一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法与流程

本发明属于电子信息
技术领域：
，尤其涉及一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法。
背景技术：
：现有的室内定位与导航方法主要有蓝牙室内导航系统、wi-fi室内定位技术、超宽带室内定位技术、rfid室内定位技术以及超声波技术。其中，对于蓝牙室内导航系统，通过将提前绘制的地图植入移动设备，通过蓝牙信号计算出根据移动设备目前位置，通过蓝牙基站数据与地图相结合，实现任意导视点到室内各个区域的导航；具体的，一般分为以下步骤：a)地图绘制：对目标建筑内部进行地图绘制，标识室内相关部件信息及可通行路线；b)基站部署：通过在目标建筑内部署基站，建立基站坐标数据库；c)用户定位：用户打开蓝牙后，通过手机设备和基站数据池建立联系，手机扫描基站，通过时域加权阵列式多角定位算法，实时获得用户位置；d)室内导航：通过设备接收用户起始位置，计算出可通行路线，实现室内导航。此外，对于wi-fi室内定位技术，通过无线接入点(包括无线路由器)组成的无线局域网络(wlan)，以网络节点(无线接入点)的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位；对于超宽带室内定位技术，通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而实现室内精确定位；对于rfid室内定位技术，通过射频方式进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位；对于超声波技术，通过反射式测距(发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离)，并通过三角定位等算法确定物体的位置。由此可见，现有技术存在如下缺点：1)定位精度实现较难：各种定位算法各有缺陷，对于普通设备而言，一些参数较难获取；同时，由于基站覆盖范围大，角度会造成一定的误差，定位精度得不到保障。2)信号处理难：由于角度敏感，手机的传感器不一定能达到要求，建筑内部信号阻挡问题较大，在不同楼层间的导航没有较好的解决方案。3)室内定位需要布设信号网，测定信号源位置，这都是需要成本的，尤其是在大型商场，成本大量增加。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提供一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法，能够实现快速感知与高效计算，解决用户室内定位、路径规划与导航。一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法，包括以下步骤：s1：基于北斗网编编码技术和建筑信息模型，为待测建筑构建建筑立体网格模型；s2：分别为建筑立体网格模型的各单元网格赋予不同的空间编码；s3：基于所述空间编码得到建筑立体网格模型的各单元网格的纸质网格信标，然后将所述纸质网格信标布置于待测建筑对应的单元网格中；s4：采用终端设备扫描所述纸质网格信标，得到当前所在单元网格的空间编码；s5：基于扫描得到的空间编码，采用网格三角定位法计算出当前位置，实现室内定位。进一步地，所述纸质网格信标布置的单元网格，由仿真确定。进一步地，一种室内导航方法，还包括以下步骤：s6：分别量化建筑立体网格模型的各单元网格的可通行性，得到空间网格数据量化表，其中，属于可通行部件的单元网格量化为1，属于不可通行部件的单元网格量化为0；s7：基于空间网格数据量化表，采用最短路径规划法或通行代价较小路径规划法得到当前位置到目标位置的最佳路径，实现室内导航。进一步地，所述可通行部件包括门、走道、电梯以及楼梯；所述不可通行部件包括墙体、桌子、管道以及柱子。进一步地，所述纸质网格信标布置的单元网格，为门、走道、电梯、楼梯、墙体、桌子、管道或柱子所包含的单元网格。一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法，包括以下步骤：s1：基于北斗网编编码技术和建筑信息模型，为待测建筑构建建筑立体网格模型；s2：分别为建筑立体网格模型的各单元网格赋予不同的空间编码；s3：基于国家物品编码体系得到建筑立体网格模型中各部件对应的物品编码后，构建空间编码-物品编码关联表与物品编码-部件名称关联表；s4：将所述空间编码-物品编码关联表与物品编码-部件名称关联表写入rfid标签对应的手持终端中，并将rfid标签布置于待测建筑对应的单元网格中；s5：根据各rfid标签所在单元网格所属部件的部件名称，依次从所述手持终端中调出rfid标签所在单元网格的空间编码，然后采用调出对应空间编码的手持终端依次为rfid标签赋码；s6：采用终端设备自动感应赋码后的rfid标签，得到当前所在单元网格的空间编码；s7：基于感应得到的空间编码，采用网格三角定位法计算出当前位置，实现室内定位。进一步地，一种室内导航方法，还包括以下步骤：s8：分别量化建筑立体网格模型的各单元网格的可通行性，得到空间网格数据量化表，其中，属于可通行部件的单元网格量化为1，属于不可通行部件的单元网格量化为0；s9：基于空间网格数据量化表，采用最短路径规划法或通行代价较小路径规划法得到当前位置到目标位置的最佳路径，实现室内导航。进一步地，所述可通行部件包括门、走道、电梯以及楼梯；所述不可通行部件包括墙体、桌子、管道以及柱子。进一步地，所述rfid标签布置的单元网格，为门、走道、电梯、楼梯、墙体、桌子、管道或柱子所包含的单元网格。有益效果：本发明提供一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法，以建筑立体网格编码作为基础，在建筑内部部署纸质网格信标或rfid标签，实现建筑内部信息数据与单元网格关联；同时，还对建筑立体网格模型中的每个单元网格进行通行能力量化，构建网格化路径高效计算模型，通过纸质网格信标确定用户起点位置，即可根据终端接收的终点位置进行室内导航路径计算；由此可见，首先，本发明基于建筑信息模型自动构建的建筑立体网格模型，具有低成本、自动化、快速的优点，形成建筑模型精细三维时空数据基础承载架构，能够提供地理位置参考；其次，通过建立标准空间编码整合多源异构数据，对建筑室内要素的基本空间细胞，即单元网格赋予唯一标准全球网格空间编码，进行系统数据自动编码，可以实现高效计算、快速关联检索；再者，利用三维建筑立体网格模型所关联的空间数据，对三维建筑立体网格模型内全部单元网格进行通行能力的量化，确定每一个单元网格针对不同对象的可通行性，解决室内道路通行能力的量化问题，最终实现建筑内部的导航；最后，通过三维网格模型，通过部署纸质网格信标或rfid标签，实现快速感知与高效计算，解决用户室内定位、路径规划与导航。附图说明图1为本发明提供的一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法的原理图；图2为本发明提供的建筑立体网格模型的示意图；图3为本发明提供的纸质网格信标的示意图；图4为本发明提供的空间编码-物品编码-部件名称的关联示意图；图5为本发明提供的rfid标签示意图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一参见图1，该图为本实施例提供的一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法的原理图，所示室内定位与导航方法包括以下步骤：s1：基于北斗网编编码技术和建筑信息模型，为待测建筑构建建筑立体网格模型，如图2所示。需要说明的是，建筑信息模型(buildinginformationmodeling，bim)的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。由此可见，本实施例通过对建筑bim模型进行智能解译，识别建筑内基础信息、部件数据等，能够快速构建立体网格建筑模型，形成通用、多尺度、离散化、全覆盖的建筑空间三维立体网格模型。具体的，通过将建筑bim模型导入系统，调整bim模型与gis(geographicinformationsystem或geo－informationsystem，地理信息系统)对应的角度，通过对bim建筑模型自动识别，获得bim模型坐标原点以及模型xyz旋转角度，基于北斗网编编码技术，构建填充bim模型的建筑立体网格模型。s2：分别为建筑立体网格模型的各单元网格赋予不同的空间编码。由此可见，通过空间网格标识与网格建筑结构匹配，可以构建建筑立体网格编码体系，对三维立体网格地图的每个单元网格赋予唯一空间编码，形成建筑空间三维立体网格编码库，实现网格空间区域与建筑内部信息的映射。s3：基于所述空间编码得到建筑立体网格模型的各单元网格的纸质网格信标，如图3所示，然后将所述纸质网格信标布置于待测建筑对应的单元网格中。需要说明的是，纸质网格信标布置的单元网格，一般由仿真确定，或者直接粘贴、悬挂在建筑空间内部关键位置、关键部件等，例如，布置在门、走道、电梯、楼梯、墙体、桌子、管道或柱子所包含的单元网格。具体的，利用北斗网格位置编码标签智能终端或手机，打开填充bim模型的建筑立体网格模型，选择需要安装北斗信标的网格，点击生成单元网格的空间编码，然后直接打印得到纸质网格信标。s4：采用终端设备扫描所述纸质网格信标，得到当前所在单元网格的空间编码。s5：基于扫描得到的空间编码，采用网格三角定位法计算出当前位置，实现室内定位。s6：分别量化建筑立体网格模型的各单元网格的可通行性，得到空间网格数据量化表，其中，属于可通行部件的单元网格量化为1，属于不可通行部件的单元网格量化为0。所述可通行部件包括门、走道、电梯以及楼梯；所述非可通行部件包括墙体、桌子、管道以及柱子，如下表所示：建筑立体网格模型中的单元网格可通行性量化门、走道、电梯、楼梯…1墙体、桌子、管道、柱子…0s7：基于空间网格数据量化表，采用最短路径规划法或通行代价较小路径规划法得到当前位置到目标位置的最佳路径，实现室内导航。也就是说，基于建筑内部网格标签技术，用户通过终端设备，如手机进行主动扫码，终端设备得到用户当前所在单元网格的空间编码数据，将相关空间编码数据传输到后台服务器；然后，后台服务器通过接受到一个或者多个基于北斗的空间网格编码，基于网格三角定位算法计算出用户的当前位置，实现用户室内定位；用户通过终端设备输入目标位置，终端设备将当前位置单元网格的空间编码与目标位置所在单元网格的空间编码发送至后台服务器；最后，后台服务器接收到用户当前所在网格编码与目标位置信息，基于空间网格数据量化表，计算出当前可通行的最佳路径，并将该可通行路线传输到终端设备，用户可以参考该路线进行室内导航。实施例二除了采用纸质网格信标实现室内定位和导航，还可以采用电子标签技术。一种基于网格信标与建筑信息模型的室内定位与导航方法，包括以下步骤：s1：基于北斗网编编码技术和建筑信息模型，为待测建筑构建建筑立体网格模型。s2：分别为建筑立体网格模型的各单元网格赋予不同的空间编码。s3：基于国家物品编码体系得到建筑立体网格模型中各部件对应的物品编码后，构建空间编码-物品编码关联表与物品编码-部件名称关联表。如图4所示，4723为单元网格的空间编码，在国家物品编码体系中，101为门口的编码，则4723-101构成空间编码-物品编码关联表，101-门口构成物品编码-部件名称关联表。s4：将所述空间编码-物品编码关联表与物品编码-部件名称关联表写入rfid标签对应的手持终端中，如图5所示，并将rfid标签布置于待测建筑对应的单元网格中。s5：根据各rfid标签所在单元网格所属部件的部件名称，依次从所述手持终端中调出rfid标签所在单元网格的空间编码，然后采用调出对应空间编码的手持终端依次为rfid标签赋码。在赋码时，实验人员将手持终端尽可能的靠近rfid标签，使两者之间的距离小于rfid标签的感应距离，即可让rfid标签读取手持终端的内容，如当前位置对应的空间编码，从而完成赋码。s6：采用终端设备自动感应赋码后的rfid标签，得到当前所在单元网格的空间编码。s7：基于感应得到的空间编码，采用网格三角定位法计算出当前位置，实现室内定位。s8：分别量化建筑立体网格模型的各单元网格的可通行性，得到空间网格数据量化表，其中，属于可通行部件的单元网格量化为1，属于不可通行部件的单元网格量化为0。s9：基于空间网格数据量化表，采用最短路径规划法或通行代价较小路径规划法得到当前位置到目标位置的最佳路径，实现室内导航。也就是说，基于建筑内部网格标签技术，用户通过终端设备，如手机开启电子信标自动感应功能，终端设备得到用户当前所在单元网格的空间编码数据，将相关空间编码数据传输到后台服务器；然后，后台服务器通过接受到一个或者多个北斗网格编码，基于网格三角定位算法计算出用户的当前位置，实现用户室内定位；用户通过终端设备输入目标位置，终端设备将当前位置单元网格的空间编码与目标位置所在单元网格的空间编码发送至后台服务器；最后，后台服务器接收到用户当前所在网格编码与目标位置信息，基于空间网格数据量化表，计算出当前可通行的最佳路径，并将该可通行路线传输到终端设备，用户可以参考该路线进行室内导航。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。当前第1页12