CN106941662A - 一种室内定位节点布置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种室内定位节点布置方法，包括如下步骤：步骤1：构建一长方体的待测空间，所述待测空间的长宽相等，所需定位的区域包含于所述待测空间内；步骤2：以所述待测空间的上平面或下平面的中心为重心，所选平面的任意一边的中心为顶点呈等边三角形布置三个定位节点，三个定位节点与所述待测空间的中心连线并延长至另一平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点，构成双圆锥构型。

Description

一种室内定位节点布置方法
技术领域
本发明涉及室内定位领域，具体地，涉及一种室内定位节点的布置方法。
背景技术
近年来，室内定位技术迅速发展，并且得到了一定的应用，例如在工厂，可以通过对商品进行标识，来方便对仓储的管理；在超市中，可以通过定位消费者位置和商品位置，帮助消费者引导路线。
这些室内定位系统使用的技术有WIFI，UWB，RFID，蓝牙等等，但是到目前为止还未实现大规模的商用，其主要原因是因为目前室内定位的精度还不够高，只能实现亚米级，而且现有的室内定位手段大多从定位的算法和设备本身入手，没有研究定位节点的布置对于定位精度的影响。
经过对相关文献的检索发现，Shuqiang Xue,Yuanxi Yang于2014年在Journal ofGeodesy上发表“Positioning configuration with the lowest GDOP and theirclassification”(2014年大地测绘期刊，“基于最小GDOP及它的分级的定位构型”，GDOP即几何精度因子，Geometric Dilution of Precision)的文章，提出了一种用于导航系统的构型，但是由于室内定位有多径、非视距等影响定位精度的不确定因素存在，这种构型无法用于室内定位，定位精度不能得到保证。
发明内容
针对当前市场上缺少一种有效的、切实可行的用于室内定位的节点布置方法，本发明提出了一种室内定位节点布置方法，使用该布置方法可以使得定位精度显著提高。
根据本发明提供的一种室内定位节点布置方法，包括如下步骤：
步骤1：构建一长方体的待测空间，所述待测空间的长宽相等，所需定位的区域包含于所述待测空间内；
步骤2：以所述待测空间的上平面或下平面的中心为重心，所选平面的任意一边的中心为顶点呈等边三角形布置三个定位节点，三个定位节点与所述待测空间的中心连线并延长至另一平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点，构成双圆锥构型。
优选的，步骤2中包括：
步骤201：任意选择所述待测空间的上平面或下平面中一条边的中点作为双圆锥构型上的点，以所述待测空间的中心作为双圆锥构型的中心，计算所能构成的双圆锥构型的圆锥张角值，通过调整所述待测空间的长度、宽度使所述圆锥张角值在预定范围内；
步骤202：以所选边的中点为顶点，所选平面的中心作为重心构建等边三角形，在所述等边三角形的三个顶点上分别布置一个定位节点；
步骤203：将步骤202中三个定位节点与所述待测空间的中心连线并延长至另一平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点。
优选的，所述圆锥张角值的预定范围为大于40°且小于75°。
优选的，本发明还包括步骤3：若定位节点的数量大于六个，则剩余的定位节点布置于所述待测空间的靠近中心位置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明布置方法简单，需要测量计算的数据量少，把PDOP(位置精度因子，Position Dilution of Precision)相关性质应用到室内定位中，针对室内定位特有的干扰和误差，对布置方法进行优化，相对比无依据地摆放定位节点，大大提高了定位精度，节约了布置和调整定位节点的时间，可以更有效率地完成室内定位，具有较大的商业应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的室内定位节点布置方法的流程图；
图2为本发明中定位节点构成的双圆锥构型的结构示意图；
图3为与距离相关的非对称双指数误差模型下6个节点的双圆锥构型张角与定位误差的关系示意图；
图4为在与距离相关的非对称双指数误差模型下双圆锥构型的定位节点个数与定位误差的关系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种室内定位节点布置方法，主要是结合PDOP的相关性质和实际待测区域长宽高特征，布置6个定位节点使其构成符合一定倾角要求的双圆锥构型，再根据实际定位节点数量布置剩余定位节点，完成定位节点的部署。
如图1所示，更为具体的，本发明包括如下步骤：
步骤1：确定待测空间。
在对定位节点进行布置之前，需要先对待测空间进行确认，因为定位节点的布置与待测空间长宽高特征有关，待测空间的长宽高特征又与所需定位的区域相关。举例来说，现需要对一大型的多层购物超市进行室内定位节点布置，首先确定所需定位的区域，所述多层购物超市的所需定位的区域一般为其购物区域，其余的空间例如员工办公室等空间并没有定位的需求。然后确定待测空间，要求所需定位的区域可以包含于一长方体空间，该空间称为待测空间(要求待测空间长宽相同，所需定位的区域应处于待测空间中心，且待测空间略大于或等于需要定位的区域)，在确定待测空间后，测量出待测空间的长宽高，设为a,a,c。
步骤2：根据PDOP相关性质和待测空间长宽高特征，按照一定的准则来布置定位节点，使定位节点组成双圆锥构型。
完成该步骤要用到6个定位节点，首先确定一个定位节点的位置，不妨令其为上平面一个定位节点，在待测空间的上平面四条边中任选一条，在该边中心位置放置一个定位节点，计算出可以构成的双圆锥构型的圆锥张角为arctan(2a/c)，由图3的仿真结果可知，该值应该在40°到75°之间定位误差较小，如果计算出的圆锥张角值不在该范围内，则调整选取的待测空间，具体调整方法是如果圆锥张角小于40°，则在保留原有待测空间高的前提下，令新的待测空间长宽适当变大，如果圆锥张角大于75°，则在保留原有待测空间高的前提下，令新的待测空间长宽适当变小，再在新的待测空间的上平面四条边中任选一条，在该边中心位置放置一个定位节点，计算出新的双圆锥构型的圆锥张角值，直到圆锥张角大于40°且小于75°，这样就确定了第一个定位节点的位置。
在确定了一个定位节点后，根据上平面三个定位节点构成等边三角形的准则，在第一个定位节点的基础上，以上平面中心为三角形的重心，可以确定上平面另外两个定位节点的位置，再以待测空间的中心作为双圆锥构型的中心，三个定位节点与待测空间的中心连线并延长至下平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点，即由上平面定位节点的位置对应地确定下平面三个定位节点的位置，组成的双圆锥构型如图2所示，三角形为定位节点的位置。
步骤3：若使用的定位节点数大于6个，则在完成步骤2的布置后，将剩下的定位节点尽可能布置在靠近待测空间中心的位置来提高定位精度，节点个数与定位误差的关系如图4所示，多出的节点用于进一步提高定位精度。
图3所示是与距离相关的非对称双指数误差模型下6个节点的双圆锥构型张角与定位误差的关系，非对称双指数误差模型为：
λp(r)＝apr+bp,λN(r)＝aNr+bN
其中ap，bp，aN，bN为参数，仿真使用的参数为ap＝0.01，bp＝0.03，aN＝0.002，bN＝0.01，通过仿真我们可以得出定位最准确的圆锥张角在50°—60°之间取到，且在40°—75°之间误差值变化较小。因为使用的仿真模型是与距离相关的非对称双指数误差模型，所以r指的是待测点和定位节点的距离，x表示的是测距误差(英文是ranging error)，PADE是概率。经典的非对称双指数模型(如果变量是测距误差)其实就是概率分布函数与测距误差的关系，论文“New Efficient Indoor Cooperative Localization Algorithm WithEmpirical Ranging Error Model”Shenghong Li,Mark Hedley,Senior Member,IEEE,andIain B.Collings,Fellow,IEEE，在该论文中有对该模型的详细介绍。
图4所示是与距离相关的非对称双指数误差模型下双圆锥构型定位节点个数与定位误差的关系，仿真所用的参数同图3，根据仿真结果，可以发现在待测空间中心区域加入第7个定位节点可以显著提高定位精度，但是随着加入定位节点数越多，提高精度的效果逐渐减少。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种室内定位节点布置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构建一长方体的待测空间，所述待测空间的长宽相等，所需定位的区域包含于所述待测空间内；
步骤2：以所述待测空间的上平面或下平面的中心为重心，所选平面的任意一边的中心为顶点呈等边三角形布置三个定位节点，三个定位节点与所述待测空间的中心连线并延长至另一平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点，构成双圆锥构型。
2.根据权利要求1所述的室内定位节点布置方法，其特征在于，步骤2中包括：
步骤201：任意选择所述待测空间的上平面或下平面中一条边的中点作为双圆锥构型上的点，以所述待测空间的中心作为双圆锥构型的中心，计算所能构成的双圆锥构型的圆锥张角值，通过调整所述待测空间的长度、宽度使所述圆锥张角值在预定范围内；
步骤202：以所选边的中点为顶点，所选平面的中心作为重心构建等边三角形，在所述等边三角形的三个顶点上分别布置一个定位节点；
步骤203：将步骤202中三个定位节点与所述待测空间的中心连线并延长至另一平面上，在所获得的交点位置处布置另外三个定位节点。
3.根据权利要求1或2所述的室内定位节点布置方法，其特征在于，所述圆锥张角值的预定范围为大于40°且小于75°。
4.根据权利要求1所述的室内定位节点布置方法，其特征在于，还包括步骤3：若定位节点的数量大于六个，则剩余的定位节点布置于所述待测空间的靠近中心位置。
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