基于GPS网和地面坐标网的室内路径引导方法与流程
本发明涉及室内路径引导技术领域，特别是一种基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法。
背景技术：
如今，室外gps定位和导航技术已经很成熟，其应用也越来越广泛，这给人们的生活出行带来了极大方便。同时，随着经济的快速发展，大型室内场馆，如商场、机场等越来越多在城市中建造。大型室内场馆往往内部空间大，且结构多变，路况复杂，而且室内gps信号无法穿透建筑物的墙壁，所以室内无法接收足够精确和强度的gps信号来实现定位，因此人们迫切希望能够实现室内路径的规划和引导。基于上述原因，需要一种技术实现在室内路径引导的方法。
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系统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，建立导航系统的离线导航信息数据库。上述方法可以实现室内路径引导。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系统的技术要求在建筑物顶端需进行多次的gps数据采集，同时受限于建筑物房顶的结构；(2)上述方式虽然可以实现室内路径引导，但定位精度不足、误差较大；因此现有技术仍然有待改善。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法，使得通过室内地面坐标网上坐标点和gps信息的转换，建立离线导航路径信息数据库，在启动路径引导时从离线导航路径信息数据库中搜索最优路径数据信息下载完成室内路径引导。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法，它包括有：所述方法包括以下步骤：
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：通过连接室内路径段上的网格点，建立离线导航路径信息数据库；
s6：在启动路径引导时从离线导航路径信息数据库中搜索最优路径数据信息下载完成室内路径引导。
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体位置，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体位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(xy)：
其中，n为椭球卯酉圈曲率半径，
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(ndmd)，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，且室内地面坐标是小区域应用可近似为水平坐标，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的网格点的大地坐标(b1,l1,h1)：
其中，bt,lt的单位为弧度；bf为x1值对应的底点纬度，tf，ηf，mf，nf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(bt，lt，ht)，其中，lt＝lt+l0，ht＝h+h。
进一步，所述步骤s5中的通过连接室内路径段上的网格点，建立离线导航路径信息数据库的方法包含以下步骤：
s51：根据室内空间分布信息平面图和地面坐标网，找出最小路径段区域上的网格点；
s52：根据s4所述步骤将网格点进行转换，获得室内网格点的gps数据；
s53：将室内网格点的gps数据和路段信息存入离线导航路径信息数据库。
进一步，所述步骤s51中的最小路径段为路径段的起始点和终止点之间不含有连通其他路径段的路径。
进一步，所述步骤s53中的路段信息包含路段长度、路段序号。
进一步，所述步骤s6中的搜索最优路径数据信息的方法包含以下步骤：
s61：将最小路径段的起始点和终止点作为一个节点，即所述最小路径段为两个节点之间不存在其他节点的路径；
s62：对室内路径节点进行依次标记mi，按实际路段连接节点，形成室内路径网络拓扑图；
s63：将所在当前位置a与设定的目的点b作为新的节点更新添加到室内路径网络拓扑图；
s64：通过采集的路段信息的长度lij，作为室内路径网络拓扑图中弧的权值；
s65：采用floyd算法求最优路径轨迹。
进一步，所述步骤s65中的采用floyd算法求最优路径轨迹的方法包含以下步骤：
s651：从室内路径网络拓扑图中寻找出一条当前位置a与设定的目的点b的路径，初始化当前位置a与设定的目的点b的最短路径距离为dis[a][b]；
s652：对于每一个节点x，检查dis[a][x]+dis[x][b]<dis[a][b]，如果成立，证明找到更短路径，设置dis[a][b]＝dis[a][x]+dis[x][b]；
s653：遍历完所有节点x，dis[a][x]中记录的便是a到b的最短路径的距离。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：其一，本发明提出了基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法，能够利用室内位置的gps数据实现室内路径引导，具有室内外兼容的特点；其二，本发明提出了基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法，将室内导航路径信息进行离线存储，并通过相应算法实现最优路径的规划。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法流程图。
图2为基于gps网和地面坐标网的室内定位方法示意图。
图3为基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例，如图1至图3所示；一种基于gps网和地面坐标网的室内路径引导方法，它包括以下步骤：
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：通过连接室内路径段上的网格点，建立离线导航路径信息数据库；
s6：在启动路径引导时从离线导航路径信息数据库中搜索最优路径数据信息下载完成室内路径引导。
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体位置，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。
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体位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。
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。
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，
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，bt,lt的单位为弧度。bf为x1值对应的底点纬度，tf，ηf，mf，nf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(bt，lt，ht)，其中，lt＝lt+l0，ht＝h+h。
所述步骤s5中的通过连接室内路径段上的网格点，建立离线导航路径信息数据库的方法包含以下步骤：
s51：根据室内空间分布信息平面图和地面坐标网，找出最小路径段区域上的网格点；
s52：根据s4所述步骤将网格点进行转换，获得室内网格点的gps数据；
s53：将室内网格点的gps数据和路段信息存入离线导航路径信息数据库；
所述步骤s51中的最小路径段为路径段的起始点和终止点之间不含有连通其他路径段的路径；
所述步骤s53中的路段信息包含路段长度、路段序号；
所述步骤s6中的搜索最优路径数据信息的方法包含以下步骤：
s61：将最小路径段的起始点和终止点作为一个节点，即所述最小路径段为两个节点之间不存在其他节点的路径；
s62：对室内路径节点进行依次标记mi，按实际路段连接节点，形成室内路径网络拓扑图；
s63：将所在当前位置a与设定的目的点b作为新的节点更新添加到室内路径网络拓扑图；
s64：通过采集的路段信息的长度lij，作为室内路径网络拓扑图中弧的权值；
s65：采用floyd算法求最优路径轨迹。
所述步骤s65中的采用floyd算法求最优路径轨迹的方法包含以下步骤：
s651：从室内路径网络拓扑图中寻找出一条当前位置a与设定的目的点b的路径，初始化当前位置a与设定的目的点b的最短路径距离为dis[a][b]；
s652：对于每一个节点x，检查dis[a][x]+dis[x][b]<dis[a][b]，如果成立，证明找到更短路径，设置dis[a][b]＝dis[a][x]+dis[x][b]；
s653：遍历完所有节点x，dis[a][x]中记录的便是a到b的最短路径的距离。
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，建立离线导航路径信息数据库，在启动路径引导时从离线导航路径信息数据库中搜索最优路径数据信息下载完成室内路径引导。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
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