[发明专利]一种基于空间信息模型与实时图像比对的定位导航方法

说明书

本发明提供了一种基于空间信息模型与实时图像比对的定位导航方法，它将空间信息模型进行全空间、全方位网格剖分，并进行所有节点和视角的模型图像特征提取，记入位置信息表；然后获取移动物体当前位置和视角下的实景图像，并进行实景图像特征提取，将提取的图像特征与位置信息表记录进行匹配检索，得到移动物体当前位置和视角信息。本发明利用工程建设竣工提供的空间信息模型可进行复杂室内建筑物的定位和导航，定位精度更高，建设成本低，导航更加立体、直观。本发明打破了室内、室外两种定位导航技术互相隔离的现状，统一数据源和统一技术实现了室内外定位导航的一体化应用。

技术领域

本发明涉及定位导航技术领域，具体涉及一种基于空间信息模型与实时图像比对的定位导航方法。

背景技术

随着GPS、北斗等卫星导航技术以及移动设备、无线通讯技术的快速发展，给公众出行带来了极大便利，一定程度上了解决了室内、室外定位导航需求，但室内、室外导航互相隔离，尚未形成室内外一体化应用的定位导航解决方案。室外定位导航地图如高德、百度等随着用户群的积累，紧跟城市的发展变化，地图内容不断得到更新，但在精确定位上受制于导航定位技术特点，易出现信号偏移和噪声干扰，出现导航方向错误等情况。室内定位导航目前主要应用于医院、综合商场、大型场馆等，室内地图由于各自建设，资源互不共享，目前未形成公众版室内地图服务。室内定位技术如Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，其定位精度与建设成本投入存在高关联性，因此高精度的室内定位目前更多停留在理论层面，实际建设投入较少。

随着工程BIM和城市CIM技术的发展，工程竣工数字化移交并汇聚了大量三维可视化的空间信息模型，逐渐兴起数字孪生城市建设，虚拟世界与现实世界相互映射、同生共长，为发展室内外一体化公众版三维地图的推出提供了可能性，可以进一步丰富室外地图内容，弥补室内地图空白。此外，结合已有空间信息模型，将图像比对技术引入定位导航，可以有效节省室内定位硬件成本投入，提高室内定位和定向精度，解决室内外定位导航一体化问题。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种适合于室内外一体化应用的定位导航方法。其技术方案为：

一种基于空间信息模型与实时图像比对的定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将空间信息模型进行全空间、全方位网格剖分，并进行所有节点和视角的模型图像特征提取，记入位置信息表；

S2、获取移动物体当前位置和视角下的实景图像，并进行实景图像特征提取，将提取的图像特征与位置信息表记录进行匹配检索，得到移动物体当前位置和视角信息；

S3、利用移动物体当前位置、视角信息和目标位置信息，进行当前时刻的路径导航规划；

S4、循环重复S2、S3步骤，进行后续时刻的路径导航跟踪、调整，直至目标位置到达后终止。

优化的，在步骤S1中，理论上可以将空间信息模型进行无限剖分，实际会根据空间特征的显著程度、定位导航的约束条件和精度需求，在移动物体可能发生的位置和视角范围内进行有限精度的剖分，减少位置信息表中记录的数量，加快有效信息提取速度。

优化的，在步骤S1中，空间信息模型是由工程改造或新建完工时同步在电脑中生产的三维可视化模型，覆盖室内模型和室外模型。模型图像特征提取自空间信息模型中地形地貌、土建结构、机电设备、固定装饰对象反映在定位视角图像上的长期稳定特征，不包含空间内的人员、移动物体、植物生长的动态变化特征，确保位置信息表长期有效。

优化的，在步骤S1中，位置信息表由一一对应的模型图像、图像特征码、位置信息和角度信息的逐条记录组成。位置信息为空间信息模型中网格剖分节点的坐标信息，包括空间节点的地理坐标(经度、纬度)、离地高度和工程坐标(横坐标、纵坐标、标高或桩号、标高)。同时将地理坐标、离地高度、工程坐标转换成统一规则的位置编码，位置信息表记录该位置编码，以加快位置信息表检索效率。