CN106197433A - 基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法及装置，包括：多个电磁耦合器件铺设于室内建筑的至少一个平面上；多个定位检测设备由人体携带，每个定位检测设备用于检测携带其的人体在当前运动过程中的方向角及位移数据，以及在经过电磁耦合器件时，读取电磁耦合器件中记录的地理位置信息，根据方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。本发明利用电磁耦合原理实现空间定位、校准陀螺仪和多人空间定位。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别涉及一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法及装置。
背景技术
现今室内定位技术众多，新技术也层出不穷。比如基于WiFi实现室内定位、基于蓝牙实现室内定位、基于远距离RFID实现室内定位、基于红外实现室内定位、基于无线脉冲技术实现室内定位等。对于这些现有的技术，尽管都能够比较好的解决室内定位问题，但是在一些特殊场景或在特殊需求的前提下，无法达到期望的效果。
1)基于WiFi与蓝牙实现室内定位技术定位不够准确，精度大概在2m左右且易收到干扰；
2)基于红外实现室内定位可以比较好的解决定位精度的问题，但是当多人在一起的情况下，由于遮挡问题存在，依然无法保证能够实时准确定位；
3)基于无线脉冲实现室内定位技术定位精度较高且无遮挡问题，但是当多人同时需求定位的情况下，比如40人，则这套定位系统的刷新率会逐步降低，造成定位实时性变差。
4)对于远距离RFID实现室内定位技术原理与WiFi、蓝牙如出一辙，缺点同样是精度达不到要求，一般利用远距离RFID室内定位精度能够达到1m左右,且易受到干扰。
基于以上论述，如果在场景中多人都需要完成定位的情况下，至少要解决定位精度、遮挡、刷新率等问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置及方法，利用电磁耦合原理实现空间定位、校准陀螺仪和多人空间定位。
为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，包括：多个电磁耦合器件和多个定位检测设备，其中，
多个所述电磁耦合器件铺设于室内建筑的至少一个平面上，其中，每个所述电磁耦合器件记录当前地理位置信息；
多个所述定位检测设备由人体携带，每个所述定位检测设备用于检测携带其的人体在当前运动过程中的方向角及位移数据，以及在经过所述电磁耦合器件时，读取所述电磁耦合器件中记录的地理位置信息，根据所述方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。
进一步，所述电磁耦合器件采用以下形式之一：RFID卡片、电子标签或线圈。
进一步，多个电磁耦合器件和多个定位检测设备根据相关之间建立通信的关系分别多组，其中每组中所述电磁耦合器件和与其建立通信的定位检测设备的频率相同，不同组之间所述电磁耦合器件的频率可相同或不同，且多个电磁耦合器件，且以等间距安装或粘贴在室内建筑的一个平面上。
进一步，所述电磁耦合器件铺设于室内建筑的地板、天花板或墙壁上。
进一步，所述电磁耦合器件的频率为13.56Mhz或125KHz。
进一步，所述定位检测设备包括：
陀螺仪，用于检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据；
多个读取单元，用于读取所述电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息；
控制单元，所述控制单元与所述陀螺仪和每个所述读取单元相连，用于获取所述方向角及位移数据、地理位置信息，并进行整合和分析，生成针对该人体的定位结果；
通信单元，所述通信单元与所述控制单元和所述主机相连，用于将所述定位结果传输至所述主机进行存储分析。
进一步，所述控制单元采用微控制器MCU，所述通信单元采用蓝牙设备。
本发明另一方面实施例还提出一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法，包括如下步骤：
步骤S1：在室内建筑的至少一个平面上，铺设多个所述电磁耦合器件，其中，每个所述电磁耦合器件记录当前地理位置信息
步骤S2：由人体携带的定位检测设备检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据；
步骤S3：由定位检测设备在经过所述电磁耦合器件时，读取所述电磁耦合器件中记录的地理位置信息；
步骤S4：根据所述方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。
进一步，在所述步骤S3中，所述定位检测设备读取电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息。
根据本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置及方法，利用电磁耦合原理(例如RFID读卡方式)实现空间定位、校准陀螺仪和多人空间定位。对于利用电磁耦合原理与技术实现空间定位的精度取决于地板下RFID卡片线圈铺设的疏密程度。比如在一个方向上线圈的密度为每10cm两个点，定位精度5cm以内。本发明的定位精度是可以把控的，定位精度很高。因为每个人都会装备人脚固定器，而数据读取方向始终是向下的，人与人之间不会存在遮挡问题。由于每个人都是一个独立的个体，也就不存在刷新率问题，无论多少人在同时进行活动且要求实时定位，依然可以保证每个人都有同样的刷新率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置的结构图；
图2为根据本发明实施例的电磁耦合器件的铺设示意图；
图3为根据本发明实施例的定位检测设备的结构图；
图4为根据本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，包括：多个电磁耦合器件1和多个定位检测设备2。
具体地，多个电磁耦合器件1铺设于室内建筑的至少一个平面上。其中，每个电磁耦合器件1记录当前地理位置信息。
其中，由于在本发明的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置中，可以根据电磁耦合器件1和定位检测设备2之间是否建立通信将其分成一组或多组。即，将彼此之间建立通信的电磁耦合器件和定位检测设备分成一组，其中每组中所述电磁耦合器件和与其建立通信的定位检测设备的频率相同。即，如果电磁耦合器件和定位检测设备之间存储数据读取关系，则其两者的频率必须相同，否则无法完成读取。
但是，不同组之间电磁耦合器件的频率可相同或不同。即，空间定位装置中多个电磁耦合器件可以相同或不同，只要满足该电磁耦合器件和与其通信的定位检测设备之间频率相同即可。不同组之间电磁耦合器件不存在通信关系，所以其频率是否相同对本发明无影响。并且，多个电磁耦合器件以等间距安装或粘贴在室内建筑的一个平面上。例如，铺设于室内建筑的地板、天花板或墙壁上。将电磁耦合器件1按照物理位置坐标的顺序平铺到预设房间或其他场景。如此载有电磁耦合器件1标定位置的铺设工作结束，铺设之后的场景如图2所示。每个电磁耦合器件1对应一个位置坐标。
在本发明的一个实施例中，电磁耦合器件1的频率可以为13.56Mhz或125KHz。需要说明的是，电磁耦合器件1的频率不限于上述举例，还可以为其他频率，在此不再赘述。
在本发明的一个实施例中，电磁耦合器件1采用以下形式之一：RFID卡片、电子标签或线圈。
需要说明的是，电磁耦合器件1的类型不限于上述举例，还可以为其他可记录地理位置的器件，在此不再赘述。
多个定位检测设备2由多人携带。例如，安装在鞋上、腿上等人身体上所有部位或者手持、携带的物理上安装RFID读卡器或者基于电磁耦合的其他读卡设备。
每个定位检测设备2用于检测携带其的人体在当前运动过程中的方向角及位移数据，以及在经过电磁耦合器件1时，读取电磁耦合器件1中记录的地理位置信息，根据方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机，实现对多人的室内或空间定位。
具体地，如图3所示，定位检测设备2包括：陀螺仪22、多个读取单元21、控制单元23和通信单元24。
陀螺仪22用于检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据。多个读取单元21用于读取电磁耦合器件1中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息。即，通过读取单元21将电磁耦合器件1中的数据通过协议翻译成相对的物理位置点坐标。
控制单元23与陀螺仪22和每个读取单元21相连，用于获取方向角及位移数据、地理位置信息，并进行整合和分析，生成针对该人体的定位结果。在本发明的实施例中，控制单元23采用微控制器MCU。
通信单元24与控制单元23和主机相连，用于将定位结果传输至主机进行存储分析。在本发明的实施例中，通信单元24采用蓝牙设备。
以RFID卡片为例，当人脚固定的定位检测设备2，在粘贴一定数量的RFID卡片的地板上运动或与接触的过程中，将相应位置卡片中在系统中地理位置坐标提取出来。定位检测设备2中的RFID读卡器提取到的数据既可以实现定位效果，使系统知道这个穿着人脚固定器的人的位置，同时也可以校准陀螺仪22，消除陀螺仪22的累积误差，使陀螺仪22输出的数据精度升高。
如图4所示，本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法，包括如下步骤：
步骤S1：在室内建筑的至少一个平面上，铺设多个电磁耦合器件，其中，每个电磁耦合器件记录当前地理位置信息。
在本发明中，可以根据电磁耦合器件和定位检测设备之间是否建立通信将其分成一组或多组。即，将彼此之间建立通信的电磁耦合器件和定位检测设备分成一组，其中每组中所述电磁耦合器件和与其建立通信的定位检测设备的频率相同。即，如果电磁耦合器件和定位检测设备之间存储数据读取关系，则其两者的频率必须相同，否则无法完成读取。
但是，不同组之间电磁耦合器件的频率可相同或不同。即，空间定位装置中多个电磁耦合器件可以相同或不同，只要满足该电磁耦合器件和与其通信的定位检测设备之间频率相同即可。不同组之间电磁耦合器件不存在通信关系，所以其频率是否相同对本发明无影响。
并且，多个电磁耦合器件以等间距安装或粘贴在室内建筑的一个平面上。例如，铺设于室内建筑的地板、天花板或墙壁上。将电磁耦合器件按照物理位置坐标的顺序平铺到预设房间或其他场景。
在本发明的一个实施例中，电磁耦合器件的频率可以为13.56Mhz或125KHz。需要说明的是，电磁耦合器件的频率不限于上述举例，还可以为其他频率，在此不再赘述。
在本发明的一个实施例中，电磁耦合器件采用以下形式之一：RFID卡片、电子标签或线圈。
步骤S2：由人体携带的定位检测设备检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据。
步骤S3：由定位检测设备在经过电磁耦合器件时，读取电磁耦合器件中记录的地理位置信息。
其中，定位检测设备读取电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息。
步骤S4：根据方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。
每个定位检测设备用于检测携带其的人体在当前运动过程中的方向角及位移数据，以及在经过电磁耦合器件时，读取电磁耦合器件中记录的地理位置信息，根据方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机，实现室内或空间定位。
根据本发明实施例的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置及方法，利用电磁耦合原理(例如RFID读卡方式)实现空间定位、校准陀螺仪和多人空间定位。对于利用电磁耦合原理与技术实现空间定位的精度取决于地板下RFID卡片线圈铺设的疏密程度。比如在一个方向上线圈的密度为每10cm两个点，定位精度5cm以内。本发明的定位精度是可以把控的，定位精度很高。因为每个人都会装备人脚固定器，而数据读取方向始终是向下的，人与人之间不会存在遮挡问题。由于每个人都是一个独立的个体，也就不存在刷新率问题，无论多少人在同时进行活动且要求实时定位，依然可以保证每个人都有同样的刷新率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (9)
1.一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，包括：多个电磁耦合器件和多个定位检测设备，其中，
多个所述电磁耦合器件铺设于室内建筑的至少一个平面上，其中，每个所述电磁耦合器件记录当前地理位置信息；
多个所述定位检测设备由人体携带，每个所述定位检测设备用于检测携带其的人体在当前运动过程中的方向角及位移数据，以及在经过所述电磁耦合器件时，读取所述电磁耦合器件中记录的地理位置信息，根据所述方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。
2.如权利要求1所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，所述电磁耦合器件采用以下形式之一：RFID卡片、电子标签或线圈。
3.如权利要求1或2所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，多个电磁耦合器件和多个定位检测设备根据相关之间建立通信的关系分别多组，其中每组中所述电磁耦合器件和与其建立通信的定位检测设备的频率相同，不同组之间所述电磁耦合器件的频率可相同或不同，且多个电磁耦合器件以等间距安装或粘贴在室内建筑的一个平面上。
4.如权利要求3所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，所述电磁耦合器件铺设于室内建筑的地板、天花板或墙壁上。
5.如权利要求3所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，所述电磁耦合器件的频率为13.56Mhz或125KHz。
6.如权利要求1所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，所述定位检测设备包括：
陀螺仪，用于检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据；
多个读取单元，用于读取所述电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息；
控制单元，所述控制单元与所述陀螺仪和每个所述读取单元相连，用于获取所述方向角及位移数据、地理位置信息，并进行整合和分析，生成针对该人体的定位结果；
通信单元，所述通信单元与所述控制单元和所述主机相连，用于将所述定位结果传输至所述主机进行存储分析。
7.如权利要求6所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位装置，其特征在于，所述控制单元采用微控制器MCU，所述通信单元采用蓝牙设备。
8.一种基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：在室内建筑的至少一个平面上，铺设多个所述电磁耦合器件，其中，每个所述电磁耦合器件记录当前地理位置信息；
步骤S2：由人体携带的定位检测设备检测人体在当前运动过程中的方向角及位移数据；
步骤S3：由定位检测设备在经过所述电磁耦合器件时，读取所述电磁耦合器件中记录的地理位置信息；
步骤S4：根据所述方向角及位移数据、读取的地理位置信息，对人体在室内建筑中的位置进行定位，并将定位结果传输给主机。
9.如权利要求8所述的基于电磁耦合实现多人高精度空间定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述定位检测设备读取电磁耦合器件中的数据，并通过协议翻译，获取记录的地理位置信息。
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