一种移动设备的室内路径规划与导航方法技术

一种移动智能设备的室内路径规划与导航方法，该方法属于无线控制机器人导航的技术领域。该室内路径规划与导航方法包括以下步骤：步骤1，首先安装在手持可通信智能设备的室内路径规划与导航应用程序自动获取室内路径规划与导航地图。然后用户在APP的室内路径规划与导航地图上绘画路径，APP进行用户绘画路径信息的采集。步骤2，APP将绘画路径信息进行路径坐标信息转化。步骤3，绘画路径与实际地理信息坐标的转化。步骤4，APP对绘画的路径的进行实际情况合理性的评估步骤。5，APP传输合理路径数据给移动智能设备。本方法可以解决自主路径规划和自主导航的相对有更好的时效性，更具简洁性，并且具有可自定制性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种移动智能设备的室内路径规划与导航方法，该方法属于无线控制机器人导航的

技术介绍
目前移动智能设备的比较成熟的导航技术主要是运用GPS定位系统的帮助来实现导航的，特别是在户外的导航，GPS应用十分广泛。然而在室内，由于技术限制，GPS的准确地定位受诸多因素影响，所以室内的导航大多不采用GPS定位的方式来实现导航。目前相对应用广泛的室内导航方式主要有：电磁导航、视觉导航(镜头采取图像的方法等)。电磁导航相对成本高，且不容易执行；相对而言，视觉导航更容易实现，但是其不够精确，导致实际的导航效果亦存在诸多问题。相比室外导航，室内导航最大的困难点就在于没有准确地导航定位辅助系统，GPS等卫星定位系统并不能深入室内，所以只能通过激光测距、无线局域网路的等方法来进行定位工作，这些方法均有些局限性，不能带来准确地导航。现有的一些公开的论文或者专利主要存在以下几个方面的问题。专利名称：一种微型无人机室内自主导航方法(专利号：CN201410466305.1)。该专利公开了一种微型无人机室内自主导航方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：基于RGB-D相机和MEMS惯性传感器的微型无人机运动状态估计：利用RGB-D相机获取环境的二维彩色图像和三维深度数据，通过特征点检测、特征点匹配、运动状态估计获得微型无人机的姿态和位置参数估计值，利用MEMS传感器获取惯性测量值，将所述姿态和位置参数估计值与惯性测量值通过滤波方法进行信息融合，用以抑制惯性测量值误差积累，得到更为精确的无人机包括位置、速度、姿态在内的运动状态估计值；S2：基于RGB-D相机和MEMS惯性传感器融合的三维环境实时建模：利用步骤S1中RGB-D相机获取的三维深度数据，以及融合后的运动状态估计值进行三维点云的精确配准与融合，构建三维环境模型，并触发式地对该模型进行全局优化，用以提高模型精度；S3：实时可信路径规划与路径跟踪控制：设定规划周期，在每个规划周期中，以步骤S2得到的三维环境模型为基础，同时建立RGB-D相机的测量误差模型和定位可信度的评价函数，从而生成无人机从当前点到目标点的路径，在每个规划周期结束后，选择当前最优路径执行；根据所述当前最优路径，与步骤S1得到运动状态估计值进行比较，得到当前的位置偏差，从而根据当前位置偏差生成无人机的位置控制指令，根据位置控制指令解算为无人机的姿态控制指令，实施位置控制和姿态控制，引导无人机跟踪预定路径飞行。该专利运用的是视觉导航方法，该导航方法利用相机和惯性传感器进行路径的计算预估，以期实现路径规划；这种路径规划因为是通过实时规划与之前预设的进行对比择优进而选取路径执行，因此目的性不够明确，路径的简洁性和相对时间浪费存在很大问题，但是该方法的优点是路径规划可以根据周围情况及时调整，保证了安全性。《室内环境下的机器人路径规划》作者：刘蕾该论本文首先对静态已知环境下的路径规划方法进行讨论，分别采用可视图法和随机路图法实现静态已知环境下的全局路径规划。通过仿真和实验结果系统地分析了二者的特点，并在此基础上重新界定了两类方法各自的适用范围。同时将准随机采样策略应用于随机路图采样点生成过程,使得采样点分布均匀性显著增强,偏差度量降低，从而提高了路径搜索的成功率。未知环境下的路径规划重点在于如何实时获取环境信息并有效利用。本文在对传统势场法进行分析的基础上,提出一种基于激光测距仪数据信息的改进方向权值法,方法中的安全策略更适用于实际的应用环境。仿真和实验结果证明,该方法考虑不同的障碍物情况并充分利用环境信息，能够有效完成未知环境下的局部路径规划。针对动态时变环境路径规划这一更具实际意义和挑战性的问题，本文该论文提出一种新的概率方向权值法，依据障碍物的运动特性建立障碍物运动模型,并应用卡尔曼滤波对运动障碍物信息进行有效预估。同时基于周期规划将障碍物预估信息、实际信息与目标信息有效结合，实现了动态时变环境下存在运动障碍物和动态目标的实时路径规划。在此基础上，提出一种基于优先级的冲突消解策略，实现了动态环境下多机器人路径规划。该策略简单易行,保证了多机器人路径规划中的安全性。本文进行了一系列软件仿真和基于SmanROB2机器人平台的实验，通过对实验结果和数据的分析讨论，表明了所提方法的有效性和实用性。本论文基于随机路图法和可视图法基础上提出一种新的概率方向权值法，该方法基本可以解决实际动态未知环境下的路径规划，但是该方法实现的路径规划相对复杂，其主要目的是保证路径规划中的安全性，没有解决路径的简洁时效性。《室内移动机器人路径规划与定位技术研究》作者：宋婷论文分析了已有路径规划技术的方法，重点研究了基于栅格地图的路径规划算法：区域覆盖路径规划算法和点到点路径规划算法。针对室内环境特点提出了环境地图的建模，具体算法设计以及基本的行进方式，用VS.NET软件开发平台，对两种路径规划算法进行了软件仿真。还研究了室内定位系统的相关技术以及常用的室内定位方法的基础上，分析了多种室内定位算法的应用特点和测距方法，重点研究了基于ZigBee无线网络的室内定位技术。该论文主要研究栅格地图的路径规划算法，和无线网络室内定位技术，来实现路径规划导航，该论文主要是对这两方法的研究，但是没有实际实施的效果，而且这种路径规划不具备择优性，仅仅是针对路径算法的研究。本专利技术方法为一种具有简洁性的路径规划方法，且目的性较强。同时本方法还包括按照路径规划的指向性导航方法。用本方法可以让自主路径规划和自主导航相对有更好的时效性，更具简洁性，并且具有可自定制性。
技术实现思路
针对控制移动智能设备，包括机器人、智能车、无人机等，解决了远程自由控制智能设备地理位置的问题，专利技术一种移动设备的室内路径规划与导航方法。先通过软件构造局部地图数据获取的方法进行对设备周边的地理信息进行确定，再运用安装在手持可通信智能设备(手机、平板电脑等)的室内路径规划与导航应用程序(以下简称APP)对用户绘画的路径的录入进行识别，结合APP自动获取室内路径规划与导航地图的地理信息和绘画路径，规定方向换算距离，根据绘画路径制定出路径规划，传输给移动智能设备。上述室内路径规划与导航方法为一种绘画路径规划与实际路径转换实现方法，实现本方法的手持可通信智能设备具有显示屏和触摸控制功能。上述室内路径规划与导航方法包括以下步骤：步骤1，APP自动获取室内路径规划与导航地图并采集用户的绘画路径信息。运用软件构造局部地图数据的方法得到智能移动设备活动范围的地理信息，即电子地图文件并存储在手持可通信智能设备当中。上述电子地图文件能够在手持可通信智能设备内置的APP上读取或修改，内置的APP为智能移动设备的地理信息显示、操作处理端。运用上述电子地图文件并通过无线局域网定位技术能够定位出智能移动设备在当前区域内的具体位置坐标，如果智能移动设备能够接收到卫星信号并进行地理信息捕捉，那么借助卫星信号获取当前的地理信息坐标数据，亦或者地磁定位技术定位等方法。用户开启手持可通信智能设备的APP，在手持可通信智能设备的触摸屏上根据APP在屏幕上显示的室内路径规划与导航地图，以移动智能设备所在的原点为起点，用手指或触屏专用工具在触摸屏上进行本路径的绘画，APP读取用户的绘画路径并进行存储录入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动设备的室内路径规划与导航方法，其特征在于：该室内路径规划与导航方法为一种绘画路径规划与实际路径转换实现方法，实现本方法手持可通信智能设备具有显示屏和触摸控制功能；上述室内路径规划与导航方法包括以下步骤：步骤1，APP自动获取室内路径规划与导航地图并采集用户的绘画路径信息；运用软件构造局部地图数据的方法得到智能移动设备活动范围的地理信息，即电子地图文件并存储在手持可通信智能设备当中；上述电子地图文件能够在手持可通信智能设备内置的APP上读取或修改，内置的APP为智能移动设备的地理信息显示、操作处理端；运用上述电子地图文件通过无线局域网定位技术能够定位出智能移动设备在当前区域内的具体位置坐标，如果智能移动设备能够接收到卫星信号并进行地理信息捕捉，那么借助卫星信号获取当前的地理信息坐标数据，亦或者地磁定位技术定位方法；开启手持可通信智能设备的APP，用户在手持可通信智能设备的触摸屏上根据APP在屏幕上显示的室内路径规划与导航地图，以移动智能设备所在的原点为起点，用手指或触屏专用工具在触摸屏上进行本路径的绘画，APP读取绘画路径并进行存储录入；APP录入相同起点的多组路径并进行存储，方便使用者快速调用；步骤2，APP将绘画路径信息进行路径坐标信息转化；APP将录入绘画信息进行简化处理，利用输入的相邻地点坐标进行直线连接，对相邻坐标点存在的弯曲线进行精简处理，使得路径呈现为折线；设定绘画路径起点方向为正方向，并确定室内路径规划与导航地图的零点，将精简后的路径转换成数据坐标信息，并进行存储；步骤3，绘画路径与实际地理信息坐标的转化；把精简后的绘画路径折线按照APP中放大地图比例和室内路径规划与导航地图与实际的比例尺换算成实际线路的路径的长度大小，设从中获取路径的每端折线交叉点为关键点，记录这些关键点坐标并进行实际数据信息转化；最后APP将实际路径长度与关键点实际坐标结合，得到实际的准确路径信息并存储在APP当中；步骤4，APP对绘画的路径的进行实际情况合理性的评估；APP在存储的室内路径规划与导航地图中识别图中存在的障碍物并进行记录，通过实际准确路径信息在实际地理信息相比较的方法里判定上述路径规划的合理性，当规划路径的中途有障碍物遮挡，有部分路径不能通过，或者会影响被智能移动设备正常行驶的情况，则上述的绘画的路径对应方案不可行，APP会提示路径规划无效；若没有以上影响，则可行，APP会提示路径规划成功；如果在一个没有障碍物的局部区域中实现的话，APP自动省去此步骤；步骤5，APP传输合理路径数据给移动智能设备；通过局域网的技术，手持可通信智能设备和移动智能设备在相同的局域网内进行互联，即通过APP端能够与移动智能设备进行数据的传输交互，APP将实际的准确路径信息转化成移动智能设备能够识别的命令并传输给它，使得移动智能设备按照命令进行移动，便实现室内路径规划与导航。...

【技术特征摘要】
1.一种移动设备的室内路径规划与导航方法，其特征在于：该室内路径规划与导航方法为一种绘画路径规划与实际路径转换实现方法，实现本方法手持可通信智能设备具有显示屏和触摸控制功能；上述室内路径规划与导航方法包括以下步骤：步骤1，APP自动获取室内路径规划与导航地图并采集用户的绘画路径信息；运用软件构造局部地图数据的方法得到智能移动设备活动范围的地理信息，即电子地图文件并存储在手持可通信智能设备当中；上述电子地图文件能够在手持可通信智能设备内置的APP上读取或修改，内置的APP为智能移动设备的地理信息显示、操作处理端；运用上述电子地图文件通过无线局域网定位技术能够定位出智能移动设备在当前区域内的具体位置坐标，如果智能移动设备能够接收到卫星信号并进行地理信息捕捉，那么借助卫星信号获取当前的地理信息坐标数据，亦或者地磁定位技术定位方法；开启手持可通信智能设备的APP，用户在手持可通信智能设备的触摸屏上根据APP在屏幕上显示的室内路径规划与导航地图，以移动智能设备所在的原点为起点，用手指或触屏专用工具在触摸屏上进行本路径的绘画，APP读取绘画路径并进行存储录入；APP录入相同起点的多组路径并进行存储，方便使用者快速调用；步骤2，APP将绘画路径信息进行路径坐标信息转化；APP将录入绘画信息进行简化处理，利用输入的相邻地点坐标进行直线连接，对相邻坐标点存在的弯曲线进行精简处理，使得路径呈现为折线；设定绘画路径起点方向为正方向，并确定室内路径规划与导航地图的零点，将精简后的路径转换成数据坐标信息，并进行存储；步骤3，绘画路径与实际地理信息坐标的转化；把精简后的绘画路径折线按照APP中放大地图比例和室内路径规划与导航地图与实际的比例尺换算成实际线路的路径的长度大小，设从中获取路径的每端折线交叉点为关键点，记录这些关键点坐标并进行实际数据信息转化；最后APP将实际路径长度与关键点实际坐标结合，得到实际的准确路径信息并存储在APP当中；步骤4，APP对绘画的路径的进行实际情况合理性的评估；APP在存储的室内路径规划与导航地图中识别图中存在的障碍物并进行记录，通过实际准确路径信息在实际地理信息相比较的方法里判定上述路径规划的合理性，当规划路径的中途有障碍物遮挡，有部分路径不能通过，或者会影响被智能移动设备正常行驶的情况，则上述的绘画的路径对应方案不可行，APP会提示路径规划无效；若没有以上影响，则可行，APP会提示路径规划成功；如果在一个没有障碍物的局部区域中实现的话，APP自动省去此步骤；步骤5，APP传输合理路径数据给移动智能设备；通过局域网的技术，手持可通信智能设备和移动智能设备在相同的局域网内进行互联，即通过APP端能够与移动智能设备进行数据的传输交互，APP将实际的准确路径信息转化成移动智能设备能够识别的命令并传输给它，使得移动智能设备按照命令进行移动，便实现室内路径规划与导航。2.根据权利要求1所述的一种移动设备的室内路径规划与导航方法，其特征在于：所述局域网的技术为WiFi或蓝牙或移动网络技术。3.根据权利要求1所述的一种移动设备的室内路径规划与导航方法，其特征在于：步骤S10，首先，运用软件构造局部地图的方法得到智能移动设备所需要移动区域的范围的所有地理信息，通过无线局域网定位技术或者卫星定位、地磁定位技术得到移动智能设备在所需要移动区域的范围的地理位置信息，将这些地理信息和移动的智能设备的位置信息都上传到智能移动设备的对应APP当中，接下来在已经得到的区域地图上，进行以移动智能设备的位置为起点进行移动路径的绘画，然后APP会对如下步骤进行绘画路径信息的采集；S101，地图获取，利用简单测量和照片的形式运用软件进行立体或平面建模得到部分区域的地图信息，将实际场景和地图地理数据信息进行保存；S102，由上一步得到的所有地图数据信息将其全部存储到手持可通信智能设备方便进行程序调用，将所有数据存入APP对应的智能移动设备数据库当中；并通过无线局域网定位技术或者卫星定位、地磁定位技术得到移动智能设备在所需要移动区域的范围的实时地理位置信息；S103，在APP的用户界面当中呈现由S101所获得的地图信息，呈现在屏幕上的即上述区域的室内路径规划与导航地图，使用者在屏幕上所显示地图进行路径的绘画，APP将会进行路径规划的录入；如果再一次录入绘画路径与从上一次录入的起点相同，APP则会自动推荐上一次使用过的路径，方便使用者调用；亦可不使用推荐路径，调用历史存储路径；步骤S20，根据用户在APP当中所绘画路径进行对移动智能设备坐标的正方向进行方向确定，设定所画路径第一步所指引的方向为正方向，将所有所画路径进行方向和距离的确定，得到准确的路径数据信息；S201，由S10所获得的绘画路径来确定坐标，定路径起点的方向为正方向，通过旋转将室内路径规划与导航地图的方向与正方向相同，并规定左下角的顶点为原点(0.0)；S202，规定了正方向和原点坐标后即可对所画的路径进行数据化，从起点到终点进行绘画路径与坐标的数据内的转化：S2021，在APP中进行室内路径规划与导航地图的缩放，方便用户进行精准的绘画，同时也有效的绕过障碍；S2022，根据所画的路径进行坐标点的关键点获取，得到关键点进行连线即可得到路径，这样解决较少数据的存储，加快处理的速度；S2023，当遇到弧线路径的时候，为了增加精确度，增加关键点的取样，实现弧线的坐标路径；S203，由上一步所获得的所有点进行存储，点连成线即可成为路径；步骤S30，根据上一步所得到的路径数据信息进行实际路径数据信息的转化，设定几个不同的转化比例尺，根据对APP上呈现的区域地理信息的缩放程度选择不同的比例尺进行实际的数据信息转化，得到实际的路径数据信息；S301，将所得的坐标点位数据根据APP端所呈现的地图图片大小进行和实际场景的比例转化，即坐标点的位置转化；设定比例尺1:100，毫米为单位，在APP上路径所分离出的关键点为(1,1)，在转化后的坐标即为(100,100)，即以米为单位的坐标(1,1)；S302，将所有关键点坐标转化后，点连成线，即得到实际路线的路径信息；运用距离公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文利，贺连堃，马一辰，王雨桐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11