大型船舶內部定位導航方法

大型船舶內部定位導航方法

在大型船舶尤其是航母復雜的艙內環境中，船舶建造施工人員和科研人員對環境不熟悉很容易迷路，造成時間、人力等資源的浪費。為實現陌生人員在艙內快速定位并尋址導航，設計簡單快捷的艙內定位導航系統很有必要［1-4］?；诙S碼和空間數據庫技術的定位導航方法不依賴于網絡信號，不需布線，很適合應用于船艙內定位導航［5-7］?；诙S碼和空間數據庫技術的艙內定位導航系統不僅能夠實現精確定位與導航，而且具有成本低、易維護、投入使用速度快、定位導航方便快捷的特點，而且此技術為其他大型室內定位導航研究提供了新的思路 。

艙內定位導航原理

二維碼技術

二維碼技術可實現信息的存儲、傳遞和識別，二維碼是一種能被計算機類設備快速識別的信息載體，其中有一類QR二維碼即Quick Response碼，這類二維碼因具有使用方便、儲存空間大、糾錯性強等優點， 而得到應用廣泛。

二維碼在信息存儲和傳輸方面的優點可應用于地圖制圖，將艙內地圖中各個標志性地理位置用一個獨一無二的二維碼布點與之對應，最后將艙內地圖轉換為二維碼布點圖，可通過對二維碼布點實施經典最優路徑算法以實現對實際地理路線的最優規劃。

空間數據庫

空間數據庫指的是地理信息系統在計算機物理存儲介質上存儲的與應用相關的地理空間數據的總和，一個復雜龐大的室內地圖的地理位置信息的數據容量很大，空間數據庫能完整存儲查詢相關的文字數字和圖形圖像等信息，能高效訪問大量數據，對信息有強大的檢索和分析能力。

最優路徑規劃

Dijistra算法

Dijstra算法的基本思想是將所有節點分為兩個集合，其中一個集合S存儲的是到源點最短距離已經確定的節點，另一個集合V中的節點到源點的最短距離還沒有被確定。將源點的最短距離初始化為0，并將集合S 初始化為空。然后先得到距離源點最近的最短路徑，在依次循環得到路徑遞增的節點的最短路徑。每次循環時從集合V中選出距離源點最近的節點，求得最短路徑并將該節點移入集合S中，并在集合V中移除若求取最短路徑時需要經過其他節點，這些中間點必須是出自集合S中，這樣，直到集合V為空，或是集合V中節點的最短路徑為無窮大時，源點到所有節點的最短路徑就全部都得到了。在這個過程中，當有新節點加入S集合時，集合中的節點最短距離可能會需要改動，因為經過新加入點的路徑可能會比之前節點的最短路徑距離更短。

Floyd算法

Floyd即弗洛伊德算法，又稱插點法，

基本思想是從節點i到節點j的最短路徑有2種可能，一種是從i不經過其它點直接到j，另一種情況是從i經過其它若干個節點后到達j。因此，我們先假設兩點的直接距離map［i，j］為節點i到節點j的最短路徑的距離，對于其中任意節點k，我們反復驗證map［i，k］ + map［k，j］ ＜ min［i，j］是否成立，若成立，則說明從i到k再到j的路徑比直接由i到j的路徑要短，則取min［i，j］ = map［i，k］ + map［k，j］，遍歷完i點和j點的所有節點k后，min ［i，j］即是i到j的最短路徑長度。

表1 兩層艙室空間數據庫

艙內定位導航系統設計

建立艙內二維碼標識圖

單層船艙地圖太簡單，不具有普遍性，而兩層船艙具有多層船艙的絕大部分

功能需求，為了實現系統功能和研究方便，以兩層船艙為空間模型建立艙內定位導航系統。

為實現基于二維碼的精確定位及導航，需要在各房間門上或其它標志性地點處粘貼不同的二維碼標識，用來區分不同的房間和地理位置。所布置的二維碼標識越多，不僅方便用戶確認當前位置，而且定位精度也會相對提高。二維碼布點與室內的房間位置一一對應，相當于將復雜的室內布局抽象成用二維碼布點表示的室內地圖。

完成以上內容后，通過測量各個艙室間的距離，畫出艙室的二維碼布點圖，建立空間數據庫的有向圖和鄰接矩陣。

根據有向圖測得的數據可得鄰接矩陣，對應于兩層船艙分別建立兩個獨立的32×32鄰接矩陣，這樣得到的鄰接矩陣與兩層船艙室內地圖、二維碼布點的有向圖一一對應。

數據庫建立

將艙室的標號信息以及艙室作用信息存到64個相互獨立的二維碼中，建立艙內

地圖的數據庫，見表1。

系統導航實現

為了實現在空間導航系統中保持清晰的編程邏輯，采取的編程思想如下，在掃描二維碼定位后得到sta（起點）的標號值，再通過用戶輸入目的地可得到dst（終點）的標號值，然后可根據sta和dst的標號值差值的絕對值，來判斷當前所在的船艙與目的地所在船艙是否相同?？赏ㄟ^計算dst與sta差值的絕對值來判斷，若大于或等于32，則表明起始點所在船艙與目的地所在船艙不相同，需要空間最優路徑規劃；反之，則在同一層船艙，這時可采用單層船艙的導航方法得到最優路徑。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.21.020