CN107144277B - 一种室内定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造公开了一种室内定位方法，包括：在每个楼层分别布设一个感应子网及网络服务器，每个感应子网由多个射频感应路由器组成，网络服务器则包括一网管前置系统和一应用系统，各射频感应路由器与网管前置系统之间建立网络连接；在应用系统中记录各射频感应路由器的ID及坐标；当被检测点进入射频感应路由器的感应范围时，射频感应路由器采集被检测点的RSSI信号，并将此RSSI信号与该射频感应路由器的ID打包发送至网管前置系统，网管前置系统再转发给应用系统；应用系统根据各射频感应路由器发来的RSSI信号测算被检测点的坐标。本发明实现了复杂环境下高精度的一点、二点及多点室内定位。

Description

一种室内定位方法
技术领域
本发明创造涉及室内定位技术领域，更具体的讲是一种室内定位方法。
背景技术
当前室内定位技术的硬件实现方案采用WIFI、蓝牙、红外、超声波、射频识别（RFID）、ZigBee、UWB、光波等技术。实现方法有近邻法、三角测量发、模式匹配法，由于室内环境的变化较大，故大部分实现较多采用了模式匹配法，如WIFI的指纹算法就是一种模式匹配法。算法有TDOA、DOA、AOA等。所有的算法都是感应点针对被检测点所检测的时间或信号强度的差异来进行的，是仅依据空间的静态参数来进行定位计算的。
所谓针对被检测点所检测的时间或信号强度的差异进行定位计算，具体是在室内布设多个信号检测装置（如射频感应路由器），这些信号检测装置都与后台服务器连接，在被检测点进入检测范围时，检测装置可检测到被检测点的RSSI信号并转发至后台服务器，通过RSSI信号可计算被检测点与检测装置的距离，但是单独一个信号不能够获得被检测点的坐标，所以后台服务器对有以下计算：需要三个以上信号检测装置获取的距离，并获得三个以上的以信号检测装置为圆心距离为半径的圆，三个圆的交点作为被检测点的坐标。一般都是在系统建设前期采集一次环境RSSI信号,作为计算辅助参数。计算是依据当时的环境估计一个环境调整参数，调整计算辅助参数进行计算。由于室内的电磁环境特别复杂，而且随着室内装修变化、天气变化，RSSI信号获取不稳定，环境调整参数的估算值是一个随意而定的数据，将严重影响室内定位效果及定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内定位方法，以实现复杂环境的高精度的室内定位。
本发明创造采用如下技术方案：
一种室内定位方法，包括以下步骤：
步骤一：在每个楼层分别布设一个感应子网及网络服务器，每个感应子网由多个射频感应路由器组成，且室内入口处设置一个射频感应路由器，网络服务器则包括一网管前置系统和一应用系统，各射频感应路由器与网管前置系统之间建立网络连接；
步骤二：在应用系统中记录各射频感应路由器的ID及坐标；
步骤三：当被检测点进入射频感应路由器的感应范围时，射频感应路由器采集被检测点的RSSI信号，并将此RSSI信号与该射频感应路由器的ID打包发送至网管前置系统，网管前置系统再转发给应用系统；
步骤四：应用系统根据各射频感应路由器发来的RSSI信号测算被检测点的坐标，具体如下：
若仅有一个射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则应用系统根据被检测点的RSSI信号强度曲线计算被检测点与射频感应路由器的距离，并得到以射频感应路由器为圆心以该距离为半径的圆；引入被检测点的两个已知坐标的前序点，得到经过两个前序点的直线，确定该直线与圆的交点作为被检测点的定位坐标；所述前序点为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
若有且仅有两个射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则应用系统根据两个被检测点的RSSI信号强度曲线计算被检测点分别与两个射频感应路由器的距离，并得到分别以两个射频感应路由器为圆心以对应距离为半径的两个圆，同时得到两个圆的两个交点，再确定经过该两个交点的直线L1；此时引入被检测点的两个已知坐标的前序点，得到经过前序点的直线，确定该直线与所述直线L1的交点作为被检测点的定位坐标；所述前序点为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
若有三个或三个以上的射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则任意选择三个射频感应路由器作为顶点构成三角形，获得多个由射频路由器坐标点构成的三角形，将所有三角形两两相交得到多个交点，计算所有交点的平均值作为被检测点的坐标。
所述射频感应路由器带有网络接口或WIFI接口，其通过有线网络或无线网络与网管前置系统连接。
所述射频感应模块还带有两个采用不同收发频率的射频收发模块，其中一个射频收发模块用于采集被检测点发射的RSSI信号，其传输频率为采集频率；另一个射频收发模块用于另一个射频收发模块用于采集实时采集各个射频感应模块两两之间的RSSI信号作为实时计算参数，其传输频率为系统频率。
所述感应子网内部的所有射频感应路由器还会定时采集两两之间的RSSI信号，其频率采用系统频率，采集得到的射频感应路由器两两之间RSSI信号组成实时RSSI环境参数表，该RSSI环境参数表作为计算被检测点坐标的辅助参数，在测算被检测点坐标时用于校准被检测点坐标。
由上述对本发明创造的描述可知，本发明有益效果为：本发明通过网格化地分布射频感应路器，在网格化感知点的基础上提出一种时间与空间结合的定位技术，针对不同的感知区域，分别提出单点、两点及三点及以上定位的测算方法，并根据实时获得的RSSI信号强度曲线, 排除了应室内环境的变化、天气变化的因素；而且，本发明通过在单个楼层分别布设一个感应子网，只采用感应子网内检测的RSSI信号进行协同定位，排除了不同楼层射频感应路器信号衰减的影响，定位的准确性进一步提高，信号采集效率也更高。
附图说明
图1为本发明一个感应子网的结构示意图；
图2为本发明一个射频感应路由器区域内测试被检测点坐标的示意图；
图3是本发明两个射频感应路由器区域内测试被检测点坐标的示意图；
图4是本发明三个以上射频感应路由器区域内测试被检测点坐标的示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明创造的具体实施方式。
本发明揭示的一种室内定位方法，包括以下步骤：
步骤一：在每个楼层分别布设一个感应子网及网络服务器，如图1所示，每个感应子网由多个射频感应路由器（也称感知路由器）组成，室内入口处设置一个射频感应路由器，网络服务器则包括一网管前置系统和一应用系统，各射频感应路由器与网管前置系统之间建立网络连接；射频感应路由器带有网络接口或WIFI接口，其通过有线网络或无线网络与网管前置系统连接；
步骤二：在应用系统中记录各射频感应路由器的ID及坐标，其中室内入口的感知路由器具有的入口参数也记录在应用系统中；
步骤三：当被检测点进入射频感应路由器的感应范围时，射频感应路由器采集被检测点的RSSI信号，并将此RSSI信号与该射频感应路由器的ID打包发送至网管前置系统，网管前置系统再转发给应用系统；
步骤四：应用系统根据各射频感应路由器发来的RSSI信号测算被检测点的坐标，具体如下：
如图2所示，若仅有一个射频感应路由器B（X，Y）采集到了该被检测点N3的RSSI信号，则应用系统根据被检测点N3的RSSI信号强度曲线计算被检测点与射频感应路由器B的距离，并得到以射频感应路由器B为圆心以该距离为半径的圆；引入被检测点N3的两个已知坐标的前序点N1（X1，Y1）、N2（X2，Y2），得到经过两个前序点N1、N2的直线，确定该直线与圆的交点作为被检测点的定位坐标（X3，Y3）；所述前序点N1（X1，Y1）、N2（X2，Y2）为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
如图3所示，若有且仅有两个射频感应路由器B1（x1，y1）、B2（x2，y2）采集到了该被检测点的RSSI信号，则应用系统根据两个被检测点的RSSI信号强度曲线分别计算被检测点N3与两个射频感应路由器B1、B2的距离，并得到分别以两个射频感应路由器为圆心以对应距离为半径的两个圆，同时得到两个圆的两个交点，再确定经过该两个交点的直线L1；此时引入被检测点的两个已知坐标的前序点N1（x4，y4）、N2（x5，y5），得到经过前序点的直线，确定该直线与上述直线L1的交点作为被检测点的定位坐标（x3，y3）；前序点N1（x4，y4）、N2（x5，y5）为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
若有三个或三个以上的射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则任意选择三个射频感应路由器作为顶点构成三角形，获得多个由射频路由器坐标点构成的三角形，将所有三角形两两相交得到多个交点，计算所有交点的平均值作为被检测点的坐标。如图4所示，有四个射频感应路由器B1、B2、B3和B4可采集到了该被检测点的RSSI信号，以B1、B2、B3三个顶点和B1、B2、B4三个顶点组成2个三角形，2个三角形的交点可作为被检测点的坐标。
射频感应模块还带有两个采用不同收发频率的射频收发模块，其中一个射频收发模块用于采集被检测点发射的RSSI信号，其传输频率为采集频率；另一个射频收发模块用于另一个射频收发模块用于采集实时采集各个射频感应模块两两之间的RSSI信号作为实时计算参数，其传输频率为系统频率。
感应子网内部的所有射频感应路由器还会定时采集两两之间的RSSI信号，检测频率采用系统频率，采集得到的射频感应路由器两两之间RSSI信号组成实时RSSI环境参数表，该RSSI环境参数表作为计算被检测点坐标的辅助参数，在测算被检测点坐标时用于校准被检测点坐标。由于射频感应路由器之间的距离是已知且不变的，而无线信号均有一条RSSI信号强度与距离的变化曲线，在环境内电磁环境变化时，信号强度也发生变化，而距离不变，此时将射频感应路由器两两之间RSSI信号作为参考值，来确定RSSI信号强度与距离的变化曲线，根据此曲线计算被检测点与射频感应路由器之间的距离，即可保证定位精度。
上述仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明创造的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明创造进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明创造保护范围的行为。

Claims (3)

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在每个楼层分别布设一个感应子网及网络服务器，每个感应子网由多个射频感应路由器组成，且室内入口处设置一个射频感应路由器，网络服务器则包括一网管前置系统和一应用系统，各射频感应路由器与网管前置系统之间建立网络连接；
步骤二：在应用系统中记录各射频感应路由器的ID及坐标；
步骤三：当被检测点进入射频感应路由器的感应范围时，射频感应路由器采集被检测点的RSSI信号，并将此RSSI信号与该射频感应路由器的ID打包发送至网管前置系统，网管前置系统再转发给应用系统；
步骤四：应用系统根据各射频感应路由器发来的RSSI信号测算被检测点的坐标，具体如下：
若仅有一个射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则应用系统根据被检测点的RSSI信号强度曲线计算被检测点与射频感应路由器的距离，并得到以射频感应路由器为圆心以该距离为半径的圆；引入被检测点的两个已知坐标的前序点，得到经过两个前序点的直线，确定该直线与圆的交点作为被检测点的定位坐标；所述前序点为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
若有且仅有两个射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则应用系统根据两个被检测点的RSSI信号强度曲线计算被检测点分别与两个射频感应路由器的距离，并得到分别以两个射频感应路由器为圆心以对应距离为半径的两个圆，同时得到两个圆的两个交点，再确定经过该两个交点的直线L1；此时引入被检测点的两个已知坐标的前序点，得到经过前序点的直线，确定该直线与所述直线L1的交点作为被检测点的定位坐标；所述前序点为被监测点进入室内被检测到的已知坐标点或者为存在于应用系统的已知坐标；
若有三个或三个以上的射频感应路由器采集到了该被检测点的RSSI信号，则任意选择三个射频感应路由器作为顶点构成三角形，获得多个由射频路由器坐标点构成的三角形，将所有三角形两两相交得到多个交点，计算所有交点的平均值作为被检测点的坐标；
所述射频感应路由器还带有两个采用不同收发频率的射频收发模块，其中一个射频收发模块用于采集被检测点发射的RSSI信号，其传输频率为采集频率；另一个射频收发模块用于采集实时采集各个射频感应路由器两两之间的RSSI信号作为实时计算参数，其传输频率为系统频率。
2.如权利要求1所述的一种室内定位方法，其特征在于：所述射频感应路由器带有网络接口或WIFI接口，其通过有线网络或无线网络与网管前置系统连接。
3.如权利要求1所述的一种室内定位方法，其特征在于：所述感应子网内部的所有射频感应路由器还会定时采集两两之间的RSSI信号，其频率采用系统频率，采集得到的射频感应路由器两两之间RSSI信号组成实时RSSI环境参数表，该RSSI环境参数表作为计算被检测点坐标的辅助参数，在测算被检测点坐标时用于校准被检测点坐标。
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