一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法技术

本发明专利技术属于室内定位与导航技术领域，具体涉及一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法。本发明专利技术只需获取室内空间包含特定元素的地图便可自动计算二维码放置的位置，并通过空间分割和对偶理论自动获取可以用于计算室内行人导航路径的导航网络。这极大地增强了二维码部署的可操作性，从而使得基于二维码的室内定位和导航对于二维码的放置位置有明确的计算规则，同时能够实现自动化地构建与二维码位置相匹配的导航网络，这将克服二维码在部署过程中实操性差的问题，从而为真正将二维码部署在室内并用于室内定位和导航路径规划提供解决方案。提供解决方案。提供解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法


[0001]本专利技术属于室内定位与导航
，具体涉及一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法。

技术介绍

[0002]在众多的室内定位技术中，如室内定位系统(IPS)，惯性导航系统(INS)，二维码(QR codes)，有源射频识别(RFID)标签，二维码具有部署成本低(无需额外的专用软硬件)，不易受干扰(不依赖于电磁波)，方便快捷(直接打印或者屏幕显示即可)，和灵活性强(增加减少非常简便)等优点。近年来，基于二维码的室内定位与导航的研究屡见不鲜。诸多的研究主要集中于二维码本身的编码和解码方式、基于二维码(或与其它技术)相结合的定位系统架构方案、二维码的生成方案等。然而，二维码的部署及具体的放置位置及规则却鲜有研究。现有的文献及专利资料显示，普遍认可的二维码放置规则是将其放置在显著的位置，而且所谓的显著的位置也只是基于研究者们的常识，例如门口、楼梯口、电梯口，重要的拐角位置。如果按照此类常识进行部署，实际操作发现，该种描述性的规则可操作性几乎为零。因为即便门口被认同为显著的位置，当真正需要放置二维码时，我们发现门口其实过于抽象，到底什么位置是门口仍旧不清楚，譬如，门前1cm，10cm，或者门的几何中心等。也就是说，在室内空间放置二维码的策略和规则尚无参考标准。更重要的是，导航路径规划通常依赖于作为导航空间的抽象的导航网络，即便是根据部署人员的常识放置了二维码，目前也没有缺乏自动推导与二维码相匹配的导航网络的方法。这使二维码在实际部署过程中实操性很差，以至于没有成熟可用的基于二维码的室内行人定位和导航路径规划系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服使用二维码作为室内行人定位及路径规划中定位技术时，二维码的部署位置没有量化的参考规则的问题，提供一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法。
[0004]一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：获取室内空间平面图，将室内空间平面图简化，将类似于房间的空间的简化为闭合的多边形，将门简化为线段，将兴趣点简化为一个点，将走廊简化为一个闭合的多边形，类似于房间的空间经由门与走廊多边形相连；简化后的室内空间平面图中包括三类可导航空间和两类不可导航空间；所述三类可导航空间包括类似于房间的空间、兴趣点和走廊；所述不可导航空间包括障碍物和中庭；
[0006]步骤3：根据简化后的室内空间平面图计算二维码的位置；
[0007]步骤4：引入并计算哑结点；哑结点在构建室内导航网络方面的作用与二维码完全相同，唯一的区别在于在实际部署中不会在哑结点位置放置真实的二维码；
[0008]步骤5：将二维码及哑结点的位置作为种子点，使用Voronoi图分割室内开阔区域，并使用空间运算去掉中庭以及障碍物等占据的不可导航空间，从而得到最终的分割后的开
阔区域；
[0009]步骤6：使用对偶理论将分割得到的开阔区域空间及室内的其他可导航空间多边形作为输入，构建导航网络；对偶理论的具体规则为，如果两个空间共享一条边，则将两个空间抽象为两个点，此时需要判断这两个空间内是否包含二维码或哑结点，如果包含，则由所包含的二维码或哑结点来代表这两个空间，如果不包含，则由空间的几何中心点来代表空间，而空间共享的边抽象为一条线，用以连接代表空间的两个结点；
[0010]步骤7：使用路径规划算法计算导航路径。
[0011]进一步地，所述步骤3中根据简化后的室内空间平面图计算二维码的位置的方法具体为：
[0012]对于兴趣点，二维码直接放置于该兴趣点所在的位置；对于类似于房间的空间，二维码放置在门的中垂线靠走廊的一边；
[0013]V1(x1,y1)和V2(x2,y2)是门或线的顶点；O(x0,y0)为门或线的中点，x0＝(x1+x2)/2，y0＝(y1+y2)/2；则二维码的放置位置Q(x,y)的计算方法为：
[0014]如果x1≠x2，
[0015]如果x1＝x2，
[0016]其中，d为舒适距离，门的中点和二维码之间的距离设置为d。
[0017]进一步地，所述步骤4中根据由顶点B(x
B
,y
B
)、A(x
A
,y
A
)、F(x
F
,y
F
)组成的空间的拐角A确定其哑结点位置A
i
(x
i
,y
i
)的方法具体为：
[0018]步骤4.1：将空间顶点A(x
A
,y
A
)和哑结点A
i
之间的距离设定为d，将空间顶点A(x
A
,y
A
)与辅助点M、N之间的距离都设置为d；
[0019]步骤4.2：计算辅助点M、N的坐标(X
M
,Y
M
)、(X
N
,Y
N
)；
[0020]如果x
A
‑
x
B
≠0，则否则，
[0021]如果x
A
‑
x
F
≠0，则否则，
[0022]步骤4.3：计算辅助点I的坐标(X
I
,Y
I
)；
[0023]X
I
＝(X
M
+X
N
)/2
[0024]Y
I
＝(Y
M
+Y
N
)/2
[0025]步骤4.4：计算哑结点A
i
的坐标(x
i
,y
i
)；
[0026]如果x
A
‑
X
I
≠0，则
[0027]否则，
[0028]本专利技术的有益效果在于：
[0029]本专利技术只需获取室内空间包含特定元素的地图便可自动计算二维码放置的位置，并通过空间分割和对偶理论自动获取可以用于计算室内行人导航路径的导航网络。这极大地增强了二维码部署的可操作性，从而使得基于二维码的室内定位和导航对于二维码的放置位置有明确的计算规则，同时能够实现自动化地构建与二维码位置相匹配的导航网络，这将克服二维码在部署过程中实操性差的问题，从而为真正将二维码部署在室内并用于室内定位和导航路径规划提供解决方案。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的整体流程图。
[0031]图2为室内空间元素的简化方法示意图。
[0032]图3为二维码的计算方法示意图。
[0033]图4为哑结点的计算方法示意图。
[0034]图5为基于由边AB和AF形成的角(A)确定哑结点A
i
的位置(x
i
,y
i
)的计算流程图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取室内空间平面图，将室内空间平面图简化，将类似于房间的空间的简化为闭合的多边形，将门简化为线段，将兴趣点简化为一个点，将走廊简化为一个闭合的多边形，类似于房间的空间经由门与走廊多边形相连；简化后的室内空间平面图中包括三类可导航空间和两类不可导航空间；所述三类可导航空间包括类似于房间的空间、兴趣点和走廊；所述不可导航空间包括障碍物和中庭；步骤3：根据简化后的室内空间平面图计算二维码的位置；步骤4：引入并计算哑结点；哑结点在构建室内导航网络方面的作用与二维码完全相同，唯一的区别在于在实际部署中不会在哑结点位置放置真实的二维码；步骤5：将二维码及哑结点的位置作为种子点，使用Voronoi图分割室内开阔区域，并使用空间运算去掉中庭以及障碍物等占据的不可导航空间，从而得到最终的分割后的开阔区域；步骤6：使用对偶理论将分割得到的开阔区域空间及室内的其他可导航空间多边形作为输入，构建导航网络；对偶理论的具体规则为，如果两个空间共享一条边，则将两个空间抽象为两个点，此时需要判断这两个空间内是否包含二维码或哑结点，如果包含，则由所包含的二维码或哑结点来代表这两个空间，如果不包含，则由空间的几何中心点来代表空间，而空间共享的边抽象为一条线，用以连接代表空间的两个结点；步骤7：使用路径规划算法计算导航路径。2.根据权利要求1所述的一种基于二维码的室内行人定位和导航路径规划方法，其特征在于：所述步骤3中根据简化后的室内空间平面图计算二维码的位置的方法具体为：对于兴趣点，二维码直接放置于该兴趣点所在的位置；对于类似于房间的空间，二维码放置在门的中垂线靠走廊的一边；V1(x1,y1)和V2(x2,y2)是门或线的顶点；O(x0,y0)为门或线的中点，x0＝(x1+x2)/2，y0＝(y1+y2)/2；则二维码的放置位置Q(x,y)的计算方法为：如果x1≠x2，如果x1＝x2，其中，d为舒适距离，门的中点和二维码之间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫金金，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：