室内定位方法、客户端及服务器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种室内定位方法、客户端、服务器及系统，其中方法包括：获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时所述终端设备的传感器定位数据；将所述定位图片和所述传感器定位数据发送至服务器，以使所述服务器根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位；接收服务器返回的定位结果。
【专利说明】室内定位方法、客户端及服务器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动定位【技术领域】，尤其涉及一种室内定位方法、客户端及服务器。
【背景技术】
[0002] 随着普适计算研究的不断深入和发展，以及更多的应用需要知道目标的位置信 息，基于位置的服务受到了越来越多的关注。与之相伴的室内定位问题也得到了人们的重 视。
[0003] 随着社会的不断进步发展，城市中的高楼不断拔地而起，人们日常生活的时间将 越来越多地在室内环境中度过,对精确便捷室内定位服务的需求也愈加迫切。例如室内定 位的主要应用场景包括复杂建筑的室内导航（如机场，大型商场和博物馆等）、基于地理位 置的普适计算（如人群感知）、与位置信息相关的安全监控、广告的精确投放、服务社交网 络功能等。
[0004] 现有的室内定位技术多是基于无线射频信号的，主要思想是采用额外的固定参考 标签（或称为辅助标签），这些参考标签在该定位系统中作为参考点使用，通过参考点的信 号强度值与待定位标签的信号强度值之间的比较，计算出待定位标签的坐标。而在现实环 境中，由于室内复杂的环境结构以及人的走动，会引起无线信号的反射、折射和被吸收等， 致使无线信号的传播具有不确定性，从而很难精确地定位室内位置。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种室内定位方法、客户端及服务器，能够实现 室内精确定位。
[0006] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 本发明公开一种室内定位方法，包括：
[0008] 获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时所述终端设备的传感器定 位数据；
[0009] 将所述定位图片和所述传感器定位数据发送至服务器，以使所述服务器根据所述 定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位；
[0010] 接收服务器返回的定位结果。
[0011] 进一步的，所述服务器根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方 位，包括：
[0012] 所述服务器查找数据库匹配所述传感器定位数据，得到初始定位场景候选集；
[0013] 在所述初始定位场景候选集中匹配所述定位图片，确定用户所在方位。
[0014] 进一步的，所述在所述初始定位场景候选集中匹配所述定位图片，确定用户所在 方位,包括：
[0015] 确定用户拍摄场景和对应的3D模型；
[0016] 采用SFM技术计算用户在3D模型中的方位；
[0017] 通过坐标转换将3D模型中的方位转换成物理上的方位。
[0018] 进一步的，所述确定用户所在方位之后，还包括：
[0019] 根据所述定位图片和所述传感器定位数据更新所述数据库中的数据。
[0020] 进一步的，所述显示用户所在方位之后，还包括：
[0021] 接收用户输入的目标位置，并将所述目标位置发送至所述服务器，以使所述服务 器根据所述用户所在方位和所述目标位置计算所述用户达到所述目标位置的最佳路径，向 客户端返回导航信息，所述导航信息包含所述最佳路径；
[0022] 接收所述服务器返回的导航信息。
[0023] 本发明还公开一种客户端，包括：
[0024] 获取模块，用于获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时所述终端设 备的传感器定位数据；
[0025] 第一发送模块，用于将所述定位图片和所述传感器定位数据发送至服务器，以使 所述服务器根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位；
[0026] 第一接收模块，用于接收所述服务器返回的定位结果。
[0027] 进一步的，所述第一接收模块，还用于在接收服务器返回的所述定位结果之后，接 收用户输入的目标位置，接收所述服务器返回的导航信息；
[0028] 所述第一发送模块，还用于将所述目标位置发送至所述服务器，以使所述服务器 根据所述用户所在方位和所述目标位置计算所述用户达到所述目标位置的最佳路径，向客 户端返回导航信息，所述导航信息包含所述最佳路径。
[0029] 进一步的，所述导航信息中还包含与所述最佳路径关联的室内场景定位图片。
[0030] 本发明还公开一种服务器，包括：
[0031] 第二接收模块，用于接收所述客户端发送的定位图片和传感器定位数据，所述定 位图片为所述客户端获取的用户使用终端设备拍摄的室内图片，所述传感器定位数据为所 述客户端获取的所述用户拍摄时所述终端设备的传感器定位数据；
[0032] 定位模块，用于根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位；
[0033] 第二发送模块，用于向所述客户端返回定位结果，以使所述客户端接收所述定位 结果。
[0034] 进一步的，所述定位模块，具体用于确定用户拍摄场景和对应的3D模型；采用SFM 技术计算用户在3D模型中的方位；通过坐标转换将3D模型中的方位转换成物理上的方位。
[0035] 本发明利用终端设备的摄像或拍照功能，通过客户端获取用户拍摄的用于定位的 室内图片及终端设备拍照时产生的传感器定位数据，并将该定位图片和传感器定位数据发 送至服务器，利用服务器根据该定位图片和传感器定位数据定位用户所在方位。通过使用 室内定位图片和传感器定位数据进行室内定位，而不受室内无线射频信号强度的限制，使 室内定位更加精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是本发明【具体实施方式】1提供的室内定位方法流程示意图；
[0037] 图2是本发明【具体实施方式】2提供的室内定位方法流程示意图；
[0038] 图3是本发明【具体实施方式】2提供的进行3D模型估计缩放系数方法示意图；
[0039] 图4a、4b是本发明【具体实施方式】2提供的利用K-Edges算法进行3D模型估计旋 转参数仿真示意图；
[0040] 图5a、5b是本发明【具体实施方式】2提供的进行3D模型估计平移参考点仿真示意 图；
[0041] 图6是本发明【具体实施方式】3提供的室内定位方法流程示意图；
[0042] 图7是本发明【具体实施方式】4提供的客户端结构示意图；
[0043] 图8是本发明【具体实施方式】5提供的服务器结构示意图；
[0044] 图9是本发明【具体实施方式】6提供的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进步说明本发明的技术方案。可以理解的 是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明 的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0046] 需要说明的是，本发明实施例提出的室内定位方法、客户端、服务器及系统的主要 应用场景包括但不限于如下场景：复杂建筑的室内导航（如机场，大型商场和博物馆等）、 基于地理位置的普适计算（如人群感知）、与位置信息相关的安全监控、广告的精确投放、 服务社交网络功能等。
[0047] 图1是本发明【具体实施方式】1提供的室内定位方法流程示意图，如图1所示，包括 如下步骤：
[0048] S101、获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时该终端设备的传感器 定位数据。
[0049] 具体的，本发明实施例的执行主体为安装在终端设备上的应用客户端，这里的终 端设备优选为具备摄像或者拍照功能的移动终端设备，例如IpacU iphone、普通手机、笔记 本电脑等。当用户处于一个不熟悉的室内环境，不知自己所处方位时，则需要定位自己所在 方位，此时可使用自己随身携带的终端设备例如手机，对周围一个较为显著的室内建筑例 如店铺商标，海报，路标等，进行拍照，并获取拍照时终端设备上的传感器定位数据。传感器 定位数据可以为指南针方向和WIFI信号强度。
[0050] S102、将该定位图片和该传感器定位数据发送至服务器，以使该服务器根据定位 图片和传感器定位数据定位用户所在方位。
[0051] 具体的，客户端在获取到定位图片和传感器定位数据之后，将该定位图片与传感 器定位数据上传至服务器，以使服务器根据该定位图片和该传感器定位数据定位用户所在 方位，并向该客户端返回定位结果。
[0052] S103、接收服务器返回的定位结果。
[0053] 具体的，客户端接收服务器返回的定位结果，该定位结果中包含用户所在方位，客 户端可以将该结果显示在终端设备的屏幕上，也可以通过语音的方式告知用户。
[0054] 本发明实施例利用终端设备的摄像或拍照功能，通过客户端获取用户拍摄的用于 定位的室内图片及终端设备拍照时产生的传感器定位数据，并将该定位图片和传感器定位 数据发送至服务器，利用服务器根据该定位图片和传感器定位数据定位用户所在方位。通 过使用室内定位图片和传感器定位数据进行室内定位，而不受室内无线射频信号强度的限 制，使室内定位更加精确，并且能够使用户利用自己随身携带的终端设备实时的观测到自 己的地理位置。
[0055] 图2是本发明【具体实施方式】2提供的室内定位方法流程示意图，如图2所示，包括 如下步骤：
[0056] S201、客户端获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时该终端设备的 传感器定位数据。
[0057] S202、客户端将该定位图片和该传感器定位数据发送至服务器。
[0058] S203、服务器查找数据库匹配该传感器定位数据，得到初始定位场景候选集。
[0059] 具体的，如果用来存储室内场景图片的数据库规模巨大，室内场景数量众多，那么 只对定位图片进行图像匹配来对用户进行精确定位的话，图像处理的开销将使系统的可用 性大大降低。因此本发明实施例提出了多模态的室内定位，即在对定位图片进行图像匹配 之前，先确定一个初始定位场景候选集，减少匹配图像的数据量，从而极大地减少了图像匹 配的搜索空间。
[0060] 在执行本步骤之前，需要预先建立一个数据库，用来存储传感器定位数据，这里传 感器定位数据优选为指南针方向和WIFI信号强度。在用户对室内场景进行拍摄时，在获取 图像的同时记录该时刻终端设备的传感器数据，例如指南针方向和WIFI信号强度。通过若 干组关于该场景的指南针方向和WIFI信号强度数据，为该场景生成一个指南针数据高斯 分布参数与WIFI信号指纹。于是在用户进行实际定位时，将先匹配与定位图片同时上传的 WIFI信号强度和指南针数据，得到一个规模较小的候选场景集合即初始定位场景候选集。 之后再利用图像匹配的方法进行细粒度的精确定位。
[0061] S204、服务器在初始定位场景候选集中匹配该定位图片，确定用户所在方位。
[0062] 具体的，在执行本步骤之前，需要预先建立一个3D模型数据库，通过对定位图片 的特征提取与3D模型匹配，对用户进行细粒度的定位与方向估计。3D模型可以采用下述方 法来建立：利用群智感知即对于主动参加上传室内定位图片的用户给予一定奖励的模式和 商家主动上传室内定位图片的模式来建立初始的数据库。具体的，通过以下步骤，就可以将 一个场景便捷地添加到数据库中：
[0063] A、用户伸直左手对该场景拍摄一张定位图片上传至数据库；
[0064] B、用户伸直右手对该场景拍摄另一张定位图片上传至数据库；
[0065] C、鼓励用户重复步骤1和2操作若干次，也可直接进入步骤D ;
[0066] D、用户在电子平面图中指出拍摄场景截图上传至数据库；
[0067] E、用户输入自己的臂展或身高。
[0068] 经过以上这些简单的操作，就可以将一个场景添加到数据库中，之后对这些上述 的图片进行处理，为该场景建立一个简单的3D模型。在系统初始阶段，该3D模型受限于图 片数量，不是非常准确，但是通过辅助定位以及图像识别，已经足够获得用户的粗略方位。 之后随着上传数据的增多，通过数据库的不断更新，不断的修正更新3D模型，则可以得到 更高的定位精度。例如，在用户进行定位查询之后，将上传的定位图片加入到该场景的3D 模型训练集中，从而得到一个关于该场景更加精确的3D模型。而且用户往往会挑选显著的 室内场景进行拍摄，这些场景上传的定位图片也自然较多，这些场景的模型也随之更加精 确。
[0069] 具体的，服务器根据室内定位图片确定用户拍摄场景和对应的3D模型，采用SFM 技术计算用户在3D模型中的方位，通过坐标转换将3D模型中的方位转换成物理上的方位， 从而确定用户实际所在方位。
[0070] 由于由SFM得到的3D模型中的方位只是一个关于该场景的相对结构。该结构还 需要经过坐标转换才能够将3D模型中的方位转换成物理上的方位，从而用于室内定位。其 中坐标转换包括缩放、旋转和平移。如图3所示，本发明实施例采用如下方法进行估计缩放 系数：
[0071] 将缩放系数估计采用下述公式一或公式二转化成为一个优化问题：
[0072] 公式一：
【权利要求】
1. 一种室内定位方法，其特征在于，包括： 获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时所述终端设备的传感器定位数 据； 将所述定位图片和所述传感器定位数据发送至服务器，以使所述服务器根据所述定位 图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位； 接收服务器返回的定位结果。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器根据所述定位图片和所述传 感器定位数据定位用户所在方位，包括： 所述服务器查找数据库匹配所述传感器定位数据，得到初始定位场景候选集； 在所述初始定位场景候选集中匹配所述定位图片，确定用户所在方位。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述初始定位场景候选集中匹配 所述定位图片，确定用户所在方位，包括： 确定用户拍摄场景和对应的3D模型； 采用SFM技术计算用户在3D模型中的方位； 通过坐标转换将3D模型中的方位转换成物理上的方位。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定用户所在方位之后，还包括： 根据所述定位图片和所述传感器定位数据更新所述数据库中的数据。
5. 根据权利要求1?4任一项所述的方法，其特征在于，所述显示用户所在方位之后， 还包括： 接收用户输入的目标位置，并将所述目标位置发送至所述服务器，以使所述服务器根 据所述用户所在方位和所述目标位置计算所述用户达到所述目标位置的最佳路径，向客户 端返回导航信息，所述导航信息包含所述最佳路径； 接收所述服务器返回的导航信息。
6. -种客户端，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取用户使用终端设备拍摄的室内定位图片和拍摄时所述终端设备的 传感器定位数据； 第一发送模块，用于将所述定位图片和所述传感器定位数据发送至服务器，以使所述 服务器根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位； 第一接收模块，用于接收所述服务器返回的定位结果。
7. 根据权利要求6所述的客户端，其特征在于，所述第一接收模块，还用于在接收服 务器返回的所述定位结果之后，接收用户输入的目标位置，接收所述服务器返回的导航信 息； 所述第一发送模块，还用于将所述目标位置发送至所述服务器，以使所述服务器根据 所述用户所在方位和所述目标位置计算所述用户达到所述目标位置的最佳路径，向客户端 返回导航信息，所述导航信息包含所述最佳路径。
8. 根据权利要求7所述的客户端，其特征在于，所述导航信息中还包含与所述最佳路 径关联的室内场景定位图片。
9. 一种服务器，其特征在于，包括： 第二接收模块，用于接收所述客户端发送的定位图片和传感器定位数据，所述定位图 片为所述客户端获取的用户使用终端设备拍摄的室内图片，所述传感器定位数据为所述客 户端获取的所述用户拍摄时所述终端设备的传感器定位数据； 定位模块，用于根据所述定位图片和所述传感器定位数据定位用户所在方位； 第二发送模块，用于向所述客户端返回定位结果，以使所述客户端接收所述定位结果。
10.根据权利要求9所述的服务器，其特征在于，所述定位模块，具体用于确定用户拍 摄场景和对应的3D模型；采用SFM技术计算用户在3D模型中的方位；通过坐标转换将3D 模型中的方位转换成物理上的方位。
【文档编号】H04W4/02GK104378735SQ201410643391
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】徐涵, 杨铮, 赵弋洋, 苗欣, 毛续飞, 刘克彬, 刘云浩 申请人:无锡儒安科技有限公司