在于，所述指纹等强线是以AP热点为中心的若干条闭合或者半闭合曲线；且所述指纹等强线上AP热点的信号强度相等。
8.复杂环境下安全通道的电子地图生成方法，基于权利要求1至9任意一项所述的复杂环境下安全通道的电子地图生成***运行，其特征在于，包括：
通过中枢分析模块建立目标区域的三维模型并标记为目标模型；获取目标区域中AP热点的实际位置，并将若干AP热点标记在目标模型中；
通过中枢分析模块在目标模型中规划采样轨迹以及采样位置，工作人员佩戴智慧单兵沿着采样轨迹中的采样位置进行采样，获取WIFI指纹；
中枢分析模块对若干WIFI指纹进行分析，并根据AP热点信号强度的衰减规律扩展WIFI指纹，根据扩展之后的WIFI指纹构建电子地图。
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