基于条形码的室内货物定位导航系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于条形码的室内货物定位导航系统，属于室内定位导航【技术领域】。本发明包括移动条形码扫描仪、信息关联数据库、地图数据库以及智能终端设备，其中移动条形码扫描仪通过无线通信方式与信息关联数据库连接通信，信息关联数据库与地图数据库连接，地图数据库连接互联网，手持终端与地图数据库无线通信连接。本发明公开了一种基于条形码的室内货物定位导航方法。本发明只需要在每个货架上设置价格低廉的条形码，部署简便，使用方便，其有效在降低运营成本，通过扫描条形码的方法可以快速连接数据库得到自己准确的位置，避免了定位不准造成的误差。
【专利说明】基于条形码的室内货物定位导航系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种室内货物定位导航系统及方法，具体讲是一种基于条形码的室内货物定位导航系统及方法，属于室内定位导航【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现在超市等大型室内卖场成为人们购买消费品的主要场所。随着超市的规模越来越大，货物种类越来越多，客户和管理人员准确找到某一特定物品的位置需要花费越来越多的时间。为了使客户和管理人员快速定位并找到自己需要购买的物品，需要一些辅助的货物定位的方法来满足人们的需要。目前，在室内货物定位和导航系统主要包括:
1、基于RFID的超市定位系统:2010年6月16日，中国实用新型专利CN201508413U公开了一种在商场或超市利用RFID技术实现采购导航的装置；2012年10月3日，中国发明专利申请CN 102708489 A公开了一种基于RFID与3G融合技术的智能超市购物系统。上述两个发明主要是在商场或超市利用RFID技术实现采购导航的装置，利用分布安装在商场或超市的各设定位置的RFID标签，构成网格状结构；根据连续多个位置信息的获得，并根据顾客事先选择的导航要求，实现自动导航。基于RFID的定位系统可以实现对用户位置的确认和帮助用户导航的功能，但其需要设置RFID标签，运行成本相对较高，并且用户无法实现在线选购商品。
[0003]2、基于无线红外的定位系统:2011年09月28日，中国实用新开专利CN201994973U公开了一种超市用基于无线定位技术的顾客服务终端。该发明主要是基于红外定位技术进行定位，并设计了便携式顾客服务终端，该技术可以定位更加精确，但成本较闻。
[0004]3、基于局域无线传感器网络的定位系统:2013年02月20日，中国发明专利CN101854384B公开了一种基于无线传感网的大型超市导购与广告系统及控制方法。该发明主要是利用无线传感器网络技术进行定位，但传感器节点和基站节点等投入都比较大，部署不方便，成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种部署方便、成本低廉、定位导航精度高的基于条形码的室内货物定位导航系统及方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于条形码的室内货物定位导航系统，包括移动条形码扫描仪、信息关联数据库、地图数据库和手持终端；
所述移动条形码扫描仪与信息关联数据库通信，用于扫描货物条形码、货架条形码，记录自身移动轨迹，并将货架的位置信息与货架条形码信息、货架条形码信息与货架上货物条形码信息进行关联绑定后传输至信息关联数据库；
所述信息关联数据库与地图数据库通信，用于存储货架条形码信息、货物条形码信息、货架位置信息和移动轨迹，供地图数据库查询调用； 所述地图数据库连接互联网，用于将信息关联数据库中货架位置信息、货架条形码信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息构建成可视化地图数据供手持终端下载调用，并根据手持终端的查询信息生成反馈导航路线；
所述手持终端与地图数据库通信，用于连接访问地图数据库，输入货架或货物条形码信息和待查货物信息，接收地图数据库返回数据。
[0007]本发明中，所述移动条形码扫描仪由扫描模块、可伸缩支撑杆、可转向移动滑轮、主控模块和数据通信模块组成；所述扫描模块、数据通信模块以及可转向移动滑轮均与主控模块连接；所述扫描模块固定在可伸缩支撑杆上与主控模块连接，用于扫描条形码信息并发送给主控模块；所述可伸缩支撑杆用于调节扫描模块高度；所述可转向移动滑轮用于移动条形码扫描仪的驱动；所述主控模块用于控制并测量可转向移动滑轮的运行方向和速度、记录扫描到的条形码信息与移动条形码扫描仪移动定位信息并进行关联绑定；所述数据通信模块将主控模块中存储的信息发送到信息关联数据库。
[0008]本发明中，所述主控模块由处理子模块、存储子模块、测速子模块和定位子模块组成，所述存储子模块、测速子模块、定位子模块均连接处理子模块。
[0009]本发明中，所述手持终端为智能手机或平板电脑。
[0010]本发明还提供了一种基于条形码的室内货物定位导航方法，包括以下步骤:
1)、利用移动条形码扫描仪扫描货架条形码、货架上的货物条形码，记录货架的位置和自身移动轨迹传输到信息关联数据库存储；
2)、根据信息关联数据库中货架位置信息、货架条形码信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息，构建可视化地图数据存放到地图数据库；
3)、在手持终端上，安装可视化地图系统的客户端并下载可视化地图数据；
4)、利用手持终端扫描最近距离的货架或者货物上的条形码信息，同时在客户端软件上输入要查找的货物信息发送到地图数据库执行查询；
5)、地图数据库先判断货物信息是否存在，如果不存在，直接返回不存在结果给客户端；如果存在，则查找货架或者货物上的条形码信息以确定手持终端位置和所查找货物的位置，通过最短路径算法求解从手持终端位置到所查找货物位置的路径，并将该路径返回到手持终端。
[0011]本发明中，所述步骤I)中移动条形码扫描仪工作具体过程为:
11)、确定一个起始位置，并设定该起始位置在室内的坐标为X、y，设定移动条形码扫描仪iu、后、左、右的四个移动方向和运行路线；
12)、移动条形码扫描仪从起始位置沿步骤11)设定运行路线移动，记录在各个方向的移动速度和时间，形成轨迹路线；当遇到货架上的条形码时，扫描货架条形码和货架上的货物条形码，并利用轨迹路线计算当前位置和起始位置的位移，通过该位移计算当前位置坐标 xc、yc ；
13)、将当前位置坐标xc、yc与当前扫描的货架条形码信息、当前扫描的货架条形码信息与货架上的货物条形码信息分别进行关联绑定后发送到信息关联数据库。
[0012]本发明的有益效果:(I)、相对于RFID、红外线定位、局域网无线传感器定位来说，只需要在每个货架上设置价格低廉的条形码，其有效地降低了运营成本；(2)、通过扫描条形码的方法可以快速连接数据库得到自己准确的位置，避免了定位不准造成的误差；(3)、本发明部署更加方便，不必对目前的管理系统进行全面更改；(4)、减少了无线通信和感知，降低了辐射污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明基于条形码技术的室内货物定位导航系统构架图；
图2为移动条形码扫描仪结构图；
图3为移动条形码扫描仪主控模板框图；
图4为导航意图；
图5为移动条形码扫描仪定位货架示意图；
图6为后台数据库的设计用例；
图7为导航用例。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0015]如图1所示，本发明基于条形码的室内货物定位导航系统，包括移动条形码扫描仪、信息关联数据库、地图数据库以及智能终端设备，其中移动条形码扫描仪通过无线通信方式与信息关联数据库连接通信，信息关联数据库与地图数据库连接通信，地图数据库连接互联网，手持终端与地图数据库连接通信。
[0016]如图2、3所示，移动条形码扫描仪包括扫描模块、可伸缩支撑杆、数据通信模块、主控模块以及可转向的移动滑轮。扫描模块安装在可伸缩支撑杆的上端，可伸缩支撑杆下端固定在移动条形码扫描仪机身上，扫描模块为条形码扫描枪或视频摄像头，其与主控模块连接通信，并可随伸缩支撑杆自由调节高度；移动条形码扫描仪机身内部安装有主控模块和数据通信模块，主控模块由处理子模块、存储子模块、测速子模块和定位子模块组成，存储子模块、测速子模块、定位子模块均连接处理子模块；移动条形码扫描仪机身的下面安装4个可转向移动滑轮，用于移动条形码扫描仪的四个方向的移动。扫描模块、数据通信模块以及可转向的移动滑轮均通过数据线连接主控模块。数据通信模块为无线通信模块，连接存储子模块，实现移动条形码扫描仪与信息关联数据库间的通信。扫描模块将扫描到各类条形码信息、测试子模块将测量得到可转向移动滑轮的运行速度和运行方向、定位子模块将获取当前移动条形码扫描仪的位置信息发送给存储子模块存储，由处理子模块进行处理并将货架的位置信息与货架条形码信息、货架条形码信息与货架上货物条形码信息进行关联绑定后经数据通信模块传输至信息关联数据库。
[0017]移动条形码扫描仪进行扫描和定位的方法是:首先移动条形码扫描仪确定一个起始位置，并设定该起始位置在室内的坐标为(x，y) (-10000〈x，y〈10000)。设定移动条形码扫描仪的运行路线和四个移动方向，分别用前、后，左、右表示。移动条形码扫描仪从起始位置开始，沿着一条规划的路线移动，移动条形码扫描仪的主控模块记录在各个方向的移动速度和时间，形成一条轨迹路线。当遇到货架上的条形码，移动条形码扫描仪进行扫描，并利用轨迹路线计算当前位置和起始位置的位移，通过该位移计算当前位置坐标(xc，yc)。并将当前的条形码信息与(xc，yc) —并通过数据通信模块发送到信息关联数据库中。
[0018]信息关联数据库，用于存储移动条形码扫描仪传输的货物条形码信息、货架条形码信息、位置信息和移动轨迹，供地图数据库查询调用。
[0019]地图数据库与互联网连接，其将信息关联数据库中存储的货架位置信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息构建成可视化地图数据供手持终端下载调用，提供客户端下载，并根据手持终端的查询信息生成反馈导航路线。
[0020]信息关联数据库和地图数据库可以放置在不同的存储和处理设备上，也可以放置在同一存储和处理设备上。
[0021]手持终端采用智能手机或PAD，其通过WIFI网络或3G、4G网络经互联网连接与地图数据库通信，下载安装客户端和相关地图数据，输入货架条形码信息和待查货物信息，接收地图数据库返回的导航路线。
[0022]本发明基于条形码的室内货物定位导航方法，具体步骤为:
1、将带有条形码的货架在室内摆放整齐或在现有的货架上统一粘贴货架条形码，为每个货架按照在室内的位置分配一个地理坐标。如果没有为每个货架分配地理坐标，则可以使用移动条形码扫描仪为每个货架分配地理坐标。货架的地理位置坐标都存放到信息关联数据库中。将所有的货架分类，相邻的货架尽可能属于同一类别。将货物摆放到货架上，同时扫描货物条形码和货架条形码，将货物与该货架关联起来，将两者的信息一起存到信息关联数据库中(如果货物没有条形码，则为其增加一个条形码)。
[0023]2、根据信息关联数据库中存储的货架位置信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息，构建可视化地图数据存放到地图数据库，并制作客户端软件；
3、在手持终端上下载安装可视化地图系统的客户端和地图数据；
4、如图4所示，手持终端扫描距离最近的货架或者货物上的条形码C，用来确认当前所在的位置；同时在手机手持终端客户端端软件上输入要查找的货物的种类、名称或者条形码信息，统称为M。将C和M通过无线通信网络一起传输到地图数据库中，地图数据库查询信息关联数据库，先判断与M相关的记录是否存在，如果不存在，直接返回结果Result=No ；如果存在，则查找C和M所在的位置，通过最短路径算法求解从C到M的路径，并将该路径返回到手机终端。
实施例
[0024]在某超市内的全部货架上粘贴条形码，定位的精度由条形码与条形码的最短距离决定。利用移动条形码扫描仪，按如图5所示的运动轨迹去扫描货架上的条形码，并记录每个货架条形码的位置。在摆放货物的时候扫描货架上的货物条形码。货架上条形码、条形码位置信息以及货物条形码信息一起传输到信息关联数据库中，信息关联数据库的数据组织如图6所示。然后，地图数据库利用信息关联数据库中的数据和超市内平面地图信息生成地图数据库。
[0025]客户A在家里通过因特网在地图数据库上下载了该超市服务客户端和地图数据。当客户A进入超市后，客户A手机通过超市的WIFI网络或手机3G、4G网络与互联网建立通信，就近扫描货架附近货架附的条形码并在手机客户端输入“土司面包”进行查询，附近货架附的条形码信息和查询数据通过互联网传输到地图数据库，地图数据库执行查询后确定客户A所在位置和“土司面包”的位置，通过最短路径算法求解从所在位置到所“土司面包”的位置路径，并将该路径返回到手持终端，此时客户A的手机上出现了 “土司面包”所属的分类区域是“食品区域”，并显示出现在所在位置到“土司面包”处的路线图，如图7所示。
[0026]超市提供的路径规划算法的处理方式如下:1、先将超市平面路使用二维网格进行划分，然后通过将不可行进的网格置黑(例如货架、收银台这些不可能通过的网格)。2、使用路径规划算法得到路线(由于超市平面图比较简单，可考虑采用BFS算法、A*算法等)，这样就能直接能在超市平面图上得到一个路线图。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于条形码的室内货物定位导航系统，其特征在于:包括移动条形码扫描仪、信息关联数据库、地图数据库和手持终端； 所述移动条形码扫描仪与信息关联数据库通信，用于扫描货物条形码、货架条形码，记录自身移动轨迹，并将货架的位置信息与货架条形码信息、货架条形码信息与货架上货物条形码信息进行关联绑定后传输至信息关联数据库； 所述信息关联数据库与地图数据库通信，用于存储货架条形码信息、货物条形码信息、货架位置信息和移动轨迹，供地图数据库查询调用； 所述地图数据库连接互联网，用于将信息关联数据库中货架位置信息、货架条形码信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息构建成可视化地图数据供手持终端下载调用，并根据手持终端的查询信息生成反馈导航路线； 所述手持终端与地图数据库通信，用于连接访问地图数据库，输入货架或货物条形码信息和待查货物信息，接收地图数据库返回数据。
2.根据权利要求1所述的基于条形码的室内货物定位导航系统，其特征在于:所述移动条形码扫描仪由扫描模块、可伸缩支撑杆、可转向移动滑轮、主控模块和数据通信模块组成；所述扫描模块、数据通信模块以及可转向移动滑轮均与主控模块连接； 所述扫描模块固定在可伸缩支撑杆上与主控模块连接，用于扫描条形码信息并发送给主控模块； 所述可伸缩支撑杆用于 调节扫描模块高度； 所述可转向移动滑轮用于移动条形码扫描仪的驱动； 所述主控模块用于控制并测量可转向移动滑轮的运行方向和速度、记录扫描到的条形码信息与移动条形码扫描仪移动定位信息并进行关联绑定； 所述数据通信模块将主控模块中存储的信息发送到信息关联数据库。
3.根据权利要求2所述的基于条形码的室内货物定位导航系统，其特征在于:所述主控模块由处理子模块、存储子模块、测速子模块和定位子模块组成，所述存储子模块、测速子模块、定位子模块均连接处理子模块。
4.根据权利要求1所述的基于条形码的室内货物定位导航系统，其特征在于:所述手持终端为智能手机或平板电脑。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于条形码的室内货物定位导航方法，其特征在于包括以下步骤: 1)、利用移动条形码扫描仪扫描货架条形码、货架上的货物条形码，记录货架的位置和自身移动轨迹传输到信息关联数据库存储； 2)、根据信息关联数据库中货架位置信息、货架条形码信息、货物条形码信息以及室内平面地图信息，构建可视化地图数据存放到地图数据库； 3)、在手持终端上，安装可视化地图系统的客户端并下载可视化地图数据； 4)、利用手持终端扫描最近距离的货架或者货物上的条形码信息，同时在客户端软件上输入要查找的货物信息发送到地图数据库执行查询； 5)、地图数据库先判断货物信息是否存在，如果不存在，直接返回不存在结果给客户端；如果存在，则查找货架或者货物上的条形码信息以确定手持终端位置和所查找货物的位置，通过最短路径算法求解从手持终端位置到所查找货物位置的路径，并将该路径返回到手持终端。
6.根据权利要求5所述的基于条形码的室内货物定位导航方法，其特征在于所述步骤1)中移动条形码扫描仪工作具体过程为: 11)、确定一个起始位置，并设定该起始位置在室内的坐标为x、y，设定移动条形码扫描仪iu、后、左、右的四个移动方向和运行路线； 12)、移动条形码扫描仪从起始位置沿步骤11)设定运行路线移动，记录在各个方向的移动速度和时间，形成轨迹路线；当遇到货架上的条形码时，扫描货架条形码和货架上的货物条形码，并利用轨迹路线计算当前位置和起始位置的位移，通过该位移计算当前位置坐标 xc、yc ； 13)、将当前位置坐标xc、yc与当前扫描的货架条形码信息、当前扫描的货架条形码信息与货架上的货物条形码信息分别进行关联绑定后发送到信息关联数据库。
【文档编号】G06K7/10GK104036223SQ201410253486
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】李志刚, 陈卫卫, 李涛, 刘钊, 王真, 李清, 施蕾 申请人:中国人民解放军理工大学