室内外导航无缝切换方法及控制系统与流程
本发明涉及室内外无缝导航领域，具体涉及一种室内外导航无缝切换方法及控制系统。
背景技术
基于全球导航卫星系统(简称gnss)的室外卫星定位导航系统发展迅速且趋于成熟，近年来随着人们对室内定位导航的需求日益增长，室内定位导航技术也在近几年获得迅速发展，但室内定位导航与室外定位导航一直处于各自独立发展的状态，如何将二者整合实现室内外定位导航的无缝平滑过渡，即室内外导航无缝切换技术成为一个研究热点。
随着智能手机的发展，gnss卫星导航、蓝牙技术、wifi、光传感器、气压传感器等传感器已经成为目前市面上智能手机的标配，同时公共wifi热点的部署越来越密集，这些传感器为通过手机终端来实现室内外导航的无缝切换提供了高效而可靠的技术手段。目前已经有部分研究人员通过某一个单独传感器来分析判断室内、室外场景的变化并实现室内外导航方法的切换，但是可靠性和平滑过渡方面受到限制。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种室内外导航无缝切换方法及控制系统。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种室内外导航无缝切换方法，包括以下步骤：
s1，实时采集场景数据，当该场景数据超出设定的场景数据阈值时，判断当前为疑似场景变化情形，记录当时时刻t1时的场景数据，并执行步骤s2，如果不是疑似场景变化情形，则认为场景未发生变化；
s2，对所采集的场景数据与上一时刻t0时的场景数据进行对比分析，计算差值，得到第一变化值，当第一变化值超出设定变化阈值t时，初步判断此时场景发生变化，并执行步骤s3；当第一变化值不超出设定变化阈值时，则判定场景未发生变化，执行步骤s1；
s3，采集t2时刻的场景数据，将t2时刻的场景数据与t1时刻的场景数据进行对比，计算差值，得到第二变化值，当第二变化值与第一变化值变化趋势一致且超出设定变化阈值t时，确定此时场景发生变化，并执行步骤s5；当第二变化值与第一变化值变化趋势一致且第二变化值未持续性超出设定变化阈值t时，则判定为疑似场景变化情形，执行步骤s4,当第二变化值与第一变化值变化趋势不一致，则判定场景未发生变化，执行步骤s1；
s4，采集下一时刻t3的场景数据，按步骤s3中的方法将t3时刻的场景数据与t2时刻的场景数据进行对比验证，直至验证为场景发生变化时，执行步骤s5；
s5，控制导航切换：如果由室内到室外，则将地图更换为室外地图，并且采用卫星定位，如果由室外到室内，则将地图更换为室内地图，并且采用wifi或蓝牙定位。
通过室内外导航无缝切换方法简单，对场景有变化通过疑似场景变化->初步判断此时场景发生变化->确定此时场景发生的步骤实现导航的切换，准确性高，室内外定位导航切换的时间误差小，能有效消除室内外定位切换过程中可能出现的乒乓效应，实现室内外定位导航的无缝平滑过渡，提升用户的体验感。
进一步的，采集的场景数据包括gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中至少两种场景数据。
该方法从gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值五个方面对场景数据进行采集，特别是对光通量和气压值的采集，能够检测场景特征的微小变化，如室内外光源的微小变化、汽车行驶速度与人步行速度的差异、地面与地下车库的气压变化、不同楼层的气压变化等，使得本发明所述方法具有更高的敏感度。
进一步的，步骤s1中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据超出了对应场景数据的设定阈值时，则判定当前为疑似场景变化情形，并记录当前时刻t1时的场景数据；
步骤s2中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据的第一变化值超出设定变化阈值t时，初步判断此时场景发生变化；
步骤s3中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据的第二变化值与第一变化值变化趋势一致且超出对应场景数据的设定阈值时，确定此时场景发生变化，否则判定为疑似场景变化情形。
通过2个或2个以上的场景数据对场景变化情况进行判断，提高了准确性。
进一步的，步骤s2中，初步判断此时场景是否发生变化的方法为：
当
当
当
当
当
其中，a为gnss卫星定位导航信号强度设定变化阈值，b为蓝牙信号强度设定变化阈值，c为wifi信号强度设定变化阈值，d为光通量设定变化阈值，e为气压值设定变化阈值，且a、b、c、d、e均为正实数。
进一步的，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室外到室内，而其他场景参数中并未出现室内到室外或场景未发生变化的，那么初步判定场景为室外到室内；
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室内到室外，而其他场景参数中并未出现室外到室内或场景未发生变化的，那么初步判定场景为室内到室外；
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有1项或1项以上判定场景未发生变化的，则认为当前判定结论存疑，需重新采集新的场景数据进行判定。
这提高了初步判定场景是否发生变化的准确性，并且判断出场景是如何变化的。
进一步的，所述步骤s3中，
当
当
当gnss卫星导航信号强度t2与gnss卫星导航信号强度t1变化趋势一致且|gnss卫星导航信号强度t2-gnss卫星导航信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当gnss卫星导航信号强度t2与gnss卫星导航信号强度t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当蓝牙信号强度t2与蓝牙信号强度t1变化趋势一致且
|蓝牙信号强度t2-蓝牙信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当蓝牙信号强度t2与蓝牙信号强度t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当wifi信号强度t2与wifi信号强度t1变化趋势一致且
|wifi信号强度t2-wifi信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当wifi信号强度t2与wifi信号强度t1变化趋势一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当光通量t2与光通量t1变化趋势一致且|光通量t2-光通量t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当光通量t2与光通量t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当气压值t2与气压值t1光通量t1变化趋势一致且|气压值t2-气压值t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当气压值t2与气压值t1光通量t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化。
通过对具体场景数据进行分析，更准确的得知场景是否发生变化。
进一步的，在判断场景是否发生变化时，建立α滤波函数，该α滤波函数定义为：
进一步的，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室外到室内，而其他场景参数中并未出现室内到室外或场景未发生变化的，则判定场景为室外到室内；
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室内到室外，而其他场景参数中并未出现室外到室内或场景未发生变化的，那么判定场景为室内到室外；
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有1项或1项以上判定场景未发生变化的，则认为当前判定结论存疑，执行步骤s4。
这提高了判定场景是否发生变化的准确性，并且判断出场景是如何变化的。
本发明还提出了一种基于上述室内外导航无缝切换方法的室内外导航无缝切换控制系统，包括场景感知模块、场景变化分析模块、控制器和定位方法切换模块；
所述场景感知模块采集场景数据，其输出端连接到场景变化分析模块，所述场景分析模块按上述的方法对场景数据进行分析，并将分析结果发送至所述控制器，所述控制器输出端连接所述定位方法切换模块所述控制器根据所接收的分析结果向所述定位方法切换模块发出导航切换指令，所述定位方法切换模块执行导航切换指令。
该控制系统结构简单，场景感知模块可采用现有移动智能终端的配置的传感器实现，实用性高，且能快速准确的根据场景的变化实现室内外导航切换。
进一步的，所述场景感知模块包括gnss卫星导航信号传感器、蓝牙信号传感器、wifi信号传感器、光传感器、气压传感器之二或大于二的任意组合。
通过多传感器组合检测具有更高的准确性，与单一传感器检测方法相比，根据多个传感器分析结果综合判断，确保了多传感器组合检测方法比单一传感器检测具有更高的准确性。
进一步的，所述gnss卫星导航信号传感器、蓝牙信号传感器、wifi信号传感器、光传感器、气压传感器集成于移动智能终端内。这提高了室内外导航无缝切换控制系统的实用性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是室内外导航无缝切换方法的流程图；
图2是室内外导航无缝切换控制系统功能模块图；
图3是定位切换原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种提供了一种室内外导航无缝切换方法，如图1所示，包括以下步骤：
s1，实时采集场景数据，当该场景数据超出设定的场景数据阈值时，判断当前为疑似场景变化情形，记录当时时刻t1时的场景数据，并执行步骤s2，如果不是疑似场景变化情形，则认为场景未发生变化。
s2，对所采集的场景数据与上一时刻t0时的场景数据进行对比分析，计算差值，得到第一变化值，当第一变化值超出设定变化阈值t时，初步判断此时场景发生变化，并执行步骤s3；当第一变化值不超出设定变化阈值时，则判定场景未发生变化，执行步骤s1。
s3，采集t2时刻的场景数据，将t2时刻的场景数据与t1时刻的场景数据进行对比，计算差值，得到第二变化值，当第二变化值与第一变化值变化趋势一致且超出设定变化阈值t时，确定此时场景发生变化，并执行步骤s5；当第二变化值与第一变化值变化趋势一致且第二变化值未持续性超出设定变化阈值t时，则判定为疑似场景变化情形，执行步骤s4；当第二变化值与第一变化值变化趋势不一致，则判定场景未发生变化，执行步骤s1。这里的变化趋势一致指第一变化值和第二变化值都是增强或都是减弱。
s4，采集下一时刻t3的场景数据，按步骤s3中的方法将t3时刻的场景数据与t2时刻的场景数据进行对比验证，直至验证为场景发生变化时，执行步骤s5；
s5，控制导航切换：如果由室内到室外，则将地图更换为室外地图，并且采用卫星定位，如果由室外到室内，则将地图更换为室内地图，并且采用wifi或蓝牙定位。
在实际使用中，采集的场景数据包括gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中至少两种场景数据。
步骤s1中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据超出了对应场景数据的设定阈值时，则判定当前为疑似场景变化情形，并记录当前时刻t1时的场景数据。
步骤s2中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据的第一变化值超出设定变化阈值t时，初步判断此时场景发生变化。
步骤s3中，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有2个或2个以上的场景数据的第二变化值与第一变化值变化趋势一致且超出对应场景数据的设定阈值时，确定此时场景发生变化，否则判定为疑似场景变化情形。
在本发明的一个优选实施方式中，在判断场景是否发生变化时，建立α滤波函数，该α滤波函数定义为：
在本发明的一个优选实施方式中，具体如何进行初步判断此时场景是否发生变化,可采用以下方法：
当
当
当
当
当
其中，a为gnss卫星定位导航信号强度设定变化阈值，b为蓝牙信号强度设定变化阈值，c为wifi信号强度设定变化阈值，d为光通量设定变化阈值，e为气压值设定变化阈值，且a、b、c、d、e均为正实数。
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室外到室内，而其他场景参数中并未出现室内到室外或场景未发生变化的，那么初步判定场景为室外到室内。
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室内到室外，而其他场景参数中并未出现室外到室内或场景未发生变化的，那么初步判定场景为室内到室外。
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有1项或1项以上判定场景未发生变化的，则认为当前判定结论存疑，需重新采集新的场景数据进行判定。
为进一步的保证判断的准确性，在对gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值进行判断时，根据上述排顺序进行先后判断。
在本发明的一个优选实施方式中，具体如何进行确定此时场景是否发生变化,可采用以下方法：
当
当
当gnss卫星导航信号强度t2与gnss卫星导航信号强度t1变化趋势一致且|gnss卫星导航信号强度t2-gnss卫星导航信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当gnss卫星导航信号强度t2与gnss卫星导航信号强度t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当蓝牙信号强度t2与蓝牙信号强度t1变化趋势一致且
|蓝牙信号强度t2-蓝牙信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当蓝牙信号强度t2与蓝牙信号强度t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当wifi信号强度t2与wifi信号强度t1变化趋势一致且
|wifi信号强度t2-wifi信号强度t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当wifi信号强度t2与wifi信号强度t1变化趋势一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当光通量t2与光通量t1变化趋势一致且|光通量t2-光通量t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当光通量t2与光通量t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化；
当
当
当气压值t2与气压值t1光通量t1变化趋势一致且|气压值t2-气压值t1|<a时，则判定为疑似场景变化情形；
当气压值t2与气压值t1光通量t1变化趋势不一致，则判定场景未发生变化。
进一步的，当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室外到室内，而其他场景参数中并未出现室内到室外或场景未发生变化的，则判定场景为室外到室内。
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中任意两项或两项以上场景数据判别为场景为室内到室外，而其他场景参数中并未出现室外到室内或场景未发生变化的，那么判定场景为室内到室外。
当gnss卫星定位导航信号强度、蓝牙信号强度、wifi信号强度、光通量、气压值中有1项或1项以上判定场景未发生变化的，则认为当前判定结论存疑，执行步骤s4。
本发明还提出了一种基于上述室内外导航无缝切换方法的室内外导航无缝切换控制系统，如图2所示，包括场景感知模块、场景变化分析模块、控制器和定位方法切换模块。
所述场景感知模块采集场景数据，其输出端连接到场景变化分析模块，所述场景分析模块按上述方法对场景数据进行分析，并将分析结果发送至所述控制器，所述控制器输出端连接所述定位方法切换模块，所述控制器根据所接收的分析结果向所述定位方法切换模块发出导航切换指令，所述定位方法切换模块执行导航切换指令。
定位方法切换模块接收到指令后，根据指令决定是否切换定位方法。本实施例中，接收到的指令分为“不切换”和“切换”两类，其中“切换”类分为“室外切换为室内”和“室内切换为室外”两个子类，定位方法切换模块接收到具体指令后，调度地图导航app切换定位导航方法。
本实施例中，所述场景感知模块包括gnss卫星导航信号传感器、蓝牙信号传感器、wifi信号传感器、光传感器、气压传感器之二或大于二的任意组合。其中gnss卫星导航信号传感器、蓝牙信号传感器、wifi信号传感器、光传感器、气压传感器集成于移动智能终端(如手机)内。
定位切换的实现如图3所示，其中，“感知接口”为感知环境中各种传感器设备的一个感知接口，包括gnss卫星导航、蓝牙技术、wifi、光传感器、气压传感器等感知；“定位算法”为定位算法的抽象类，是一个“虚拟的”定位算法，主要通过与服务器进行交互，请求相应定位方法的定位结果，这里采用的都是现有的定位算法；“滤波函数”实现了基于α滤波函数的传感器数据计算方法；“地图数据”为瓦片地图请求者接口，实现了室外地图请求和室内地图请求；“切换器”是切换的核心类，通过调用上述定位算法、地图数据接口、滤波函数和感知接口实现室内外定位技术以及室内外地图的切换。
场景感知模块通过感知接口向场景变化分析模块发送所采集的场景信息，场景变化分析模块对场景数据进行分析，其中包括了上述场景变化分析的计算以及基于α滤波函数的传感器数据的计算，控制器根据计算结果决定是否进行定位切换，如果需要定位切换，那么定位方法切换模块中的“切换器”首先会重新选择相应的“定位算法”以及“地图数据”，然后从服务器请求定位结果和地图；若不需要定位切换，则直接调用当前的“定位算法”以及“地图数据”请求定位结果和地图。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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