CN103687002B - 一种基于场强定位技术的自适应标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于场强定位技术的自适应标定方法，包括：控制器设置标定参数，所述标定参数包括目标定位卡ID、标定内容值以及指定的定位参数的阈值；控制器向目标定位卡发送携带有标定内容值信息的标定指令；目标定位卡接收到标定指令后，进行标定内容值设置，基于该设置，周期性地向定位基站发送数据包；控制器获取目标定位卡在当前标定内容值下指定的定位参数的取值，将该取值与设定的阈值进行比较，并根据比较结果，指示目标定位卡保持当前的标定内容值设置，或者，向上/向下调整标定内容值后，继续向目标定位卡发送标定指令。本发明可满足各种场强定位系统的设备动态标定需求，能够有效的提高定位精度，节省时间和成本。

Description

一种基于场强定位技术的自适应标定方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种在矿山一维空间环境下的基于场强定位技术的自适应标定方法。

背景技术

为保障矿井下工作人员的人身安全，通过安装井下人员定位系统确定井下人员的安全状态和具体位置。人员定位系统为井下人员配备定位装置，人员需随身携带该定位装置，以向定位系统提供即时的状态和位置。常用的井下人员定位原理有基于信号场强定位、基于信号到达时间定位、基于信号到达时间差定位、基于信号角度定位等，其中基于信号场强定位的定位精度低于基于到达时间和到达时间差两种方式，但其功耗小、成本低等特点仍可以满足一些场所的特殊需要。基于无线信号场强的定位系统是在已知位置安装基准装置，该基准装置持续接收定位装置的输出信号，通过判定该信号的场强大小确定定位装置相对于基准装置的位置，进而确定其具体位置。基于无线信号场强的定位系统因环境阻挡、反射、移动快慢等因素会对无线信号衰减产生很大影响，这种无规律的突变进而影响位置的判定。为提高定位数据的准确性，当前，常用的有建立数据模型和一次性的定位装置参数标定这两种方式弥补测量误差，但是，因环境和移动速度的不确定性和突变性，这些静态补偿方式仍有很大的不足。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题的基于场强定位技术的自适应标定方法。

具体地，本发明提供的一种基于场强定位技术的自适应标定方法，应用在包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系统中，所述方法包括：

步骤1，自适应标定流程启动后，控制器设置标定参数，所述标定参数包括目标定位卡ID、标定内容值以及指定的定位参数的阈值；其中，指定的定位参数的阈值为标定内容值是否进行调整的参考量；

步骤2，控制器基于设置的标定参数，向指定目标定位卡发送携带有标定内容值信息的标定指令；

步骤3，目标定位卡接收到所述标定指令后，进行标定内容值设置，并基于该设置，周期性地向定位基站发送数据包；

步骤4，控制器获取目标定位卡在当前标定内容值下所述指定的定位参数的取值，将该取值与设定的所述阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的标定内容值设置，或者，向上/向下调整标定内容值后，继续向目标定位卡发送标定指令。

可选地，本发明所述方法中，在自适应标定流程启动前，还包括：

各所述定位卡按照设定的时间间隔检测自身与定位基站的通讯链接情况，当检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接时，向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息，所述控制器在收到该指示消息后，根据具体业务需求启动自适应标定流程。

可选地，当定位卡检测到未与定位基站有通讯链接时，所述方法还包括：

提升自身的信号输出功率，并继续检测自身与定位基站的通讯链接情况，若检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接，则向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息；否则，继续提升自身的信号输出功率，直到达到信号输出功率的最大值。

可选地，本发明所述方法中，在向指定目标定位卡发送标定指令前，还包括：控制器检测目标定位卡是否与某一个或多个定位基站有通讯链接，若是，向目标定位卡发送标定指令；否则，结束标定流程。

可选地，本发明所述方法分为环境自适应标定和移动速度自适应标定，其中，当进行环境自适应标定时，标定参数中，标定内容值为：目标定位卡信号输出功率值；指定的定位参数的阈值为：定位基站检测数量阈值。当进行移动速度自适应标定时，标定参数中，标定内容值为：目标定位卡发送数据包的时间间隔值；指定的定位参数的阈值为：无线信号场强变化阈值。

其中，环境自适应标定过程中，由控制器根据判断结果设置改变定位卡的信号输出功率值，而该判断是基于定位卡邻居表中定位基站的数量与标定设置的阈值数量之间的比较。

移动速度自适应标定过程中，由控制器根据定位卡移动速度判断结果，改变数据包发送时间间隔，如移动速度超出设置阈值，减小数据包发送时间间隔。

本发明有益效果如下：

本发明基于场强定位技术，通过采用环境自适应标定和移动速度自适应标定两种方式，动态、自动改变定位卡的信号输出功率和数据包发送时间间隔，可简化定位精度补偿工作量，降低定位卡功率消耗，减小环境、移动速度对定位的影响，有效提高定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于场强定位技术的自适应标定方法的流程图；

图2为本发明实施例所述方法适用的系统框图；

图3为本发明实施例中环境自适应标定工作流程图；

图4为本发明实施例中移动速度自适应标定工作流程图。

具体实施方式

为了优化基于场强技术的定位精度补偿方式，本发明实施例提供一种基于场强定位技术的自适应标定方法，确切地说，所述方法是在矿山一维空间环境下的自适应标定方法。所述自适应标定包括环境自适应标定和移动速度自适应标定，其中，环境自适应标定，即在不同环境场所自动标定定位卡的输出功率值；移动速度自适应标定，即根据定位卡不同的移动速度自动标定定位卡的数据包发送时间间隔。本发明所述的自适应标定方案进一步提高了基于场强技术的定位精度。下面就通过几个具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于场强定位技术的自适应标定方法，应用在至少包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系统中，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S101，自适应标定流程启动后，控制器设置标定参数，所述标定参数包括目标定位卡ID、标定内容值以及指定的定位参数的阈值；其中，指定的定位参数的阈值为标定内容值是否进行调整的参考量；

优选地，在执行自适应标定流程前，所述方法还包括：

各定位卡按照设定的时间间隔检测自身与各定位基站的通讯链接情况，当检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接时，向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息，所述控制器在收到该指示消息后，根据具体业务需求启动自适应标定流程。

可选地，当定位卡检测到未与定位基站有通讯链接时，提升自身的信号输出功率，并继续检测自身与定位基站的通讯链接情况，若检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接，则向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息；否则，继续提升自身的信号输出功率，直到达到信号输出功率的最大值。

也就是说，在启动自适应标定流程前，各定位卡先对其与定位基站间的通信链路进行自检，以保证自适应标定过程中的信息能够传达至相应的定位卡，使得自适应标定过程顺利进行。

步骤S102，控制器基于设置的标定参数，向指定目标定位卡发送携带有标定内容值信息的标定指令；

优选地，在向指定目标定位卡发送标定指令前，控制器还检测目标定位卡是否与某一个或多个定位基站有通讯链接，若是，向目标定位卡发送标定指令；否则，结束标定流程。

也就是说，由于控制器向定位卡发送标定指令的时间具有不确定性，为了保证标定流程顺利进行，优选的对目标定位卡的通讯链路进行再次确认。

步骤S103，目标定位卡接收到所述标定指令后，进行标定内容值设置，并基于该设置，周期性地向定位基站发送数据包；

步骤S104，控制器获取目标定位卡在当前标定内容值下所述指定的定位参数的取值，将该取值与设定的所述阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的标定内容值设置，或者，向上/向下调整标定内容值后，继续向目标定位卡发送标定指令。

确切地说，本发明实施例所述的自适应标定方法分为环境自适应标定和移动速度自适应标定，其中：

环境自适应标定，即在不同环境场所自动标定定位卡的信号输出功率。此时，所述标定参数中，标定内容值为：目标定位卡信号输出功率值；指定的定位参数的阈值为：定位基站检测数量阈值。

基于上述标定参数的定义，标定流程中步骤S103、S104的具体实施过程为：

目标定位卡接收到所述标定指令后，设置信号输出功率值，并在该信号输出功率值下，周期性地向定位基站发送数据包；其中，当目标定位卡重新设置信号输出功率后，会重新与各定位基站建立无线连接。

目标定位卡检测邻居表，获取与目标定位卡建立通讯链接的定位基站数，并将该定位基站数发送至控制器；

控制器获取到所述定位基站数后，将该定位基站数与设置的定位基站检测数量阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的信号输出功率值设置，或者，向上/向下调整信号输出功率值后，继续向目标定位卡发送标定指令。

确切地讲，控制器在检测到所述定位基站数低于所述定位基站检测数量阈值时，提升目标定位卡信号输出功率值，并基于提升后的信号输出功率值，继续向目标定位卡发送标定指令；

控制器在检测到所述定位基站数高于所述定位基站检测数量阈值时，判断高出的数值是否达到设定的上限，若是，降低目标定位卡信号输出功率值，并基于降低后的信号输出功率值，继续向目标定位卡发送标定指令；否则，告知目标定位卡保持当前的信号输出功率值设置。

移动速度自适应标定，即根据定位卡不同的移动速度自动标定定位卡的数据包发送时间间隔。此时，标定参数中，标定内容值为：目标定位卡发送数据包的时间间隔值；指定的定位参数的阈值为：无线信号场强变化阈值。

基于上述标定参数的定义，标定流程中步骤S103、S104的具体实施过程为：

目标定位卡接收到所述标定指令后，设置数据包发送时间间隔，并在该设置下，向定位基站发送数据包；

定位基站将检测到的目标定位卡信号场强值发送至控制器；

控制器接收到各定位基站发送的目标定位卡信号场强值后，判断目标定位卡与各定位基站的信号场强值的变化量，并将该变化量与设置的无线信号场强变化阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的数据包发送时间间隔值设置，或者，向上/向下调整数据包发送时间间隔后，继续向目标定位卡发送标定指令。

确切地讲，控制器当检测到目标定位卡相对于某一个或多个定位基站的信号场强值的变化量大于设置的无线信号场强变化阈值时，缩短目标定位卡数据包发送时间间隔，并基于缩短后的数据包发送时间间隔，继续向目标定位卡发送标定指令；否则，告知目标定位卡保持当前的数据包发送时间间隔设置。

也就是说，定位卡移动速度自适应标定过程中，由控制器根据定位卡移动速度判断结果，改变数据包发送时间间隔，如移动速度超出设置阈值，减小数据包发送时间间隔。

基于上述实施过程，下面根据图2～图4给出本发明一个较佳的实施例，并结合对实施例的描述，进一步给出本发明的技术细节，使其能够更好地说明本发明的提供的方法的具体实现过程。

如图2所示，本实施例所述方法适用于一种井下人员定位系统，该系统组成包括控制计算机（即控制器）、分站网关、定位基站和定位卡。其中，控制计算机安装有控制软件，用于对整套系统的控制、数据处理和界面显示；分站网关通过电缆连接控制计算机、通过无线连接定位基站，用以数据中转和无线网络的建立；定位基站布置于场所的各个位置，用于无线数据中继通讯和测量定位卡的通讯链路信号场强；定位卡由被定位的人员或设备携带安装，并不断向定位基站发送无线信号以及接收定位基站发送的无线信号。

基于上述系统框架，本实施例实现环境自适应标定和移动速度自适应标定的过程具体如下：

如图3所示，为本发明实施例环境自适应标定工作流程图，包括如下步骤：

步骤1，定位卡间隔时段检测自身是否至少与一个定位基站有通讯链接，若否，则检测定位卡当前信号输出功率是否达到最大值，若达到最大值，则说明无法与定位基站建立连接，执行故障提示；若未达到最大值，则自动提升信号输出功率后继续检测；若定位卡与定位基站有通讯链接，则表示可以启动环境自适应标定。

步骤2，启动环境自适应标定后：控制计算机首先设置标定参数，包括定位基站检测数量阈值、待标定的定位卡ID和定位卡初始输出功率值。

步骤3，控制计算机检测待标定的定位卡与定位基站的通讯链接是否正常，如异常，进行错误提示；否则，控制计算机启动环境自适应标定指令下发，该指令包含目标定位卡ID、命令动作要求以及定位卡输出功率值。

步骤4，目标定位卡通过无线信号接收标定指令，如正常接收，返回应答数据，并关闭间隔时段通讯链接自检（目的是节能）；如接收异常，进行错误提示。

步骤5，目标定位卡更改信号输出功率值为标定设置值，重新建立与定位基站的无线网络链接，并向定位基站周期性的发送数据包；

步骤6，目标定位卡读取自身的邻居表内容，将邻居表中与目标定位卡可建立通讯的定位基站数量回馈至控制计算机。

步骤7，控制计算机判断目标定位卡检测到的定位基站数量是否大于设置的阈值，若否，则提升目标定位卡信号输出功率值（具体提升量可以预先设置），将修改后的信号输出功率值携带在标定指令中再次下发至目标定位卡，重新执行标定动作；若是，则判断超出阈值的数值是否达到设定的限值，若达到，则降低目标定位卡信号输出功率值，并将修改后的信号输出功率值携带在标定指令中再次下发至目标定位卡，重新执行标定动作；若未达到，则告知目标定位卡设定为当前信号输出功率值，完成此次环境自适应标定。

如图4所示，为本发明实施例移动速度自适应标定工作流程图，具体包括：

步骤1，定位卡间隔时段检测自身是否至少与一个定位基站有通讯链接，若否，则检测定位卡当前信号输出功率是否达到最大值，若达到最大值，则说明无法与定位基站建立连接，执行故障提示；若未达到最大值，则自动提升信号输出功率后继续检测；若定位卡与定位基站有通讯链接，则表示可以启动移动速度自适应标定。

步骤2，启动移动速度自适应标定后：控制计算机首先设置标定参数，包括无线信号场强变化阈值、待标定的定位卡ID和定位卡初始数据包发送时间间隔。

步骤3，控制计算机检测待标定的定位卡与定位基站的通讯链接是否正常，如异常，进行错误提示；否则，控制计算机启动移动速度自适应标定指令下发，该指令包含目标定位卡ID、命令动作要求以及定位卡数据包发送时间间隔。

步骤4，目标定位卡通过无线信号接收标定指令，如正常接收，返回应答数据，并关闭间隔时段通讯链接自检；如接收异常，进行错误提示。

步骤5，目标定位卡以设定的数据包发送时间间隔向定位基站发送数据包，定位基站将检测到的目标定位卡信号场强值发送至控制计算机。

步骤6，控制计算机判断目标定位卡相对于各定位基站信号场强值的变化，如目标定位卡相对于一个或多个定位基站信号场强值的变化量超出阈值，缩短目标定位卡数据包发送时间间隔，并将修改后的时间间隔携带在标定指令中再次下发至目标定位卡，重新执行标定动作，以此往复。如变化量均低于阈值要求，告知目标定位卡设定为当前时间间隔，完成此次移动速度自适应标定。

为便于定位卡标定操作，亦可由控制计算机合并下发环境自适应标定和移动速度自适应标定指令，目标定位卡可以分时执行以上两个标定动作，并与控制计算机进行数据交互。

综上所述，本发明基于场强定位技术，通过采用环境自适应标定和移动速度自适应标定两种方式，动态、自动改变定位卡的信号输出功率和数据包发送时间间隔，可简化定位精度补偿工作量，降低定位卡功率消耗，减小环境、移动速度对定位的影响，有效提高定位精度。

另外，本发明所述方法与传统的建立数据模型、一次性参数标定等有所区别，通过动态、自适应的交互方式进行参数标定，以弥补因环境、移动速度等因素引起的无线信号场强误差，能够有效提高场强定位装置的精度。该方法可广泛应用于各种采用场强定位技术的低成本设备并且对定位精度有较高要求的场合。该方法具有通用性好、配置灵活、响应速度快、精度高等特点，可满足各种场强定位系统的设备动态标定需求，能够有效的提高定位精度，节省时间和成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于场强定位技术的自适应标定方法，应用在包括控制器、若干定位基站和若干定位卡的系统中，其特征在于，包括：

步骤1，自适应标定流程启动后，控制器设置标定参数，所述标定参数包括目标定位卡ID、标定内容值以及指定的定位参数的阈值；其中，指定的定位参数的阈值为标定内容值是否进行调整的参考量；其中，控制器设置的标定参数为：环境自适应标定参数，和/或，移动速度自适应标定参数；当所述标定参数为环境自适应标定参数时，该标定参数中，标定内容值为：目标定位卡信号输出功率值；指定的定位参数的阈值为：定位基站检测数量阈值；当所述标定参数为移动速度自适应标定参数时，该标定参数中，标定内容值为：目标定位卡发送数据包的时间间隔值；指定的定位参数的阈值为：无线信号场强变化阈值；

步骤2，控制器基于设置的标定参数，向指定目标定位卡发送携带有标定内容值信息的标定指令；

步骤3，目标定位卡接收到所述标定指令后，进行标定内容值设置，并基于该设置，周期性地向定位基站发送数据包；

步骤4，控制器获取目标定位卡在当前标定内容值下所述指定的定位参数的取值，将该取值与设定的所述阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的标定内容值设置，或者，向上/向下调整标定内容值后，继续向目标定位卡发送标定指令。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在自适应标定流程启动前，所述方法还包括：

各所述定位卡按照设定的时间间隔检测自身与定位基站的通讯链接情况，当检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接时，向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息，所述控制器在收到该指示消息后，根据具体业务需求启动自适应标定流程。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当定位卡检测到未与定位基站有通讯链接时，所述方法还包括：

提升自身的信号输出功率，并继续检测自身与定位基站的通讯链接情况，若检测到与某一个或多个定位基站有通讯链接，则向控制器发送可以进行自适应标定的指示消息；否则，继续提升自身的信号输出功率，直到达到信号输出功率的最大值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，在向指定目标定位卡发送标定指令前，还包括：

控制器检测目标定位卡是否与某一个或多个定位基站有通讯链接，若是，向目标定位卡发送标定指令；否则，结束标定流程。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述标定参数为环境自适应标定参数时，所述步骤3、4具体包括：

目标定位卡接收到所述标定指令后，设置信号输出功率值，并在该信号输出功率值下，周期性地向定位基站发送数据包；

目标定位卡检测邻居表，获取与目标定位卡建立通讯链接的定位基站数，并将该定位基站数发送至控制器；

控制器获取到所述定位基站数后，将该定位基站数与设置的定位基站检测数量阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的信号输出功率值设置，或者，向上/向下调整信号输出功率值后，继续向目标定位卡发送标定指令。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法中：

控制器在检测到所述定位基站数低于所述定位基站检测数量阈值时，提升目标定位卡信号输出功率值，并基于提升后的信号输出功率值，继续向目标定位卡发送标定指令；

控制器在检测到所述定位基站数高于所述定位基站检测数量阈值时，判断高出的数值是否达到设定的上限，若高出的数值达到设定的上限，则降低目标定位卡信号输出功率值，并基于降低后的信号输出功率值，继续向目标定位卡发送标定指令；若高出的数值未达到设定的上限，则告知目标定位卡保持当前的信号输出功率值设置。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述标定参数为移动速度自适应标定参数时，所述步骤3、4具体包括：

目标定位卡接收到所述标定指令后，设置数据包发送时间间隔，并在该设置下，向定位基站发送数据包；

定位基站将检测到的目标定位卡信号场强值发送至控制器；

控制器接收到各定位基站发送的目标定位卡信号场强值后，判断目标定位卡与各定位基站的信号场强值的变化量，并将该变化量与设置的无线信号场强变化阈值进行比较，并根据预设的比较结果与标定要求间的对应关系，指示目标定位卡保持当前的数据包发送时间间隔值设置，或者，向上/向下调整数据包发送时间间隔后，继续向目标定位卡发送标定指令。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法中：

控制器当检测到目标定位卡相对于某一个或多个定位基站的信号场强值的变化量大于设置的无线信号场强变化阈值时，缩短目标定位卡数据包发送时间间隔，并基于缩短后的数据包发送时间间隔，继续向目标定位卡发送标定指令；否则，告知目标定位卡保持当前的数据包发送时间间隔设置。