CN105607035A - 基于无线通信技术的室内定位系统 - Google Patents
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Abstract
基于无线通信技术的室内定位系统包括：将室内平面根据信标节点标签作用距离分成网格状，并布置信标节点标签用于广播标签号与信号强度信息；将室内平面地图信息和信标节点标签位置信息上传至室内地图信息服务器；手持定位设备通过网络从室内地图信息服务器在线同步/下载数据包括所有信标节点标签号与坐标信息；手持定位设备接收来自周围信标节点标签的广播的信息，包括标签号与信号强度；通过多次三边定位法质心计算，得到与信标节点之间的相对位置；据此相对位置，结合同步/下载的信标节点标签坐标信息，得出室内绝对位置。本发明无需对手机、平板电脑等常用终端做硬件改动，且在单个或多个信标节点标签失效的情况下依旧有效定位，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种室内定位系统和方法。
背景技术
室外定位主要靠接收卫星信号来获取经纬度以及高度信息，但由于卫星信号覆盖不到室内空间，人们在室内目前依旧无法精确定位。人们花费的时间大部分实在室内度过的，因此室内定位与导航技术是必需的。限于室内空间结构复杂等条件，目前依然没有成熟的，高精度及高可靠性的商用室内定位系统。
室内定位系统的研究方向现有利用地磁强度、wifi信号、RFID信号、蓝牙信号等制作参考点记录信号强度并存入指纹位置信息数据库，继而在所在位置接收信号强度对比与现有的指纹位置信息数据库中的信号强度指纹位置信息进行对比和相关运算，得出现有的具体位置。以上方式都不能有效解决环境变化时，其精确定位的要求。如有较大的铁磁性金属置物放于室内环境时，其周围的磁场会有变化，又或者当无线信标节点发生故障时，其覆盖范围内信号强度会变化，这些都会导致实时指纹地址信息的变化，但数据库不能实时更新应对，造成定位不准。
因此，保证室内定位的可靠性、稳定性、实时性成为必须解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的是室内实时精确定位，并可在单个或多个信标节点失效的情况下继续有效定位。本发明所采用的手持定位设备，使用蓝牙技术时，可以是支持蓝牙的手机、平板、电脑或可穿戴电子设备等；使用RFID时，可以是手持式RFID阅读器终端等。手持定位设备采取以下3边定位法来实现室内定位，包括以下步骤：
1.如图1所示，若手持定位设备在室内接收到信标节点标签B和标签C的信号，获取标签B和标签C的标签号，同时接收到标签B和标签C的信号强度RSSI值。
2.根据标签B和标签C的RSSI强度值可以获知手持定位设备与标签B和标签C的距离，但由于只有两个参考点，因此可能位置为X0与X1。
3.两个位置X0和X1与点A的距离可以计算得出，分别记为dAX0与dAX1。
3.同样根据标签A的RSSI强度值可以获知手持定位设备与标签A之间距离dAY。
4.通过比较绝对值|dAX0-dAY|与|dAX1-dAY|之间的大小，取小的一个，便可获得图上底边BC和顶点A确定的X0点。
5.同样的方法通过底边AB和顶点C以及底边AC和顶点B的计算确定另外两个点记为Y0与Z0；
6.利用质心算法将三条边各自算出的点X0、Y0、Z0进行质心计算，得出一个较为精确的相对位置坐标。
7.若手持定位设备接收到n(n＞3)个信标节点标签的标签号与信号强度，则可由排列组合可得其可组成Cn 3个三角形进行三边定位，得到Cn 3个质心，测量不同信标节点点之间距离的误差相对独立，则总体测量的标准差与n1/2成反比，对这些Cn 3个质心再做一次质心计算即可得到一个更为精确的定位相对位置坐标。
附图说明
图1为本发明使用的三边定位算法。
图2为本发明的信号节点标签布局示意图。
图3为本发明的定位设备的定位流程图。
具体实施方式
本发明采用蓝牙模块或者RFID标签作为信标节点标签广播标签号与信号强度值RSSI。可通过调节蓝牙模块与RFID标签的发射功率控制广播作用距离。
本发明在下列阐述中，仅用于对发明内容的解释，而非对本发明的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示意了发明相关主要部分，而非全部结构。
如图2，若将蓝牙发射功率控制为2.5mW，一般认为有效距离为15m，则将网格控制在10m见方，在室内平面每隔10m布置一个信号节点标签。则当手持定位设备在室内网格中移动时，随时都可以接收到不少于4个标签发送的标签号与信号强度。当手持定位设备在如同中所示靠近d号信标节点标签的位置时，可以接收到来自a、b、c、d、e、f号6个标签的广播信号。
如图3所示，本发明手持定位设备的定位流程如下：
步骤1：手持定位设备通过互联网从室内地图信息服务器在线同步或下载室内地图的详细数据包括所有信标节点标签的标签号与坐标信息。
步骤2：手持定位设备在室内移动时，接收来自周围信标节点标签的广播的信息，包括标签号与信号强度。
步骤3：通过上述的多次三边定位法质心计算，得到与信标节点之间的相对位置。
步骤4：根据已计算出的手持定位设备与信标节点之间的相对位置，结合从地图信息服务器中同步/下载的信标节点标签绝对坐标信息，得出定位的绝对位置信息。
需要说明的是，根据室内地图信息服务器中获取到的室内平面信息，对定位计算应有边界条件限制，避免因定位误差而错把定位位置超出室内范围或室内一些不可能到达的地方。以此增加定位的准确性。
Claims (3)
1.基于无线通信技术的室内定位系统，其特征在于，整个系统实现定位功能有以下步骤：
1)将室内平面划分为类网格状，在每个网格顶点布置信标节点标签，标签号唯一，信标节点标签以相同功率向移动定位设备广播标签号信息；
2)将室内平面信息以及信标节点信息上传至室内地图信息服务器；
3)手持定位设备通过互联网从室内地图信息服务器在线同步或下载室内地图的详细数据包括所有信标节点标签的标签号与坐标信息。
4)手持定位设备在室内移动时，接收来自周围信标节点标签的广播的信息，包括标签号与信号强度。
5)手持定位设备接收信标节点标签发送的标签号，并通过接收到的个标签号的信息强度，实时计算出与各接收到的标签之间的相对位置；
6)通过多次三边定位法质心计算，得到与信标节点之间的相对位置。
7)根据已计算出的手持定位设备与信标节点之间的相对位置，结合从地图信息服务器中同步/下载的信标节点标签绝对坐标信息，得出定位的绝对位置信息。
2.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述的无线通信技术为基于蓝牙或者RFID等支持RSSI信号强度的通信方式。
3.如权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述的装置包括以下3个部分：
1)手持定位设备。使用蓝牙技术时，手持定位设备可以是支持蓝牙的手机、平板、电脑或可穿戴电子设备等；使用RFID时，可以是手持式RFID阅读器终端等。
2)信标节点标签。使用蓝牙技术时，信标节点标签是蓝牙模块；使用RFID技术时，信标节点标签是RFID标签。
3)室内地图信息服务器。包含室内地图的详细信息以及个信标节点标签的绝对位置信息。
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