基于GPS定位技术和3D模式的旅游景区自主导航与讲解

陈爽爽 柳家浩

摘   要：随着人们生活水平的日益增长，自主旅游成为工作之余放松的主要方式。传统的导游方式效率低下、质量不高，导致旅游体验感不强，而在自助旅游中，游客往往因为进入景区后盲目无策、泛泛浏览，使旅游达不到应有的放松效果。文章利用3D技术和GPS定位技术，用最短路径算法开发出了一款以手机为支撑体的应用软件，很好地解决了游客进入无方向、景区文化不了解与“只缘身在此山中”不知山全貌之美的困扰。5G时代即将到来，该技术与之紧密相接，通过该技术用户能实时获得各种景区的路线信息并实施三维导航，从而获得极佳的旅游体验感。

关键词：GPS技术和3D技术的联合应用;智能语音播报;3D立体导航

1    目前各旅游景点的实际状况

如今，经济的飞速发展使大多数人脱离贫困，在满足了物质生活的同时人们也已经开始丰富精神生活。旅游业在此前提下迅速发展，同时旅游业需要满足人们更多的需求。现今各个景区接待游客数量巨大，经常造成景区拥堵。伴随着拥堵，游客迷路的情况多有发生。人太多，游客无法获取位置信息，不能快速地到达想要到达的旅游景点。另外一些有条件的游客会选择跟从导游一块旅游，但是到了旅游高峰期，景区十分拥堵，跟着导游的游客会极大地降低旅游体验感。

文章介绍的技术的使用会快速地为游客规划旅游路线，并且能提供优质化的三维立体导航，给游客带来更智能化的服务和更多自由的选择空间。

2    GPS及3D技术介绍

2.1  GPS技术

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）通过GPS接收机接收GPS工作卫星的导航信息，从而解算目前的经、纬度等信息，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

2.2  GPS的定位原理

文章介绍的定位系统使用移动终端固有的定位系统进行自主定位，移动终端接收模块接收GPS卫星发送的定位数据，将信号的数据流提取出来，经过简单的数据处理就可以分别找出GPS信号中的经度、纬度以及相应的格林威治时间（该时间加上8 h即为我国标准时）等定位信息。在实际开发中，GPS接收机根据从3颗以上卫星发来的数据计算出自身所处的位置，完成定位，如图1所示。

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交汇的方法，确定待测点的位置（以上GPS技术可以由手机等移动终端设备获得权限实现）。假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数据可以确定以下4个方程式：

由以上4个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z及钟差，GPS模块再由此得到经纬度、时间等信息，最后将这些信息通过串口以GPS信息的形式发送出去。

2.3  3D模型介绍和景区3D模型建立

“3D建模”即通过三维制作软件，虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。3D建模大概可分为NURBS和多边形网格。

景区3D模型的建立首先需要将景区的各建筑视为由各个墙面组成，屋顶信息主要由大比例尺航空航天影像获得，从多幅影像中提取建筑物屋顶的结构信息，给出精确和完整的描述。通常采用单张像片与多张像片综合分析的方法，利用2D地理信息系统（Geographic Information System，GIS）数据（如矢量线划数据、数字高程数据、正射影像数据、地籍数据、地面测量数据等）加入城市大比例尺航空影像数据后建筑物高度及顶部情况即可精确地描绘出来，并且数字地面模型的加入还可以使地表起伏精确恢复。其中建筑物的侧面情况可以通过地面摄影测量数据获取。游客可以根据构建的3D起伏地形及景点3D模型选择合适的观望游览区域，同时对于无法到达高处的游客也可以通过3D模型大致浏览景区风景以达游览目的。对于实在无法描述的景物纹理信息也可以简单地以人工纹理表示。

2.4  3D技术应用

3D技术有面向影视动画、动漫、游戏等视觉表现类的文化艺术类产品的开发和制作，有面向汽车、飞机、家电、家具等实物物质产品的设计和生产，也有面向人与环境交互的虚拟现实的仿真和模拟等。具体包括：3D软件行业、3D硬件行业、数字娱乐行业、制造业、建筑业、虚拟现实、地理信息GIS、3D互联网等。

文章主要介绍的是将GPS定位技术在移动客户端的一般应用与3D技术在视觉表现、建筑业、人与环境交互、地理信息GIS及3D互联网等领域应用的特点融为一体，应用于景区管理及旅游规划，增加客户端的去人工化性能，从而提高用户的体验感。

3    智能语音播报

智能语音播报是基于GPS，WiFi，射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）等技术，通过手机GPS功能接收GPS工作卫星的导航信息，从而解算出用户目前的经、纬度等信息。根据GPS定位数据计算出用户的实时坐标，将其与周围坐标相比较，当用户到达某一旅游景点时，对预设的该区域景点须知及景点文化进行自动语音播报。通过GPS技术解算出的用户所处位置信息，将位置信息与数据库中的电子矢量地图进行匹配，根据用户位置的不同，手機能显示不同的公益信息、广告信息和景点信息等，为游客提供更加优质化的服务。

4    3D技术、智能语音播报技术与GPS技术的融合—3D立体播报导航

在已有的3D技术和GPS技术的基础上，结合智能语音播报就可以完成三维立体导航，给人更加直观的视觉感受。该导航结合语音播报，每走到一个预设景点，客户端会自动提示前方游览线所对应的景点及景点相应信息，此时出现语音讲解和客户端的文字介绍，另外，手机上会显示三维模型图，会以90%以上的相似度还原周围的实际景物供游客选择是否继续游玩该景点。此项技术能给游客提供极高的自由度，从而提高游客的旅游体验感。

5    客户端介绍

（1）Web浏览器：为客户提供各种数据。用户的数据、景區的详细信息、地理位置信息都储存在Web浏览器中，当客户端发送数据请求时，服务器根据发送的连接和参数，利用SQL语句，从数据库查询数据，返回给数据端。

（2）微信小程序：获取定位权限，展示景区的详细信息和数据，景区的各种信息已经提前存入微信小程序，用户通过执行打开微信小程序便可以十分快捷地浏览各种信息。当用户发送数据请求时，微信小程序将用户的发送指令译成代码，通过X5或者JavaScript Core解析JavaScript代码，最后通过WXML/WXSS处理引擎展示给用户。

软件工作流程如下。

（1）用户进入景区以后，打开Android客户端。

（2）打开手机GPS定位功能，获取手机定位权限，获取当前的经纬度信息，便于后续导航和播报。

（3）打开微信小程序或者浏览器进入客户端。

（4）输入景区名称，调取景区相关的3D地图。

（5）客户端获取信息之后，经过一系列的处理显示给用户，从而执行其功能，例如定点语音播报，三维立体模型导航。

6    结语

传统的导游方式无法满足日新月异的新时代，更无法满足庞大的旅游市场需求，而新型的电子导游技术是一个贴合时代发展、紧跟时代潮流、更大限度地传递景区文化的新型旅游辅助技术。其主要由智能手机科技、计算机编程、程序算法发展而来，属于一种新型电子技术，能克服很多传统导游方式的弊端，提供传统导游缺乏的优质化服务，使游客更能享受旅游，实现旅游的真正意义。

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