CN103487054A - 一种新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法 - Google Patents

一种新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法，该定位器包括系统运算控制模块及与其相连接的传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块；该定位系统包括手持室内定位器和粘贴在房间入口和关键点的二维码；该定位方法根据传感器组传来的传感器数据、二维码扫描模块传来的数据房间二维码数据以及数据存储模块中的房间地形数据进行计算得到当前位置信息并通过显示模块进行显示。本发明设计合理，其将多种传感器组合、二维码扫描模块及房间内的二维码有效地结合在一起，通过传感器数据及二维码信息实现在室内定位功能，具有定位精度高、抗干扰能力强、使用方便、成本低廉等特点，可广泛用于展会及消防等领域。

Description

一种新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法
技术领域
本发明属于室内定位技术领域，尤其是一种新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法。
背景技术
目前，室内定位系统主要有GPS定位方式和无线定位方式。第一种形式是GPS定位方式，GPS是目前应用最为广泛的定位技术，但是使用GPS进行室内定位存在很大的缺陷：由于GPS定位要依赖于卫星信号，在室内这种密闭环境中，卫星信号会被严重地削弱，甚至无法接收到卫星信号，从而难以实现定位，同时，GPS定位的精度存在5-10米左右的系统误差，这在室外大范围定位应用中可以承受，但是对于室内定位却是很严重的误差。第二种是无线定位技术，常见的无线室内定位方式主要采用红外线室内定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、射频识别技术以及Wi-Fi技术等等，上述无线定位方式在应用中存在各自的缺陷和不足，比如造价较高、定位系统体系结构复杂、抗干扰能力差等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高、抗干扰能力强且成本低廉的的新型手持室内定位器、定位系统及其定位方法。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种新型手持室内定位器，包括系统运算控制模块、传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块，系统运算控制模块分别与传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块相连接；所述的数据存储模块用于存储房间地形数据；所述的传感器组包括加速度传感器、方向传感器和陀螺仪；所述的系统运算控制器根据传感器组传来的传感器数据、二维码扫描模块传来的数据房间二维码数据以及数据存储模块中的房间地形数据进行计算得到当前位置信息并通过显示模块进行显示。
而且，所述的系统运算控制模块由中央处理器、随机存储器和只读存储器连接构成。
而且，所述的房间地形数据包括墙体的位置形状、通道距离、关键点位置以及起始点位置。
而且，所述的二维码扫描模块采用可自动旋转的小型摄像头。
而且，所述的显示模块采用液晶显示屏。
一种新型室内定位系统，包括新型手持室内定位器和粘贴在房间入口墙壁上的房间信息二维码以及在粘贴在房间的一些关键位置上的关键点位置二维码，新型手持室内定位器扫描房间信息二维码和关键点位置二维码，通过中央处理器进行计算得到当前位置信息并通过显示模块进行显示。
一种新型室内定位方法，包括以下步骤：
步骤1：进入房间时，新型手持室内定位器利用二维码扫描模块扫描房间入口处的房间信息二维码,将二维码图像传送给系统运算控制模块，系统运算模块经过对房间信息二维码图像进行分析获取当前房间、楼层以及初始位置，然后根据上述数据从数据存储模块获取预置好的当前房间地形数据并加载进系统控制模块；
步骤2：新型手持室内定位器在房间内移动时，传感器组通过加速度传感器获取当前运动的瞬时加速度数值信息，方向传感器获取当前运动的瞬时加速度方向信息，陀螺仪获得当前运动的角加速度信息，系统运算控制模块对传感器组模块获取数字信号进行滤波处理并计算得到当前位置的初步坐标值；
步骤3：新型手持室内定位器在移动时，使用二维码扫描模块对关键点位置二维码进行扫描，系统运算控制模块通过扫描关键点位置二维码以及摄像头扫描到此关键点位置时所转过的角度，计算当前位置的精确坐标值；
步骤4：新型手持室内定位器将当前位置坐标值通过显示模块进行显示，实现室内定位功能。
而且，所述步骤2系统运算控制模块对传感器组模块获取数字信号进行滤波处理并计算得到当前位置的初步坐标值的具体方法为：将瞬时运动加速度的方向与数值信息对时间进行积分，从而得到当前运动的瞬时速度信息及速度值对时间的曲线；将角加速度信息对时间进行积分可获取角速度的信息及曲线；对上述信息做进一步过滤处理得到真实运动状态的瞬时速度以及速度曲线，对其进行时间积分后得到当前运动的位移距离信息，将位移与起始位置进行计算得到出当前位置的初步坐标值。
而且，所述步骤3计算当前位置的精确坐标值的方法为：系统运算控制模块根据关键点位置信息，从关键点位置以摄像头转过角度的反方向做射线，将该射线与从当前位置的初步坐标值到所扫描到的关键点位置所做的射线进行拟合，再根据数据存储模块中记载的房间地形数据进行偏差修正，可得到当前位置坐标的修正值，从而得到当前位置的精确坐标值。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其将多种传感器组合、二维码扫描模块及房间内的二维码有效地结合在一起，通过传感器数据及二维码信息实现在室内定位功能，具有定位精度高、抗干扰能力强、使用方便、成本低廉等特点，可广泛用于展会及消防等领域。
附图说明
图1为本发明的新型手持室内定位器的电路方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种新型手持室内定位器，如图1所示，包括系统运算控制模块、传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块，系统运算控制模块分别与传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块相连接。其中，系统运算控制模块由中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）构成，随机存储器RAM用于存储采集信息数据和定位数据；只读存储器（ROM）固化有操作系统(在本实施例采用微型Linux操作系统),所述的传感器组模块包括加速度传感器、方向传感器和陀螺仪，上述传感器均与系统运算控制模块中的中央处理器（CPU）相连接并将传感器数据发送给中央处理器（CPU），二维码扫描模块采用可自动旋转的小型摄像头用于扫描房间入口的房间信息二维码和房间内的关键点位置二维码，小型摄像头将扫描的二维码信息发送给系统运算控制模块内的中央处理器（CPU）。数据存储模块用于存储房间地形数据，包括墙体的位置形状、通道距离、关键点位置以及起始点位置等等，中央处理器（CPU）对各种传感器发来的传感器数据、二维码扫描模块发来的二维码数据以及数据存储模块中的房间地形数据进行计算处理得到精确的定位信息，所述的显示模块采用液晶显示屏，该液晶显示屏能够将中央处理器（CPU）计算得到的定位信息进行显示。
一种新型室内定位系统包括新型手持室内定位器和粘贴在房间入口墙壁上的房间信息二维码以及在粘贴在房间的一些关键位置上的关键点位置二维码，使用者在进入房间时，使用新型手持室内定位器扫描房间信息二维码，在进入房间后再扫描关键点位置二维码，通过新型手持室内定位器内的中央处理器（CPU）进行计算定位并通过显示模块显示定位信息，从而引导使用者到达相应的位置。
一种新型室内定位方法，包括以下步骤：
步骤1：进入房间时，新型手持室内定位器利用二维码扫描模块扫描房间入口处的房间信息二维码,将二维码图像传送给系统运算控制模块解析，系统运算模块经过对房间信息二维码图像进行分析解析出房间信息二维码所表示的字符串信息，从而获取当前房间、楼层以及初始位置等信息，然后根据上述数据从数据存储模块获取预置好的当前房间地形数据并加载进系统控制模块，所述的当前房间地形数据包括：包括墙体的位置形状、通道距离、关键点位置以及起始点位置等等。
步骤2：新型手持室内定位器在房间内移动时，传感器组通过加速度传感器获取当前运动的瞬时加速度数值信息，方向传感器获取当前运动的瞬时加速度方向信息，陀螺仪获得当前运动的角加速度信息。系统运算控制模块将这些通过传感器组模块获取数字信号进行一定的滤波处理后，将瞬时运动加速度的方向与数值信息对时间进行积分，从而得到当前运动的瞬时速度信息及速度值对时间的曲线。将角加速度信息对时间进行积分可获取角速度的信息及曲线。将这些信息进行进一步的过滤及综合处理后可以得到比较接近实际情况的真实运动状态的瞬时速度以及速度曲线，将其进一步对时间积分后可得到当前运动的位移距离信息，将位移与起始位置进行综合计算，即可得出当前位置的初步坐标值。
由于系统运算模块的算法的系统误差以及传感器精度带来的系统误差，此时得出的位置信息并不准确，需要下一步校正步骤。
步骤3：新型手持室内定位器在移动时，使用二维码扫描模块对关键点位置二维码进行扫描，系统运算控制模块可以实时地获得当前扫描到的关键点位置二维码以及摄像头扫描到此关键点位置时所转过的角度，而数据存储模块中又记载了每个关键点的确切位置，从关键点位置以摄像头转过角度的反方向做射线，将该射线与从当前位置的初步坐标值到所扫描到的关键点位置所做的射线进行拟合，然后根据数据存储模块中记载的房间地形数据进行偏差修正，可得到当前位置坐标的修正值，从而得到当前位置的精确坐标值。特别的，当摄像头转过360度能扫描到的关键点位置二维码数量大于等于两个的时候，坐标修正值与坐标实际值得偏差将会非常小，即定位会非常精确。
步骤4：新型手持室内定位器将当前位置坐标值通过显示模块进行显示，实现室内定位功能。
本发明可以广泛应用于展览展会或消防安全领域等，通过预置的关键点位置给出用户当前位置的展品介绍，并记录用户经过的路径信息得出用户对展会产品的兴趣偏好。同时，本发明也可以用于消防等安全领域，用于提示当前位置附近的消防设备信息以及安全通道出口位置信息等等，有利于应急处理及疏散人群等工作。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种新型手持室内定位器，其特征在于：包括系统运算控制模块、传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块，系统运算控制模块分别与传感器组模块、二维码扫描模块、显示模块和数据存储模块相连接；所述的数据存储模块用于存储房间地形数据；所述的传感器组包括加速度传感器、方向传感器和陀螺仪；所述的系统运算控制器根据传感器组传来的传感器数据、二维码扫描模块传来的数据房间二维码数据以及数据存储模块中的房间地形数据进行计算得到当前位置信息并通过显示模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种新型手持室内定位器，其特征在于：所述的系统运算控制模块由中央处理器、随机存储器和只读存储器连接构成。
3.根据权利要求1所述的一种新型手持室内定位器，其特征在于：所述的房间地形数据包括墙体的位置形状、通道距离、关键点位置以及起始点位置。
4.根据权利要求1所述的一种新型手持室内定位器，其特征在于：所述的二维码扫描模块采用可自动旋转的小型摄像头。
5.根据权利要求1所述的一种新型手持室内定位器，其特征在于：所述的显示模块采用液晶显示屏。
6.一种使用权利要求1至5任一项所述新型手持室内定位器的定位系统，其特征在于：包括新型手持室内定位器和粘贴在房间入口墙壁上的房间信息二维码以及在粘贴在房间的一些关键位置上的关键点位置二维码，新型手持室内定位器扫描房间信息二维码和关键点位置二维码，通过中央处理器进行计算得到当前位置信息并通过显示模块进行显示。
7.一种如权利要求6所述系统的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：进入房间时，新型手持室内定位器利用二维码扫描模块扫描房间入口处的房间信息二维码,将二维码图像传送给系统运算控制模块，系统运算模块经过对房间信息二维码图像进行分析获取当前房间、楼层以及初始位置，然后根据上述数据从数据存储模块获取预置好的当前房间地形数据并加载进系统控制模块；
步骤2：新型手持室内定位器在房间内移动时，传感器组通过加速度传感器获取当前运动的瞬时加速度数值信息，方向传感器获取当前运动的瞬时加速度方向信息，陀螺仪获得当前运动的角加速度信息，系统运算控制模块对传感器组模块获取数字信号进行滤波处理并计算得到当前位置的初步坐标值；
步骤3：新型手持室内定位器在移动时，使用二维码扫描模块对关键点位置二维码进行扫描，系统运算控制模块通过扫描关键点位置二维码以及摄像头扫描到此关键点位置时所转过的角度，计算当前位置的精确坐标值；
步骤4：新型手持室内定位器将当前位置坐标值通过显示模块进行显示，实现室内定位功能。
8.根据权利要求7所述的一种新型室内定位方法，其特征在于：所述步骤2系统运算控制模块对传感器组模块获取数字信号进行滤波处理并计算得到当前位置的初步坐标值的具体方法为：将瞬时运动加速度的方向与数值信息对时间进行积分，从而得到当前运动的瞬时速度信息及速度值对时间的曲线；将角加速度信息对时间进行积分可获取角速度的信息及曲线；对上述信息做进一步过滤处理得到真实运动状态的瞬时速度以及速度曲线，对其进行时间积分后得到当前运动的位移距离信息，将位移与起始位置进行计算得到出当前位置的初步坐标值。
9.根据权利要求7所述的一种新型室内定位方法，其特征在于：所述步骤3计算当前位置的精确坐标值的方法为：系统运算控制模块根据关键点位置信息，从关键点位置以摄像头转过角度的反方向做射线，将该射线与从当前位置的初步坐标值到所扫描到的关键点位置所做的射线进行拟合，再根据数据存储模块中记载的房间地形数据进行偏差修正，可得到当前位置坐标的修正值，从而得到当前位置的精确坐标值。
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