CN103313194A - 基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,包括:设置在室内各楼层内的多个定位器,用于周期性的向周围发送定位信号;附在携带者上的定位标签,当定位标签进入某定位器的定位区域时,接收该定位器发出的定位信号,从中解析出该定位器的ID号;并将该定位器的ID号和该定位标签的ID号发送给定位通信基站;定位通信基站,用于实现对所有定位器的定位区域的无线信号覆盖,并把定位通信基站的ID号、接收到的定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间发送给定位引擎服务器;定位引擎服务器,与定位通信基站连接,对收到数据进行处理后获得定位标签的移动轨迹。本发明能够低延时地获取被定位对象的移动轨迹。

Description

基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及定位技术领域,尤其是一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置和方法。
背景技术
[0002] 随着科技的迅速发展以及数据业务和多媒体业务的快速增加,人们对室内定位与导航的需求日益增大。室内环境主要指一些特定的封闭或半封闭空间,如商业(办公)楼宇、机场大厅、图书馆、监狱、仓库、地下停车场、矿井等。在这些环境中,常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。因此,室内定位技术的实用性和必要性日趋显著,存在庞大的市场商机。然而受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制,室内定位技术目前尚未得到广泛应用。专家学者提出了许多室内定位技术解决方案,大体上可以归纳为几类,即无线定位技术(W1-F1、蓝牙、RFID、光跟踪、超声波、红外线、超宽带(UWB)等)、基于运动传感器的惯导自定位技术、计算机视觉定位技术以及其它定位技术(航位推算等)。其中无线定位技术因其所需设备体积小而易于集成在手机、PDA和PC中,设备功耗低,是室内定位中应用最为广泛的一种技术。
[0003] 无线定位方法就是利用无线信号的接收强度、到达角度、到达时间(差)或者接近关系等信息确定被定位对象的位置坐标的方法。随着对无线定位技术及其应用环境、应用需求理解的深入,并综合考虑系统总体成本、环境变化适应能力、定位终端的功耗等多方面因素,有些公司逐步采用基于接近关系的关键区域信标定位技术取代全区域、高精度、高成本、稳定度较差的定位技术如UWB技术。
[0004] 但是目前在无线室内定位系统的实际应用中,由于整体设备投资以及设备安装部署的工程建设成本过高,一般信标方式(目前有蓝牙信标和低频磁场信标两种)无法完全覆盖整个需要定位的区域,这使得系统很难快速、精准地估计出被定位对象的实时移动轨迹。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置和方法,基于关键区域定位技术,根据被定位对象的关键区域定位信息(包括被定位对象所出现的关键区域的空间坐标及出现的时间顺序)结合信标设备部署的空间信息等,能够低延时地获取被定位对象的移动轨迹。
[0006] 本发明采用的技术方案是:
一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,包括:
设置在室内各楼层内的多个定位器,用于周期性的向周围发送定位信号,定位器的定位信号覆盖范围作为该定位器的定位区域;
附在携带者上的定位标签,当定位标签进入某定位器的定位区域时,接收该定位器发出的定位信号,从中解析出该定位器的ID号;并将该定位器的ID号和该定位标签的ID号发送给定位通信基站;ID是英文IDentity的缩写,即标识的意思。
[0007] —个或多个定位通信基站,用于实现对所有定位器的定位区域的无线信号覆盖,并把定位通信基站的ID号、接收到的定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间发送给定位引擎服务器;
定位引擎服务器,与定位通信基站连接,接收上述定位通信基站的ID号、定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间,进行处理后获得定位标签的移动轨迹。
[0008] 进一步地,所述定位引擎服务器通过以太网与定位通信基站连接。
[0009] 进一步地,所述定位器的定位区域为一球型区域。
[0010] 一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取方法,包括以下步骤:
a.在定位引擎服务器上建立空间信息模型,生成路径连通图,具体为:
将每个定位器所在的位置作为关键定位点,将每个定位器的定位区域作为关键定位区域,将每个关键定位区域抽象成一个普通节点,将相邻两个关键定位区域之间的通路抽象为长度为I的边;
将跨层出入口抽象为特殊节点,将相邻两个特殊节点之间的通路、相邻普通节点和特殊节点之间的通路均抽象为长度为I的边;
将节点信息和边信息存入空间数据表中,组成空间信息模型;
所述节点信息包括:普通节点对应的定位器ID号、特殊节点的ID号、节点的空间坐标、节点的标志号;
所述边信息包括:边的ID号、边的两端点的ID号、边两端点的空间坐标;
最后依据节点信息和边信息生成路径连通图;
b.定位通信基站接收定位标签发送的该定位标签所在定位区域的定位器的ID号和该定位标签的ID号,并将接收时刻作为定位时间;随后将上述定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,连同该定位通信基站的ID号发送给定位引擎服务器;
c.定位引擎服务器从接收到的定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,定位通信基站的ID号中提取出计算获取定位标签移动轨迹所需要的数据,即定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,保存为一监测记录;
d.定位引擎服务器分析处理同一定位标签的连续的两条监测记录,计算得到该定位标签从第一个普通节点移动到第二个普通节点的轨迹移动数据,保存在路径数据表中;继续处理同一定位标签的后续的监测记录,即可得到该定位标签的移动轨迹数据。
[0011] 进一步地,所属步骤d具体包括:
d-1.利用图论中的最短路径算法,结合路径连通图,对同一定位标签的连续的两条监测记录进行分析,获取在路径连通图中该定位标签从第一个普通节点到第二个普通节点间的最短路径;记录该条最短路径上的每个节点的ID号及每条边的ID号;d-2.计算上述步骤d-Ι中所得的最短路径的长度L ;
d-3.判断所得的最短路径的长度L,若L=l,则转往步骤d-4 ;若L>1,则转往步骤d-5 ;d-4.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ;
d-5.判断所得的最短路径上除了首尾两节点外,其余节点是否为特殊节点,如果是,则转往步骤d-6 ;如果不是,则转往步骤d-7 ;
d-6.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ;
d-7.判断监测记录出错,抛弃同一定位标签的连续的两条监测记录中的第二条监测记录,并通知系统对相应的设备状态做出检测,转往步骤d-8 ;
d-8.定位引擎服务器等待处理定位标签的下一条监控记录。
[0012] 本发明的优点:本发明基于关键区域定位技术,根据被定位对象的关键区域定位信息(包括被定位对象所出现的关键区域的空间坐标及出现的时间顺序)结合信标设备部署的空间信息等,能够低延时地获取被定位对象的移动轨迹。
附图说明
[0013] 图1为本发明的组成示意图。
[0014] 图2为本发明的方法流程图。
[0015] 图3为本发明的路径连通图的示例图。
[0016] 图4为本发明的路径连通图的另一示例图。
[0017] 图5为定位引擎服务器分析处理同一定位标签的连续两条监测记录的详细流程图。
具体实施方式
[0018] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1所示:
一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,包括:
设置在室内各楼层内的多个定位器,用于周期性的向周围发送定位信号,定位器的定位信号覆盖范围作为该定位器的定位区域。本实施例中,定位器周期性向周围发送球形低频电磁场(覆盖半径由对应环境及发射功率决定)。
[0020] 附在携带者上的定位标签,当定位标签进入某定位器的定位区域时,接收该定位器发出的定位信号,从中解析出该定位器的ID号;并将该定位器的ID号和该定位标签的ID号发送给定位通信基站。定位标签主要用于被定位对象的定位,其功能是接收定位器发出的低频磁场信号以及从中解析出该定位器的ID号。
[0021] 一个或多个定位通信基站,用于实现对所有定位器的定位区域的无线信号覆盖,并把定位通信基站的ID号、接收到的定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间(定位通信基站把接收到定位标签发送信号时的时间作为定位时间)发送给定位引擎服务器。
[0022] 定位引擎服务器,通过以太网与定位通信基站连接,接收上述定位通信基站的ID号、定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间,进行处理后获得定位标签的移动轨迹(也就是该定位标签携带者的移动轨迹)。
[0023] 如图2所示:
一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取方法,包括以下步骤:
a.在定位引擎服务器上建立空间信息模型,生成路径连通图,具体为: 将每个定位器所在的位置作为关键定位点,将每个定位器的定位区域作为关键定位区域,将每个关键定位区域抽象成一个普通节点,将相邻两个关键定位区域之间的通路抽象为长度为I的边;
在多层结构的室内环境(如楼宇、矿井等)中,人员会有垂直方向上的位置移动(通过电梯、楼梯、绳索等升降),对于这种情况,将跨层出入口(连接上下两层的出入口)抽象为特殊节点,将相邻两个特殊节点之间的通路、相邻普通节点和特殊节点之间的通路均抽象为长度为I的边;
将节点信息和边信息存入空间数据表中,组成三维的空间信息模型;
所述节点信息包括:普通节点对应的定位器ID号、特殊节点的ID号、节点(普通节点和/或特殊节点)的空间坐标、节点的标志号(比如O为普通节点,I为特殊节点);普通节点的空间坐标可采用该普通节点对应的定位器的位置坐标;特殊节点的空间坐标可采用该特殊节点对应的出/入口的实际地理位置坐标;
所述边信息包括:边的ID号、边的两端点的ID号(也就是边两端的普通节点对应的定位器ID号或特殊节点的ID号)、边两端点的空间坐标(也就是边两端的节点的空间坐标);最后依据节点信息和边信息生成路径连通图。路径连通图的示例如图3、图4所示。内有网格的圆圈代表定位器,空心的圆圈代表跨层出入口。
[0024] b.定位通信基站接收定位标签发送的该定位标签所在定位区域的定位器的ID号和该定位标签的ID号,并将接收时刻作为定位时间;随后将上述定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,连同该定位通信基站的ID号发送给定位引擎服务器。
[0025] c.定位引擎服务器从接收到的定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,定位通信基站的ID号中提取出计算获取定位标签移动轨迹所需要的数据,即定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,保存为一监测记录;
d.定位引擎服务器分析处理同一定位标签的连续的两条监测记录,计算得到该定位标签从第一个普通节点移动到第二个普通节点的轨迹移动数据,保存在路径数据表中;继续处理同一定位标签的后续的监测记录,即可得到该定位标签的移动轨迹数据。
[0026] 设同一定位标签的连续的两条监测记录分别为:
记录一:定位标签ID号:X ;定位器ID:1 ;定位时间:t 记录二:定位标签ID号:X ;定位器ID:2 ;定位时间:t+t ’
连续的两条监测记录表示,从时刻t到时刻t+t '该定位标签除了在第一个普通节点和第二个普通节点有监测记录以外,没有在其它任何区域出现过监测记录。
[0027] 具体处理过程如下:
d-Ι.利用图论中的最短路径算法,结合路径连通图,对同一定位标签的连续的两条监测记录进行分析,获取在路径连通图中该定位标签从第一个普通节点(ID号为I的定位器所在的定位区域)到第二个普通节点(ID号为2的定位器所在的定位区域)间的最短路径;记录该条最短路径上的每个节点(普通节点/特殊节点)的ID号及每条边的ID号;定位标签在路径连通图从一个普通节点到另外一个普通节点,经过的最短路径,当中可能会包括经过特殊节点的情况,比如定位标签跨层移动,则在路径连通图中必然会通过特殊节点(跨层出入口);此处所利用的最短路径算法,包括但不限于Di jkstra算法。
[0028] d-2.计算上述步骤d-Ι中所得的最短路径的长度L ; 由于定位标签从时间t到t+t丨间没有被其它普通节点监测到,则若非通过特殊节点的情况,计算得到的上述最短路径的长度L应该为I。
[0029] d-3.判断所得的最短路径的长度L,若L=l,则转往步骤d-4 ;若L>1,则转往步骤d-5 ;
d-4.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ;
此处的最短路径的数据信息只包括一条边的ID号,和该边两端的两个普通节点的ID号。
[0030] d-5.判断所得的最短路径上除了首尾两节点外,其余节点是否为特殊节点(即代表跨层出入口的节点),如果是,则说明定位标签跨层出现,需要转往步骤d-6 ;如果不是,则转往步骤d-7 ;
d-6.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ;
此处的最短路径的数据信息包括多条边的ID号,普通节点的ID号,特殊节点的ID号。
[0031] d-7.判断监测记录出错,抛弃同一定位标签的连续的两条监测记录中的第二条监测记录,并通知系统对相应的设备状态做出检测,转往步骤d-8 ;
此处需要系统去检查ID号为2的定位器。
[0032] d-8.定位引擎服务器等待处理定位标签的下一条监控记录。

Claims (5)

1.一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,其特征在于,包括: 设置在室内各楼层内的多个定位器,用于周期性的向周围发送定位信号,定位器的定位信号覆盖范围作为该定位器的定位区域; 附在携带者上的定位标签,当定位标签进入某定位器的定位区域时,接收该定位器发出的定位信号,从中解析出该定位器的ID号;并将该定位器的ID号和该定位标签的ID号发送给定位通信基站; 一个或多个定位通信基站,用于实现对所有定位器的定位区域的无线信号覆盖,并把定位通信基站的ID号、接收到的定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间发送给定位引擎服务器; 定位引擎服务器,与定位通信基站连接,接收上述定位通信基站的ID号、定位器的ID号和定位标签的ID号以及定位时间,进行处理后获得定位标签的移动轨迹。
2.如权利要求1所述的基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,其特征在于:所述定位引擎服 务器通过以太网与定位通信基站连接。
3.如权利要求1所述的基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取装置,其特征在于:所述定位器的定位区域为一球型区域。
4.一种基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取方法,其特征在于,包括以下步骤: a.在定位引擎服务器上建立空间信息模型,生成路径连通图,具体为: 将每个定位器所在的位置作为关键定位点,将每个定位器的定位区域作为关键定位区域,将每个关键定位区域抽象成一个普通节点,将相邻两个关键定位区域之间的通路抽象为长度为I的边; 将跨层出入口抽象为特殊节点,将相邻两个特殊节点之间的通路、相邻普通节点和特殊节点之间的通路均抽象为长度为I的边; 将节点信息和边信息存入空间数据表中,组成空间信息模型; 所述节点信息包括:普通节点对应的定位器ID号、特殊节点的ID号、节点的空间坐标、节点的标志号; 所述边信息包括:边的ID号、边的两端点的ID号、边两端点的空间坐标; 最后依据节点信息和边信息生成路径连通图; b.定位通信基站接收定位标签发送的该定位标签所在定位区域的定位器的ID号和该定位标签的ID号,并将接收时刻作为定位时间;随后将上述定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,连同该定位通信基站的ID号发送给定位引擎服务器; c.定位引擎服务器从接收到的定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,定位通信基站的ID号中提取出计算获取定位标签移动轨迹所需要的数据,即定位器的ID号、定位标签的ID号、定位时间,保存为一监测记录; d.定位引擎服务器分析处理同一定位标签的连续的两条监测记录,计算得到该定位标签从第一个普通节点移动到第二个普通节点的轨迹移动数据,保存在路径数据表中;继续处理同一定位标签的后续的监测记录,即可得到该定位标签的移动轨迹数据。
5.如权利要求4所述的基于信标定位技术的室内定位系统人员移动轨迹获取方法,其特征在于,所述步骤d具体包括: d-Ι.利用图论中的最短路径算法,结合路径连通图,对同一定位标签的连续的两条监测记录进行分析,获取在路径连通图中该定位标签从第一个普通节点到第二个普通节点间的最短路径;记录该条最短路径上的每个节点的ID号及每条边的ID号;d-2.计算上述步骤d-Ι中所得的最短路径的长度L ; d-3.判断所得的最短路径的长度L,若L=l,则转往步骤d-4 ;若L>1,则转往步骤d-5 ;d-4.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ; d-5.判断所得的最短路径上除了首尾两节点外,其余节点是否为特殊节点,如果是,则转往步骤d-6 ;如果不是,则转往步骤d-7 ; d-6.处理中止,并将所得的最短路径的数据信息及相应的定位标签的ID号存入路径数据表中,最短路径的数据信息包括最短路径上的边的ID号和每个节点的ID号,转往步骤d-8 ; d-7.判断监测记录出错,抛弃同一定位标签的连续的两条监测记录中的第二条监测记录,并通知系统对相应的设备状态做出检测,转往步骤d-8 ; d-8.定位引擎服务器 等待处理定位标签的下一条监控记录。
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