一种面向室内导航的动态路径生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向室内导航的动态路径生成方法，属于室内定位导航与位置服 务领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代社会的不断发展，城镇化进程加快，办公楼、购物中心以及机场、地铁站 等大型建筑物日益增多。有研究表明，人们绝大部分时间都处在室内空间。另一方面，随着 移动互联网、新一代地理信息系统（GIS)、基于位置的服务（LBS)及普适计算、物联网等技 术的兴起与快速发展，人们对基于位置的室内移动信息服务需求与日倶增，如室内定位导 航、商场移动导购、室内移动社交服务等。室内定位、导航与位置服务技术越来越受到人们 的关注。
[0003] 与开放的室外空间相比，由于室内环境在空间布局、拓扑、环境限制、空间约束等 方面更加复杂，使得现有基于GPS的室外导航位置服务技术无法完全适用于室内环境。室 内空间路径网络拓扑结构与室外道路网存在较大差异，如室内房间、走廊、大厅等实体之间 通过门相连通并且具有三维特性，使得传统的笛卡尔距离和道路网路径距离计算方法不再 适用于计算精细的室内空间路径距离。此外，传统的导航应用中一般都采用静态路径规划 算法来计算导航路径。尽管一些较为先进的室内导航算法在计算路径是考虑了人员的移动 速度、导航类型、道路安全性等环境因素来提供实时的路径规划，但缺乏一种有效的方法从 室内空间信息中所包含的几何和语义中动态构建、更新路径网络拓扑结构（如在门的开关 及火灾蔓延等影响下动态构建和更新路径网络），难以满足动态自适应的室内导航应用需 求。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种室内空间拓扑网络的表达方法，通 过充分利用门在室内环境中的特殊性质，如门能连接两个独立的空间单元，使其连通，表达 房间与房间之间的连通关系；本发明还提供了一种基于门状态触发器的动态导航路径生成 方法，能够根据室内环境中的动态语义信息捕获到门的状态信息，从而动态的更新室内导 航拓扑网络。
[0005] 本发明为解决其技术问题所采用的核心技术方案是：提供了一种面向室内导航的 动态路径生成方法，包括以下步骤：
[0006] (1)在室内场景中部署用于捕获门状态信息的门状态触发器，每一扇门对应一个 门状态触发器，根据室内场景的建筑组件之间的空间约束构建连通图；
[0007] (2)设置更新间隔时间，在连通图上设置终止点；在每个间隔时间，执行步骤（3) 至步骤（5)，直到到达终止点；
[0008] (3)从各个门状态触发器获取其对应门的门状态信息，根据获取到的门状态信息 对当前门的上一时刻，即第n时刻的状态0"进行更新，得到当前时刻，即第n+1时刻的状态 Dn+1:gDn为"关"状态，获取的门状态信息为"开"状态，则Dn+1为"开"状态；若D"为"开" 状态，获取的门状态信息为"关"状态，则Dn+1为"关"状态；
[0009] (4)根据门状态信息更新连通图，若门的状态为"关"状态，则删除该门所映射的连 通图中的边；若门的状态为"开"状态，则添加该门所映射的连通图中的边；
[0010] (5)以当前位置在连通图上的位置作为起始点，利用路径规划算法在连通图中计 算得到最优导航路径。
[0011] 步骤（1)所述的建筑组件包括房间、走廊和门。
[0012] 步骤（1)所述根据室内场景的建筑组件之间的空间约束构建连通图，具体包括以 下过程：
[0013] 对于由门隔开的两个房间，将房间抽象成节点，将房间之间的门抽象成边；
[0014] 对于与房间相连的走廊，将房间抽象成节点，将门抽象成边，将走廊划分为一组顺 走廊前进方向依次相连的空间单元，一个空间单元至少与一个房间通过门相连，每个空间 单元抽象为一个节点，空间单元抽象成的节点通过门抽象成的边与房间连接；相邻的空间 单元之间增加虚拟门，使空间单元抽象成的节点之间通过虚拟门抽象成的边连接；
[0015] 所有节点构成节点的集合V，所有边构成边的集合E，所有门和虚拟门构成 门的集合Sdoor，所有边集合与门集合之间的映射关系表示为/Zw，构建连通图
[0016] 步骤（1)中，所述门状态触发器包括用于开门的指纹传感器，当行人进行指纹刷 卡身份识别成功时，该指纹传感器对应的门的状态为"开"。
[0017] 步骤（1)中，所述门状态触发器包括用于感知灾情状况的烟雾传感器，当烟雾传 感器感检测到的烟雾浓度达到预设值时，该烟雾传感器对应的门的状态为"关"。
[0018] 步骤（5)所述的路径规划算法为网络扩展路径规划算法。
[0019] 本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
[0020] (1)本发明针对室内空间中建筑物组件之间的拓扑约束这一突出问题，利用室内 空间中门的连接属性这一特性，提供了一种室内空间中连通图的构建方法，能够很好的对 室内拓扑网络进行表达；
[0021] (2)本发明通过部署门状态触发器，能够实时捕获室内空间中能影响门开关状态 的动态语义信息，从而可以实时更新室内拓扑网络；
[0022] (3)本发明通过实时更新室内拓扑网络，能够获得动态的导航路径，可以使其应用 到火灾等紧急情况导航系统中；
[0023] (4)本发明将走廊划分为一组空间单元，空间单元之间增加虚拟门连接，可以更准 确的表达出室内空间单元之间的连通关系，其中提出的"虚拟门"概念增强了室内空间的灵 活性，有利于提供更精确的室内导航路径，使底层连通图更加精确，由于执行划分仅与走廊 相连的门数量线性相关，并且并没有增加算法的复杂性，使得在保证一定算法复杂度的情 况下提高了室内导航的动态路径的准确性和稳定性；将走廊进行划分，可以更准确的表达 出室内空间单元（房间）之间的连通（连接）关系；同时，本发明将走廊进行划分，能够提 供更精确的室内导航路径，假设一个火灾场景，当火灾发生在走廊空间时，若将走廊抽象为 一个节点，则无法为与走廊连接的房间提供导航路径，因为走廊是不可通过的；若将走廊抽 象为一系列相邻接的节点，则只有火灾发生地所在的走廊子空间单元是不连通的，仍然可 以提供导航路径；
[0024] (5)本发明最后利用网络扩展算法，采用网络扩展更新机制，通过实时的位置信息 及动态拓扑网络更新上一次迭代时生成的搜索树，最后通过搜索树直接得到导航路径，避 免了每次路径规划都重新计算，减少了动态路径规划的时空复杂度，提供更高效的动态导 航生成方法。
【附图说明】
[0025] 图1是拓扑网络表达的连通图。
[0026] 图2是动态路径生成方法流程图。
[0027] 图3是0"时刻的连通图。
[0028] 图4是Dn+1时刻的连通图。
[0029] 图5是由建筑组件示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0031] 本发明提供了一种面向室内导航的动态路径生成方法，参照图2,包括以下步骤：
[0032] (1)在室内场景中部署用于捕获门状态信息的门状态触发器，组成传感器网络，所 述传感器网络是指由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节 点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。
[0033] 每一扇门对应一个门状态触发器。本实施例的实际场景中部署的门状态触发器主 要分为两类：烟雾传感器和指纹传感器（用于指纹刷卡门禁系统）。部署在门附近的指纹传 感器负责监控门的开关状态；部署在房间及走廊内部的烟雾传感器用以检测火灾的发生。 通过这两类门状态触发器及部署在各处的TP-Link无线AP构建出一套用以监测门状态信 息的传感器网络；利用这套传感器网络实时监测门的状态，从而实时更新拓扑网络连通图， 用以支持动态的导航路径生成。
[0034] 根据室内场景的建筑组件之间的空间约束构建连通图；所述的建筑组件包括房 间、走廊和门；构建连通图具体包括以下步骤：
[0035] 对于由门隔开的两个房间，将房间抽象成节点，将房间之间的门抽象成边；
[0036] 对于与房间相连的走廊，将房间抽象成节点，将门抽象成边，将走廊划分为一组顺