基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于智能樓宇領域，提供了一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法及系統(tǒng)，所述方法包括：獲取待定位人員的UWB位置信息；將所述待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置的位置信息；根據(jù)所述虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位所述待定位人員。本發(fā)明實施例的方法及系統(tǒng)可實現(xiàn)準確定位及跟蹤。
【專利說明】基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于智能樓宇領域，尤其涉及一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]虛擬仿真技術又稱虛擬現(xiàn)實技術或模擬技術，即用一個虛擬的系統(tǒng)模仿一個真實系統(tǒng)。從狹義上講，虛擬仿真技術是指20世紀40年代伴隨著計算機技術的發(fā)展而逐步形成的一類試驗研究的新技術；從廣義上來說，虛擬仿真技術則是在人類認識自然界客觀規(guī)律的歷程中一直被有效地使用著。由于計算機技術的發(fā)展，虛擬仿真技術逐步自成體系，成為繼數(shù)學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法，而且正在發(fā)展成為人類認識、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項通用性、戰(zhàn)略性技術。
[0003]在復雜樓宇環(huán)境下，比如政府辦事大廳、大型商城、辦公大樓內(nèi)人員較多、情況較復雜、出入頻繁、流動性強。一方面雖然目前視頻監(jiān)控可以對樓宇內(nèi)人員進行一定范圍的監(jiān)控，但此種方式存在視頻監(jiān)控死角、監(jiān)控點數(shù)量有限等問題。通過傳統(tǒng)的GPS定位技術和普通動畫仿真可解決上述問題，但存在室內(nèi)定位不準確、抗干擾性差、傳輸速率低、仿真效果差，無法快速準確的對多個人員進行行動路徑數(shù)據(jù)采集和仿真展示的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有通過GPS定位進行動畫仿真的技術無法準確定位的問題。
[0005]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法，所述方法包括:
[0006]獲取待定位人員的UWB位置信息；
[0007]將所述待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置的位置信息；
[0008]根據(jù)所述虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位所述待定位人員。
[0009]進一步地，所述將待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置位置信息包括:
[0010]根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣；
[0011]根據(jù)所述待定位人員的UWB位置信息和所述轉換矩陣計算所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
[0012]進一步地，所述根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣包括:
[0013]根據(jù)所述UWB坐標系原點在所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的位置對所述UWB坐標系進行平移；
[0014]根據(jù)UWB坐標系相對于所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的旋轉弧度對平移后的UWB坐標系進行旋轉；[0015]根據(jù)UWB坐標系和所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的單位對旋轉后的UWB坐標系進行縮放。
[0016]進一步地，在執(zhí)行所述根據(jù)待定位人員的UWB位置信息和轉換矩陣計算待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息之后，還包括:
[0017]對所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息進行矯正。
[0018]進一步地，根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息所處的高度范圍，以及所述虛擬仿真裝置的位置信息所處的高度范圍與矯正后的虛擬仿真裝置的位置信息的對應關系，確定矯正后所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
[0019]進一步地，所述根據(jù)虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位待定位人員包括:
[0020]根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息判斷所述待定位人員是否移動；
[0021]當所述待定位人員移動時，則執(zhí)行尋路算法，并渲染人物行走動畫，否則渲染人物休息動畫。
[0022]本發(fā)明還提出一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)，包括:
[0023]UffB定位裝置，用于獲取待定位人員的UWB位置信息；
[0024]轉換裝置，用于將所述待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置的位置信息；
[0025]虛擬仿真裝置，用于根據(jù)所述虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位所述待定位人員。
[0026]進一步地，所述轉換裝置包括:
[0027]矩陣計算單元，用于根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣；
[0028]位置計算單元，用于根據(jù)所述待定位人員的UWB位置信息和所述轉換矩陣計算所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
[0029]進一步地，所述矩陣計算單元包括:
[0030]平移子單元，用于根據(jù)所述UWB坐標系原點在所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的位置對所述UWB坐標系進行平移；
[0031]旋轉子單元，用于根據(jù)UWB坐標系相對于所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的旋轉弧度對平移后的UWB坐標系進行旋轉；
[0032]縮放子單元，用于根據(jù)UWB坐標系和所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的單位對旋轉后的UWB坐標系進行縮放。
[0033]進一步地,所述轉換裝置還包括:
[0034]矯正單元，用于對所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息進行矯正。
[0035]進一步地，所述虛擬仿真裝置包括:
[0036]判斷單元，用于根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息判斷所述待定位人員是否移動；
[0037]渲染單元，用于當所述待定位人員移動時，則執(zhí)行尋路算法，并渲染人物行走動畫，否則渲染人物休息動畫。[0038]本發(fā)明實施例結合UWB定位技術的低功耗、快速、精確的特點，使用虛擬仿真技術創(chuàng)建出逼真的三維生態(tài)環(huán)境模型，準確模擬出現(xiàn)場的人員分布情況，提供了在三維虛擬現(xiàn)實的環(huán)境下直觀的查看監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的人員情況、歷史軌跡等功能，不但起到對待定位人員的監(jiān)管、監(jiān)控作用，還可以直觀的分析人員行為。相比傳統(tǒng)的GPS定位更準確、抗干擾性更強、更低功耗。相對傳統(tǒng)二維仿真效果，具有更接近真實空間環(huán)境的仿真效果，用戶體驗更好，更直觀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明實施例一提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法的流程圖；
[0040]圖2是本發(fā)明實施例一提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法中步驟S2的流程圖；
[0041]圖3是本發(fā)明實施例一提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法中步驟S3的流程圖；
[0042]圖4是本發(fā)明實施例一提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法中虛擬仿真裝置執(zhí)行行走動畫一示例；
[0043]圖5是本發(fā)明實施例二提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)的結構圖；
[0044]圖6是本發(fā)明實施例二提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)中轉換裝置的結構圖；
[0045]圖7是本發(fā)明實施例二提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)中矩陣計算單元的結構圖；
[0046]圖8是本發(fā)明實施例二提供的基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)中虛擬仿真裝置的結構圖。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0048]實施例一
[0049]本發(fā)明實施例一提出一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法。如圖1所示，本發(fā)明實施例一的方法包括如下步驟，本發(fā)明實施例一以三維虛擬仿真裝置為例進行說明:
[0050]步驟S1、獲取待定位人員的UWB (Ultra Wide Band)位置信息(X，Y，Z)。本發(fā)明實施例一中，待定位人員為攜帶UWB定位卡的人員，可將待定位人員的UWB位置信息的格式定義為:
[0051]〈Data Header〉,〈tag#〉，<X>, <Y>, <Z>,〈battery〉，〈timestamp〉，<unit>〈LF>,其中〈Data Header)是信息格式頭，用于標識空間維度，可以是二維或三維，根據(jù)UWB定位裝置的配置決定；〈tag#>標識持卡人卡號；〈X>、〈Y>、〈Z>為在UWB空間中的各個維度坐標，需要特別說明的，在UWB的三維空間中X、Y軸可指向水平方向的任意方向，Z軸垂直于水平方向，<Ζ>值可保持固定不變；〈battery〉標識定位卡的電池容量；〈timestamp〉標識該人員定位信息采集時間；〈unit>標識數(shù)據(jù)單位；〈LF>為結束標志。例如:R，0000010B，44.8，19.5，
8.2，13，1113406968，I表示持卡號為0000010B的人員在UffB坐標系中的位置是:X=44.8、Υ=19.5、Ζ=8.2。
[0052]步驟S2、將待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置位置信息。參照圖2，步驟S2具體包括步驟:
[0053]步驟S201:根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣。由于UWB系統(tǒng)的坐標和虛擬仿真裝置的坐標是不一樣的，它們的不同之處在于:
[0054]1、兩個坐標系的坐標原點不一樣，所以要進行坐標平移；
[0055]2、兩個坐標系的坐標軸的方向不一樣，所以要進行坐標旋轉；
[0056]3、兩個坐標系的單位不一樣，所以要進行坐標縮放。
[0057]UffB坐標原點位置是不定的，取決與UWB定位裝置所安裝的位置。而虛擬仿真裝置中的坐標系往往是確定的，比如在三維環(huán)境中，Y軸垂直于水平方向，Z軸南北方向，X軸東西方向。為了將UWB坐標轉換成虛擬仿真裝置坐標，以虛擬仿真裝置坐標為準，對UWB坐標進行平移、旋轉、縮放。
[0058]假設UWB定位裝置的坐標原點在三維虛擬仿真裝置的位置為:(Xu，Yu，Zu), UffB定位裝置的坐標系相對于三維虛擬 仿真裝置的旋轉弧度分別為(Xr, Yr, Zr);其中，I個UWB單位=N個三維虛擬仿真裝置單位(比如UWB系統(tǒng)以厘米為單位，三維虛擬仿真裝置以米為單位，N=0.01，UWB單位可配置)；
[0059]如，平移后的坐標為:(X'，Y'，Z')
[0060]平移矩陣為Mp =
[0061]

|1， O O, OI
|0, I, O OI
|0, O, 1， OI
|Xu, Yu, Zu, I I
[0062]得出平移后的坐標(X'，Y'，Z') = (X，Y，Z，I) *Mp，經(jīng)過坐標的平移后，UWB坐標原點與三維虛擬仿真裝置坐標原點重合。
[0063]旋轉后的坐標為:X''，Y''，Z''
[0064]X軸旋轉的矩陣為Mx =
[0065]
【權利要求】
1.一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的方法，其特征在于，所述方法包括: 獲取待定位人員的UWB位置信息； 將所述待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置的位置信息； 根據(jù)所述虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位所述待定位人員。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置位置信息包括: 根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣； 根據(jù)所述待定位人員的UWB位置信息和所述轉換矩陣計算所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣包括: 根據(jù)所述UWB坐標系原點在所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的位置對所述UWB坐標系進行平移； 根據(jù)UWB坐標系相對于所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的旋轉弧度對平移后的UWB坐標系進行旋轉； 根據(jù)UWB坐標系和所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的單位對旋轉后的UWB坐標系進行縮放。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述根據(jù)待定位人員的UWB位置信息和轉換矩陣計算待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息之后，還包括: 對所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息進行矯正。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述對待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息進行矯正具體包括: 根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息所處的高度范圍，以及所述虛擬仿真裝置的位置信息所處的高度范圍與矯正后的虛擬仿真裝置的位置信息的對應關系，確定矯正后所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
6.如權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位待定位人員包括: 根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息判斷所述待定位人員是否移動； 當所述待定位人員移動時，則執(zhí)行尋路算法，并渲染人物行走動畫，否則渲染人物休息動畫。
7.一種基于三維仿真模型的人員定位跟蹤的系統(tǒng)，其特征在于，包括: UffB定位裝置，用于獲取待定位人員的UWB位置信息； 轉換裝置，用于將所述待定位人員的UWB位置信息轉化為虛擬仿真裝置的位置信息； 虛擬仿真裝置，用于根據(jù)所述虛擬仿真裝置的位置信息在虛擬仿真裝置定位所述待定位人員。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉換裝置包括: 矩陣計算單元，用于根據(jù)UWB坐標系和虛擬仿真裝置坐標系的相對位置關系計算轉換矩陣； 位置計算單元，用于根據(jù)所述待定位人員的UWB位置信息和所述轉換矩陣計算所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣計算單元包括: 平移子單元，用于根據(jù)所述UWB坐標系原點在所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的位置對所述UWB坐標系進行平移； 旋轉子單元，用于根據(jù)UWB坐標系相對于所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的旋轉弧度對平移后的UWB坐標系進行旋轉； 縮放子單元，用于根據(jù)UWB坐標系和所述虛擬仿真裝置坐標系統(tǒng)的單位對旋轉后的UffB坐標系進行縮放。
10.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉換裝置還包括: 矯正單元，用于對所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息進行矯正。
11.如權利要求7至10中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬仿真裝置包括: 判斷單元，用于根據(jù)所述待定位人員的虛擬仿真裝置的位置信息判斷所述待定位人員是否移動； 渲染單元，用于當所述待定位人員移動時，則執(zhí)行尋路算法，并渲染人物行走動畫，否則渲染人物休息動畫。`
【文檔編號】G06T13/40GK103489211SQ201310414114
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】羅森 申請人:安科智慧城市技術（中國）有限公司