一种基于虚实融合的导航地图构建方法与流程

1.本发明公开了一种基于虚实融合的导航地图构建方法，属于导航地图构建技术领域。


背景技术：

2.目前，商场、公园和城市道路的路口处大多设置交通导引牌以指示路口信息，为人们寻路提供信息支持。虽然这种寻路引导方式提供的信息量有限，无法进行导航引导，但是这种引导方式充分结合了人的感知判断能力，仅在需要人做方向选择的路口提供信息支持，实施简单，成本低廉。
3.随着导航技术发展，谷歌地图、百度地图和高德地图等常见电子地图都具有良好的户外导航功能，个别电子地图在特定物理区域已经具备室内导航能力。电子导航地图具有信息搜索、路径规划和导航引导能力。但是当用户终端的gps、wifi或蓝牙信号断开时，这些电子地图由于无法定位用户当前位置而导致导航能力失效，其根本原因在于在构建电子地图时，虚拟的地图坐标系与物理空间坐标系不统一。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有电子导航中虚拟地图坐标系与物理空间坐标系不统一造成导航系统过度依赖用户移动终端定位追踪能力的问题，充分借鉴交通导引牌寻路导引中仅在路口提供信息支持的思想，本发明提供一种基于虚实融合的导航地图构建方法。
5.技术方案：为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种虚实融合的导航地图构建方法包含地图信息表达能力生成和导航能力生成两个方面。本发明中所构建的导航地图中虚拟导航地图部分具有电子地图的属性，可以被配置成用户移动终端的导航app，与所示导航地图的物理载体部分相互配合才能完成导航引导任务。
7.根据本发明的第一个方面，一种导航地图构建方法的地图信息表达能力生成包括以下步骤：
8.步骤1，路口信息表示。需要人做方向选择的分岔路口被表示为有向图中的顶点。
9.步骤1.1，顶点集合构建。假设物理空间中总共有n个路口需要体现导航地图上，则顶点集合v(d)＝{v1,v2,
……vn
}代表了地图中各物理位置处的顶点。
10.步骤1.2，顶点信息定义。对于每一个顶点vi,i＝1,2,
……
,n其中包含编号和名字等与路口描述相关的信息。整张地图中，每个顶点的编号是唯一的。
11.步骤1.3，三维空间信息表示。本发明不仅适用于平面位置导航，还适用于空间立体导航。三维空间信息可以看成是二维平面信息在三维空间中的折叠。本发明的一种实施例方案中，楼层之间的导航就是空间立体导航，各楼层内的导航都是二维平面导航。楼层间通过楼梯、电梯等方式联通，各层楼梯口、电梯口等可被当作路口处理，在顶点集合中增加节点信息即可。
12.步骤2，道路信息表示。道路被表示成有向图的边。一条边由有向图中的一个有序顶点对来定义。
13.步骤2.1，边集合构建。假设从顶点v
p
到顶点vq能够通行，则有序顶点对(v
p
,vq)唯一确定一条边ej，即
14.ej＝(v
p
,vq)，其中p,q＝1,2,
……
,n且p≠q
15.假设可连通的有序顶点对共有k个，则j＝1,2,
……
,k。假设共有m条道路需要表示在地图上，则m≤k《n2。当k＝m时，表示所有道路都是单向通行；k《n2是因为在本发明的讨论过程中，认为每个路口无法与自身连接产生道路，对应于导航中的实际意义就是每个路口处方向信息并不会指向当前路口。
16.需要说明的是，有序顶点对(v
p
,vq)和(vq,v
p
)表示的含义并不相同，前者表示从顶点v
p
到顶点vq可连通，后者表示从顶点vq到顶点v
p
可连通，其对应的物理意义是从路口v
p
到vq可通行，后者表示从路口vq到路口v
p
可通行。
17.步骤2.2，边信息定义。对于每条边ej，其中包含编号、距离、名称等道路描述相关信息。整张地图中，每条边的编号是唯一的。
18.步骤3，路旁信息表示。路旁信息指的是位于道路两侧的所有用户可能去到的地理位置信息。
19.在本发明的一种实施方案中，在室外时路旁信息指的是道路两侧的楼宇建筑，室内时指的是商铺、洗手间等。
20.与道路信息一样，路旁信息也被记录在有向图的边中。记录规则是：沿着道路行走时，所有位于道路两侧的路旁信息都被记录在当前行走方向对应的边中，并且位于当前行进方向左侧的路旁信息被打上“左侧”标志，位于道路右侧的打上“右侧”标志。
21.步骤4，引导信息表示。引导信息被表示为箭头、文本、语音等指示方向选择的信息。
22.根据本发明的第二个方面，一种导航地图构建方法的导航能力生成包括以下步骤：
23.步骤1，信息搜索能力设计。给定任意节点或者边中部分名字信息，自动生成与给定名字信息相匹配的信息列表，供用户选择确认。
24.步骤2，路径规划能力设计。给定当前位置和目标位置后，自动计算最短路径方案，同时能够计算出途经的每个路口到目的的距离、方位等信息，为导航引导过程提供信息支持。
25.步骤3，导航引导能力设计。利用虚实融合技术，将导航地图与真实空间进行映射。导航引导的总体思想是将地图路口信息与路口信息的物理载体进行一一映射，用户在导航过程中通过终端设备运行所述导航地图的导航引导功能，从物理载体中解析出路口信息，借助信息搜索方法，确定当前位置；同时利用信息搜索方法设定目标位置，借助路径规划方法得到最短路径方案；根据最短路径中的当前路口信息和与当前路口连通的下一路口信息，加载相应的引导信息，最终实现导航引导。
26.步骤3.1，路口信息的物理载体设计。为了唯一标识每个分岔路口身份信息以及与其相连通的路口相对当前路口的方向信息，设计不同的路口信息的物理载体，其中的信息可被用户借助终端设备运行所属导航地图的导航引导功能解析获取。在本发明的一种实施
方案中，这样的物理载体是二维码。
27.步骤3.2，路口信息的物理载体设置。根据所述物理载体中包含的方向信息，在每个路口合适位置处放置物理载体。
28.步骤3.3，路口信息物理载体有效性验证。为了验证物理载体在实际路口的位置和包含的方向信息是否正确，利用终端设备运行所术导航引导功能，解析物理载体中的信息，与实际路口信息进行核对。
29.本发明基于虚实融合的地图构建方法，是将传统意义上的地图信息与物理空间中的信息载体进行融合，最终得到的导航地图是不仅包括虚拟的地图信息也包括物理载体信息。物理载体中承载虚拟地图信息，虚拟地图信息与物理载体一一对应，二者互相融合，缺一不可。
30.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
31.与现有路标引导相比，本发明提出的一种基于虚实融合的导航地图构建方法具有路径规划、信息搜索和主动引导能力，减轻了人在寻路过程中对大量信息的处理负荷。
32.与现有电子地图导航相比，本发明提出的一种基于虚实融合的导航地图构建方法不依赖gps、wifi或蓝牙信号进行定位，不仅可以应用于室外导航还可以应用于室内导航；
33.与现有电子地图导航相比，本发明所述方法的导引功能仅在人需要做方向选择的路口提供方向判断支持，行进过程中人根据路口处获得的导引信息，结合自身的感知决策能力判断是否到达目的地，无需实时导航，从而简化导航地图构建过程。
附图说明
34.图1为街区和道路示意图。
35.图2为街区道路拓扑图和有向图示意。
36.图3为图1中商场内部楼层示意图。
37.图4为图3中商场楼层三维空间拓扑向二维平面拓扑展开的示意图。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.实施例
40.一种虚实融合的导航地图构建方法包含地图信息表达能力生成和导航能力生成两个方面。本实施例中所构建的导航地图中虚拟导航地图部分具有电子地图的属性，可以被配置成用户移动终端的导航app，与所示导航地图的物理载体部分相互配合才能完成导航引导任务。如图1所示，街区内包含学校、居民区a、商场、公园和居民区b，虚线表示当前街区和外部道路连通。
41.一种导航地图构建方法的地图信息表达能力生成包括以下步骤：
42.步骤1，路口信息表示。需要人做方向选择的分岔路口被表示为有向图中的顶点。如图2所示，1号顶点处是一个道路转折点，无需人做选择，因此不会被设置为有向图顶点，本例仅关注当前街区内的道路信息，因此虚线代表的道路信息在后续讨论中不再出现。
43.步骤1.1，顶点集合构建。整个街区中总共有8个路口需要体现导航地图上，则顶点集合v(d)＝{2,3,4,5,6,7,8,9}代表了街区地图中各路口处的顶点。
44.步骤1.2，顶点信息定义。对于每一个顶点vi,i＝1,2,
……
,8其中包含编号和名字等与路口描述相关的信息。整张地图中，每个顶点的编号是唯一的。
45.步骤1.3，三维空间信息表示。商场内部导航就需要在地图中表示三维空间信息，如图3所示，其中虚线代表各楼层之间以楼梯或者电梯方式连通。三维空间信息可以看成是二维平面信息在三维空间中的折叠，把各层楼梯口、电梯口等被当作路口处理，原本位于d层上方的s层各节点和道路信息可以展开成与d层同一平面ω内的信息，在构建顶点信息时只需要在顶点集合中增加电梯与楼梯节点信息即可，如图4所示。
46.步骤2，道路信息表示。道路被表示成有向图的边。一条边由有向图中的一个有序顶点对来定义。
47.步骤2.1，边集合构建。图2中所有有序顶点对集合为：
[0048][0049]
以上有序顶点对构成图2中街区道路的全部有向边，共有26条有向边。
[0050]
优选地，这样的有向边在计算机中被表示为矩阵或链表。以下以矩阵表示为例：
[0051][0052]
矩阵中每个元素下标是图2中所有路口顶点编号的有序顶点对所有组合。
[0053]
对于直接相连通的路口，比如顶点5和6，有e
5,6
＝(5,6)，e
6,5
＝(6,5)其他顶点同理。
[0054]
对于不直接连通的路口，比如顶点5和7，有e
5,7
＝e
7,5
＝∞，其中∞表示路口5和7不直接连通。
[0055]
对于矩阵中对角线元素，其处理方法同不直接连通路口。
[0056]
步骤2.2，边信息定义。对于有序顶点对集合e中每个元素ej，其中包含编号、距离、名称等道路描述相关信息。整张地图中，每条边的编号是唯一的。
[0057]
步骤3，路旁信息表示。路旁信息指的是位于道路两侧的所有用户可能去到的地理位置信息。在本实施例中，在室外时路旁信息指的是道路两侧的楼宇建筑，如学校、居民区a和居民区b等，室内时指的是商场、洗手间等。
[0058]
与道路信息一样，路旁信息也被记录在有向图的边中。记录规则是：沿着道路行走
时，所有位于道路两侧的路旁信息都被记录在当前行走方向对应的边中，并且位于当前行进方向左侧的路旁信息被打上“左侧”标志，位于道路右侧的打上“右侧”标志。例如：有序顶点对(5,6)构成的有向边对应的路旁信息是“学校”和“商场”，而“学校”在这条有向边的左侧，商场在这条有向边的右侧，因此，在这条有向边中“学校”信息会被打上“左侧”标志，“商场”信息会被打上“右侧”标志。
[0059]
步骤4，引导信息表示。引导信息被表示为箭头、文本、语音等指示方向选择的信息。
[0060]
一种导航地图构建方法的导航能力生成包括以下步骤：
[0061]
步骤1，信息搜索能力设计。给定任意节点或边中包含的部分名字信息，可选地，采用深度优先有向图搜索算法生成与给定信息相匹配的顶点和边信息列表，供用户选择确认。
[0062]
步骤2，路径规划能力设计。在给定当前位置和目标位置后，可选地，采用迪克斯特拉算法，计算最短路径方案，同时能够计算出途经的每个路口到目的的距离、方位等信息，为导航引导过程提供信息支持。
[0063]
步骤3，导航引导能力设计。利用虚实融合技术，将导航地图与真实空间进行映射。导航引导的总体思想是将地图路口信息与路口信息物理载体进行一一映射，用户在导航过程中通过终端设备运行所述导航地图的导航引导功能，从物理载体中解析出路口信息，借助信息搜索方法，确定当前位置；同时利用信息搜索方法设定目标位置，借助路径规划方法得到最短路径方案；根据最短路径中的当前路口信息和与当前路口连通的下一路口信息，加载相应的引导信息，最终实现导航引导。
[0064]
步骤3.1，路口信息的物理载体设计。为了唯一标识每个分岔路口身份信息以及与其相连通的路口相对当前路口的方向信息，设计不同的路口信息的物理载体，其中的信息可被用户借助终端设备运行所属导航地图的导航引导功能解析获取。在本实施例中采用二维码作为路口信息物理载体。
[0065]
步骤3.2，路口信息的物理载体设置。可选地，在每条路接近路口处的地面、路灯杆或墙壁等地方对应张贴二维码，需注意防损保护。
[0066]
步骤3.3，路口信息物理载体有效性验证。为了验证二维码在实际路口的位置和包含的方向信息是否正确，利用终端设备运行所述导航地图app的引导功能，解析二维码中的信息，与实际路口信息进行核对。
[0067]
另外，本发明中未作详细阐明的技术是本领域公知技术，如有向图搜索算法、最短路径规划算法等。
[0068]
最后应说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明将地图虚拟信息与物理信息融合构建导航地图前提下，还可以做出若干改进或同等替换，这些改进和等同替换也应视为本发明的保护范围。