移动终端3d虚拟场景中的定位及服务方法
【专利摘要】本发明提供一种移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，包括以下步骤：用符号化的坐标系统进行室内环境的3D建模；对建模后的3D空间网格化处理，区分室内实体之间水平和垂直的连通关系；通过对偶转换，把3D空间内实体的连通关系转换为对偶空间；采用查询感知、增量方法，进行室内移动对象的连续查询处理；室内空间部署多种定位基础设施，不同定位基础设施的覆盖区域不同且可能存在重叠，实现室外和室内相结合的无缝化定位服务，实现移动对象在室内与室外的快速切换与定位更新。
【专利说明】移动终端3D虚拟场景中的定位及服务方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及一种定位技术，特别涉及在移动终端3D虚拟场景中实现定位和服务 的方法。 【【背景技术】】
[0002] 现有技术的移动终端为了实现定位和查询等服务，主要采用LBS技术或MPS技术。 LBS英文全称为Location Based Services,它包括两层含义：首先是确定移动设备或用户 所在的地理位置；其次是提供与位置相关的各类信息服务。意指与定位相关的各类服务系 统，简称〃定位服务〃，另外一种叫法为MPS-Mobile Position Services,也称为〃移动定位 服务〃系统。如找到手机用户的当前地理位置，然后在上海市6340平方公里范围内寻找手 机用户当前位置处1公里范围内的宾馆、影院、图书馆、加油站等的名称和地址。所以说LBS 就是要借助互联网或无线网络，在固定用户或移动用户之间，完成定位和服务两大功能。
[0003] 上述移动终端的LBS或MPS的定位功能实现，主要依托下述3种定位技术：一、卫 星定位技术，是指利用太空中的人造卫星对移动对象进行定位，典型代表是G P S。二、基 于网络的定位技术，是指利用网络基站(或者接入点）等基础设施对移动对象进行定位，当 移动终端被某一网络覆盖区域感知时，由网络基站或控制点计算出该移动终端的位置，典 型代表是移动通信网络(如G S M，GPRS等)。三、感知定位技术，是指在指定空间内部署传 感器，当移动对象进入传感器的检测区域时，则能判定该对象的位置，典型代表是无线射频 识别技术（RF I D)。
[0004] 上述移动终端的LBS或MPS的服务功能实现，主要依托索引技术：索引技术是移 动对象数据库的核心技术，决定了 L B S的查询性能，根据对象的定位实现当前位置的定 位，根据对象的移动速度实现将来位置的定位。基于位置的服务通常包含两类查询服务：快 照查询和连续查询。快照查询访问移动对象数据库后立即返回查询结果。典型的快照查询 如："查询当前离我最近的快餐店"。连续查询根据周围环境变化情况持续刷新查询结果，例 如，"监控未来一小时内某路口车流量变化"就是一个典型的连续查询。
[0005] 现有技术移动终端的定位和查询等服务，多采用移动终端的二维平面地图显示， 用户在确定二维平面地图显示的定位信息是否和现时身处的场景相一致时，往往先要看二 维平面地图显示的定位信息（比如某某路名、商场)，然后再确定自己是否处在正确的路上 或商场；另外，由于室外定位多采用GPS或GPRS实现定位和服务，在室内接收不到GPS信 号，多采用GPRS或RFID实现定位和服务，在条件比较苛刻的室内，如果连GPRS信号也没有 的，只能依靠RFID实现定位，三种定位技术的无缝衔接还有一定的问题。 【
【发明内容】
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[0006] 本发明提供一种在移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，可实现在移动终 端3D虚拟场景环境中位置的定位与服务，实现对移动终端的三维建模场景的定位和历史 轨迹查询等功能，实现在移动终端3D虚拟场景中室外/室内相结合的无缝化定位服务。
[0007] 本发明通过以下技术方案实现：一种移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法， 包括以下步骤：步骤1 :用符号化的坐标系统进行室内环境的3D建模；步骤2 :对建模后的 3D空间网格化处理，区分室内实体之间水平和垂直的连通关系；步骤3 :通过对偶转换，把 3D空间内实体的连通关系转换为对偶空间；步骤4:采用查询感知、增量方法，进行室内移 动对象的连续查询处理；步骤5 :室内空间部署多种定位基础设施，不同定位基础设施的覆 盖区域不同且可能存在重叠，实现室外和室内相结合的无缝化定位服务，实现移动对象在 室内与室外的快速切换与定位更新。
[0008] 进一步的改进在于，所述步骤4采用查询感知、增量方法，该方法包括：基于符号 化存在感应器的室内定位技术，针对每个连续范围查询，通过关键设备，即在符号空间中的 安全区域，仅当关键设备有新的读数产生时，会对查询结果进行增加或删除操作，非关键设 备的新读数将不会被用于增量更新查询结果。
[0009] 进一步的改进在于，所述步骤2的关键设备包括基于符号化的RF I D感应器。
[0010] 进一步的改进在于，所述步骤5的多种定位基础设施包括 基站或传感器。
[0011] 进一步的改进在于，所述步骤5的室外和室内相结合的无缝化定位服务采用如下 分步骤：分步骤a :把室内移动对象的基于符号空间的轨迹数据转换为室外移动对象的基 于几何空间的数据，进而统一对转换后的室外移动对象数据进行管理；分步骤b :进行合适 的室内/室外交接，即当查询室内空间时，使用室内移动对象的模型，当查询室外空间时， 使用室外移动对象的模型，利用中间件把查询分发到适当的模型中进行查询处理；分步骤 c :将查询结果组织成统一的格式返回给移动终端用户。
[0012] 相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明针对现代人更强调个性化的特点， 从用户的视野角度使用户可以更加快速的在逼真的移动终端3D场景中定位与服务，其用 户体验如同身临现实场景，而不是目前技术上的二维平面上的定位与交互，同时实现了室 夕卜与室内定位的无缝切换，本发明在商圈、校园、旅游景点、线下展会等有广阔的应用空间。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0013] 图1是本发明基于空间的网格划分结构示意图；
[0014] 图2是本发明阅读器编号移动轨迹图；
[0015] 图3是本发明室外移动对象在几何坐标下的移动轨迹图；
[0016] 图4是本发明的方法步骤图。 【【具体实施方式】】
[0017] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0018] 为了实现此类服务，需发展空间建模技术、3D模型中的索引技术和3D模型中的连 续查询处理技术.
[0019] 空间建模：
[0020] 室内空间的拓扑关系比室外空间复杂得多，因而更适合用符号化的坐标系统对室 内空间结构建模，三维几何网络模型区分对待室内实体(房间）之间水平和垂直的连通关 系，通过对偶转换，即给定一组基矢，总可以找到另一组基矢，使得这两组基矢"互为对偶"。 互为对偶的条件就是两个基矢组对应基矢的点积构成delta函数。由于一组基矢的对偶基 矢总是确定的，那么"求出给定基矢组的对偶基矢"相当于在这组基矢身上进行一个线性变 换。于是对偶基矢相当于一个"线性变换"。给定了一组基矢就相当于给定了一个向量空 间，即可以通过这组基矢以线性组合的方式给出一堆向量，这些向量的全体构成一个向量 空间。那么根据"求对偶基矢"相当于"定义出一个线性变换"，于是可以将这个线性变换作 为新的线性空间，实现该向量空间的"对偶空间"。把三维空间内的实体的连通关系转换为 对偶空间，可以应用于室内空间紧急疏散线路的计算。为了支持室内导航，三维可测量拓扑 模型同时考虑空间实体的形状和连通关系，可以维持不同室内位置间的最短路径，不仅维 持室内实体间的拓扑结构，还能有效管理基于感知定位的室内定位数据。
[0021] 图1为基于空间的网格划分结构示意图，图1中，将空间维和时间维分开处理，把 空间维和时间维区分开：使用静态、无重叠的网格划分空间维度；使用一维R- t r e e 索引各空间网格内的时间维度，先按照空间维度使用静态的网格划分，而对每个空间网格 内的对象的时间属性进行转化，用S E B- t r e e进行索引。
[0022] 室内轨迹索引技术：
[0023] 由于室内空间表不为符号化系统，因此室内轨迹表达方式也和室外轨迹不同，室 内移动对象的轨迹可以表示在一个包含空间维和时间维的多维空间。空间维用符号化的地 理位置编号表示，例如房间号、RF I D阅读器编号等，这样，移动对象的轨迹可以表示为 若干水平线段，进而利用R- t r e e索引这些线段，如图2所示，是一种针对室内移动对 象的跟踪算法，用于确定室内移动对象的轨迹，图示分别为两种基于R- t r e e的索引 结构R T R - t r e e和T P 2 R - t r e e，其中横轴代表时间维，纵轴代表阅读器标 号，R T R- t r e e将室内移动对象的轨迹表示为若干水平的线段，T P 2 R - t r e e则把轨迹表示为一个带时间参数的点，这两种索引结构均可有效支持室内空间的范围查 询和室内轨迹查找。
[0024] 连续查询处理：
[0025] 针对室内移动对象的连续查询处理，采用一种查询感知的、增量的方法，该方法适 用于基于符号化存在感应器的室内定位技术(如RF I D)，针对每个连续范围查询，通过 关键设备，即在符号空间中的安全区域.仅当关键设备有新的读数产生时，会对查询结果进 行增加或删除操作。这样，非关键设备的新读数将不会被用于增量更新查询结果。
[0026] 图3为室外移动对象在几何坐标下的移动轨迹：一个移动对象的轨迹被表现在二 维几何空间范围（X，y )和一个时间维（t )的三维空间内。
[0027] 室内移动对象管理：
[0028] 多定位方法：包括卫星定位技术、基于网络的定位技术和感知定位技术卫星定位 技术是指利用太空中的人造卫星对移动对象进行定位，典型代表是G P S .基于网络的定 位技术是指利用网络基站(或者接入点)等基础设施对移动对象进行定位.当移动终端被某 一网络覆盖区域感知时，由网络基站或控制点计算出该移动终端的位置，典型代表是移动 通信网络(如G S M，GPRS等).感知定位技术指在指定空间内部署传感器，当移动对象进 入传感器的检测区域时，则能判定该对象的位置，典型代表是无线射频识别技术）
[0029] 室内空间部署多种定位基础设施，不同定位基础设施的覆盖区域不同且可能存在 重叠，综合考虑多种室内定位技术，可以提供更为全面和精确的服务。所谓的全面是指多定 位方法条件下总体覆盖区域面积增大；精确是指在重叠区域内综合运用多种定位方法能提 高定位精度。
[0030] 室内移动对象的索引技术：
[0031] 相对于大量的室外移动对象索引技术，室外几何空间的索引技术不能直接应用于 室内几何空间，索引室内移动对象时还需要考虑不同类型的不确定性，例如RF I D读卡 器的漏读误读可能造成存在不确定性，而W i -F i定位可能造成定位数据精度的不确定 性，利用B+- t r e e对室内移动对象当前位置索引通过空间填充曲线将符号空间线性 化，其一可以用于改进基于R- t r e e索引结构的符号空间维的顺序，其二可以直接进 行构建类似的基于B+- t r e e的索引。
[0032] 室内移动对象的隐私保护：
[0033] 结合室内空间的拓扑结构，通过屏蔽先后两次的匿名空间进行移动位置推测，另 夕卜，针对基于感知定位的室内移动对象，其终端没有计算存储能力，这就使得当前隐私保护 策略得以进行，进而隐私保护的架构得到相应的调整.
[0034] 无缝化的LBS:
[0035] 在一些大型应用中，室外/室内相结合的无缝化服务非常重要，例如，上海世博会 既有室内展区也有室外展区，需分别采用室内/室外定位技术；乘客启程去机场乘坐飞机 时，室外位置服务可以在去机场的途中提供导航服务，室内位置服务可为其提供在候机大 厅的服务，无缝化L B S实现室外/室内空间的定位技术切换和统一数据管理，直接使用 同时能够为室外和室内空间定位的方法，如W i -F i，同时进行室外定位和室内定位的 切换，切换时刻的定位精度同时切换定位策略，应用支持室外/室内不同类型定位技术的 位置模型为室外/室内定位切换提供帮助。
[0036] 室内室外空间统一数据管理：
[0037] 由于室内室外空间的表达方式和定位技术的不同，导致室内外移动对象的轨迹表 达形式也不同，为了进行统一的移动对象数据管理，需要把某一类型的移动对象数据转换 为另一类型的数据，比如，把室内移动对象的基于符号空间的轨迹数据转换为室外移动对 象的基于几何空间的数据，进而统一对转换后的室外移动对象数据进行管理。通过进行合 适的室内/室外交接，即当查询室内空间时，使用室内移动对象的模型，当查询室外空间 时，使用室外移动对象的模型，利用中间件把查询分发到适当的模型中进行查询处理，并且 将查询结果组织成统一的格式返回给用户。
[0038] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权 利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，包括以下步骤： 步骤1 :用符号化的坐标系统进行室内环境的3D建模； 步骤2 :对建模后的3D空间网格化处理，区分室内实体之间水平和垂直的连通关系； 步骤3 :通过对偶转换，把3D空间内实体的连通关系转换为对偶空间； 步骤4 :采用查询感知、增量方法，进行室内移动对象的连续查询处理； 步骤5 :室内空间部署多种定位基础设施，不同定位基础设施的覆盖区域不同且可能 存在重叠，实现室外和室内相结合的无缝化定位服务，实现移动对象在室内与室外的快速 切换与定位更新。
2. 根据权利要求1所述的移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，其特征在于：所 述步骤4采用查询感知、增量方法，该方法包括：基于符号化存在感应器的室内定位技术， 针对每个连续范围查询，通过关键设备，即在符号空间中的安全区域，仅当关键设备有新的 读数产生时，会对查询结果进行增加或删除操作，非关键设备的新读数将不会被用于增量 更新查询结果。
3. 根据权利要求1所述的移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，其特征在于：所 述步骤2的关键设备包括基于符号化的RFID感应器。
4. 根据权利要求1所述的移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，其特征在于：所 述步骤5的多种定位基础设施包括GPS、GPRS、WIFI、RFID等基站或传感器。
5. 根据权利要求1所述的移动终端3D虚拟场景中的定位与服务方法，其特征在于：所 述步骤5的室外和室内相结合的无缝化定位服务采用如下分步骤： 分步骤a :把室内移动对象的基于符号空间的轨迹数据转换为室外移动对象的基于几 何空间的数据，进而统一对转换后的室外移动对象数据进行管理； 分步骤b :进行合适的室内/室外交接，即当查询室内空间时，使用室内移动对象的模 型，当查询室外空间时，使用室外移动对象的模型，利用中间件把查询分发到适当的模型中 进行查询处理； 分步骤c :将查询结果组织成统一的格式返回给移动终端用户。
【文档编号】H04W88/02GK104113822SQ201310132641
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】谷晓臣 申请人:上海无域信息科技有限公司