一种基于SuperMap的应急逃生导航方法

摘要

本发明公开了一种基于SuperMap的应急逃生导航方法，属于导航领域。本发明在对已有地下人员定位与传统逃生自救导航系统研究学习的基础上，进行地下人员定位的自主可视化，并创造性地将针对每位地下人员的逃生线路以语音的形式播报给地下人员，指引地下人员在紧急时刻完成逃生。

说明书

技术领域

本发明属于导航领域，具体涉及一种基于SuperMap的应急逃生导航方法。

背景技术

随着地上空间资源紧张形式的加剧，使得地下空间开发变得越来越普遍，地下空间的布局规划等也变得越来越复杂。由于现有的设计工艺、设计材料、地下空间人类活动以及自然灾害等因素的影响，地下空间难免会发生一些紧急事件，在非紧急情况下，由于地下空间的复杂性，人们对地下环境难以短时间了解，也使人们对陌生地下空间位置导航的需求逐渐增强。

对于地下空间人员的定位与逃生技术在国内外研究较早，最早研究的地下环境是煤矿，相关的定位技术与逃生导航技术已经相当成熟。随着其他类型地下空间的开发，相关技术应用也逐渐扩展到其他非矿井的地下空间中。

但是在当前各类定位与逃生导航技术中，只有管理系统才能看到地下人员的实时位置，而地下人员只能凭借经验或者建筑标识确定自身位置，以及在对人员逃生的指引中，只是物理上的对固定逃生线路的引导，如：安全指示牌、安全灯光等建筑设施或物理学信号的引导，逃生人员无法获知整个地下的情况。目前还没有相关技术实现在没有GPS数据的前提下，实现地下人员对自身实时位置、逃生线路的可视化，以及人员逃生过程中导航线路转向提示技术以及通过语音播报逃生导航的关键技术。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于SuperMap的应急逃生导航方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于SuperMap的应急逃生导航方法，包括如下步骤：

步骤1：使用Supermap提供的移动终开发工具Supermap iMobile for Android与Android开发工具，设计可显示地下人员实时位置、实时导航线路与语音播报的基于Android系统的移动终端；

步骤2：使用Supermap提供的地图绘制与分析工具Supermap iDesktop 8C绘制地下地图，并根据地图进行配准和路径分析，经过多次网络分析，将地图导入到步骤1设计的移动终端；

步骤3：将地下人员实际地下位置数据和逃生线路数据转化成SuperMap地图中可显示的坐标数据，并将坐标数据添加到移动终端的地图中；

步骤4：移动终端对逃生线路进行处理，根据人员朝向和当前运动状态，设定转向提示及转向预告数据；

步骤5：移动终端将含有转向提示信息的逃生导航线路转化成简短的语音播报文本，进行语音导航。

优选地，所述移动终端包括SuperMap地图显示模块、当前位置险情显示模块、导航转向模块、线路导引模块以及导航语音播报模块。

优选地，在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：将地下空间真实地理图导入到Supermap iDesktop中；

步骤2.2：进行去燥、配准、设置比例尺；

步骤2.3：经过拓扑构网，构建网络数据集；

步骤2.4：经过各种数据集分析，确定线路网络的连通性，并判断是否符合后续操作要求；

若：判断结果是符合后续操作要求，则执行步骤2.5；

或判断结果是不符合后续操作要求，则执行步骤2.3；

步骤2.5：成功生成正确的地下空间地图数据。

优选地，所述位置数据为地图中的坐标文本数据，逃生线路数据为有序的坐标文本数据序列。

根据人员当前朝向和当前运动状态，建立人员转向模型，用来测算人员当前的转向，最终生成转向提示文本数据。

语音播报的文本数据来源于步骤4中的文本数据，步骤5根据当前人员地理位置和转向数据，建立符合人体感官需要的语音文本，继而使用第三方语音引擎——科大讯飞播报给地下人员，进行路径导航。

本发明所带来的有益技术效果：

地下人员通过移动终端实时掌握自身位置，并且导航线路语音播报清晰、转向提示准确，能够满足应急情况下的人员逃生自救需求。

本发明主要应用在以下情景中：

1、地下人员对初到某地下环境中，对周围环境陌生；

2、地下人员进入一个陌生环境需要进行路劲导引或者需求最短路径时；

3、地下险情发生时，人员需要快速逃生，但却缺少正确、有效导引时。

附图说明

图1为基于Supermap的地下空间应急逃生导航系统整体架构图。

图2为地下空间地图绘制方法流程图。

图3为使用SuperMap iDesktop 8C绘制的地下空间地图。

图4为移动终端的结构示意图。

图5为定位点与坐标对应关系示意图。

图6为人员移动转向设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明在对已有地下人员定位与传统逃生自救导航系统研究学习的基础上，进行地下人员定位的自主性可视化，并创造性地将针对每位地下人员的逃生线路以语音的形式播报给地下人员，指引地下人员在紧急时刻完成逃生过程。整体架构如图1所示。

基于整个架构，本发明的主要应用技术包括了：(1)绘制地下空间地图；(2)地下人员可携带的移动设备的设计；(3)地下人员定位信息、应急逃生线路的可视化；(4)应急逃生线路转向模型设计；(5)逃生导航中语音播报文本设计。

绘制地下空间地图：精确的地下空间电子地图数据是后续工作的基础。本发明中使用的地下空间地图数据是通过SuperMap iDesktop地图绘制工具，进行配准等一系列工序设计完成的，具体绘制流程如图2所示。由图2可知，本发明在生成准确的地图数据之前，要经过反复的拓扑与网络分析，以确保后续工作是在地图数据准备基础上开展的。从而保证人员定位准确且符合实际，保证线路数据正确显示。地下地图绘制实例如图3。

地下人员可携带的移动端系统的设计：地下地图绘制模块，可以将地下空间的实际地理地图转化成可以用计算机处理的地图数据，如坐标系中的坐标点数据(x,y)、比例尺等数据。针对地图数据的显示、后期人员定位显示、导航线路数据的可视，本发明需要设计人员携带设备中的移动端系统。系统设计的主要模块组成如图4所示。

地下人员定位、应急逃生线路可视化：在实际矿井中对人员的定位技术，是基于传感设备进行人员位置识别的，本发明中没有对定位技术进行发明，而是对原有的定位数据进行了一次转化，转化成对应的地图可识别的坐标点。如图5所示。通过此对应关系，便可将人员的位置直接标注到移动端的地图中。由于服务器端生成的人员线路为坐标点序列，则同样可以经过两两坐标点顺序连线的方式，绘制到地图中，从而实现了地下人员对自身位置的可视与逃生线路的可视化。

应急逃生线路转向模型设计：服务器端根据人员位置和状态生成特定的逃生线路之后(具体生成算法不是本发明的重点)，便可以开展转向设计了。由于逃生线路是坐标点序列，所以，根据Supermap地图提供的坐标系特点，本发明采用如下模型，确定人员应急逃生中的转向问题。

首先限定：

由于地下空间面积小，对于地球球面可以忽略不计，所以线路中的点可以视为在同一平面内；

整个地下空间中深度可以忽略不计；

各种电子仪器设备等对地磁影响忽略不计；

默认手机移动端朝向与人员朝向一致；

模型设计中主要涉及的方向问题包括：地下人员朝向判断、人员移动方向设计。下面对人员朝向进行建模。

人员朝向模型：设人员当前位置点为A(Xa，Ya)，选取A点正北侧点B(Xb，Yb)，其中Xa＝Xb且Ya＜Yb。

①取向量为地下空间的正北向，通过手机方位传感器获取方位角度α，即是当前人员朝向；

②取人员朝向直线l_AC上一点C(Xc,Yc)

设直线l_AC的方程为:y＝k_AC*x+b(I)；

由方位角α分析可得

将A(Xa，Ya)，α带入(I)(II)可得直线l_AC方程。

③根据方位角α，判断C(Xc,Yc)位置，设Xc为符合要求的任意值，从而求出人员在地下的方向向量

人员移动方向模型：设人员当前位置点为A(Xa，Ya)，选取逃生线路中的下一位置点D(Xd，Yd)。取移动方向向量下面确定人员转向信息。

①由余弦定理，计算人员朝向和移动方向的夹角

②根据β值和坐标位置关系，最终确定人员转向信息。

具体转向设计相关角度图如图6所示。

逃生导航中语音播报文本设计：由于地下人员在紧急情况下对自身感官，具有一定的依赖度，所以，本发明在实现逃生线路可视的基础上，利用声音这一感官，将逃生信息播报给用户，提高地下人员对本系统的信任度。本模块设计过程中，通过查阅人体在紧急情况下获取有效信息程度的相关文献发现，语音播报信息要在充分阐述逃生路径的基础上，还要做到精简。同时还要包含下一转向点提示信息。

技术实现：本发明主要通过第三方地图工具，实现无GPS数据的条件下，地下人员对自身位置、逃生线路的可视，以及在逃生导航过程中方向的真实准确把握，提高地下人员在紧急情况下，高效的逃生自救。本发明基于SuperMap提供的绘图工具SuperMap iDesktop8C和SDK——SuperMap iMobile for Android以及科大讯飞提供的语音助手SDK，实现所需的地图数据和导航的语音效果。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。