一種面向室內(nèi)導(dǎo)航的動態(tài)路徑生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種面向室內(nèi)導(dǎo)航的動態(tài)路徑生成方法，屬于室內(nèi)定位導(dǎo)航與位置服 務(wù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，辦公樓、購物中心以及機(jī)場、地鐵站 等大型建筑物日益增多。有研究表明，人們絕大部分時間都處在室內(nèi)空間。另一方面，隨著 移動互聯(lián)網(wǎng)、新一代地理信息系統(tǒng)（GIS)、基于位置的服務(wù)（LBS)及普適計算、物聯(lián)網(wǎng)等技 術(shù)的興起與快速發(fā)展，人們對基于位置的室內(nèi)移動信息服務(wù)需求與日倶增，如室內(nèi)定位導(dǎo) 航、商場移動導(dǎo)購、室內(nèi)移動社交服務(wù)等。室內(nèi)定位、導(dǎo)航與位置服務(wù)技術(shù)越來越受到人們 的關(guān)注。
[0003] 與開放的室外空間相比，由于室內(nèi)環(huán)境在空間布局、拓?fù)?、環(huán)境限制、空間約束等 方面更加復(fù)雜，使得現(xiàn)有基于GPS的室外導(dǎo)航位置服務(wù)技術(shù)無法完全適用于室內(nèi)環(huán)境。室 內(nèi)空間路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與室外道路網(wǎng)存在較大差異，如室內(nèi)房間、走廊、大廳等實體之間 通過門相連通并且具有三維特性，使得傳統(tǒng)的笛卡爾距離和道路網(wǎng)路徑距離計算方法不再 適用于計算精細(xì)的室內(nèi)空間路徑距離。此外，傳統(tǒng)的導(dǎo)航應(yīng)用中一般都采用靜態(tài)路徑規(guī)劃 算法來計算導(dǎo)航路徑。盡管一些較為先進(jìn)的室內(nèi)導(dǎo)航算法在計算路徑是考慮了人員的移動 速度、導(dǎo)航類型、道路安全性等環(huán)境因素來提供實時的路徑規(guī)劃，但缺乏一種有效的方法從 室內(nèi)空間信息中所包含的幾何和語義中動態(tài)構(gòu)建、更新路徑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如在門的開關(guān) 及火災(zāi)蔓延等影響下動態(tài)構(gòu)建和更新路徑網(wǎng)絡(luò)），難以滿足動態(tài)自適應(yīng)的室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用需 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種室內(nèi)空間拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的表達(dá)方法，通 過充分利用門在室內(nèi)環(huán)境中的特殊性質(zhì)，如門能連接兩個獨(dú)立的空間單元，使其連通，表達(dá) 房間與房間之間的連通關(guān)系；本發(fā)明還提供了一種基于門狀態(tài)觸發(fā)器的動態(tài)導(dǎo)航路徑生成 方法，能夠根據(jù)室內(nèi)環(huán)境中的動態(tài)語義信息捕獲到門的狀態(tài)信息，從而動態(tài)的更新室內(nèi)導(dǎo) 航拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。
[0005] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的核心技術(shù)方案是：提供了一種面向室內(nèi)導(dǎo)航的 動態(tài)路徑生成方法，包括以下步驟：
[0006] (1)在室內(nèi)場景中部署用于捕獲門狀態(tài)信息的門狀態(tài)觸發(fā)器，每一扇門對應(yīng)一個 門狀態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)室內(nèi)場景的建筑組件之間的空間約束構(gòu)建連通圖；
[0007] (2)設(shè)置更新間隔時間，在連通圖上設(shè)置終止點；在每個間隔時間，執(zhí)行步驟（3) 至步驟（5)，直到到達(dá)終止點；
[0008] (3)從各個門狀態(tài)觸發(fā)器獲取其對應(yīng)門的門狀態(tài)信息，根據(jù)獲取到的門狀態(tài)信息 對當(dāng)前門的上一時刻，即第n時刻的狀態(tài)0"進(jìn)行更新，得到當(dāng)前時刻，即第n+1時刻的狀態(tài) Dn+1:gDn為"關(guān)"狀態(tài)，獲取的門狀態(tài)信息為"開"狀態(tài)，則Dn+1為"開"狀態(tài)；若D"為"開" 狀態(tài)，獲取的門狀態(tài)信息為"關(guān)"狀態(tài)，則Dn+1為"關(guān)"狀態(tài)；
[0009] (4)根據(jù)門狀態(tài)信息更新連通圖，若門的狀態(tài)為"關(guān)"狀態(tài)，則刪除該門所映射的連 通圖中的邊；若門的狀態(tài)為"開"狀態(tài)，則添加該門所映射的連通圖中的邊；
[0010] (5)以當(dāng)前位置在連通圖上的位置作為起始點，利用路徑規(guī)劃算法在連通圖中計 算得到最優(yōu)導(dǎo)航路徑。
[0011] 步驟（1)所述的建筑組件包括房間、走廊和門。
[0012] 步驟（1)所述根據(jù)室內(nèi)場景的建筑組件之間的空間約束構(gòu)建連通圖，具體包括以 下過程：
[0013] 對于由門隔開的兩個房間，將房間抽象成節(jié)點，將房間之間的門抽象成邊；
[0014] 對于與房間相連的走廊，將房間抽象成節(jié)點，將門抽象成邊，將走廊劃分為一組順 走廊前進(jìn)方向依次相連的空間單元，一個空間單元至少與一個房間通過門相連，每個空間 單元抽象為一個節(jié)點，空間單元抽象成的節(jié)點通過門抽象成的邊與房間連接；相鄰的空間 單元之間增加虛擬門，使空間單元抽象成的節(jié)點之間通過虛擬門抽象成的邊連接；
[0015] 所有節(jié)點構(gòu)成節(jié)點的集合V，所有邊構(gòu)成邊的集合E，所有門和虛擬門構(gòu)成 門的集合Sdoor，所有邊集合與門集合之間的映射關(guān)系表示為/Zw，構(gòu)建連通圖
[0016] 步驟（1)中，所述門狀態(tài)觸發(fā)器包括用于開門的指紋傳感器，當(dāng)行人進(jìn)行指紋刷 卡身份識別成功時，該指紋傳感器對應(yīng)的門的狀態(tài)為"開"。
[0017] 步驟（1)中，所述門狀態(tài)觸發(fā)器包括用于感知災(zāi)情狀況的煙霧傳感器，當(dāng)煙霧傳 感器感檢測到的煙霧濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，該煙霧傳感器對應(yīng)的門的狀態(tài)為"關(guān)"。
[0018] 步驟（5)所述的路徑規(guī)劃算法為網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展路徑規(guī)劃算法。
[0019] 本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于：
[0020] (1)本發(fā)明針對室內(nèi)空間中建筑物組件之間的拓?fù)浼s束這一突出問題，利用室內(nèi) 空間中門的連接屬性這一特性，提供了一種室內(nèi)空間中連通圖的構(gòu)建方法，能夠很好的對 室內(nèi)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行表達(dá)；
[0021] (2)本發(fā)明通過部署門狀態(tài)觸發(fā)器，能夠?qū)崟r捕獲室內(nèi)空間中能影響門開關(guān)狀態(tài) 的動態(tài)語義信息，從而可以實時更新室內(nèi)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)；
[0022] (3)本發(fā)明通過實時更新室內(nèi)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，能夠獲得動態(tài)的導(dǎo)航路徑，可以使其應(yīng)用 到火災(zāi)等緊急情況導(dǎo)航系統(tǒng)中；
[0023] (4)本發(fā)明將走廊劃分為一組空間單元，空間單元之間增加虛擬門連接，可以更準(zhǔn) 確的表達(dá)出室內(nèi)空間單元之間的連通關(guān)系，其中提出的"虛擬門"概念增強(qiáng)了室內(nèi)空間的靈 活性，有利于提供更精確的室內(nèi)導(dǎo)航路徑，使底層連通圖更加精確，由于執(zhí)行劃分僅與走廊 相連的門數(shù)量線性相關(guān)，并且并沒有增加算法的復(fù)雜性，使得在保證一定算法復(fù)雜度的情 況下提高了室內(nèi)導(dǎo)航的動態(tài)路徑的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；將走廊進(jìn)行劃分，可以更準(zhǔn)確的表達(dá) 出室內(nèi)空間單元（房間）之間的連通（連接）關(guān)系；同時，本發(fā)明將走廊進(jìn)行劃分，能夠提 供更精確的室內(nèi)導(dǎo)航路徑，假設(shè)一個火災(zāi)場景，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在走廊空間時，若將走廊抽象為 一個節(jié)點，則無法為與走廊連接的房間提供導(dǎo)航路徑，因為走廊是不可通過的；若將走廊抽 象為一系列相鄰接的節(jié)點，則只有火災(zāi)發(fā)生地所在的走廊子空間單元是不連通的，仍然可 以提供導(dǎo)航路徑；
[0024] (5)本發(fā)明最后利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展算法，采用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展更新機(jī)制，通過實時的位置信息 及動態(tài)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)更新上一次迭代時生成的搜索樹，最后通過搜索樹直接得到導(dǎo)航路徑，避 免了每次路徑規(guī)劃都重新計算，減少了動態(tài)路徑規(guī)劃的時空復(fù)雜度，提供更高效的動態(tài)導(dǎo) 航生成方法。
【附圖說明】
[0025] 圖1是拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)表達(dá)的連通圖。
[0026] 圖2是動態(tài)路徑生成方法流程圖。
[0027] 圖3是0"時刻的連通圖。
[0028] 圖4是Dn+1時刻的連通圖。
[0029] 圖5是由建筑組件示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031] 本發(fā)明提供了一種面向室內(nèi)導(dǎo)航的動態(tài)路徑生成方法，參照圖2,包括以下步驟：
[0032] (1)在室內(nèi)場景中部署用于捕獲門狀態(tài)信息的門狀態(tài)觸發(fā)器，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，所 述傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié) 點通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0033] 每一扇門對應(yīng)一個門狀態(tài)觸發(fā)器。本實施例的實際場景中部署的門狀態(tài)觸發(fā)器主 要分為兩類：煙霧傳感器和指紋傳感器（用于指紋刷卡門禁系統(tǒng)）。部署在門附近的指紋傳 感器負(fù)責(zé)監(jiān)控門的開關(guān)狀態(tài)；部署在房間及走廊內(nèi)部的煙霧傳感器用以檢測火災(zāi)的發(fā)生。 通過這兩類門狀態(tài)觸發(fā)器及部署在各處的TP-Link無線AP構(gòu)建出一套用以監(jiān)測門狀態(tài)信 息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；利用這套傳感器網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測門的狀態(tài)，從而實時更新拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)連通圖， 用以支持動態(tài)的導(dǎo)航路徑生成。
[0034] 根據(jù)室內(nèi)場景的建筑組件之間的空間約束構(gòu)建連通圖；所述的建筑組件包括房 間、走廊和門；構(gòu)建連通圖具體包括以下步驟：
[0035] 對于由門隔開的兩個房間，將房間抽象成節(jié)點，將房間之間的門抽象成邊；
[0036] 對于與房間相連的走廊，將房間抽象成節(jié)點，將門抽象成邊，將走廊劃分為一組順