基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位方法
【专利摘要】本发明提供一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位方法，包括：在定位模块所处建筑布设Zigbee网络，Zigbee网络包括至少三个节点；将定位模块所处建筑空间以固定点建立实际空间坐标系，并确定每个节点在实际空间坐标系的空间坐标；建立定位模块所处建筑空间的BIM空间模型，并建立虚拟空间坐标系，虚拟空间坐标系与实际空间坐标系完整映射重合，且BIM空间模型包括所有节点的位置信息；定位模块获取与其相邻的三个节点的信号，并分别通过信号获得定位模块到相邻的三个节点之间的距离信息，并将距离信息映射到虚拟空间坐标系的空间坐标；定位模块获取其在虚拟空间坐标系以及实际空间坐标系的位置信息。本发明还基于BIM与Zigbee融合技术的定位模块的定位轨迹规划系统。
【专利说明】
基于BIM与Z i gbee技术融合的空间定位方法
技术领域
[0001]本发明涉及固定空间定位领域，适用于移动终端，尤其是机器人，特别涉及一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位系统及定位方法。
【背景技术】
[0002]现有ZigBee协议是2001年6月成立的ZigBee联盟专门为实现家庭及办公室自动化的控制系统，医疗保健设备及自动化检查系统的通信应用而开发的一种无线通信标准。与其他无线通讯协议相比，具有低速率、近距离、短时延、高安全、免执照频段等特点，是以低复杂度、低成本、低功耗为目标的一种无线通讯协议。定位模块，特别是工业定位模块对数据传输可靠性要求很高，但每次需要传输的数据信号容量很小，并且要求呼叫端设备的重量和体积较小，这些应用要求与ZigBee协议的特点很吻合。
[0003]建筑信息模型(Building Informat1n Modeling，BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。这里建筑BIM信息模型是基于BIM空间模型跟据应用场合需要保留所需要的相关信息优化后模型。
[0004]现有技术中，没有通过ZigBee与BIM相结合用于定位模块定位的技术。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位系统及定位方法，可有有效解决上述问题。
[0006]本发明提供一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位方法，包括如下步骤:
[0007]SI，在定位模块所处建筑内布设Zigbee网络，所述Zigbee网络包括至少三个节点，定义所述至少三个节点分别为第I节点，第2节点...第η节点，η为自然数；
[0008]S2，将所述定位模块所处建筑空间以固定点建立实际空间坐标系XYZ，并确定每个节点在所述实际空间坐标系XYZ的空间坐标；
[0009]S3，建立所述定位模块所处建筑空间的空间模型，所述空间模型与所述建筑一致，在所述空间模型建立虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’，其中，所述虚拟空间坐标系X ’ Y’Ζ’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述B頂空间模型包括所有节点的位置信息；
[0010]S4，所述定位模块获取与其相邻的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块到所述相邻的三个节点之间的距离信息，并将距离信息映射到所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’的空间坐标；
[0011 ] S5，所述定位模块获取其在所述虚拟空间坐标系X’ Y’ Z ’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。
[0012]进一步优选的，所述至少三个节点中两两之间的间距在I米?100米。
[0013]进一步优选的，在步骤S4中，所述定位模块获取与其相邻且距离最短的三个节点的信号。
[0014]进一步优选的，包括步骤S6:给定一实际建筑空间XYZ坐标中目的地坐标将映射到虚拟空间坐标系X’Y’Z’，所述定位模块根据其在虚拟空间坐标系X’Y’Z’中的位置信息、所述空间模型以及所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’中目的地的坐标在所述B頂空间模型空间中规划其运行轨迹。
[0015]进一步优选的，该轨迹可作为输入信号用于设定所述定位模块在实际建筑空间XYZ坐标中运动。
[0016]进一步优选的，包括步骤S7，所述定位模块根据所述运行路线运行到所述目的地。
[0017]进一步优选的，在步骤S6中，所述定位模块实时获取与其相邻且距离最短的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块到相邻的三个节点之间的实时或特定通信频率距离信息，根据所述实时或特定通信频率距离信息校正所述定位模块的运行路线。
[0018]本发明还提供一种基于B頂与Zigbee技术融合的空间定位及轨迹设定系统，包括:Zigbee网络，预设于建筑内并覆盖所述建筑，所述Zigbee网络包括至少三个节点，所述建筑以固定点建立实际空间坐标系XYZ，每个节点在所述实际空间坐标系XYZ中具有确定的空间坐标，定义所述至少三个节点分别为第I节点，第2节点...第η节点，η为自然数;定位模块，设置于所述建筑内，所述定位模块存储有所述建筑空间的BIM空间模型，所述BIM空间模型建立有虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’，其中，所述虚拟空间坐标系X’ Y’Z’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述BIM空间模型包括所有节点的位置信息;所述定位模块通过获取与其相邻的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得到相邻的三个节点之间的距离信息，并将所述距离信息映射到所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’的空间坐标，从而获得所述定位模块在所述虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。
[0019]进一步优选的，所述至少三个节点中两两之间的间距为I米?100米。
[0020]进一步优选的，当给定一目的地，所述定位模块根据其在虚拟空间坐标系X’Y’Z’中的位置信息、所述空间模型以及所述虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’中目的地的坐标自主在虚拟建筑BIM空间模型空间规划其运行路线并作为输入轨迹信号提供给移动终端。
[0021]本发明的有益效果为:由于ZigBee协议(紫蜂协议)与其他无线通讯协议相比，具有低成本、低功耗、短时延、高安全、免执照频段、高精度等特点，其与建筑信息模型(ΒΠΟ相结合，可以实现快速、高精度、低误报率的定位模块定位寻址以及线路规划。另外，本发明的基于Zigbee技术的定位模块定位系统及定位方法还具有低复杂性、低成本、低功耗等特点。在给定固定空间中，建筑体空间结构和内部几何构件是基本固定的，特别在机器人设定轨迹运动的应用环境中，可以快速完成空间定位和最优轨迹规划，无需对相对固定的空间结构和内部构件进彳丁自主学习，进而提尚运彳丁速率，提尚广品可靠性，优化广品成本结构，降低技术成本。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例提供的基于Zigbee技术的定位模块定位系统的框架图。
[0023]图2是本发明另一实施例提供的基于Zigbee技术的定位模块定位系统的框架图。
[0024]图3是本发明实施例提供的基于Zigbee技术的定位模块定位方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。以机器人系统为例:
[0026]如图1所示，一种基于Zigbee技术的定位模块定位系统100，包括:
[0027]Zigbee网络11，预设于建筑10内并覆盖所述建筑10，所述Zigbee网络包括至少三个节点I In (η为I，2，3...)，所述建筑1以固定点建立实际空间坐标系XYZ，每个节点I In在所述实际空间坐标系XYZ中具有确定的空间坐标，定义所述至少三个节点分别为第111节点，第112节点...第11 η节点，η为自然数；
[0028]定位模块12，设置于所述建筑10内，所述定位模块12存储有所述建筑空间的BIM空间模型，所述空间模型建立有虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’，其中，所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’Ζ’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述B頂空间模型包括所有节点Iln的位置信息；所述定位模块12通过获取与其相邻的三个节点Iln的信号，并分别通过所述信号获得到相邻的三个节点Iln之间的距离信息，并将所述距离信息映射到所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’的空间坐标，从而获得所述定位模块12在所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。
[0029]提高覆盖率及精度、并降低误报率。优选的，所述至少三个节点Iln中两两之间的间距为I米?100米。同时为了降低成本，更优选的，所述至少三个节点Iln中两两之间的间距为10米?60米。另一方面，为了提高覆盖率及精度、并降低误报率，所述定位模块12获取与其相邻且距离最短的三个节点Iln的信号，例如，在本实施中，所述定位模块12获取与其相邻且距离最短的三个节点111/112/113的信号。
[0030]请参照图2，当给定一目的地A，所述定位模块12根据其在虚拟空间坐标系X’Y’Z’中的位置信息、所述WM空间模型以及所述虚拟空间坐标系X’Y’Z’中目的地的A坐标自主在虚拟建筑BIM空间模型空间规划其运行路线并作为输入轨迹信号提供给移动终端。
[0031]在运行到所述目的地A的过程中，所述定位模块12可以实时获取与其相邻且距离最短的三个节点Iln的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块12到相邻的三个节点Iln之间的实时距离信息，根据所述实时距离信息校正所述定位模块12的运行路线。
[0032]请参照图3，一种基于Zigbee技术的定位模块定位方法，包括如下步骤:
[0033]SI，在定位模块12所处建筑10内布设Zigbee网络11，所述Zigbee网络11包括至少三个节点lln，定义所述至少三个节点Iln分别为第111节点，第112节点...第Iln节点，η为自然数；
[0034]S2，将所述定位模块12所处建筑12空间以固定点建立实际空间坐标系XYZ，并确定每个节点I In在所述实际空间坐标系XYZ的空间坐标；
[0035]S3，建立所述定位模块12所处建筑10空间的B頂空间模型，所述空间模型与所述建筑10—致，在所述空间模型建立虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’，其中，所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述B頂空间模型包括所有节点I In的位置信息；
[0036]S4，所述定位模块12获取与其相邻的三个节点Iln的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块12到所述相邻的三个节点I In之间的距离信息，并将距离信息映射到所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’的空间坐标；
[0037]S5，所述定位模块12获取其在所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。
[0038]在步骤S4中，所述定位模块12获取与其相邻且距离最短的三个节点111/112/113的信号。
[0039]进一步，所述基于Zigbee技术的定位模块定位方法还包括步骤S6:给定一实际建筑空间XYZ坐标中目的地坐标将映射到虚拟空间坐标系X’Y’Z’，所述定位模块12根据其在虚拟空间坐标系X ’ Y’ Z ’中的位置信息、所述B頂空间模型以及所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’中目的地的坐标在所述WM空间模型空间中规划其运行轨迹。
[0040]该轨迹可作为输入信号用于设定所述定位模块12在实际建筑空间XYZ坐标中运动。
[0041]进一步，所述基于Zigbee技术的定位模块定位方法还包括步骤S7，所述定位模块12根据所述运行路线运行到所述目的地。
[0042]进一步，在步骤S6中，所述定位模块12实时获取与其相邻且距离最短的三个节点Iln的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块12到相邻的三个节点Iln之间的实时或特定通信频率距离信息，根据所述实时或特定通信频率距离信息校正所述定位模块Iln的运行路线。
[0043]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位方法，包括如下步骤: SI，在定位模块所处建筑内布设Zigbee网络，所述Zigbee网络包括至少三个节点，定义所述至少三个节点分别为第I节点，第2节点...第η节点，η为自然数； S2，将所述定位模块所处建筑空间以固定点建立实际空间坐标系XYZ，并确定每个节点在所述实际空间坐标系XYZ的空间坐标； S3，建立所述定位模块所处建筑空间的BIM空间模型，所述BIM空间模型与所述建筑一致，在所述空间模型建立虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’，其中，所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述B頂空间模型包括所有节点的位置信息； S4，所述定位模块获取与其相邻的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块到所述相邻的三个节点之间的距离信息，并将距离信息映射到所述虚拟空间坐标系Χ’Υ’Ζ’的空间坐标; S5，所述定位模块获取其在所述虚拟空间坐标系X’ Y ’ Z ’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述至少三个节点中两两之间的间距在I米?100米。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:在步骤S4中，所述定位模块获取与其相邻且距离最短的三个节点的信号。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:进一步包括步骤S6:给定一实际建筑空间XYZ坐标中目的地坐标将映射到虚拟空间坐标系Χ’Υ’Ζ’，所述定位模块根据其在虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’中的位置信息、所述空间模型以及所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’中目的地的坐标在所述B頂空间模型空间中规划其运行轨迹。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:该轨迹可作为输入信号用于设定所述定位模块在实际建筑空间XYZ坐标中运动。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:进一步包括步骤S7，所述定位模块根据所述运行路线运行到所述目的地。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:在步骤S6中，所述定位模块实时获取与其相邻且距离最短的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得所述定位模块到相邻的三个节点之间的实时或特定通信频率距离信息，根据所述实时或特定通信频率距离信息校正所述定位模块的运行路线。8.一种基于BIM与Zigbee技术融合的空间定位及轨迹设定系统，其特征在于，包括: Zigbee网络，预设于建筑内并覆盖所述建筑，所述Zigbee网络包括至少三个节点，所述建筑以固定点建立实际空间坐标系XYZ，每个节点在所述实际空间坐标系XYZ中具有确定的空间坐标，定义所述至少三个节点分别为第I节点，第2节点...第η节点，η为自然数； 定位模块，设置于所述建筑内，所述定位模块存储有所述建筑空间的BIM空间模型，所述B頂空间模型建立有虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’，其中，所述虚拟空间坐标系X’ Y’ Z’与实际空间坐标系XYZ完整映射重合，且所述WM空间模型包括所有节点的位置信息;所述定位模块通过获取与其相邻的三个节点的信号，并分别通过所述信号获得到相邻的三个节点之间的距离信息，并将所述距离信息映射到所述虚拟空间坐标系Χ’Υ’Ζ’的空间坐标，从而获得所述定位模块在所述虚拟空间坐标系X ’ Y ’ Z ’以及实际空间坐标系XYZ的位置信息。9.根据权利要求8所述的基于Zigbee技术的定位系统，其特征在于:所述至少三个节点中两两之间的间距为I米?10米。10.根据权利要求8所述的基于Zigbee技术的定位系统，其特征在于:当给定一目的地，所述定位模块根据其在虚拟空间坐标系X’Y’Z’中的位置信息、所述BIM空间模型以及所述虚拟空间坐标系Χ’Υ’Ζ’中目的地的坐标自主在虚拟建筑B頂空间模型空间规划其运行路线并作为输入轨迹信号提供给移动终端。
【文档编号】G06F17/50GK106060781SQ201610472510
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】李琦, 李亚楠, 郑志惠, 刘利钊, 吴志铭, 李密
【申请人】李琦, 李亚楠