CN104698436A - 基于gps信号放大装置实现建筑物内定位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统和方法，该系统包括：设置在每个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置；后台服务器，用于读取移动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；并根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息，由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间的高度信息作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

Description

基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统和方法

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统。

背景技术

目前，对于室内手机GPS信号进行放大的天线系统和室内定位系统通常都部署为两套系统。用户的手机通过天线系统接收放大后的GPS卫星信号，进而保持移动通信网络的信号质量。室内定位系统通过专门的一套定位系统和定位算法对用户的是室内位置进行定位。

通过两套独立的系统分别实现GPS卫星信号放大和室内定位严重造成了成本上的浪费，且严重增加了安装部署的工作量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统，能够通过共用GPS信号放大的设备实现室内定位，降低了设备和部署的成本。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统，所述建筑物内包括至少一个高度区间，所述系统包括：

设置在每个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置；

后台服务器，用于读取移动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；并根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息，由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间的高度信息作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

优选地，在每一个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置中，至少有三个GPS信号室内放大装置不在同一条直线上。

优选地，所述高度区间是指建筑物高度方向上的一层。

优选地，所述GPS信号室内放大装置通过交换机或路由器与所述后台服务器相连。

优选地，所述后台服务器读取多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号的条件是：后台服务器接收到该移动终端发送的定位请求。

优选地，所述移动终端发送的电波信号中携带所述移动终端的标识信息。

优选地，所述后台服务器还用于将所述移动终端在建筑物内的三维位置信息反馈至该移动终端，供该移动终端显示。

本发明另一方面还提供一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的方法，所述建筑物内包括至少一个高度区间，在每个高度区间中预先设置多个GPS信号室内放大装置，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置，该方法包括：

读取动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；

根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息；

由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间的高度信息作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

优选地，所述方法还包括：

将所述移动终端在建筑物内的三维位置信息反馈至该移动终端，以便所述移动终端显示。

优选地，所述方法还包括：

向所述移动终端发送所述建筑物内的三维地图数据，并根据所述移动终端在该建筑物内的三维位置信息，在所述建筑物内的三维地图上显示该移动终端的标记。

本发明实施例借助GPS信号室内放大装置收到的移动终端的电波信号，实现了对移动终端的室内定位，不需要为室内定位单独部署一套设备，因此大大降低了成本和部署的工作量。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统的结构框图；

图2是本发明实施例中的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统在一种典型的建筑物内的布局结构图；

图3是本发明实施例中的GPS信号放大装置的一种具体结构的示意图；

图4是本发明实施例中的基于GPS信号实现建筑物内定位的系统应用在只有一层结构的建筑物内的示意图；

图5是图4实施例中的建筑物内定位系统的逻辑框图；

图6是本发明实施例中的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统应用在有多层结构的建筑物内的示意图；

图7是图6实施例中的建筑物内定位系统的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

图1示出了本发明实施例提供的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统的结构框图，其中建筑物内包括至少一个高度区间，如图1所示，该系统包括设置在每个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置10，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置；

后台服务器5，用于读取移动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；并根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息，由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

由此可见，本发明实施例借助GPS信号室内放大装置收到的移动终端的电波信号，实现了对移动终端的室内定位，不需要为室内定位单独部署一套设备，因此大大降低了成本和部署的工作量。

图2示出了本发明实施例中的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统在一种典型的建筑物内的布局结构图。如图2所示，该建筑物外设有GPS信号室外天线，在室内设置有多个GPS信号室内放大装置，GPS信号室外天线与GPS卫星之间进行通信。

图3示出了本发明实施例中的GPS信号室内放大装置的一种具体结构，该GPS信号室内放大装置包括设备主体11和室内天线12，设备主体11与GPS信号室外天线2相连，设备主体11还与室内天线12相连。此外为了方便从设备主体11上取出所需的信号，还可以在设备主体11上设有外部数据通信接口111。该数据通信接口111在实际中可以采用以太网接口。

图4示出了将本实施例中的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统应用在只有一层结构的建筑物内的示意图。参见图4，在建筑物3内设置至少三个GPS信号室内放大装置，图4中特别地以设置三个为例，分别标记为1a、1b和1c。为了更好的实现后续的室内定位，上述至少三个GPS信号室内放大装置中至少有三个GPS信号室内放大装置不在同一条直线上。

图5示出了本实施例中的建筑物内定位系统的逻辑框图。三个GPS信号室内放大装置1a、1b和1c均通过交换机4与后台服务器5相连。在实际中，GPS信号室内放大装置1a、1b和1c还可以通过路由器与后台服务器5相连，或者GPS信号室内放大装置1a、1b和1c直接与后台服务器5相连。

GPS信号室内放大装置1a、1b和1c与后台服务器5之间可以依据TCP/IP协议、RS485协议、或WIFI协议进行通信。

在建筑物3内具有一个携带移动终端6的用户，该用户的位置可以通过移动终端6的位置进行反映。本实施例中的GPS室内定位系统能够实现对该移动终端6的定位。

用户可以预先在移动终端6上安装特定的应用软件，通过操作该应用软件可以向后台服务器5发送定位请求，同时促使移动终端6向周围发送电波信号。例如用户可以在进入到建筑物3内以后打开应用软件，通过操作发送定位请求。

GPS信号室内放大装置1a、1b和1c能够接收到电波信号，该电波信号中携带发出电波信号的移动终端6的标识。

后台服务器5在接收到移动终端6发送的定位请求后，可以从GPS信号室内放大装置1a、1b和1c获取其接收到的移动终端6发送的电波信号，并利用定位算法计算出移动终端6在室内的位置。后台服务器5具体可以通过电波信号中携带的移动终端的标识判断该电波信号是否是移动终端6发送的。

GPS信号室内放大装置1a、1b和1c可以主动地对其有效范围内的移动终端发送的电波信号进行实时扫描并获取，这种情况下，后台服务器5在接收到移动终端6发送的定位请求后，从GPS信号室内放大装置1a、1b和1c获取的电波信号是这些GPS信号室内放大装置当时所接收到的电波信号。

GPS信号室内放大装置1a、1b和1c还可以被动地对其有效范围内的移动终端发送的电波信号进行扫描。例如后台服务器5在接收到定位请求后，向与其相连的GPS信号室内放大装置1a、1b和1c发送触发信号，以触发GPS信号室内放大装置1a、1b和1c开始扫描并接收其有效范围内的移动终端发送的电波信号。这种实现方式可以有效降低GPS信号室内放大装置的功耗。

一种具体的定位实现思路是利用GPS信号室内放大装置1a、1b和1c接收到同一移动终端发送的电波信号的接收时间，来确定该移动终端相对于GPS信号室内放大装置1a、1b和1c的相对位置，进而可以得到移动终端在建筑物内的相对位置信息。

实现上述定位思路可以采用两种具体的算法。一种算法是TOA算法，另一种算法是DTOA算法，其中利用DTOA算法可以提到定位的精确度，避免时间误差和多径效应的误差对最终确定位置的结果造成误差。

需要说明的是，通过在同一层中的多个GPS信号室内放大装置对移动终端定位的结果是该移动终端在该层中的平面位置。

图6示出了将本实施例中的基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统应用在有多层结构的建筑物内的示意图。参见图6，该建筑物30具有两层(分别标记为楼层31和楼层32)。在每一个楼层均设置至少三个GPS信号室内放大装置，在图6中，楼层31中设置三个GPS信号室内放大装置11a、11b和11c，在楼层32中设置三个GPS信号放大装置12a、12b和12c。

为了实现更好的定位，在每一楼层中的多个GPS信号室内放大装置中有至少三个GPS信号室内放大装置不在同一条直线上。

图7示出了图6实施例中的GPS室内定位系统的逻辑框图。部署在两个楼层中的6个GPS信号室内放大装置11a、11b、11c、12a、12b和12c均通过交换机4与后台服务器5相连。在实际中，这些GPS信号室内放大装置还可以通过路由器与后台服务器5相连，或者也可以将这些GPS信号室内放大装置直接与后台服务器5相连。

在本实施例中，GPS信号室内放大装置11a、11b、11c、12a、12b和12c与后台服务器5之间可以依据TCP/IP协议、RS485协议、或WIFI协议进行通信。

在建筑物30内的楼层32内具有一个携带移动终端62的用户，该用户的位置可以通过移动终端62的位置进行反映。本实施例中的GPS室内定位系统能够实现对移动终端62的定位。

用户可以预先在移动终端62上安装特定的应用软件，通过操作该应用软件可以向后台服务器5发送定位请求，同时促使移动终端62向周围发送电波信号。

GPS信号室内放大装置12a、12b和12c能够接收到电波信号，该电波信号中携带发出电波信号的移动终端62的标识。

后台服务器5在接收到移动终端62发送的定位请求后，可以从GPS信号室内放大装置12a、12b和12c获取其接收到的移动终端62发送的电波信号，并利用定位算法计算出移动终端62在室内的位置。后台服务器5具体可以通过电波信号由携带的移动终端的标识判断该电波信号是否是移动终端62发送的。

在本实施例中，可以将GPS信号室内放大装置的信号做定向覆盖设计，以满足只有或几乎只有移动终端62所在楼层的GPS信号室内放大装置才能接收到该移动终端62的电波信号，此时后台服务器5从接收到移动终端62的电波信号的GPS信号室内放大装置所在的楼层信息就能够获知该移动终端62所在的楼层信息。

在另一个可替换的实施例中，当GPS信号室内放大装置的信号未做定向覆盖设计或定向覆盖的效果不充分时，移动终端62的电波信号也会被其他楼层的GPS信号室内放大装置接收到，但由于移动终端62所在楼层GPS信号室内放大装置接收电波信号的时间相对于其他楼层的GPS信号室内放大装置接收该电波信号的时间更快，同时，其他楼层接收到该电波信号的强度也更弱，所以后台服务器5可以从接收移动终端62的电波信号的时间和/或强度的方面，区分出移动终端62所在楼层的GPS信号室内放大装置，进而由这些GPS信号室内放大装置的楼层信息得到该移动终端62所在的楼层信息。

GPS信号室内放大装置12a、12b和12c可以主动地对其有效范围内的移动终端发送的电波信号进行实时扫描并获取，这种情况下，后台服务器5在接收到移动终端62发送的定位请求后，从GPS信号室内放大装置12a、12b和12c获取的电波信号是这些GPS信号室内放大装置当时所接收到的电波信号。

GPS信号室内放大装置12a、12b和12c还可以被动地对其有效范围内的移动终端发送的电波信号进行扫描。例如后台服务器5在接收到定位请求后，向与其相连的GPS信号室内放大装置12a、12b和12c发送触发信号，以触发GPS信号室内放大装置12a、12b和12c开始扫描并接收其有效范围内的移动终端发送的电波信号。这种实现方式可以有效降低GPS信号室内放大装置的功耗。

为了实现对移动终端62的定位，可以利用GPS信号室内放大装置12a、12b和12c接收到同一移动终端发送的电波信号的接收时间，来确定该移动终端相对于GPS信号室内放大装置12a、12b和12c的相对位置，进而可以得到移动终端在室内的相对位置信息。

实现上述定位思路可以采用两种具体的算法。一种算法是TOA算法，另一种算法是DTOA算法，其中利用DTOA算法可以提到定位的精确度，避免时间误差和多径效应的误差对最终确定位置的结果造成误差。

需要说明的是，通过在同一层中的GPS信号室内放大装置12a、12b和12c对移动终端62的定位结果是该移动终端62在楼层32中的平面位置，而该移动终端62的高度位置可以利用GPS信号室内放大装置12a、12b和12c所在的楼层32的高度位置来表示。

通过上述实施例的技术方案，最终能够得到移动终端在建筑物内的平面位置信息和高度位置信息，由此实现了移动终端在建筑物内的室内三维定位。本领域技术人员应该能够清楚，在上述实施例中均是以建筑物的层来划分建筑物的高度区间，在每个层(高度区间的一种具体形式)内的多个移动终端的高度位置是相同的，即用该高度区间的高度信息来标识。这里的高度信息可以是“第N层(N为自然数)”或第N层的高度值。

上述各个实施例中，当后台服务器计算得到移动终端在建筑物内的三维位置信息后，可以将该三维位置信息反馈至该移动终端，以便移动终端进行显示。移动终端显示的方式可以是直接将坐标信息以数值的方式呈现出来，由用户自行进行解读；还可以由移动终端结合建筑物内的三维地图数据，在建筑物内的三维地图上显示该移动终端的标记。而该三维地图数据可以是由移动终端从后台服务器上获取的。

此外，当用户持有移动终端从室内走出室外时，需要解决由室内定位到室外定位的切换问题。一种具体的解决方案是将本发明实施例中的至少一台GPS信号室内放大装置设置在室内和室外的交界处，比如设置在建筑物的大门的外侧或内侧，以设置在交界处的GPS信号室内放大装置为参考点，并结合上述实施例中的室内定位方案可以确定移动终端是在室外还是在室内，当检测移动终端从室内移到室外时，移动终端可触发切换至室外定位功能，直接接收室外GPS卫星的信号，并执行基于GPS定位的逻辑来确定该移动终端在室外的位置信息。而当移动终端从室外移至室内时，移动终端可触发切换至室内定位功能，利用上述实施例中的方案进行室内定位。

在上述实施例中，每个位置处设置的GPS信号室内放大装置均可以设置至少两个，以实现热备份机制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的系统，其特征在于，所述建筑物内包括至少一个高度区间，所述系统包括：

设置在每个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置；

后台服务器，用于读取移动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；并根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息，由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间的高度信息作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在每一个高度区间中的多个GPS信号室内放大装置中，至少有三个GPS信号室内放大装置不在同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高度区间是指建筑物高度方向上的一层。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述GPS信号室内放大装置通过交换机或路由器与所述后台服务器相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后台服务器读取多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号的条件是：后台服务器接收到该移动终端发送的定位请求。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动终端发送的电波信号中携带所述移动终端的标识信息。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后台服务器还用于将所述移动终端在建筑物内的三维位置信息反馈至该移动终端，供该移动终端显示。

8.一种基于GPS信号放大装置实现建筑物内定位的方法，所述建筑物内包括至少一个高度区间，在每个高度区间中预先设置多个GPS信号室内放大装置，其中每个高度区间中设置至少三个GPS信号室内放大装置，其特征在于，该方法包括：

读取动终端所处的高度区间中的多个GPS信号室内放大装置接收到的由该移动终端发送的电波信号；

根据该电波信号利用定位算法计算该移动终端的平面位置信息；

由所述平面位置信息和该移动终端所处的高度区间的高度信息作为该移动终端在建筑物内的三维位置信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述移动终端在建筑物内的三维位置信息反馈至该移动终端，以便所述移动终端显示。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

向所述移动终端发送所述建筑物内的三维地图数据，并根据所述移动终端在该建筑物内的三维位置信息，在所述建筑物内的三维地图上显示该移动终端的标记。