CN102769909B - 一种移动终端定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动终端定位方法及系统。该方法包括：根据无线传感网络中各无线传感节点的位置信息建立定位模型；移动终端通过与无线传感节点进行通信获得无线传感节点的信息；根据所述无线传感节点的信息和所述定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置。本发明涉及移动定位技术领域，适用基于无线传感网需要精确定位的各工业民用移动定位场合和系统。应用本发明能够提高移动终端定位的精度。

Description

一种移动终端定位方法及系统

技术领域

本发明涉及移动定位技术领域，尤其涉及一种移动终端定位方法及系统。

背景技术

随着全球通信技术及移动定位技术的发展，相关的商用移动定位位置服务业务存在着广泛的市场前景，商用移动定位位置服务业务具体可包括：紧急求救电话服务、物流管理、商业求助电话服务、个人问询服务、车辆导航服务、特定跟踪服务等等。

现有的移动定位技术一般通过对移动终端接收到的无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法对该移动终端所处的地理位置进行精确测定，以便为移动终端用户提供相关的位置信息服务，或进行实时的监测和跟踪。

根据移动定位的基本原理，目前的移动定位方法大致可分为两类：基于移动网络的定位方法和基于GPS的移动终端定位方法。另外，还存在一种基于移动网络的定位方法和基于GPS的移动终端定位方法的混合移动定位方法。

基于移动网络的定位方法，又称为起源蜂窝小区(Cell Of Origin)定位方法。每个小区都有自己特定的小区标识号(Cell-ID)，当进入某一小区时，移动终端要在当前小区进行注册，系统的数据中就会有相应的小区ID标识。系统根据采集到的移动终端所处小区的标识号来确定移动终端用户的位置。这种定位技术在小区密集的地区精度较高且易于实现，无需对现有网络和手机做较大的改动，得到广泛的应用。

基于GPS的移动终端定位方法的基本原理是，测量出已知位置的卫星到移动终端接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

目前基于GPS和移动网络的混合移动定位方法是在手机内集成GPS接收机，主要包括：差分GPS(DGPS)方法和辅助GPS(A-GPS)方法。

其中，差分GPS方法可以提高GPS系统的定位精度。其原理是：基准接收机对自己实施定位，得到的定位结果与自己的确知的地理位置相比较得到差值，该差值被用作公共误差修正值，对与基准接收处于同一区域且共用四颗卫星进行定位的移动接收机来说，它们显然具有相同的公共误差。因此借助于公共误差修正值可以修正移动接收机的定位结果，从而提高定位精度。

采用GPS对移动台直接定位时，首次定位需要较长的时间，这对于紧急救援等业务是不允许的。A-GPS方法可以有效地解决这个问题。利用辅助GPS进行定位时，GPS参考网络可将辅助的定位信息通过无线通信网络传送给移动台，可减小搜索时间，使定位时间降至几秒钟。

可见，基于移动网络的定位方法的定位精度依赖基站覆盖区域的大小，定位精度的下限最小也要19.5米。基于GPS的移动终端定位方法进行单点定位的精度当前最高为20米。因此，目前移动定位方法的定位精度都较差。

另外，基于GPS的移动终端定位方法需要移动终端能够接收到GPS信号。而在有钢筋混凝土结构的房间、地下室、医院等特殊环境是很难接收到GPS信号的，在没有GPS信号或者GPS信号不稳定的环境中，采用基于GPS的定位方法无法进行移动终端定位。

最后，基于GPS的定位方法或基于移动网络和GPS的混合定位方法的性能很大程度取决于核心芯片，而核心芯片的造价一般都较高，因此导致相应的移动终端造价提升。再者，GPS芯片主要由射频电路、软件(固件)及存储器、处理器三部分组成，再加上相关的算法计算，耗能也比较大，一般集成GPS的移动终端充满电也就运行2-3小时。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种移动终端定位方法及系统，以提高移动终端定位的精度。

本发明采用的技术方案具体是这样实现的：

一种移动终端定位方法，该方法包括：

根据无线传感网络中各无线传感节点的位置信息建立定位模型；

移动终端通过与无线传感节点进行通信获得无线传感节点的信息；

根据所述无线传感节点的信息和所述定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置。

一种移动终端定位系统，该系统包括无线传感网络、移动终端和后台位置服务系统；

所述无线传感网络，包括多个无线传感节点；

所述移动终端，用于探测无线传感网络中的无线传感节点，与探测到的无线传感节点通信，获得该无线传感节点的信息并发给后台位置服务系统；

所述后台位置服务系统，用于存储定位模型，该定位模型根据无线传感网络中各个无线传感节点的位置信息得到，接收移动终端上报的无线传感节点信息，根据该无线传感节点信息和该定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置。

由上述技术方案可见，本发明中，根据各无线传感节点的位置信息建立定位模型，移动终端通过与无线传感节点进行通信获得无线传感节点的信息，根据所述无线传感节点的信息和所述定位模型即可确定移动终端的位置。其中的无线传感网络可以根据应用需求预先部署，也可以利用目前已有的无线传感网络。由于本发明中通过移动终端获取预先部署或者已有的无线传感节点的信息，利用该无线传感节点的信息在定位模型中即可定位到与所述移动终端通信的无线传感节点的位置，由于移动终端与无线传感之间的通信属于近距离通信，该通信距离可以根据需要进行设置，例如可以设置为1米以内，因此也能够定位到移动终端的位置，且定位精度较高。将移动终端的位置信息发给移动终端即可反向精确确定移动终端的位置。

附图说明

图1是本发明提供的移动终端定位方法流程图。

图2是本发明提供的将定位模型存储在后台位置服务系统时的定位流程示意图。

图3是本发明提供的移动终端定位系统组成示意图。

具体实施方式

图1是本发明提供的移动终端定位方法流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101，根据无线传感网络中各无线传感节点的位置信息建立定位模型。

本步骤中，可以在需要定位的场所预先布置一定数量的固定的无线传感节点，每个无线传感节点可内置无线传感标识号(RFID)。无线传感节点部署完成后，首先通过无线传感网络自组织节点定位技术或者其他外部辅助定位系统进行固定无线传感节点的位置初始化建模，通过预先确定无线传感节点的X、Y、Z三维位置建立定位模型。在该定位模型中，每个无线传感节点都相当于一个信标节点，分别具有各自的X、Y、Z三维位置，在该定位模型中还存储有每个无线传感节点的MAC地址、RFID等信息，用于后续根据该无线传感节点的MAC地址或RFID等信息定位该无线传感节点的位置。

如果在需要定位的场所已经部署有无线传感网络，则本步骤还可以利用已有的无线传感网络建立定位模型。

可以将该定位模型存入后台位置服务系统中，以备后续进行具体的定位操作。其中，可以将所述定位模型与后台位置服务系统中的三维建筑模型、或地图模型或GIS系统相结合，从而确定无线传感节点的绝对地理位置，例如经纬度等信息，进而确定移动终端的绝对地理位置。

步骤102，移动终端通过与无线传感节点进行通信获得无线传感节点的信息。

需要定位的人员或设备都可以配备移动终端，每个移动终端内置无线传感通讯模块，用于与无线传感节点进行无线通信，并获取该无线传感节点的MAC地址或RFID号等信息。

当定位模型存储在后台位置服务系统中时，移动终端将无线传感节点的MAC地址或RFID号等信息发给后台位置服务系统，具体可以通过无线网络网关将所述信息发给后台位置服务系统。

步骤103，根据所述无线传感节点的信息和所述定位模型确定移动终端的位置。

当定位模型存储在后台位置服务系统中时，后台位置服务系统接收移动终端上报的无线传感节点的MAC地址或RFID等信息，根据该无线传感节点的MAC地址或RFID等信息在定位模型中确定该无线传感节点的位置，然后根据该移动终端能够与无线传感节点通信的距离确定该移动终端所处的位置范围，也可以直接将该无线传感节点的位置确定为该移动终端的位置。

其中，可以通过设置无线传感通讯模块的通讯距离等参数来调节定位误差。例如，如果要求定位误差不大于50cm，则可以将无线传感通讯模块的通讯距离设置为不大于50cm，则该无线传感通讯模块只能与50cm以内的无线传感节点通信，进而获得距离该移动终端50cm以内的无线传感节点的MAC地址或RFID号等信息，因此当在定位模型中根据该无线传感节点的MAC地址或RFID号等信息确定移动终端的位置时，其定位误差不大于50cm。

可见，由于移动终端与无线传感节点之间的通信距离较短，因此能够提高移动终端定位的精度。

当定位模型存储在移动终端中、且由移动终端自身进行定位时，需要占用移动终端大量的内容空间和计算资源，因此本发明推荐的方法是将所述定位模型存储在后台位置服务系统中。

图2是本发明提供的将定位模型存储在后台位置服务系统时的定位流程示意图。

如图2所示，该流程包括：

步骤201，对无线传感网中的无线传感节点位置进行初始化，并在后台位置服务系统中建立定位模型。

步骤202，移动终端读取固定的无线传感节点的MAC地址或RFID等信息。

步骤203，移动终端采用3G无线通信技术通过无线网络网关将读取的无线传感节点信息发给后台位置服务系统。

本发明不限定移动终端将无线传感节点信息发给后台位置服务系统时所采用的通信方式。

步骤203，后台位置服务系统根据移动终端发来的无线传感节点信息利用定位模型查找该无线传感节点的位置。

步骤204，后台位置服务系统通过无线网络网关，将查找到的无线传感节点位置信息或者基于该位置信息的其他信息返回给移动终端。

其中，基于该位置信息的其他信息是指与位置有关的信息，例如可以为该位置的交通状况信息、天气信息、距离该位置一定范围内的银行的具体位置等等。

由图1和图2可见，本发明提供的移动终端定位方法主要分两个部分：第一部分是定位前的准备过程，包括根据预先部署的无线传感网络和已有的无线传感网络确定无线传感节点的位置并建立定位模型、将定位模型、无线传感节点的位置及其MAC地址或RFID等身份标识信息配置在后台位置服务系统中。第二部分是定位过程，包括需要定位的移动终端与无线传感节点的通信、移动终端与后台位置服务系统的通信，最终后台位置服务系统根据配置向移动终端返回其位置信息或基于位置信息的其他信息，所述后台位置服务系统也可以记录该移动终端的位置信息。

后台位置服务系统可以为移动终端和PC机提供位置列表、轨迹查询、实时追踪等位置服务功能。

后台位置服务系统可以包括记录无线传感节点位置信息的数据库、定位应用数据库、定位系统软件和WEB应用服务器。其中的定位系统软件查询所述记录无线传感节点位置信息的数据库(例如，根据MAC地址来查询相应的无线传感节点的位置信息)，将定位结果或基于定位结果的其他信息通过无线网络网关返回给移动终端或其他设备；定位应用数据库用于存储各种基于定位结果的上层应用所需要的数据信息，WEB应用服务器用于查询或展现定位结果。

根据上述移动终端定位方法，本发明还提供了相应的移动终端定位系统，具体请参见图3。

图3是本发明提供的移动终端定位系统组成示意图。

如图3所示，该系统包括无线传感网络301、移动终端302和后台位置服务系统303。

无线传感网络301，包括多个无线传感节点。

移动终端302，用于探测无线传感网络301中的无线传感节点，与探测到的无线传感节点通信，获得该无线传感节点的信息并发给后台位置服务系统303。

后台位置服务系统303，用于存储定位模型，该定位模型根据无线传感网络301中各个无线传感节点的位置信息得到，接收移动终端302上报的无线传感节点信息，根据该无线传感节点信息和该定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端302的位置。

图3所示的定位系统还可以包括无线网络网关。

移动终端302通过所述无线网络网关将所述无线传感节点的信息发给后台位置服务系统303。

其中的后台位置服务系统303包括发送模块，用于将移动终端302所处的位置范围信息或者基于所述位置范围信息的其他信息返回给移动终端302或发给其他设备。例如发给PC机等监控设备，便于监控人员实时查看移动终端302所处的位置。

其中的移动终端302包括无线传感通讯模块，用于与无线传感节点通信并获得无线传感节点信息。优选地，该无线传感通讯模块可以为多模通讯模块，例如既支持RFID读取功能、也支持ZigBee通信功能，即所述无线传感通讯模块包括RFID读取模块和ZigBee通信模块，所述无线传感节点信息包括无线传感节点的MAC地址或RFID。

本发明所述的移动终端包括但不限于手机、车载移动设备等。

本发明所提供的移动终端定位方法和系统，具有广泛的应用前景，例如可以用于桥梁精确巡检、小区内部巡检、城市警察巡逻等。还可以扩展于监测各类重大基础设施的安全状况，及时对危险情况进行巡检提示，减少安全事故的发生。

例如，在用于监测桥梁、高架桥、高速公路等道路环境时，无线传感节点布置在桥梁的关键点位置，定期安排桥梁巡检人员进行巡检，巡检人员携带有移动终端，用于定位该巡检人员的位置，后台位置服务系统通过记录巡检人员的位置信息，能够获知哪些位置已被巡检，哪些位置尚未被巡检，因此保证了能够检查到桥梁关键部分的每一个点，避免漏检，从而减少桥梁危险所造成生命财产的损失。

由上述方案可见，本发明方案具有以下优点：

其一，定位精度较高：基于未来大规模的无线传感网，根据定位需要首先进行无线传感网络的节点部署和位置初始化建模。移动终端通过与无线传感网络的固定无线传感节点的近距离通信实现精确定位，其定位精度可以控制在1米范围之内。并且，可以通过调节移动终端与无线传感节点的通信距离来调节定位精度。

其二，可以实现特殊环境的移动定位：在无GPS信号或者GPS信号不稳定的特殊环境中，例如在工厂车间、高层建筑、地下设施、隧道、矿井、大型体育场馆等环境中，虽然无法采用基于GPS的移动定位，但是可以采用本发明实现移动定位。在没有移动通信信号的环境下，也可以实现移动终端的定位，只是定位结果的获取不是实时的，例如，移动终端获取无线传感节点的信息以后进行存储，待有移动通信信号以后，再将无线传感节点的信息发给后台位置服务系统，则后台位置服务系统可以确定该移动终端曾经到达的位置。

其三，可以降低移动终端的成本和功耗：本发明可以利用移动终端现有的通信功能与后台位置服务系统进行通信，因此只需要在现有移动终端中增加与传感网络通信的模块，每台移动终端的成本增加不超过1美元，能耗增加不超过10％，可以降低移动终端的成本和功耗。

另外，本发明中，移动终端只需要和无线传感网中的单个无线传感节点通信，无需与无线传感网多个节点通信。无线传感网也无需与后台位置服务系统直接通信，降低了对无线传感网网络的要求，有利于在特殊环境中采用本发明进行移动终端定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种移动终端定位方法，其特征在于，该方法包括：

根据无线传感网络中各无线传感节点的位置信息建立定位模型，并将所述定位模型存储在后台位置服务系统中；

移动终端通过与无线传感节点进行通信获得无线传感节点的信息，并将获得的无线传感节点的信息发给所述后台位置服务系统；其中，所述无线传感节点的信息包括：无线传感节点的MAC地址或无线射频标识号RFID；

所述后台位置服务系统根据所述无线传感节点的信息和所述定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立定位模型包括：

确定无线传感节点的X、Y、Z三维位置，根据无线传感节点的三维位置信息建立定位模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置包括：

根据该无线传感节点的位置和移动终端能够与该无线传感节点进行通信的范围确定移动终端所处的位置范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定移动终端的位置之后，该方法还包括：

将移动终端的位置信息、或者基于移动终端位置信息的其他信息发给所述移动终端。

5.一种移动终端定位系统，其特征在于，该系统包括无线传感网络、移动终端和后台位置服务系统；

所述无线传感网络，包括多个无线传感节点；

所述移动终端，用于探测无线传感网络中的无线传感节点，与探测到的无线传感节点通信，获得该无线传感节点的信息并发给后台位置服务系统；其中，所述无线传感节点的信息包括：无线传感节点的MAC地址或无线射频标识号RFID；

所述后台位置服务系统，用于存储定位模型，该定位模型根据无线传感网络中各个无线传感节点的位置信息得到，接收移动终端上报的无线传感节点信息，根据该无线传感节点信息和该定位模型确定无线传感节点的位置，根据无线传感节点的位置确定移动终端的位置。

6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，该定位系统还包括无线网络网关；

所述移动终端通过所述无线网络网关将所述无线传感节点的信息发给后台位置服务系统。

7.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述后台位置服务系统包括发送模块；

所述发送模块，用于将所述移动终端所处的位置范围信息或者基于所述位置范围信息的其他信息返回给所述移动终端或发给其他设备。

8.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，

所述移动终端包括无线传感通讯模块，用于与无线传感节点通信并获得无线传感节点信息。

9.根据权利要求8所述的定位系统，其特征在于，

所述无线传感通讯模块包括RFID读取模块和ZigBee通信模块。