本發(fā)明屬于基于地磁分布的室內(nèi)導航領(lǐng)域，尤其涉及一種用于室內(nèi)導航的磁地圖生成方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人們活動的室內(nèi)空間變得日益龐大和復雜，在大型地下停車場、購物百貨商場、大型物流倉庫等室內(nèi)場所確定自己或者AGV的位置，并沿著特定路徑導航到室內(nèi)某一目的地顯得力不從心，尤其是盲人，缺乏視覺感知能力時室內(nèi)導航更為困難，因此迫切需要一種室內(nèi)定位導航技術(shù)。

盡管室內(nèi)導航需求強烈，傳統(tǒng)的導航技術(shù)卻因各種技術(shù)限制，無法滿足室內(nèi)定位要求。比如，目前室外應(yīng)用最廣泛的GPS技術(shù)在室內(nèi)使用時，衛(wèi)星信號容易被建筑物阻隔，導致無法實現(xiàn)準確定位；盡管手機的無線通訊信號可以穿透多數(shù)建筑的墻壁，但移動通信基站的分布密度較低，利用手機無線通訊信號進行定位的精度不足；基于Wi-Fi的定位技術(shù)需要了解每一個Wi-Fi熱點的準確位置，甚至對每一個Wi-Fi信號強度進行測量，測量成本太高，定位精度難以保證。

近年來出現(xiàn)了基于地磁分布的室內(nèi)定位方法，其原理是基于大型建筑物墻壁中的鋼筋和室內(nèi)貨架、桌腳等鐵磁性物質(zhì)對室內(nèi)地球磁場的改變，利用磁場傳感器檢測室內(nèi)不同位置的不同磁場大小來進行定位。其中，室內(nèi)路徑的磁場地圖的“繪制”是成功導航的基礎(chǔ)。現(xiàn)有磁場地圖存在幾個不足：第一，磁場是一個梯度場，而僅僅測量室內(nèi)路徑中每一點的磁場強度并沒有充分利用磁場分布信息，很有可能限于傳感器的測量精度和室內(nèi)地磁場分布變化差異性太小導致測量“盲區(qū)”；第二，大型建筑物不同樓層間路徑布局類似，磁場測量只能形成水平面的平面二維地圖，缺乏高度這一第三維坐標信息；第三，室內(nèi)行走路徑復雜，建立磁地圖時，無法對室內(nèi)所有可能的完整行走路徑逐一進行測量記錄，也缺乏具體操作方法對室內(nèi)平面圖中的各條完整路徑進行科學自動地分段，造成地圖繪制時各條數(shù)據(jù)采集路段之間的交叉重疊測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種路徑精確，定位精度高的用于室內(nèi)導航的傳感器裝置及磁地圖生成方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種用于室內(nèi)導航的傳感器裝置，包括電路板和用于測量室內(nèi)磁場的傳感器，所述磁傳感器共設(shè)置有六個，電路板為正六面體電路板，該六個磁傳感器分別設(shè)置在該正六面體電路板的六個表面的中心位置。

一種磁地圖生成方法，包括以下步驟：

S1,獲取當前樓層相對于地面的氣壓差ΔP，根據(jù)公式Δh＝ΔP/(ρg)獲得當前樓層相對于地面的高度Δh，其中ρ為空氣密度，g為重力加速度；

S2,獲取當前樓層的室內(nèi)建筑設(shè)計施工平面圖；

S3,以行走路徑上的分叉口為斷點，對室內(nèi)平面圖中所有的行走路徑進行直線段離散分段處理得到離散直線段分段路徑，對每一離散直線段分段路徑和分叉口進行唯一地址編號，該分叉口包括行走路徑上的拐彎路口、十字形路口和T字形路口；

S4,在每一個離散直線段分段路徑上勻速行走，采集該離散直線段分段路徑中每一點的磁感應(yīng)強度平均值和磁場梯度數(shù)據(jù)，該磁感應(yīng)強度平均值和磁場梯度數(shù)據(jù)構(gòu)成磁地圖數(shù)據(jù)；

S5,將離散直線段分段路徑唯一地址編號和相應(yīng)的磁場地圖數(shù)據(jù)配對存儲，從而生成用于室內(nèi)導航的磁地圖。

所述步驟S4中采集磁地圖數(shù)據(jù)時，具體為：

S4.1，在正六面體電路板上建立XYZ坐標系，該XYZ坐標系的原點為正六面體電路板的幾何中心，每一個傳感器都在各自所在位置測量沿XYZ三個方向的磁感應(yīng)強度，分別記為(x_i,y_i,z_i)，i＝1～6，該i＝1～6對應(yīng)六個磁傳感器；

S4.2，計算XYZ三方向磁感應(yīng)強度平均值然后獲得正六面體電路板幾何中心點處的磁場梯度矩陣g＝[gradient_x gradienty_y gradient_z]，其中

X方向的磁場梯度向量為

Y方向的磁場梯度向量為

Z方向的磁場梯度向量為其中w為正六面體電路板邊長，通過以上采集計算得到所有行走路徑的磁地圖數(shù)據(jù)；

S4.3，將磁地圖數(shù)據(jù)進行保存。

所述步驟S4中采集磁地圖數(shù)據(jù)時以50Hz或50Hz以上的頻率進行采集。

所述步驟S5具體為：將每一離散直線段分段路徑上的磁地圖數(shù)據(jù)以采集測量時的時間為順序存儲為數(shù)據(jù)矩陣，并將該數(shù)據(jù)矩陣與直線段分段路徑唯一地址編號配對存儲。

本發(fā)明準確、快速、科學地規(guī)劃平面磁地圖測量路徑，利用磁傳感器測量磁場XYZ三個方向的分量數(shù)值和磁場三梯度數(shù)值，并且通過獲得導航高度所在的樓層信息，解決現(xiàn)有的磁地圖測量路徑冗余、不精確和高度信息缺乏的技術(shù)難題。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明中傳感器裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

如附圖1所示，本發(fā)明揭示了一種用于室內(nèi)導航的傳感器裝置，包括電路板1和用于測量室內(nèi)磁場的磁傳感器2，所述磁傳感器共設(shè)置有六個，電路板為正六面體電路板，該六個磁傳感器分別設(shè)置在該正六面體電路板的六個表面的中心位置。正六面體電路板的邊長可根據(jù)需要設(shè)置1厘米、2厘米或者其他數(shù)值，在此并無特別限定，可根據(jù)實際使用場合和設(shè)備靈活設(shè)定。利用磁傳感器檢測磁場XYZ三個方向的分量數(shù)值及磁場梯度數(shù)值。

在正六面體電路板上建立XYZ坐標系，該XYZ坐標系的原點為正六面體電路板的幾何中心，每一個傳感器都在各自所在位置測量沿XYZ三個方向的磁感應(yīng)強度，分別記為(x_i,y_i,z_i)，i＝1-6，該i＝1-6對應(yīng)六個磁傳感器。首先根據(jù)六個不同方向的磁傳感器測量得到XYZ三方向的磁感應(yīng)強度(x_i,y_i,z_i)，計算XYZ三方向磁感應(yīng)強度平均值然后獲得正六面體電路板1中心點即XYZ坐標系原點的磁場梯度矩陣g＝[gradient_x gradienty_y gradient_z]，其中

X方向的磁場梯度向量為

Y方向的磁場梯度向量為

Z方向的磁場梯度向量為其中w為正六面體電路板邊長。從而可得到磁場三個方向的分量數(shù)值和磁場三梯度數(shù)值。

另外，本發(fā)明還揭示了一種磁地圖生成方法，所述方法包括以下步驟：

S1,獲取當前樓層相對于地面的氣壓差ΔP，根據(jù)公式Δh＝ΔP/(ρg)獲得當前樓層相對于地面的高度Δh，其中ρ為空氣密度，g為重力加速度。該ρ和g為常數(shù)，從而根據(jù)獲取得到的氣壓差，即輔助可得到當前樓層的高度，不受絕對氣壓劇烈波動的影響，具有高度的穩(wěn)定性，能夠輔助AGV小車、盲人等非健康人對室內(nèi)導航樓層高度信息的需求。

S2,獲取當前樓層的室內(nèi)建筑設(shè)計施工平面圖。

S3,以行走路徑上的分叉口為斷點，對室內(nèi)平面圖中所有的行走路徑進行直線段離散分段處理得到離散直線段分段路徑，對每一離散直線段分段路徑和分叉口進行唯一地址編號，該分叉口包括行走路徑上的拐彎路口、十字形路口和T字形路口，或者其他的具有拐點的路口。通過地址編號后，室內(nèi)所有的行走路徑都是部分或者全部編號后的離散直線段分段路徑和拐彎路口、十字形路口和T字形路口等分叉口不同順序的排列組合。大大減小了磁地圖繪制時的測量數(shù)據(jù)，也減小了磁數(shù)據(jù)存儲容量要求。通過對路徑進行唯一地址編號，從而確保路徑的唯一性，不會造成冗余重疊，提高路徑的精確性。

S4,在每一個離散直線段分段路徑上勻速行走，采集該離散直線段分段路徑中每一點的磁感應(yīng)強度平均值和磁場梯度數(shù)據(jù)，該磁感應(yīng)強度平均值和磁場梯度數(shù)據(jù)構(gòu)成磁地圖數(shù)據(jù)。以同一姿勢手持或AGV等設(shè)備搭載傳感器裝置，保持磁傳感器的X軸向前、Z軸向上的狀態(tài)，人體或者AGV勻速在離散直線段分段路徑上從起點走至終點，磁傳感器以較高速的采樣頻率，通常為50Hz或者50Hz以上的變頻進行數(shù)據(jù)采集，保證有充足的磁地圖數(shù)據(jù)，并將磁地圖數(shù)據(jù)存儲在單片機的EEPROM、硬盤、SD卡等數(shù)字化存儲介質(zhì)內(nèi)。

S5,將離散直線段分段路徑唯一地址編號和相應(yīng)的磁場地圖數(shù)據(jù)配對存儲，從而生成用于室內(nèi)導航的磁地圖。具體為：將每一離散直線段分段路徑上的磁地圖數(shù)據(jù)以采集測量時的時間為順序存儲為數(shù)據(jù)矩陣，并將該數(shù)據(jù)矩陣與直線段分段路徑唯一地址編號配對存儲。

通過本發(fā)明提供磁地圖生成方法，利用手機、平板電腦等常見電子設(shè)備或單獨作為外圍硬件設(shè)備的氣壓計傳感器獲取樓層高度信息，具有便捷、準確、廉價的優(yōu)點，能夠輔助AGV小車、盲人等對室內(nèi)導航的地圖需求。將室內(nèi)路徑在拐彎路口、十字形路口、T字形路口等分叉口進行離散直線段分段避免了不同完整行走路徑之間路徑重疊部分的重復測量，極大地減小了地圖繪制的工作量，節(jié)省了測量成本，解決了現(xiàn)有的磁地圖測量路徑冗余的問題。將復雜路徑在拓撲結(jié)構(gòu)上進行簡單的直線段離散唯一編碼，通過離散分段直線段和拐彎路口、十字形路口和T字形路口等分叉口不同順序的排列組合實現(xiàn)不同完整路徑，低了導航的復雜程度。

需要說明的是，以上所述并非是對本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。