本發(fā)明涉及室內定位與導航技術領域，尤其涉及一種適用于視力障礙者的室內定位導航方法及系統(tǒng)。

背景技術：

目前我國視力障礙人者數量已經超過1000萬，而且這個數字還這增長。視力障礙者數量那么多，為什么我們日常生活中見到的卻很少？因為他們真的不敢出門。幾乎所有的公共設施，對視力障礙者都談不上友善。由于設施和交通的不友善，如果沒有人陪同，視力障礙者可以說是寸步難行。所以，他們出門，是需要人帶的。這給出門增加了不少成本，不只是金錢成本。我們不僅僅應該要求政府繼續(xù)出臺更加完備的政策和法規(guī)，或者制造出更多有利于視力障礙者日常生活的產品。視力障礙人群如此之龐大，應該得到社會各界人士的關愛和照顧。作為普通人，我們自身也應該為殘疾人做些力所能及的事情。

怎樣順利的行走至目的地，對于普通人來說是一件輕而易舉的事情，但對于視力障礙者，卻是他們面臨的一個重大問題。我國的大部分建筑都沒有考慮到視力障礙者這個特殊的群體而進行設計。這導致他們無法獨立地生活，甚至是安全地行走。雖然目前市面有不少針對視力障礙人群導航的產品，但它們存在很大的缺點，尚未能滿足視力障礙者日常生活需求。

技術實現要素：

本發(fā)明提供了一種適用于視力障礙者的室內定位導航方法，用戶終端執(zhí)行如下步驟：

環(huán)境數據接收步驟，用于接收環(huán)境探測單元采集到的環(huán)境數據；

二維布局圖請求發(fā)送步驟，檢測建筑物對應的一個或多個wifi，并使用wifi對應的路由器的mac地址向服務器發(fā)送請求，請求給出此建筑物的二維布局圖；

定位步驟，接收服務器發(fā)送的二維布局圖，通過二維布局圖結合用戶移動數據計算出用戶的當前位置，語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去的目的地；

導航步驟，接收用戶說出的目的地語音指令，聯合用戶當前位置和目的地，使用路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線，并為用戶進行語音導航，在語音導航過程中，當環(huán)境探測單元檢測到障礙物時，接收環(huán)境探測單元發(fā)送的有障礙物數據信息，并且語音提示用戶繞開障礙物。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述定位步驟中，根據二維布局圖和用戶當前環(huán)境信息使用slam定位算法進行初步的室內定位信息，然后采用wifi和慣性單元對初步的室內定位信息進一步進行校準，從而得到用戶在二維布局圖上的位置。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述導航步驟中，使用dijkstra路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線；在所述導航步驟中，用戶依照給定線路行走過程中，根據慣性單元以及用戶在地圖上的位移，計算出用戶平均一個步伐距離，從而通過步數引導用戶前行。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)境探測單元包括：

激光雷達單元，用于探測用戶周圍的環(huán)境；

障礙檢測單元，用于檢測激光雷達單元檢測盲區(qū)內，位于用戶前方的障礙物。

作為本發(fā)明的進一步改進，手持式設備采用移動式激光雷達采集建筑物內部結構數據，利用即時定位與布局重構技術獲取該建筑物的室內二維布局圖，并使之關聯到一個或多個wifi路由器的mac地址，然后將該二維布局圖數據以及關聯的mac地址上傳保存至服務器。

本發(fā)明還提供了一種適用于視力障礙者的室內定位導航系統(tǒng)，用戶終端執(zhí)行如下模塊：

環(huán)境數據接收模塊，用于接收環(huán)境探測單元采集到的環(huán)境數據；

二維布局圖請求發(fā)送模塊，用于檢測建筑物對應的一個或多個wifi，并使用wifi對應的路由器的mac地址向服務器發(fā)送請求，請求給出此建筑物的二維布局圖；

定位模塊，用于接收服務器發(fā)送的二維布局圖，通過二維布局圖結合用戶移動數據計算出用戶的當前位置，語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去的目的地；

導航模塊，用于接收用戶說出的目的地語音指令，聯合用戶當前位置和目的地，使用路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線，并為用戶進行語音導航，在語音導航過程中，當環(huán)境探測單元檢測到障礙物時，接收環(huán)境探測單元發(fā)送的有障礙物數據信息，并且語音提示用戶繞開障礙物。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述定位模塊中，根據二維布局圖和用戶當前環(huán)境信息使用slam定位算法進行初步的室內定位信息，然后采用wifi和慣性單元對初步的室內定位信息進一步進行校準，從而得到用戶在二維布局圖上的位置。

作為本發(fā)明的進一步改進，在所述導航模塊中，使用dijkstra路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線；在所述導航模塊中，用戶依照給定線路行走過程中，根據慣性單元以及用戶在地圖上的位移，計算出用戶平均一個步伐距離，從而通過步數引導用戶前行。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)境探測單元包括：

激光雷達單元，用于探測用戶周圍的環(huán)境；

障礙檢測單元，用于檢測激光雷達單元檢測盲區(qū)內，位于用戶前方的障礙物。

作為本發(fā)明的進一步改進，手持式設備采用移動式激光雷達采集建筑物內部結構數據，利用即時定位與布局重構技術獲取該建筑物的室內二維布局圖，并使之關聯到一個或多個wifi路由器的mac地址，然后將該二維布局圖數據以及關聯的mac地址上傳保存至服務器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明適用于各類用戶人群，尤其對視力障礙人群具有很好的輔助作用，值的推廣應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的手持式設備結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的提供商的使用流程圖。

圖3是本發(fā)明的一般用戶的使用流程圖。

具體實施方式

在本發(fā)明中，針對用戶有兩類：提供商和一般用戶，一般用戶中包括視力障礙用戶。

提供商采用手持式設備掃描建筑物內部，得到該建筑物對應的二維布局圖并且使之與該建筑物的一個或多個wifi路由器的mac地址關聯起來，然后操作該手持式設備，將二維布局圖以及關聯的mac地址通過公有網絡發(fā)送到云服務器中保存起來。

如圖1所示，手持式設備包括移動式激光雷達系統(tǒng)、wifi模塊和4g移動通信模塊，手持式設備采用移動式激光雷達采集建筑物內部結構數據，利用即時定位與布局重構技術獲取該建筑物的室內二維布局圖，并使之關聯到一個或多個wifi路由器mac地址，然后將該布局圖數據以及關聯的mac地址上傳保存至云服務器端。為了便于室內定位與導航服務的提供商使用，所以制作成手持式的設備，當然也將手持式設備制作成可以掛載到一些智能設備上部件，例如掛載到遙控車、無人機等。如此一來，實施者只需手持著該設備采集建筑物內部結構數據，或者讓掛載了該部件的智能設備去采集建筑物內部結構數據而不需實施者親自去。由于移動式激光雷達系統(tǒng)能采集到建筑物內部結構數據，而且重量適中，故本實施例采用它。另外，為了所采集到的二維布局圖，與該建筑物的wifi路由器的mac地址關聯起來，本實施例為這個手持式設備附帶wifi模塊。之所以將它們關聯起來，是因為當用戶進入一個建筑物的時候，通過檢測這個建筑內wifi路由器的mac地址，然后依據這個地址找到該建筑物對應的二維布局圖。本實施例中才采用亞馬遜云服務器，而不采用本地服務器。當然，也可以使用其他云服務器提供商提供的云服務。為了將數據發(fā)送到云服務器中，本實施例為這個手持式設備附帶一個4g移動通信模塊，使其可以利用4g移動通信技術與云服務器通信。當然，此設備也可直接利用能連接到公網的wifi來與云服務器通信。

一般用戶使用的是用戶終端，用戶終端可以是安裝有應用程序的智能手機、平板電腦等電子設備。環(huán)境探測單元包括激光雷達單元和障礙檢測單元，激光雷達單元戴在用戶的肩部，形成肩戴式設備；障礙檢測單元戴在用戶的小腿位置，形成小腿戴式設備。用戶拿到用戶終端、及攜帶肩戴式設備和小腿戴式設備步入建筑物內，用戶終端會用語音提示用戶現在所處的位置，接著用戶可使用語音給出想去的目的地，接著用戶終端會用語音提示用戶如何步行到目的地。當用戶使用了本技術一定時間后，本技術會計算出用戶一個步伐的大小，因此在語音提示用戶的時候，可以使用步伐作為距離的單位。如此一來，語音提示對于視力障礙用戶來說，會更加友好。

肩戴式設備和小腿戴式設備都是利用藍牙技術與用戶的智能手機連接，以便進行數據通信。這個肩戴式設備利用激光雷達系統(tǒng)掃描用戶四周的環(huán)境，并將獲取的環(huán)境探測數據傳送至用戶終端。這里所采用的激光雷達的掃描范圍是一個水平的，以它自身為中心的360度平面。由于用戶的脖子會遮擋一部分的掃描，所以其掃描水平角度大約在180度和270度范圍內，而不會達到360度。但是本實施例中采取的slam算法并不要求掃描的角度達到360度。小腿戴式設備采用基于飛行時間原理的深度攝像頭檢測用戶的前方的且位于肩戴式設備掃描盲區(qū)內的障礙物。當檢測前方的障礙物阻礙用戶行走時，它會向用戶終端發(fā)送警報信息，然后用戶終端向用戶發(fā)出語音警報。

本發(fā)明公開了一種適用于視力障礙者的室內定位導航方法，用戶終端執(zhí)行如下步驟：

環(huán)境數據接收步驟，用于接收環(huán)境探測單元采集到的環(huán)境數據；

二維布局圖請求發(fā)送步驟，檢測建筑物對應的一個或多個wifi，并使用wifi對應的路由器的mac地址向服務器發(fā)送請求，請求給出此建筑物的二維布局圖；

定位步驟，接收服務器發(fā)送的二維布局圖，通過二維布局圖結合用戶移動數據計算出用戶的當前位置，語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去的目的地；

用戶移動數據是指用戶終端中的慣用單元所采集的數據。

導航步驟，接收用戶說出的目的地語音指令，聯合用戶當前位置和目的地，使用路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線，并為用戶進行語音導航，在語音導航過程中，當環(huán)境探測單元檢測到障礙物時，接收環(huán)境探測單元發(fā)送的有障礙物數據信息，并且語音提示用戶繞開障礙物。

在所述定位步驟中，根據二維布局圖和用戶當前環(huán)境信息使用slam(simultaneouslocalizationandmapping)定位算法進行初步的室內定位信息，然后采用wifi和慣性單元對初步的室內定位信息進一步進行校準，從而得到用戶在二維布局圖上的位置。具體為，肩戴式設備所采集的環(huán)境探測數據使用slaw算法為用戶進行初步的室內定位，然后采用wifi與慣性單元室內定位技術對這個定位進行進一步的校準，以提高定位精度。

在所述導航步驟中，使用dijkstra路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線；在所述導航步驟中，用戶依照給定線路行走過程中，根據慣性單元以及用戶在地圖上的位移，計算出用戶平均一個步伐距離，從而通過步數引導用戶前行。

通過用戶終端的慣用單元在用戶步行時的變化，區(qū)分出用戶在步行一定時間內的步伐數，與此同時，應用程序會記錄用戶在此段時間內的步行路程，然后結合兩者計算出用戶平均一個步伐的距離大小。

一般用戶的使用流程如下：1.當用戶戴上并啟動肩戴式和小腿戴式設備，啟動本應用程序后，此應用程序掃描附近設備并自動進行藍牙連接，然后肩戴式和小腿戴式設備不斷向智能手機發(fā)送各自采集到的數據；2.應用程序接收這些數據，并檢測用戶所在的建筑物對應的一個或多個wifi，并使用這些wifi對應的路由器的mac地址向云服務器單元發(fā)送請求，請求給出此建筑物的二維布局；3.云服務器收到這個請求后，返回這mac地址對應的二維布局圖，這個二維布局圖即為這個建筑物的二維布局圖；4.此應用程序收到這個二維布局圖后，聯合肩戴式設備采集到的數據和用戶移動數據，計算出用戶的當前位置，接著語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去到的目的地；5.用戶說出想要去到的目的地；6.此應用程序接收到這個命令，聯合用戶當前位置和目的地，使用路線規(guī)劃算法，計算出一條最優(yōu)的路線，并為用戶進行語音導航。在語音導航的過程中，由于小腿戴式設備會不斷檢測用戶前方的且位于肩戴式設備掃描盲區(qū)內的障礙物，當發(fā)現障礙物，這個應用程序會給出相應的提示；此外應用程序還會計算出用戶平均一個步伐的大小。

本發(fā)明還公開了一種適用于視力障礙者的室內定位導航系統(tǒng)，包括用戶終端執(zhí)行如下模塊：

環(huán)境數據接收模塊，用于接收環(huán)境探測單元采集到的環(huán)境數據；

二維布局圖請求發(fā)送模塊，用于檢測建筑物對應的一個或多個wifi，并使用wifi對應的路由器的mac地址向服務器發(fā)送請求，請求給出此建筑物的二維布局圖；

定位模塊，用于接收服務器發(fā)送的二維布局圖，通過二維布局圖結合用戶移動數據計算出用戶的當前位置，語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去的目的地；

定位模塊，用于接收服務器發(fā)送的二維布局圖，通過二維布局圖結合用戶移動數據計算出用戶的當前位置，語音提示用戶現在的位置，并且詢問用戶想要去的目的地；

在所述定位模塊中，根據二維布局圖和用戶當前環(huán)境信息使用slam定位算法進行初步的室內定位信息，然后采用wifi和慣性單元對初步的室內定位信息進一步進行校準，從而得到用戶在二維布局圖上的位置。

在所述導航模塊中，使用dijkstra路線規(guī)劃算法計算出一條最優(yōu)的路線；在所述導航模塊中，用戶依照給定線路行走過程中，根據慣性單元以及用戶在地圖上的位移，計算出用戶平均一個步伐距離，從而通過步數引導用戶前行。

室內定位導航系統(tǒng)包括：手持式設備采用移動式激光雷達采集建筑物內部結構數據，利用即時定位與布局重構技術獲取該建筑物的室內二維布局圖，并使之關聯到一個或多個wifi路由器的mac地址，然后將該二維布局圖數據以及關聯的mac地址上傳保存至云服務器。

本發(fā)明適用于各類用戶人群，尤其對視力障礙人群具有很好的輔助作用，值的推廣應用。

綜上，在本發(fā)明中，提供商(如商城等)預先采用便攜式激光雷達采集建筑物內部結構數據，利用即時定位與布局重構技術計算該建筑物的室內二維布局圖，并將該布局圖上傳至服務器端(包括本地服務器或者云服務器)；2.用戶使用環(huán)境探測單元和用戶終端(包括智能設備)，對其當前所處的室內環(huán)境進行探測和感知，并利用智能設備獲取用戶的移動信息，然后將相應數據上傳到服務器端或者從服務器端獲取到所處建筑的室內布局地圖；3.服務器或者本地智能設備利用用戶上傳/獲取到的環(huán)境探測數據和用戶移動數據，采用即使即時定位和地圖重構算法計算當前的環(huán)境布局，并結合已有室內二維布局圖獲取用戶當前的室內位置。同時，結合用戶移動數據，采用閉環(huán)反饋的方式對位置進行進一步地校準，以提高定位精度；4.根據用戶提供的目的位置，采用路徑規(guī)劃算法計算最優(yōu)路線，并利用交互單元引導用戶走向目的地，從而完成導航任務。對比已有室內定位和導航技術，本發(fā)明將慣性導航技術和即時定位與地圖重構技術相結合，改善了已有室內導航技術的不足，提高了導航的精度和可靠性。

以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。