基于地磁的室内地图构建方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于地磁的室内地图构建方法与装置。本发明专利技术包括可移动载体、人机交互模块、室内空间位置指纹信息获取模块、机器人方位角的获取模块、运动控制及速度获取模块和主控模块。本发明专利技术的方法克服了在室内地图构建过程中，需要事先获取室内平面图，然后在将其矢量化后上传，再进行室内位置指纹信息的采集、绑定和路径信息的生成等缺点。同时采用序列化的数据采集方式生成地磁数据序列，克服了传统网格地图数据采集代价大及单点采集后进行插值产生的额外计算量和数据丢失部分真实性等问题。本发明专利技术在对室内空间基准地图构建过程中不需要提前获取并载入室内平面图，只需确定目标的室内空间需要构建地图的起点、终点、节点位置，以及地图构建通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内地磁定位与导航领域，特别涉及室内空间地磁数据的采集与室内 定位及导航地图的构建方法与装置。
技术介绍
目前，在位置服务领域，室外的定位导航技术已经相当成熟，主流的GPS及我国自 主研发的北斗系统在室外定位精度可达亚米级。相对地，在购物商场、会展中心、航空港、高 铁站、停车场等大型的建筑空间内，由于卫星信号被建筑物所遮挡，导致卫星定位技术无法 为复杂室内空间提供准确的位置服务。在生活中，人们大部分的活动时间在室内，并且随着 社会发展，室内空间越来越庞大和复杂，所以对于精确的室内定位技术的需求愈发的迫切。 地球磁场是一个矢量场，每个位置的地磁场都有特定的方向和强度大小。在大自 然中，迀徙的鸟类通过感知地球磁场来实现定位导航并到达目的地，海龟依靠地磁信息标 识回到它们出生的地点并在那里筑巢。受此启发后，人们开始探索利用地磁场空间分布实 现定位导航。研究发现，由于现代建筑大部分都是由钢筋混泥土组成，室内空间的地磁场受 到钢筋等磁性物质的干扰发生了一定程度的扭曲。且由于建筑结构的独特性，使得地球磁 场在室内空间不同位置会受到稳定的干扰，从而在室内呈现出多样和独特的地磁场特征。 此特性为利用地磁场实现室内定位和导航提供强有力的理论依据。 近年来，室内定位技术一直是炙手可热的研究热点，而且不断涌现出了WiFi、 RFID、蓝牙、超声等领域的技术成果。但是对于室内定位领域来说，无论定位技术发展的再 好，没有准确的室内平面地图，任何定位服务都形同GPS没有地图，只是个摆设而已。在国际 上，谷歌、微软、诺基亚、苹果等科技巨头在室内定位研究中一直走在世界前列，而且谷歌领 跑这一新兴领域，在谷歌地图的基础上加入室内定位功能，最早推出室内定位技术商用系 统，打通了室外定位和室内定位衔接瓶颈。在室内地图的获取方面，谷歌的做法是由合作商 家提供平面图，通过谷歌的审核后给予发布。此外，谷歌还发布相应的地图构建应用，商家 只需要利用该应用在室内采集GPS、Wi_Fi信号以及手机基站收集位置数据，然后上传至 Google Maps的数据库，便可生成室内地图供室内定位导航使用。在国内，百度、阿里、腾讯 等科技巨头也加快了室内定位技术研究的步伐，不断地进行技术积累，但仍处在试验阶段。 同时，该领域也涌现一大批创业公司，例如北京点道互联科技有限公司和上海图聚信息技 术有限公司在地图数据上投入较大，成为国内领先的定位室内地图服务商，目前已经覆盖 了国内上万建筑物，并为百度、高德等提供数据支持。但是在室内地图和数据获取方面，就 点道而言，20-30%是商城主动提供的，而70%是通过人工线下采集的，完成获取工作后再对 室内地图进行数字化和标准化。由此看出，室内定位服务商目前获取平面地图的主要途径 是通过和商家合作及自主采集，但是对于大规模推广并不现实。所以，未来通过众包的模式 筹集室内地图是大势所趋，目的在于鼓励用户在使用位置服务时上传建筑平面图至服务器 来完善地图数据库。但在用户习惯还未形成之前，众包的模式很难有效的推广。获取室内地 图后，要实现室内定位导航，还要进行平面地图的处理及数据的绑定。目前普遍的方案是首 先获取到室内平面地图，再进行地图的指纹录制和绑定，完成后才是完整的室内空间基准 地图，最后将该室内空间基准地图发送到服务器进行存储。显然，如果没有事先提供室内地 图，室内定位的实现无从谈起。所以我们需要需求一种更为简单、快捷的地图构建方法，加 速简化室内地图数字化过程。 本专利技术采用室内地磁场作为室内定位导航的坐标系，通过采集基于地磁环境特征 的室内空间位置指纹信息及构建室内空间平面地图，建立基于地磁的室内空间基准地图， 为实现室内定位与导航提供基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种更为简单、便捷的基于地磁的室内地图构建方法与装 置，通过该方法将生成的室内平面地图和对应的基于地磁的室内空间位置指纹信息及室内 空间采集通道的拓扑信息，将其上传至远程服务器端作为室内定位实施的室内空间基准地 图。 本专利技术的采用如下技术方案实现。 本专利技术的基于地磁的室内地图构建方法，其包括如下步骤： 获取室内空间的地磁场数据;地球磁场是一个三维矢量场，由采集终端采集到的是地 磁数值三分量;在同一位置，采用地磁数值三轴合成量作为室内空间位置指纹信息;采集方 式是通过选择采集通道，设置起始点以及节点位置，然后使采集终端在室内待采集通道上 匀速前行并以固定的频率采集地磁场数据，同时通过改变采样频率或者采集终端的移动速 度来改变地磁场数据序列的样本密度，采集终端到达节点或者终点后，设置节点或终点，暂 停或者结束采集，同时将所采集的地磁场数据序列以及相关节点信息以文件保存于本地； 获取采集通道方向以及距离;在采集终端移动过程中通过电子指南针及陀螺仪记录采 集终端实时方向信息，再通过低通滤波去噪后，采用均值滤波平滑数据作为该采集通道最 终的方向；采集通道的距离通过获取采集终端的移动的速度，再结合获取所用的时长，算出 采集通道的距离； 人机交互模块实时动态地显示地磁场数据和采集终端所处的位置、方向，同时实时地 绘制出采集终端所移动过的路径并生成采集通道与关键节点的几何拓扑图；几何拓扑图包 括点集和边集，其中点集又包含着采集的起始点和室内通道的拐点或者岔路口，边集包含 的边代表着室内空间的采集通道，采集通道即室内空间的可达区域； 完成室内几何拓扑图的绘制及相应的基于地磁环境特征的室内空间位置指纹信息的 录制后，在几何拓扑图上进行图形化标注； 室内空间拓扑地图的图形化标注后，在图形化的室内空间拓扑图上关键位置进行语义 标签的添加； 完善室内空间基准地图可视化界面信息;完成可视化表达的室内空间基准地图以图的 形式存储在本地文件中，其中，图的节点对应采集通道的起始点以及拐点，图的边代表着某 个通道采集的地磁序列，图形化标注及语义标签作为边的属性，并采取有向图形式存储； 完善室内空间基准地图的信息后，采集终端对接远程服务端，将所构建的室内空间基 准地图上传至远程服务器端进行分类、筛选、存储； 针对单条采集通道所获取到的多条地磁数据序列即地磁数据曲线，服务器端通过聚类 算法，对同一采集通道所获取的多条地磁数据曲线进行聚类处理，得到若干组最具有代表 性的地磁数据曲线作为该通道的地磁基准曲线。 进一步实施地，所述在几何拓扑图上进行图形化标注具体是:采用点、线段及常见 的二维几何图形在几何拓扑图相应的位置进行标注，标注的方法是根据点到直线的距离的 原理，在几何拓扑图边的周围适当地位置选取放置点，选择点、线或者几何平面图代表了室 内空间结构实际的位置信息，利用矩形代表房间，再找出该位置的最近邻的路径，将该位置 信息绑定到该路径上。 本发当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于地磁的室内地图构建方法，其特征在于包括如下步骤：获取室内空间的地磁场数据；地球磁场是一个三维矢量场，由采集终端采集到的是地磁数值三分量；在同一位置，采用地磁数值三轴合成量作为室内空间位置指纹信息；采集方式是通过选择采集通道，设置起始点以及节点位置，然后使采集终端在室内待采集通道上匀速前行并以固定的频率采集地磁场数据，同时通过改变采样频率或者采集终端的移动速度来改变地磁场数据序列的样本密度，采集终端到达节点或者终点后，设置节点或终点，暂停或者结束采集，同时将所采集的地磁场数据序列以及相关节点信息以文件保存于本地；获取采集通道方向以及距离；在采集终端移动过程中通过电子指南针及陀螺仪记录采集终端实时方向信息，再通过低通滤波去噪后，采用均值滤波平滑数据作为该采集通道最终的方向；采集通道的距离通过获取采集终端的移动的速度，再结合获取所用的时长，算出采集通道的距离；人机交互模块实时动态地显示地磁场数据和采集终端所处的位置、方向，同时实时地绘制出采集终端所移动过的路径并生成采集通道与关键节点的几何拓扑图；几何拓扑图包括点集和边集，其中点集又包含着采集的起始点和室内通道的拐点或者岔路口，边集包含的边代表着室内空间的采集通道，采集通道即室内空间的可达区域；完成室内几何拓扑图的绘制及相应的基于地磁环境特征的室内空间位置指纹信息的录制后，在几何拓扑图上进行图形化标注；室内空间拓扑地图的图形化标注后，在图形化的室内空间拓扑图上关键位置进行语义标签的添加；完善室内空间基准地图可视化界面信息；完成可视化表达的室内空间基准地图以图的形式存储在本地文件中，其中，图的节点对应采集通道的起始点以及拐点，图的边代表着某个通道采集的地磁序列，图形化标注及语义标签作为边的属性，并采取有向图形式存储；完善室内空间基准地图的信息后，采集终端对接远程服务端，将所构建的室内空间基准地图上传至远程服务器端进行分类、筛选、存储；针对单条采集通道所获取到的多条地磁数据序列即地磁数据曲线，服务器端通过聚类算法，对同一采集通道所获取的多条地磁数据曲线进行聚类处理，得到若干组最具有代表性的地磁数据曲线作为该通道的地磁基准曲线。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金辉，林政树，闵华清，梁富云，殷士龙，庄壮伟，张梅，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44