CN106793073A - 一种基于射频信号的分布式实时定位系统及其定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于射频信号的分布式实时定位系统，涉及射频定位技术领域，包括至少两个探测节点、一个本地服务器、一个主服务器，所述探测节点，用于射频信号的接收、解调解码和数据处理，以及向其他探测节点发送校准信号；所述本地服务器，用于根据所述探测节点发送来的携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息，计算目标射频设备的位置；所述主服务器，用于对所述本地服务器发送来的定位信息进行管理、存储和显示。所述本地服务器根据来自不同探测节点的射频信号信息，估算目标射频设备的位置，并通过探测节点之间发送的校准信号，对目标射频设备的位置进行纠正，从而提高室内定位的精准度。

Description

一种基于射频信号的分布式实时定位系统及其定位方法
技术领域
本发明涉及射频定位技术领域，尤其是一种基于射频信号的分布式实时定位系统及其定位方法。
背景技术
近年来，为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题，科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究，比较成熟的有蓝牙、WiFi、RFID、Zigbee、超宽带、地磁等定位技术。通过对GPS、RFID、GSM、CDMA、Wi-F、蓝牙、LTE等射频信号进行三角定位，能够确定移动设备的位置，实现实时定位。然而，室内射频信号容易受到电磁噪声、建筑物、温度、人体遮挡等因素的影响，导致基于射频信号的室内定位精度不高的问题，始终是研究者面临的最大难题。
目前，目标实时定位系统多依赖于在设备上安装射频标签，其中包含检测移动通信设备位置的模块，这些模块只是返回位置的估计值，并不反馈误差容限和数据检测速率等信息；而且大部分系统的数据处理方式采用异步或按某种特定的时序进行批处理，时效性较低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于射频信号的分布式实时定位系统及其定位方法，无需安装射频标签，能够以非常低的误差容限实时跟踪目标射频设备。
一种基于射频信号的分布式实时定位系统，包括至少两个探测节点、一个本地服务器、一个主服务器，所述探测节点、所述本地服务器和所述主服务器之间通过至少100Mbps的网络互连；
所述探测节点的安装位置固定已知，用于射频信号的接收、解调解码和数据处理，以及向其他探测节点发送校准信号，并向所述本地服务器发送携带自身特定标识符的相应的射频信号信息和校准信号信息；
所述本地服务器，用于根据所述探测节点发送来的携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息，计算目标射频设备的位置；
所述主服务器，用于对所述本地服务器发送来的定位信息进行管理、存储和显示。
进一步的，所述主服务器接入Internet，用户通过Internet访问所述主服务器的定位信息。
一种基于射频信号的实时定位方法，使用前述基于射频信号的分布式实时定位系统，所述本地服务器根据来自不同探测节点的射频信号信息，估算目标射频设备的位置，并通过探测节点之间发送的校准信号，对目标射频设备的位置进行纠正；主要包括以下步骤：步骤1：射频设备进入多个探测节点覆盖的探测区域后，探测节点检测到来自射频设备发射的射频信号，并基于特定协议对该射频信号进行解析，识别出该射频设备的唯一标识符；步骤2：探测节点每隔一段时间，向其他探测节点发送自身探测到的射频信号强度信息，作为校准信号；步骤3：探测节点将携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息发送给本地服务器；步骤4：本地服务器接收到探测节点发送来的数据后，加盖时间戳，并根据各个探测节点探测到的射频信号信息，估算射频设备的位置，并根据探测节点之间发送的校准信号，计算出相应的频谱噪声，进而对射频设备位置进行纠正；步骤5：本地服务器对射频设备的位置和时间戳进行存储，并发送至主服务器；步骤6：主服务器处理接收到的射频设备位置信息，并根据相应的时间戳进行存储；步骤7：主服务器对不同射频设备的位置信息，同一射频设备不同时间点的位置信息，进行整合处理，用于可视化显示。
优选的，当本地服务器故障时，探测节点暂时充当本地服务器角色，保证系统的稳定性；当网络出现问题时，探测节点和本地服务器均暂时作为缓冲器，对相应信息进行缓存直至网络正常。
进一步的，主服务器对网络延迟进行测量，优化射频设备的位置信息。
进一步的，所述步骤4中，本地服务器采用指纹匹配算法对射频设别进行位置估算。
本发明的有益效果：无需借助射频标签，利用多个探测节点接收射频信号，并根据射频信号信息估算该射频设备的位置；同时，利用探测节点之间发送的校准信号，对该射频设备的位置进行纠正，从而提高室内定位的精准度。
附图说明
图1为实施例1的系统结构示意图；
图2为实施例2的系统结构示意图；
图3为实施例3的系统结构示意图；
图4为定位方法的主要流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种基于射频信号的分布式实时定位系统，如图1所示，由三个探测节点、一个本地服务器、一个主服务器组成，所述探测节点、所述本地服务器和所述主服务器之间通过至少100Mbps的网络互连，所述网络可以是有线网络，也可以是无线网络；其中1a、1b、1c代表区域内的射频设备，2a、2b、2c代表探测节点，3代表一个本地服务器，4代表一个主服务器；5a、5b代表不同用户。所述主服务器接入Internet，用户通过Internet访问所述主服务器的定位信息。
所述射频设备发射的射频信号包括但不限于蓝牙、WiFi、GSM、CDMA、LTE等，射频设备进入三个探测节点覆盖的区域后，探测节点检测到来自射频设备发射的射频信号，并基于特定协议对该射频信号进行解析，识别出该射频设备的唯一标识符，所述唯一标识符可以选择MAC地址、国际移动用户识别码IMSI、临时识别码TMSI等，这些标识符包含于射频设备发射的射频信号中，针对不同标识符的提取，有其特定的解析协议，均属于本领域公知，在此不再赘述。
探测节点被动接收射频设备发送的射频信号的同时，每隔一段时间，例如30S，向其他两个探测节点发送自身探测到的射频信号强度信息，由于探测节点的位置固定已知，彼此之间的距离也固定已知，因此可以通过推算得出区域内的频谱噪声，作为校准信号。
探测节点将携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息发送给本地服务器；本地服务器接收到探测节点发送来的数据后，加盖时间戳，并根据三个探测节点探测到的射频信号信息，估算射频设备的位置，并根据探测节点之间发送的校准信号，计算出相应的频谱噪声，进而对射频设备位置进行纠正。本地服务器采用常用的指纹匹配算法结合三角定位，对射频设别进行位置估算，指纹匹配算法一般主要包括设备安装调试阶段和在线定位阶段；所述设备安装调试阶段主要是将室内定位区域划分成网格，建立采样点采样间距1-2m，用WiFi接收设备逐个采样点进行采样，记录该采样点的位置、获取的RSSI值以及AP地址，并对采样数据进行处理；所述在线定位阶段主要是用户持移动射频设备在定位区域移动，实时获取当前RSSI值以及AP地址，并将该信息上传到服务器进行匹配得到估算位置，匹配算法有NN、KNN、神经网络等。
本地服务器对射频设备的位置和时间戳进行存储，并发送至主服务器；主服务器处理接收到的射频设备位置信息，并根据相应的时间戳进行存储；主服务器对不同射频设备的位置信息，同一射频设备不同时间点的位置信息，进行整合处理，用于可视化显示。
当本地服务器故障时，探测节点暂时充当本地服务器角色，保证系统的稳定性；当网络出现问题时，探测节点和本地服务器均暂时作为缓冲器，对相应信息进行缓存直至网络正常，图4为主要工作流程示意图。
针对一些需要极端精确部署的应用中，主服务器还可以对网络延迟进行测量，优化射频设备的位置信息。
实施例2
一种基于射频信号的分布式实时定位系统，如图2所示，由三个探测节点、一个本地服务器、三个主服务器组成，所述探测节点、所述本地服务器和所述主服务器之间通过至少100Mbps的网络互连，所述网络可以是有线网络，也可以是无线网络；其中，1a、1b、1c代表区域内的射频设备，2a、2b、2c代表探测节点，3代表一个本地服务器，4a、4b、4c代表多个主服务器，5a、5b代表不同用户。所述主服务器接入Internet，用户通过Internet访问所述主服务器的定位信息。
多个主服务器的设置，在流量需求较大时，通过不同主服务器内容分发，实现实时定位；其他工作流程同实施例1。
实施例3
一种基于射频信号的分布式实时定位系统，如图3所示，多个主服务器覆盖多个区域，每个区域设有多个探测节点和一个本地服务器，多个主服务器之间信息互通；其中，1a、1b、1c表示各区域内的射频设备，2a、2b、2c、2aa、2bb、2cc、2aaa、2bbb、2ccc代表探测节点，3a、3b、3c表示本地服务器，4a、4b、4c代表多个主服务器，5a、5b代表多个用户。所述主服务器接入Internet，用户通过Internet访问所述主服务器的定位信息。
当某个区域的定位需求较大时，接收到相应区域的本地服务器的主服务器可以将处理任务分发给其他主服务器进行处理，提高系统的效率和实效性；其他工作流程同实施例1、2。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，例如在载车板上设置车辆锁定机构、防倾倒机构等装置，或者增设其他功能模块以扩展其功能，但是这些变化都应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于射频信号的分布式实时定位系统，其特征在于：包括至少两个探测节点、一个本地服务器、一个主服务器，所述探测节点、所述本地服务器和所述主服务器之间通过至少100Mbps的网络互连；
所述探测节点的安装位置固定已知，用于射频信号的接收、解调解码和数据处理，以及向其他探测节点发送校准信号，并向所述本地服务器发送携带自身特定标识符的相应的射频信号信息和校准信号信息；
所述本地服务器，用于根据所述探测节点发送来的携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息，计算目标射频设备的位置；
所述主服务器，用于对所述本地服务器发送来的定位信息进行管理、存储和显示。
2.根据权利要求1所述的基于射频信号的分布式实时定位系统，其特征在于：所述主服务器接入Internet，用户通过Internet访问所述主服务器的定位信息。
3.一种基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：使用权利要求1所述的基于射频信号的分布式实时定位系统，所述本地服务器根据来自不同探测节点的射频信号信息，估算目标射频设备的位置，并通过探测节点之间发送的校准信号，对目标射频设备的位置进行纠正。
4.根据权利要求3所述的基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：主要包括以下步骤，
步骤1：射频设备进入多个探测节点覆盖的探测区域后，探测节点检测到来自射频设备发射的射频信号，并基于特定协议对该射频信号进行解析，识别出该射频设备的唯一标识符；
步骤2：探测节点每隔一段时间，向其他探测节点发送自身探测到的射频信号强度信息，作为校准信号；
步骤3：探测节点将携带自身特定标识符的射频信号信息以及校准信号信息发送给本地服务器；
步骤4：本地服务器接收到探测节点发送来的数据后，加盖时间戳，并根据各个探测节点探测到的射频信号信息，估算射频设备的位置，并根据探测节点之间发送的校准信号，计算出相应的频谱噪声，进而对射频设备位置进行纠正；
步骤5：本地服务器对射频设备的位置和时间戳进行存储，并发送至主服务器；
步骤6：主服务器处理接收到的射频设备位置信息，并根据相应的时间戳进行存储；
步骤7：主服务器对不同射频设备的位置信息，同一射频设备不同时间点的位置信息，进行整合处理，用于可视化显示。
5.根据权利要求4所述的基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：当本地服务器故障时，探测节点暂时充当本地服务器角色，保证系统的稳定性。
6.根据权利要求4所述的基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：当网络出现问题时，探测节点和本地服务器均暂时作为缓冲器，对相应信息进行缓存直至网络正常。
7.根据权利要求4所述的基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：所述步骤7中，主服务器对网络延迟进行测量，优化射频设备的位置信息。
8.根据权利要求4所述的基于射频信号的实时定位方法，其特征在于：所述步骤4中，本地服务器采用指纹匹配算法对射频设别进行位置估算。
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