CN101144722B

CN101144722B - 便携式定位导航系统

Info

Publication number: CN101144722B
Application number: CN2007101701028A
Authority: CN
Inventors: T·Q·法姆; R·C·贝克; P·E·鲍哈恩
Original assignee: 霍尼韦尔国际公司
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2011-11-16
Also published as: GB0717172D0; US20080082258A1; GB2441644B; GB2441644A; KR20080022061A; US7584048B2; JP2008111828A; CN101144722A

Abstract

一种在穿越不熟悉区域中提供导航帮助的导航系统。该导航系统包含多个射频识别(RFID)标签，至少一个入口终端以及至少一个导航装置。该多个RFID标签布置在整个穿越区域内。该至少一个入口终端布置在进入该穿越区域的入口附近。该至少一个入口终端被用来上传该穿越区域的地图。该地图包含有每个RFID标签的位置。该至少一个导航装置被用来从该入口终端下载该地图，该至少一个导航装置还被用来至少部分基于检测到的一个或多个RFID标签显示其在该穿越区域内的位置。

Description

便携式定位导航系统

背景技术

[0001] 在人们不熟悉的建筑物或其他区域中进行导航是具有挑战性的。这在紧急情况例如火灾中尤其更为现实。尤其是，救火人员来到不熟悉的建筑物救火，对穿越不熟悉的建筑物进行导航更增加了挑战性。并且，当搜索者不熟悉该建筑物或区域时，能够有效地调整对具有很多人的建筑物或区域进行搜索可能是具有挑战性的。当搜索者不知道其他搜索者的位置或过去的位置时，进一步妨碍了搜索的效率。因此，一个特定区域没必要搜索多次，而其他区域可能被完全地遗漏。

[0002] 由于上述原因以及下面所述的通过阅读和理解本说明书对于本领域技术人员显而易见的其他原因，在本领域中需要一种有效的方式来将导航信息传递给穿越一个建筑物或场所的人。

发明内容

[0003] 当前系统中存在的上述问题通过本发明的实施例得以解决，并且通过阅读和研究以下的说明书得以理解。下面论述通过实例的方式进行说明，但是并不用于限制本发明。这只是有助于读者理解本发明的某些方面。本发明提供一种个人定位导航系统。在一个实施例中，该导航系统包括多个射频识别（RFID)标签，至少一个入口终端（portal terminal) 以及至少一个导航装置。在整个穿越区域内布置多个RFID标签。该至少一个入口终端布置在该穿越区域的入口附近。该至少一个入口终端被用于上传该穿越区域的地图。该地图包含每个RFID标签的位置。该至少一个导航装置适用于从该入口终端下载该地图，该至少一个导航装置还适用于至少部分地基于对该多个RFID标签中的一个或多个的检测显示其在该穿越区域内的位置。

附图说明

[0004] 当根据优选实施例的描述以及下面的附图来考虑本发明时，可以更容易地理解本发明，其更多的优点及其应用也将更显而易见，其中：

[0005] 图1是示出了在本发明的一个实施例中在一个建筑物上形成定位系统的流程图；

[0006] 图2是在本发明的一个实施例中定位系统的应用的流程图；

[0007] 图3是本发明的一个实施例的RFID标签；

[0008] 图4是本发明的一个实施例的RFID安装单元；

[0009] 图5是本发明的一个实施例的导航单元；

[0010] 图6是在本发明的一个实施例中配置有RFID标签的建筑物的横截面侧视图；

[0011] 图7是在本发明的一个实施例中配置有多个RFID标签以及入口终端的建筑物内单独一楼层（single floor)的横截面顶视图；

[0012] 图8A示出了在本发明的一个实施例中第一位火警援助人员通过建筑物的实际路径；

[0013] 图8B示出了在本发明的一个实施例中第二位火警援助人员通过建筑物的实际路径；

[0014] 图8C示出了在本发明的一个实施例中第一位火警援助人员手持的导航装置的显示地图；

[0015] 图9示出了实现本发明实施例的另一个方法的流程图。

[0016] 根据通常惯例，所描述的各个特征并不是按比例画出，而主要强调与本发明相关的特定特征。参考标记表示附图和说明书中的类似元件。

具体实施方式

[0017] 在下面的详细描述中，参考附图，该附图构成了其中的一部分，其中通过图解说明示出了可以实现本发明的特定实施例。对这些实施例进行足够详细描述以便能够使本领域普通技术人员实现本发明，并且可以理解的是也可以采用其他实施例，并且在不脱离本发明精神和保护范围的情况下可以作出逻辑的、机械的、电学方面的改动。因此，下面的详细描述并不是作为一种限制，本发明的保护范围仅仅由权利要求及其等价物来限定。

[0018] 本发明的实施例提供一种方法，该方法为用户提供有关该用户关于一个建筑物或其他限定区域的位置的信息。在一个实施例中，在整个建筑物或穿越区域内布置多个射频识别（RFID)标签。将每个RFID标签的位置绘制成地图。在一个实施例中，该地图被上传到一个或多个入口终端上。该入口终端位于该建筑物或区域的入口附近。当带有本发明实施例的专用导航装置的用户进入到建筑物时，就下载地图。在本发明的实施例中，响应于地图的下载，该导航装置基于感测到的RFID和地图显示位置信息。在一个实施例中，该导航装置基于RFID将位置信息传输给一个中央跟踪点或其他导航系统。并且，在另一个实施例中，一个内部的IMU系统也被用来进一步确定该导航装置的位置。

[0019] 参考附图1，示出了在本发明的一个实施例中在建筑物或区域中形成定位系统的流程图。如图所示，通过在整个建筑物或区域内布置RFID标签（104)，安装该定位系统 (102)。每个RFID标签包含一个ID号码。在一个实施例中，该RFID标签还包含有位置信息。然后，生成该RFID标签位置的地图（104)。在一个实施例中，通过在电子地图中手工编辑这些位置生成该地图。如果被绘制成地图的位置具有不同层的结构，例如具有不同楼层的建筑物，则生成三维地图。在一个实施例中，一旦生成地图，该地图就被上传到图1流程图中所述的入口终端（106)。在其他实施例中，该地图被下载到手持导航装置。在另一实施例中，该地图可以被上传到通过互联网可以访问的数据库中。

[0020] 图2示出了在本发明的一个实施例中导航系统的应用Q02)的流程图200。在图 2的实施例中，将该地图从入口终端下载到由用户携带的导航装置中004)。在一个实施例中，这通过入口终端和导航装置之间的无线连接来实现。在其他实施例中，这可以用硬线连接来实现。一旦该地图被下载到导航装置，部分地基于RFID标签的信号，用户关于该地图的位置通过该装置显示出来006)。在一个实施例中，传输导航装置的位置。该实施例允许对该导航装置进行远程追踪。在其他实施例中，在该导航装置中包含有内部惯性测量单元 (IMU)。利用IMU帮助用户在RFID标签覆盖范围内的盲点处进行导航。IMU使用数学模块以基于过去的运动和过去感测到的RFID标签预测导航装置的位置。考虑到IMU的精度较低，一旦检测到标签，导航装置中的软件就将自动地使用最新定位的标签位置作为校正点，并在标签位置之间画一条直线。这就减小了由于IMU的低精度导致的运动模式偏差。[0021] 图3示出了 RFID标签300的框图。如图所示，RFID标签300包含有一个RFID 302，其对于每个RFID标签300都是唯一的。每个RFID标签300还包含有RF接口 304和天线 306。在一个实施例中，RFID 302还包含有关该标签位置的信息，当该标签被放置在相关位置时该信息被编程在RFID 302中。在导航系统中使用RFID标签300的优点是RFID标签 300的设计和建设相对廉价，并且不需要维护保养。在一个实施例中，它们是可以任意使用的。

[0022] 在一个实施例中，使用RFID安装单元400来构建遍布在整个建筑物或其他位置内的RFID的地图。图4示出了 RFID安装单元400的示例框图。如图所示，RFID安装单元 400包含有RFID地图404，其在编辑RFID标签地图时从不同信源接收信息。其中一个信源是与天线412耦合并用于从布置在整个建筑物或区域内的RFID标签本身接收RF信号的RF 接口 408。另一个输入是用户输入402，其用来在地图上与其相关的位置处手工地放置每个 RFID标签的位置。在一个实施例中，全球定位系统（GPQ进一步被用来在地图上放置每个 RFID。GPS 410与天线414相耦合，以接收GPS信号。图4的实施例中还包含一个显示器，用来显示输入在地图中的每个RFID标签的位置。

[0023] 图5示出了在本发明的一个实施例中导航单元（或装置）500的框图。如图所示，导航装置500包含有与RF接口 508相耦合的天线512。导航装置500还包含有地图定位模块504。该地图定位模块504与RF接口 508相通信。当RF接口 508从天线512接收到 RFID标签已经被检测到的信号时，RF接口将该信息发送给地图定位模块504。地图定位模块504对该信息进行处理，并将检测到的RFID标签与地图上的一点相关联。如图所示，地图定位模块还从IMU导航模块510接收信息。该信息使得地图定位模块可以基于对建筑物或位置处的盲点的估计来预测位置。这个实施例还包括用户输入502。该用户输入502提供这样的功能：例如轮询地图定位模块是基于来自RF接口 508的信号还是来自IMU导航模块510的IMU导航估计显示当前位置。图5的实施例中还包含显示器506，用于显示定位信息。在一个实施例中，导航单元500使用RF接口 508和天线512将由地图定位模块504确定的有关导航单元500位置的信息传输给远程单元或其他导航装置。在另一个实施例中，地图定位模块504进一步包含用于存储过去的定位信息（采取的路线信息）的存储器514。

[0024] 参照附图6，示出了在本发明的一个实施例中遍布不同楼层放置的RFID标签的建筑物的横截面侧视图。如图6所示，建筑物600包含有楼层620 (I-N)。RFID标签沿着楼层 620 (I-N)的走廊放置。尤其是，第一层620-1具有沿着楼层620-1的走廊放置的RFID标签602 (I-N)。第二层具有沿着其走廊放置的RFID标签604 (I-N)。并且，第N楼层620-N 具有沿着其走廊放置的RFID标签606 (I-N)。在本发明的一个实施例中，将至少一个RFID 标签放置在每个楼层入口附近。例如，将RFID标签602-1放置在进入到第一楼层620-1的入口 601附近，将RFID标签604-1放置在进入到第二楼层620-2的入口 603附近，将RFID 标签606-1放置在进入到第N楼层620-N的入口 607附近。如图6还示出了 RFID标签的检测范围。如图所示，依赖于由RFID所产生的信号的强度，提供了不同的检测范围。例如， RFID标签602-2,602-3,602-N的检测范围226比分别放置在入口 601和603附近的RFID 标签602-1、604-1的检测范围2M要大。并且，在一个实施例中，接收到的信号强度（RSS) 的技术通过确定特定RFID标签的检测来实现。RSS技术将从RFID标签接收到的信号能量数据与数学模块（其存储在导航装置中）进行比较，从而确定出特定RFID标签的检测。这个实施例利用了到RFID标签的直线、短的感测距离。这是一种实现起来相对不复杂的解决方法。

[0025] 在图7中，示出了在本发明的一个实施例中沿着走廊布置有多个RFID标签的建筑物700中的单独一楼层的横截面顶视图。如图所示，遍布该楼层走廊放置有RFID标签 704 (1-16)。在走廊入口 705和707附近放置的RFID标签704-1和704-16是短程标签。如图7还表示了入口终端704，在一个实施例中，其在穿过建筑物入口 702时，其下载该建筑物的地图给导航装置。图中还表示了位置坐标。例如，RFID标签704-3的位置坐标为（x2， y2)。在本发明的某些实施例中，导航装置将具有一个显示器，其基于RFID标签信号的检测在下载的地图上用闪光传达当前位置。在本发明的一个实施例中，使用了太阳能RFID标签。图7中还示出了远程单元710。在一个实施例中，导航装置将地图的副本和位置信息发送给远程单元710。这使得可以进行导航装置的远程监控。

[0026] 在本发明的一个实施例中，使用了惯性测量单元（IMU)以及定位导航的用户协作的结合。该技术在紧急情况下例如火灾营救中尤其有用。例如，请参照附图8A、8B和8C。图8A示出了导航第一位火警援助人员806通过建筑物西北角800的实际路径。如图所示，第一位火警援助人员806经过RFID标签810 (1-6)。图8B示出了导航第二位火警援助人员 808通过同一座建筑物的东北角801的实际路线。如图所示，第二位火警援助人员808经过RFID标签812 (1-6)。在这个实施例中，由每个火警援助人员‘A’和‘B’携带的导航装置（其为手持装置）彼此之间进行RF通信，以便交换信息。因此，每个火警援助人员806 和808都知道其他火警援助人员处在什么位置，以及如果出现了问题还可以找到另一位火警援助人员的位置。图8C示出了由第一位火警援助人员806携带的导航系统的显示地图 803。显示地图803是第一位和第二位火警援助人员806和808捕获的RFID标签810 (1-6) 和812 (1-6)的组合。该显示器还显示了由第一位火警援助人员806所采取的路径。在一个实施例中，由第二位援助人员808所携带的显示地图也将显示与第一位援助人员806所采取的路径相同的路径。从而，当援助人员806和808穿越建筑物时，生成RFID标签810 (1-6) 和812(1-6)的位置并这些位置被他们共享。虽然，在这个实施例中仅仅示出了两个援助人员，但是很显然任何数量的援助人员都可以彼此之间共享他们的信息。并且，在一个实施例中，导航装置通过RF通信与控制单元或远程单元共享信息，如图7所述的。在多个导航装置应用在具有多个RFID标签的区域中的实施例中，应用了随机时间延迟手段。在这个实施例中，将随机时间延迟引入到传输和接收信号中，从而避免了多用户以及多RFID标签之间的冲突。

[0027] 参照附图9，提供了实现本发明的另一实施例的流程图900。在这个实施例中，当持有导航装置的人进入到遍布RFID标签的建筑物（或区域）中时（902)，程序开始。然后确定通过入口是否RFID标签的地图是可用的（904)。如果地图是可用的（904)，就将其下载到个人导航装置（914)。然后，当用户在建筑物中穿行时，该导航装置基于感测到的RFID 标签、地图以及内部IMU，利用该下载的地图显示并传输位置信息（916)。

[0028] 如果没有可下载的地图（904)，则利用内部IMU追踪遍布该区域的位置（908)。如果火灾或其他灾难使得入口不起作用并且不可能下载地图，则这种情况出现。当利用内部 IMU跟踪位置时（906)，检测到的RFID标签与由IMU确定的位置相关联（908)。然后，通过导航装置生成用户的路径地图以及基于IMU在该地图上检测到的RFID标签的位置（910)。

6在一个实施例中，将定位优化算法应用到由IMU提供的位置，以提高地图的精度（909)。并且，在一个实施例中，来自其他用户的标签位置地图（911)也用来生成该地图（910)。来自其他用户的地图可以是其他用户生成的地图，或者是其他用户已经下载的地图。在一个实施例中，来自其他用户的地图可以通过RF通信装置被传送。然后，导航装置显示该位置并传输该地图信息（912)。在一个实施例中，地图信息被传输给远程单元710。在其他实施例中，该地图信息被传输给另外导航装置。采用类似于有关附图8A、8B、8C所描述的方式，使用地图信息。

[0029] 虽然这里对特定实施例进行图解说明并描述，但是本领域普通技术人员应该理解的是，意图能够获得同样目的的任何安排都可用来替换所示的特定实施例。例如，即使某些实施例直接面向搜索任务，但是该实施例的各个方面可被用于通过不熟悉建筑物和区域的导航目的。本申请目的是覆盖本发明的任何修改或变动。因此，显然本发明仅仅由权利要求及其等价物来限定。

Claims

1.穿越一个不熟悉区域的方法（900)，该方法包括：一旦进入该穿越区域，当检测运行入口时（904)，将包含有布置在整个穿越区域内的射频识别RFID标签位置的地图下载到导航装置（914)；以及当穿过该穿越区域时，使用该导航装置至少部分地基于检测到的RFID标签和惯性测量单元IMU通过该地图提供位置信息（916)，其中提供位置信息进一步包括：当该导航装置处于RFID标签覆盖范围内的盲点处时，利用IMU进行导航；以及基于过去的运动和过去感测到的RFID标签预测该导航装置的位置。

2.权利要求1的方法，进一步包括：在整个该穿越区域内布置多个RFID标签（104)；以及在该穿越区域的地图上显示每个RFID标签的位置（104)。

3.权利要求2的方法，其中在地图上显示每个RFID标签的位置进一步包括：利用全球定位系统GPS来提供每个RFID标签的坐标。