一种室内环境数据采集系统及采集方法
【专利摘要】本发明涉及一种室内环境数据采集系统，包括内置有数据管理单元的上位机、具有行走装置的机器人，机器人内置有中央控制器、通信模块、数据处理模块、行走控制模块、环境信息采集模块。该室内环境数据采集系统可以自动控制机器人的行走和对室内环境数据的采集，大大降低了工作量，减少了人力成本。本发明还涉及一种利用该室内环境数据采集系统的采集方法，该方法利用制定的巡逻轨迹进行行走控制，能够精确的规划控制机器人的行走路径，从而精确的采集获取室内指定位置的环境信息数据，信息的精确度和可信度高，大大方便了使用者利用该信息数据快速处理相关事务。
【专利说明】一种室内环境数据采集系统及采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种室内环境数据采集系统，本发明还涉及一种室内环境数据采集系 统的采集方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子地图的普遍使用及发展及人们对生活便利性的要求，对地图的使用功能 提出了更高的要求，只具有地理位置标记功能的地图已不能满足人们的使用要求。但是更 新地图功能需要采集大量的数据，通过人工采集数据，工作量大，工作效率低。此外现有的 利用地图进行采集装置的GPS导航精度比较差，相应的采集装置采集到的数据在地图上的 指导作用大打折扣，使用者在使用时难免出现误差，从而影响使用。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够自动采集 室内环境数据信息的室内环境数据采集系统。
[0004] 本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种利用室内环境 数据采集系统精确采集指定位置的室内环境数据信息的采集方法。
[0005] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种室内环境数据采集系 统，其特征在于：包括
[0006] 上位机，内置一数据管理单元，用于数据传送、数据处理、数据管理和数据整合；
[0007] 机器人，与上位机通信连接，活动于室内采集现场用于采集数据；
[0008] 所述机器人具有一行走装置并内置有：
[0009] 中央控制器，用于发送和处理控制命令；
[0010] 通信模块，连接于中央控制器，用于实现和上位机的通信连接；
[0011] 数据处理模块，连接于中央控制器，用于处理上位机传送的数据；
[0012] 行走控制模块，连接于中央控制器和行走装置，用于控制行走装置的行走；
[0013] 环境信息采集模块，连接于中央控制器，用于采集室内环境数据。
[0014] 为了控制机器人的精确行走路径，所述行走控制模块包括：
[0015] 驱动模块，连接于中央控制器，用于驱动行走装置；
[0016] 行驶方向控制模块，连接于中央控制器，控制机器人的行走方向；
[0017] 距离测量模块，连接于中央控制器，计算并控制机器人的行驶距离；
[0018] 罗盘模块，连接于中央控制器，采集、计算并判断控制机器人的行走方向；
[0019] 摄像机，连接于中央控制器，采集机器人周边环境图像；
[0020] 循迹模块，连接于中央控制器，与摄像机配合调整机器人的行走方向。
[0021] 为了方便出现机器人在使用中出现问题，所述机器人还内置有连接于所述中央控 制器的报警模块。
[0022] 优选的，所述中央控制器为单片机。
[0023] 方便地，所述机器人为一小车，所述行走装置为小车的驱动轮。
[0024] 根据不同的需求，所述环境信息采集模块包括WiFi信号信息采集器、温度传感 器、湿度传感器、空气质量传感器。
[0025] 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：利用室内环境数据采集系 统的采集方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0026] 步骤一、将数据管理单元中的、需要进行室内环境数据采集的建筑平面图在上位 机上打开，建筑平面图打开后，设定建筑平面图的正北方向；
[0027] 在建筑平面图上制定巡逻轨迹对应作为机器人在建筑物室内的行走轨迹；
[0028] 在巡逻轨迹上标记多个轨迹结点以形成多个线段轨迹，对应于建筑平面图上的线 段轨迹，形成机器人的行走轨迹上的多个行走路段；
[0029] 根据地形的复杂程度，按照一定的密度规则，相应的选取部分轨迹结点为参考结 点，并在建筑物室内对应参考结点的行走轨迹上标记相应的参考点；
[0030] 步骤二、上位机将步骤一中制定有巡逻轨迹并标记过轨迹结点数据的建筑平面图 通过通信模块传送到机器人的数据处理模块中，数据处理模块对该建筑平面进行分析处理 并形成中央控制器能够识别的控制指令传送到中央控制器中；
[0031] 步骤三、所述机器人内置有连接于所述中央控制器的报警模块；
[0032] 将机器人放置在行走轨迹的出发点并保证机器人起始行驶方向同起始线段轨迹 的角度相同，该出发点对应着建筑平面图上巡逻轨迹上的起始结点，根据中央控制器的控 制指令，机器人在行走控制模块的控制下按照巡逻轨迹上的结点数据和设定的速度启动行 走；
[0033] 在机器人的行走过程中，每间隔固定时间，利用罗盘模块的磁场感应功能计算判 断机器人前进方向与该线段轨迹方向间的夹角误差，如果夹角误差超出巡逻轨迹的允许误 差，则转步骤四，如果夹角误差未超出巡逻轨迹的允许误差则转步骤五；
[0034] 步骤四、机器人停止前进，检测参考结点数据，利用参考结点数据并配合利用摄像 机寻找行走轨迹上标记的参考点；
[0035] 如果寻找到参考点，则利用循迹模块控制调整机器人的行走方向，同时在行驶方 向控制模块的配合控制下控制机器人行走至参考点，然后转步骤六；
[0036] 如果在指定的时间内寻找不到参考点，则中央控制器控制报警模块进行报警，并 把报警信息通过通信模块传送到上位机中，上位机根据报警信息，提示监控人员机器人的 位置，从而进行处理；
[0037] 步骤五、利用距离测量模块计算机器人的行进距离，比较行进距离和线段轨迹的 距离，当机器人的行进距离等于线段轨迹的距离时，即机器人行走至建筑平面图上轨迹结 点的位置；
[0038] 步骤六、机器人在行走控制模块的控制下停止移动，并利用环境信息采集模块对 室内环境数据进行采集；
[0039] 步骤七、机器人通过通信模块将轨迹结点数据和对应的室内环境数据传送到上位 机的数据管理单元中，数据管理单元将接收到的数据整合到建筑平面图中，在建筑平面图 纸中对应结点的位置形成可查看的室内环境信息；
[0040] 步骤八、机器人检测所处位置是否对应巡逻轨迹的最终结点，如果不是返回步骤 三，如果是，机器人停止工作，行走结束。
[0041] 方便地，所述步骤一中，巡逻轨迹的制定过程如下：
[0042] 规划巡逻轨迹，并在规划的巡逻轨迹上依次设置多个结点分别标记为 pQ，p2, p3, . . . Pi，. . .，Plri，pn，这些结点将巡逻轨迹分为多个线段轨迹，则这些线段轨迹构成 一组机器人行走轨迹的向量数组，即为[Pi，P 2, P3,...，Pi，...，Ρη+ PJ ;
[0043] 数据管理单元分别计算各个线段轨迹的距离及与正北方向的顺时针夹角，对 应于线段轨迹向量Pi，P 2, P3,...，Pi，...，Ρη+ Ρη1，其线段轨迹对应的行走轨迹的实际 距离分别为di，d2, d3,...，di，...，dM，dn，其线段轨迹与正北方向的顺时针夹角分别为 α 1，α 2，α 3，· · ·，a i，· · ·，α η-1，α η ;
[0044] 则 Pi = [Ρη, Pi, α f]，其中 i = [1，2, 3,…，η-1, η]，f = [0, 1]，f 为参考结 点标识，如果Ρη或者Pi为参考结点，则f = 1，如果Ph或者Pi不为参考结点，则f = 〇。
[0045] 与现有技术相比，本发明的优点在于：该室内环境数据采集系统可以自动控制机 器人的行走和对室内环境数据的采集，大大降低了工作量，减少了人力成本。
[0046] 同时，利用该室内环境数据采集系统的采集方法能够精确的规划控制机器人的行 走路径，从而精确的采集获取室内指定位置的环境信息数据，信息的精确度和可信度高，大 大方便了使用者利用该信息数据快速处理相关事务。
【专利附图】
【附图说明】
[0047] 图1为本发明实施例中室内环境数据采集系统的结构框图。
[0048] 图2为本发明实施例中利用室内环境数据采集系统的采集方法的流程图。
【具体实施方式】
[0049] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0050] 如图1所示，本实施例中的一种室内环境数据采集系统，包括：
[0051] 上位机1，内置一数据管理单元11，用于数据传送、数据处理、数据管理和数据整 合；
[0052] 机器人2,与上位机1通信连接，活动于室内采集现场用于采集数据；
[0053] 所述机器人2具有一行走装置21并内置有：
[0054] 中央控制器22,用于发送和处理控制命令，本实施例中中央控制器22采用Arm单 片机芯片；
[0055] 通信模块23,连接于中央控制器22,用于实现和上位机1的通信连接，本实施例中 通讯模块采用WiFi模块；
[0056] 数据处理模块24,连接于中央控制器22,用于处理上位机1传送的数据；
[0057] 行走控制模块25,连接于中央控制器22和行走装置21，用于控制行走装置21的 行走；
[0058] 环境信息采集模块26,连接于中央控制器22,用于采集室内环境数据，本实施例 中环境信息采集模块26包括WiFi信号信息采集器、温度传感器、湿度传感器、空气质量传 感器，分别可以采集WiFi的强度和地址等信息、温度数据信息、湿度数据信息、空气中各种 成分含量和强度信息等。根据不同的应用需求，该环境信息采集模块26还可以增加其他信 息采集模块。
[0059] 为了方便机器人2行走路径的精确控制，所述行走控制模块25包括：
[0060] 驱动模块251，连接于中央控制器22,用于驱动行走装置21 ;
[0061] 行驶方向控制模块252,连接于中央控制器22,控制机器人2的行走方向；
[0062] 距离测量模块253,连接于中央控制器22,计算并控制机器人2的行驶距离；
[0063] 罗盘模块254,连接于中央控制器22,采集、计算并判断控制机器人2的行走方 向；
[0064] 摄像机255,连接于中央控制器22,采集机器人2周边环境图像，本实施例中摄像 机255采用CMOS摄像头；
[0065] 循迹模块256,连接于中央控制器22,与摄像机255配合调整机器人2的行走方 向，本实施例中循迹模块256采用红外传感模块；
[0066] 报警模块27,连接于中央控制器22,用于机器人2报警。
[0067] 本实施例中机器人2为一小车，所述行走装置21为小车的驱动轮。
[0068] 如图2所示，利用上述的室内环境数据采集系统的采集方法，包括如下步骤：
[0069] 步骤一、将数据管理单元11中的、需要进行室内环境数据采集的建筑平面图在上 位机1上打开，建筑平面图打开后，设定建筑平面图的正北方向；
[0070] 在建筑平面图上制定巡逻轨迹对应作为机器人2在建筑物室内的行走轨迹；
[0071] 在巡逻轨迹上并在制定的巡逻轨迹上依次设置多个结点分别标记为 pQ，p2, p3, . . . Pi，. . .，Plri，pn，这些结点将巡逻轨迹分为多个线段轨迹，则这些线段轨迹构成 一组机器人2行走轨迹的向量数组，即为[Pi，P 2, P3,. . .，Pi，. . .，Pn_i，PJ ;
[0072] 根据地形的复杂程度，按照一点的密度规则，相应的选取部分轨迹结点为参考结 点，并在建筑物室内对应参考结点的行走轨迹上标记相应的参考点，可以在建筑物室内参 考点的位置涂上如白底黑十字线的标记；
[0073] 数据管理单元11分别计算各个线段轨迹的距离及与正北方向的顺时针夹角， 对应于线段轨迹向量Pd P2, P3, . . .，Pi，. . .，Pm，Pnl，其线段轨迹对应的行走轨迹的实际 距离分别为(11，(1 2，(13，...，屯...，(111_1，(1 11，其线段轨迹与正北方向的顺时针夹角分别为 α 1，α 2，α 3，· · ·，a i，· · ·，α η-1，α η ;
[0074] 则 Pi = [Ρη, Pi, α f]，其中 i = [1，2, 3, · · ·，η-1, η]，f = [0, 1]，f 为参考结 点标识，如果Ph或者Pi为参考结点，则f = 1，如果Ph或者Pi不为参考结点，则f = 〇 ;
[0075] 根据不同的巡逻轨迹设置，机器人2行走轨迹的向量数据Pi中，p^Pi两个结点 可以根据设置规则任意选择；
[0076] 步骤二、上位机1将步骤一中制定有巡逻轨迹并包含机器人2行走轨迹的向量数 组数据的建筑平面图，通过通信模块23传送到机器人2的数据处理模块24中，数据处理模 块24对该建筑平面进行分析处理并形成中央控制器22能够识别的控制指令传送到中央控 制器22中；
[0077] 步骤三、将机器人2放置在行走轨迹的出发点并保证机器人2起始行驶方向同起 始线段轨迹的角度相同，该出发点对应着建筑平面图上巡逻轨迹上的起始结点，即机器人2 起始点对应的行走轨迹向量SPii [Ρο,ΡρΑ, apf]，其中P(l代表起始结点，Pl表示自其实 结点起算的第一个结点，屯代表 P(l结点和Pl结点间第一线段轨迹对应的行走轨迹的实际距 离，a i代表第一线段轨迹的方向与正北方向的顺时针夹角，一般情况下起始结点对应的参 考结点标识值为1，即初始结点为参考结点；
[0078] 根据中央控制器22的控制指令，机器人2在行走控制模块25的控制下按照行走 轨迹向量数据和设定的速度启动行走；
[0079] 在机器人2的行走过程中，每间隔固定时间，利用罗盘模块254的磁场感应功能检 测当前机器人2全进方向与正北方向的顺时针夹角，并计算判断机器人2前进方向与该线 段轨迹对应的行走轨迹向量方向a i间的夹角误差，如果夹角误差超出巡逻轨迹的允许误 差，则转步骤四，如果夹角误差未超出巡逻轨迹的允许误差则转步骤五；
[0080] 步骤四、机器人2停止前进，检测参考结点标识数据f，如果参考结点标识f = 1， 则根据行驶轨迹向量数据中的结点数据信息，利用摄像机255寻找相应参考结点对应的参 考点标记；如果参考结点标识f = 〇,则利用摄像机255搜索机器人2位置周边的参考点标 记；
[0081] 如果寻找到参考点标记，则利用循迹模块256控制调整机器人2的行走方向，同时 在行驶方向控制模块252的配合控制下控制机器人2行走至参考点，然后转步骤六；
[0082] 如果在指定的时间内寻找不到参考点标记，则中央控制器22控制报警模块27进 行报警，并把报警信息通过通信模块23传送到上位机1中，上位机1根据报警信息，提示监 控人员机器人2的位置，从而进行处理；
[0083] 步骤五、利用距离测量模块253计算机器人2的行进距离，比较行进距离和线段轨 迹的距离，当机器人2的行进距离等于线段轨迹的距离时，即机器人2行走至建筑平面图上 轨迹结点的位置；
[0084] 步骤六、机器人2在行走控制模块25的控制下停止移动，并利用环境信息采集模 块26对室内环境数据进行采集；
[0085] 步骤七、机器人2通过通信模块23将轨迹结点数据和对应的室内环境数据传送到 上位机1的数据管理单元11中，数据管理单元11将接收到的数据整合到建筑平面图中，在 建筑平面图纸中对应结点的位置形成可查看的室内环境信息；
[0086] 步骤八、机器人2检测所处位置是否对应巡逻轨迹的最终结点，如果不是返回步 骤三，如果是，机器人2停止工作，行走结束。
[0087] 整合了室内环境数据的建筑平面图可以用于地图中，进而利用带有室内环境数据 信息的地图进行定位安防等工作，也可以根据需求进行其他工作。
[〇〇88] 该室内环境数据采集系统和采集方法还可以扩展应用到其他应用环境中。
【权利要求】
1. 一种室内环境数据采集系统，其特征在于：包括 上位机（1)，内置一数据管理单元（11)，用于数据传送、数据处理、数据管理和数据整 合； 机器人（2)，与上位机（1)通信连接，活动于室内采集现场用于采集数据； 所述机器人（2)具有一行走装置（21)并内置有： 中央控制器（22)，用于发送和处理控制命令； 通信模块（23)，连接于中央控制器（22)，用于实现和上位机（1)的通信连接； 数据处理模块（24)，连接于中央控制器（22)，用于处理上位机（1)传送的数据； 行走控制模块（25)，连接于中央控制器（22)和行走装置（21)，用于控制行走装置（21) 的行走； 环境信息采集模块（26)，连接于中央控制器（22)，用于采集室内环境数据。
2. 根据权利要求1所述的室内环境数据采集系统，其特征在于：所述行走控制模块 (25)包括： 驱动模块（251)，连接于中央控制器（22)，用于驱动行走装置（21); 行驶方向控制模块（252)，连接于中央控制器（22)，控制机器人（2)的行走方向； 距离测量模块（253)，连接于中央控制器（22)，计算并控制机器人（2)的行驶距离； 罗盘模块（254)，连接于中央控制器（22)，采集、计算并判断控制机器人（2)的行走方 向； 摄像机（255)，连接于中央控制器（22)，采集机器人（2)周边环境图像； 循迹模块（256)，连接于中央控制器（22)，与摄像机（255)配合调整机器人（2)的行走 方向。
3. 根据权利要求1所述的室内环境数据采集系统，其特征在于：所述机器人（2)还内 置有连接于所述中央控制器（22)的报警模块（27)。
4. 根据权利要求1?3任一权利要求所述的室内环境数据采集系统，其特征在于：所 述中央控制器（22)为单片机。
5. 根据权利要求1?3任一权利要求所述的室内环境数据采集系统，其特征在于：所 述机器人（2)为一小车，所述行走装置（21)为小车的驱动轮。
6. 根据权利要求1?3任一权利要求所述的室内环境数据采集系统，其特征在于：所 述环境信息采集模块（26)包括WiFi信号信息采集器、温度传感器、湿度传感器、空气质量 传感器。
7. 利用权利2所述的室内环境数据采集系统的采集方法，其特征在于：包括如下步 骤： 步骤一、将数据管理单元（11)中的、需要进行室内环境数据采集的建筑平面图在上位 机（1)上打开，建筑平面图打开后，设定建筑平面图的正北方向； 在建筑平面图上制定巡逻轨迹对应作为机器人（2)在建筑物室内的行走轨迹； 在巡逻轨迹上标记多个轨迹结点以形成多个线段轨迹，对应于建筑平面图上的线段轨 迹，形成机器人（2)的行走轨迹上的多个行走路段； 根据地形的复杂程度，按照一点的密度规则，相应的选取部分轨迹结点为参考结点，并 在建筑物室内对应参考结点的行走轨迹上标记相应的参考点； 步骤二、上位机（1)将步骤一中制定有巡逻轨迹并标记过轨迹结点数据的建筑平面图 通过通信模块（23)传送到机器人（2)的数据处理模块（24)中，数据处理模块（24)对该建 筑平面进行分析处理并形成中央控制器（22)能够识别的控制指令传送到中央控制器（22) 中； 步骤三、所述机器人（2)内置有连接于所述中央控制器（22)的报警模块（27); 将机器人（2)放置在行走轨迹的出发点并保证机器人（2)起始行驶方向同起始线段 轨迹的角度相同，该出发点对应着建筑平面图上巡逻轨迹上的起始结点，根据中央控制器 (22)的控制指令，机器人（2)在行走控制模块（25)的控制下按照巡逻轨迹上的结点数据和 设定的速度启动行走； 在机器人（2)的行走过程中，每间隔固定时间，利用罗盘模块（254)的磁场感应功能计 算判断机器人（2)前进方向与该线段轨迹方向间的夹角误差，如果夹角误差超出巡逻轨迹 的允许误差，则转步骤四，如果夹角误差未超出巡逻轨迹的允许误差则转步骤五； 步骤四、机器人（2)停止前进，检测参考结点数据，利用参考结点数据并配合利用摄像 机（255)寻找行走轨迹上标记的参考点； 如果寻找到参考点，则利用循迹模块（256)控制调整机器人（2)的行走方向，同时在行 驶方向控制模块（252)的配合控制下控制机器人（2)行走至参考点，然后转步骤六； 如果在指定的时间内寻找不到参考点，则中央控制器（22)控制报警模块（27)进行报 警，并把报警信息通过通信模块（23)传送到上位机（1)中，上位机（1)根据报警信息，提示 监控人员机器人（2)的位置，从而进行处理； 步骤五、利用距离测量模块（253)计算机器人（2)的行进距离，比较行进距离和线段轨 迹的距离，当机器人（2)的行进距离等于线段轨迹的距离时，即机器人（2)行走至建筑平面 图上轨迹结点的位置； 步骤六、机器人（2)在行走控制模块（25)的控制下停止移动，并利用环境信息采集模 块（26)对室内环境数据进行采集； 步骤七、机器人（2)通过通信模块（23)将轨迹结点数据和对应的室内环境数据传送到 上位机（1)的数据管理单元（11)中，数据管理单元（11)将接收到的数据整合到建筑平面 图中，在建筑平面图纸中对应结点的位置形成可查看的室内环境信息； 步骤八、机器人（2)检测所处位置是否对应巡逻轨迹的最终结点，如果不是返回步骤 三，如果是，机器人（2)停止工作，行走结束。
8.根据权利要求7所述的采集方法，其特征在于：所述步骤一中，巡逻轨迹的制定过程 如下： 规划巡逻轨迹，并在规划的巡逻轨迹上依次设置多个结点分别标记为 pQ，p2, p3, . . . Pi，. . .，Plri，pn，这些结点将巡逻轨迹分为多个线段轨迹，则这些线段轨迹构成 一组机器人（2)行走轨迹的向量数组，即为防，P 2, P3,. . .，Pi，. . .，Pm，PJ ; 数据管理单元（11)分别计算各个线段轨迹的距离及与正北方向的顺时针夹角， 对应于线段轨迹向量Pd P2, P3,...，Pi，...，Pm，Pnl，其线段轨迹对应的行走轨迹的实际 距离分别为(1 1，(12，(13，...，屯...，(111_ 1，(111，其线段轨迹与正北方向的顺时针夹角分别为 α 1，α 2，α 3，· · ·，a i，· · ·，α η-1，α η ; 则 Pi = [Ρη，Pi, α f]，其中 i = [1，2, 3, · · ·，η-1, η], f = [0, 1], f 为参考结点标 识，如果Ph或者Pi为参考结点，则f = 1，如果Ph或者Pi不为参考结点，则f = 0。
【文档编号】G01D21/02GK104089649SQ201410319730
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】陈军敢, 俞新武 申请人:浙江万里学院