大型船舶内部定位导航方法

大型船舶内部定位导航方法

在大型船舶尤其是航母复杂的舱内环境中，船舶建造施工人员和科研人员对环境不熟悉很容易迷路，造成时间、人力等资源的浪费。为实现陌生人员在舱内快速定位并寻址导航，设计简单快捷的舱内定位导航系统很有必要［1-4］。基于二维码和空间数据库技术的定位导航方法不依赖于网络信号，不需布线，很适合应用于船舱内定位导航［5-7］。基于二维码和空间数据库技术的舱内定位导航系统不仅能够实现精确定位与导航，而且具有成本低、易维护、投入使用速度快、定位导航方便快捷的特点，而且此技术为其他大型室内定位导航研究提供了新的思路 。

舱内定位导航原理

二维码技术

二维码技术可实现信息的存储、传递和识别，二维码是一种能被计算机类设备快速识别的信息载体，其中有一类QR二维码即Quick Response码，这类二维码因具有使用方便、储存空间大、纠错性强等优点， 而得到应用广泛。

二维码在信息存储和传输方面的优点可应用于地图制图，将舱内地图中各个标志性地理位置用一个独一无二的二维码布点与之对应，最后将舱内地图转换为二维码布点图，可通过对二维码布点实施经典最优路径算法以实现对实际地理路线的最优规划。

空间数据库

空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一个复杂庞大的室内地图的地理位置信息的数据容量很大，空间数据库能完整存储查询相关的文字数字和图形图像等信息，能高效访问大量数据，对信息有强大的检索和分析能力。

最优路径规划

Dijistra算法

Dijstra算法的基本思想是将所有节点分为两个集合，其中一个集合S存储的是到源点最短距离已经确定的节点，另一个集合V中的节点到源点的最短距离还没有被确定。将源点的最短距离初始化为0，并将集合S 初始化为空。然后先得到距离源点最近的最短路径，在依次循环得到路径递增的节点的最短路径。每次循环时从集合V中选出距离源点最近的节点，求得最短路径并将该节点移入集合S中，并在集合V中移除若求取最短路径时需要经过其他节点，这些中间点必须是出自集合S中，这样，直到集合V为空，或是集合V中节点的最短路径为无穷大时，源点到所有节点的最短路径就全部都得到了。在这个过程中，当有新节点加入S集合时，集合中的节点最短距离可能会需要改动，因为经过新加入点的路径可能会比之前节点的最短路径距离更短。

Floyd算法

Floyd即弗洛伊德算法，又称插点法，

基本思想是从节点i到节点j的最短路径有2种可能，一种是从i不经过其它点直接到j，另一种情况是从i经过其它若干个节点后到达j。因此，我们先假设两点的直接距离map［i，j］为节点i到节点j的最短路径的距离，对于其中任意节点k，我们反复验证map［i，k］ + map［k，j］ ＜ min［i，j］是否成立，若成立，则说明从i到k再到j的路径比直接由i到j的路径要短，则取min［i，j］ = map［i，k］ + map［k，j］，遍历完i点和j点的所有节点k后，min ［i，j］即是i到j的最短路径长度。

表1 两层舱室空间数据库

舱内定位导航系统设计

建立舱内二维码标识图

单层船舱地图太简单，不具有普遍性，而两层船舱具有多层船舱的绝大部分

功能需求，为了实现系统功能和研究方便，以两层船舱为空间模型建立舱内定位导航系统。

为实现基于二维码的精确定位及导航，需要在各房间门上或其它标志性地点处粘贴不同的二维码标识，用来区分不同的房间和地理位置。所布置的二维码标识越多，不仅方便用户确认当前位置，而且定位精度也会相对提高。二维码布点与室内的房间位置一一对应，相当于将复杂的室内布局抽象成用二维码布点表示的室内地图。

完成以上内容后，通过测量各个舱室间的距离，画出舱室的二维码布点图，建立空间数据库的有向图和邻接矩阵。

根据有向图测得的数据可得邻接矩阵，对应于两层船舱分别建立两个独立的32×32邻接矩阵，这样得到的邻接矩阵与两层船舱室内地图、二维码布点的有向图一一对应。

数据库建立

将舱室的标号信息以及舱室作用信息存到64个相互独立的二维码中，建立舱内

地图的数据库，见表1。

系统导航实现

为了实现在空间导航系统中保持清晰的编程逻辑，采取的编程思想如下，在扫描二维码定位后得到sta（起点）的标号值，再通过用户输入目的地可得到dst（终点）的标号值，然后可根据sta和dst的标号值差值的绝对值，来判断当前所在的船舱与目的地所在船舱是否相同。可通过计算dst与sta差值的绝对值来判断，若大于或等于32，则表明起始点所在船舱与目的地所在船舱不相同，需要空间最优路径规划；反之，则在同一层船舱，这时可采用单层船舱的导航方法得到最优路径。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.020