一种基于高精度电子地图的蓝牙室内定位导航方法与流程

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及基于高精度电子地图的蓝牙室内定位导航方法。

背景技术：

室内定位导航技术在公共服务场所、大型商业体、以及地下车库等复杂室内环境存在着巨大的应用需求。然而，传统的蓝牙室内定位导航技术需要测量蓝牙信标的位置坐标，费时耗力。目前，现有技术中没有较为成熟的蓝牙信标位置坐标快速获取方案，且往往缺乏高精度度的室内电子地图为导航提供底图数据支撑，这限制了蓝牙室内定位导航技术的大规模应用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于高精度电子地图的蓝牙室内定位导航方法，实现复杂室内场景下的高精度定位导航。

本发明提供的一种基于高精度电子地图的蓝牙室内定位导航方法，包括以下步骤：

s1.编制室内场景高精度电子地图，构建室内地图模块；

s2.依托室内地图模块，根据要素、要素主题和要素关系位置完成蓝牙信标组网布局；

s3.利用rss测距信号渐变模型搭建定位模型，获取移动端的位置坐标；

s4.以室内地图为底图依据，以所述定位模块作为位置信息支撑，构建导航模块实现导航。

进一步的，在s1中编制室内场景高精度电子地图的的具体方法为：

s1-1.以度为单位构建地心坐标系；

s1-2.采集地图模块所需的要素，并按照要素的特征划分要素主题，将要素的信息转换为点要素、线要素和面要素，对要素进行分级设定及符号化表达，然后进行地图图面整饰，最终依据不同比例尺制作地图瓦块参数文件，对各级别电子地图进行裁切和格式转换处理成地图瓦片成果；

s1-3.依据比例尺制作地图瓦块参数文件，对各级别电子地图进行裁切和格式转换处理成地图瓦片成果，形成室内地图模块。

进一步的，在s1-2中，所述要素主题为由特征相同的要素组成的一个整体，所述要素仅属于一个要素主题，所述要素主题只可以表达为一个要素类型。

进一步的，在s2中，室内场景低功耗蓝牙信标组网布局方法具体为：

s2-1.对地图中的点要素所在位置进行蓝牙信标初步布设；

s2-2.若点要素p所在位置距离最近的点要素n所在位置之间的距离小于预设的蓝牙最佳定位距离时，则剔除点要素p所在位置的蓝牙信标；

s2-3.在要素关系位置处加布蓝牙信标；

s2-4.测量上述已布设的蓝牙信标之间的距离，若蓝牙信标之间的距离大于预设的蓝牙最佳定位距离的2倍时，在两个信标间再加布蓝牙信标。

进一步的，要素关系位置包括：楼梯间楼层跨越处、路由、通道与交叉点。

进一步的，在s2-3中，当要在两个信标间再加布蓝牙信标时，加布蓝牙信标的点位置首先考虑临近区域的特征要素：要素特征点和特征线；若临近区域无特征要素，则在两个信标连线中心点加布新的信标。

进一步的，在s3中，搭建定位模型，获取移动端的位置坐标的具体方法为：

s3-1.rss测距信号渐变模型为rss＝a-10nlog10d，式中，a为定位节点与蓝牙信标之间距离为1米时的参考rss值，n为信号渐变因子，a与n两个参数通过实地检校方式确定；

s3-2.对于移动端接收到的周围近邻m个蓝牙信标的rss信号，通过如下公式平差，

…

求解移动端所在的位置(x，y)。

进一步的，在s4中导航模块的构建方法具体为：

s4-1.构建导航路径网络，对于人行导航，基于室内地图模块划分导航网络，所述导航网络采用不规则三角形的形式，即基于地图的障碍物要素边界点与边界线，将地图划分为多个三角形，将三角形边线中点相连，即为所有可能的人性路线；对于车行导航，基于室内地图模块中几何网络及拓扑关系输出所有可能的车行路线；

s4-2.导航路径网络构建后，输入起点s和终点e，选择人行或车行，使用a*算法返回最优路线。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

一种基于高精度电子地图的蓝牙定位导航方法，首先，编制室内场景高精度电子地图，构建室内地图模块；然后，依托室内地图模块，根据要素、要素主题和要素关系位置完成蓝牙信标组网布局；其次，利用rss测距信号渐变模型搭建定位模型，获取移动端的位置坐标；最后以室内地图为底图依据，以定位模块作为位置信息支撑，构建导航模块实现导航。充分考虑室内场景中要素、要素主题和要素关系位置，以高精度电子地图数据为支撑，优化了传统的蓝牙信标组网布局方案，提高了导航的可用性与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种基于高精度电子地图的蓝牙定位导航方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中蓝牙信标布局组网平面示意图。

图3为本发明实施例中蓝牙多边定位原理示意图。

图4.导航路径网路中人行模式示意图。

图5.导航路径网路中车行模式示意图。

附图标记：

a,b,c,d,e,g,h,i-标准信标点位、f-剔除信标点位、j-加布信标点位、s1为典型布设区域、s2为需剔信标点的区域、s3为需加布信标点的区域、x-第一蓝牙信标、y-第二蓝牙信标、z-第三蓝牙信标、s-第一楼起点、p1-第一楼电梯口结点、p3-第一楼车辆上下坡口、r-第二楼终点、p2第二楼电梯口结点、p4-车辆应结点、r-终点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，本实施例提供的一种基于高精度电子地图的蓝牙定位导航方法，包括以下步骤：

第一步、编制室内场景高精度电子地图，构建室内地图模块；

(1)以度为单位构建worldgeodeticsystem84(wgs84)地心坐标系；

(2)采集地图模块所需的要素，并按照要素的特征划分要素主题，将要素的信息转换为点要素、线要素和面要素，对要素进行分级设定及符号化表达，然后进行地图图面整饰，最终依据不同比例尺制作地图瓦块参数文件，对各级别电子地图进行裁切和格式转换处理成地图瓦片成果；

点要素、线要素和面要素为制图所需的点、线、面shp数据；采集地图模块所需的要素的方法选用常规测量、移动激光扫描或者依据规划竣工图制等多种方法制作。

(3)依据比例尺制作地图瓦块参数文件，对各级别电子地图进行裁切和格式转换处理成地图瓦片成果，形成室内地图模块。

室内地图模块包括要素、要素主题、边界、路径、几何网络、拓扑、位置、层次以及图层信息。

要素为现实世界的对象在地图中的表示，要素的类型按照其属性划分包括楼栋群、楼栋、楼层、区域、房间、边界、路由、通道、交叉点、设施、兴趣点(poi)等；

要素主题为由特征相同的要素组成的一个整体，要素仅属于一个要素主题，要素主题只可以表达为一个要素类型。

边界为要素之间的界限；路径为相连线段的序列；几何网络由一系列要素组成，构成的具有几何特征的网络结构；拓扑为要素间的几何约束，反映对象之间的空间关系；位置为要素的中心点在地心坐标系中的坐标值；层次为地理数据文件中所定义的各种要素在概念上所分的三个层次；图层为根据信息内容对数据进行划分后形成的一个子集。

要素的组织方式按照数据集空间区域划分或数据集内容划分，其中数据集空间区域划分为按照楼层区域划分、按照主题区域划分；数据集内容划分为按照“边界”要素将包括墙体、地面等多个子类组织在一个图层中。

第二步、依托室内地图模块，根据要素、要素主题和要素关系位置完成蓝牙信标组网布局；

室内场景低功耗蓝牙信标组网布局方法具体为：

(1)对地图中的点要素所在位置进行蓝牙信标初步布设；

(2)若点要素p所在位置距离最近的点要素n所在位置之间的距离小于预设的蓝牙最佳定位距离时，则剔除点要素p所在位置的蓝牙信标；

(3)在要素关系位置处加布蓝牙信标；要素关系位置包括：楼梯间楼层跨越处、路由、通道与交叉点。

(4)测量上述已布设的蓝牙信标之间的距离，若蓝牙信标之间的距离大于预设的蓝牙最佳定位距离的2倍时，在两个信标间再加布蓝牙信标。

当要在两个信标间再加布蓝牙信标时，加布蓝牙信标的点位置首先考虑已布两个信标邻近区域的特征要素(要素特征点或要素特征线)。邻近区域的定义为分别以两个已布信标为圆心，以2倍最佳定位距离为半径所形成的两个圆面的交集区域。若临近区域无特征要素，则在两个信标连线中心点加布新的信标。

其中，按照所述要素的组织方式，要素特征点为：交叉点、设施及兴趣点等主题要素，如道路交叉点，消防栓，车位角点等；要素特征线为：按照数据集内容所划分的边界要素图层，即地图要素间的界限，如车位边线、房间墙体边线等。

如图2所示，预设蓝牙最佳定位距离为6m，其中s1区域为典型布设情况，s2区域为需剔信标点的情况，s3区域为需加布信标点的情况。首先对地图中的点要素所在位置进行蓝牙信标初步布设，则在点要素a,b,c,d,e,f,g,h,i位置处分别布设蓝牙信标；然后，在s2区域中，由于点要素f距离点要素g的距离小于6m，则剔除点要素f所在位置处的蓝牙信标；另外，在s3区域中由于点要素h所在位置和点要素i所在之间的距离大于12m，因此在g和h之间的中点j位置处加布信标点，完成蓝牙信标布局。

第三步、利用rss测距信号渐变模型搭建定位模型，获取移动端的位置m的坐标；移动端可以为智能手机、平板电脑。

(1)rss测距信号渐变模型为rss＝a-10nlog10d，式中，在上述公式中的a为定位节点与蓝牙信标之间距离为1米时的参考rss值，n为信号渐变因子，a与n两个参数通过实地检校方式确定，本实施例中a值选择为-65dbm，n值选择为2.4。

(2)对于移动端接收到的周围近邻m个蓝牙信标的rss信号，通过如下公式(1)平差，求解智能手机所在的位置(x，y)。

以m＝3为例。如图3所示，通过rss测距信号渐变模型分别解算出移动端m分别与邻近三个蓝牙信标：第一蓝牙信标x、第二蓝牙信标y、第三蓝牙信标z的距离d1，d2，d3。由于第一蓝牙信标x、第二蓝牙信标y、第三蓝牙信标z的位置已知，位置坐标分别为第一蓝牙信标x为(xrss1，yrss1)，第二蓝牙信标y为(xrss2，yrss2)，第三蓝牙信标z为(xrss3，yrss3)，则通过公式(1)构建包含3个方程的方程组。运用最小二乘法平差可求解出未知数移动端的位置m的坐标(x，y)，该坐标即为最佳的地图定位结果。

第四步、以室内地图为底图依据，以定位模块作为位置信息支撑，构建导航模块实现导航。

导航模块的构建方法具体为：

(1)构建导航路径网络，对于人行导航，基于室内地图模块划分导航网络，所述导航网络采用不规则三角形的形式，即基于地图的障碍物要素边界点与边界线，将地图划分为多个三角形，将三角形边线中点相连，即为所有可能的人行路线。需要注意，若起点或终点位于不规则三角形内部、边线，角点处，则在该三角形内所有可能的路径为起点(终点)与该三角形任意边线中点的连线；对于车行导航，基于室内地图模块中几何网络及拓扑关系输出所有可能的车行路线；

(2)导航路径网络构建后，输入起点s和终点e，选择人行或车行，使用a*算法返回最优路线。

如图4所示，在人行模式中，图4中虚线代表导航网格，实线代表部分可能的路径示例，其中标箭头的为最短路径。第一楼起点s到第二楼终点r的最优路径选择以总距离最短衡量。在人行模式中，首先寻找第一楼距离起点s最近的楼、电梯口结点p1，然后根据室内电子地图楼层转换处的垂直拓扑关系自动链接到第二楼对应结点p2。最后，以p2为起点，寻找由p2至终点e的最短经由路径。将上述路径依次串联，返回最优路线。

如图5所示，在车行模式中，首先寻找第一楼距离起点s最近的车辆上下坡口p3，以该点为结点自动链接至第二楼的对应第一楼车辆上下坡口的车辆应结点p4，然后寻找该结点至终点e的最短经由路径；将上述路径依次串联，返回最优路线。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。