CN107547587A - 一种定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定位方法及装置，其中，该方法包括：通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，所述定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位，解决了相关技术中针对物联网环境下的定位技术环境适应能力低，成本较高的要求的问题，提高了物联网环境下定位的精度。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种定位方法及装置。
背景技术
物联网就是物物相连的互联网，内涵之一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；内涵之二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网通过智能感知、识别技术、定位等技术，广泛应用于各行各业，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，图1是根据相关技术中的物联网的体系架构图一，如图1所示。在讨论物联网中，经常会引入一个M2M的概念,可以解释成为人到人(Man to Man)、人到机器(Man to Machine)、机器到机器(Machine to Machine)，从本质上而言，在人与机器、机器与机器的交互，大部分是为了实现人与人之间的信息交互。
物联网重点关注就是人和物之间的关系，相互感知、相互识别和相互定位是物联网的核心功能。物联网的三项核心技术是传感器技术、RFID技术等。图2是根据相关技术中的物联网的体系架构图二，如图2所示，人们使用传感器，从物理世界当中获取各种各样的信息，这些信息又通过网络最后传到应用系统，为用户提供各种各样的服务，所有采集的信息必须和传感器的具体位置信息相关联，否则这个信息就没有任何意义，可以说传感器的定位技术是物联网一个重要的基础。从物联网的三个目标来看，要实现任何时间、任何事物、任何地点之间的连接其中必须有定位技术的支持，而且在任何地方的连接里面本身就包含着物体之间的位置信息。物联网下很多定位技术都能应用，只是需要考察环境适应性、定位精度适配度以及应用成本，总的来讲，物联网定位技术应该符合广域和局域结合，定位精度可伸缩，环境适应能力高，成本较低的要求。
下面简单比较主流定位技术：卫星定位技术更适合室外定位，定位精度几米到几百米，定位时间达到几十秒。红外定位技术精度较高，适合室内定位精度要求，但是不能穿越障碍物。蓝牙定位技术利用蓝牙通讯芯片，具有极高的设备复用性，但是，易受噪声信号干扰，稳定性差。WiFi定位技术利用WiFi设备，精度取决于基站数量，也容易受其他信号干扰。紫蜂定位技术利用Zigbee通讯芯片，通过成千上万个Zigbee通讯芯片相互协调通讯实现定位，定位精度和节点规模有关，部署局限性比较大。IR-UWB定位技术采用时间间隔小于纳米级的脉冲，不利用余弦波调制，因为占用带宽非常宽，频谱功率非常集中，具有穿透力强、精度高的优点，缺点是成本高。RFID定位技术利用传感网络之中的阅读器和标签之间直接交换位置信息而达到定位目的，不过RFID定位精度和阅读器密度有关，部署不方便，而且由于多径效应的存在导致抗干扰能力弱。
以上定位技术各有优缺点，总体上不切合在物联网环境，除了部署不便、精度不匹配、抗干扰弱等原因外，还没有充分利用物联网资源，例如传感器、传感网络、通讯网络。
针对相关技术中针对物联网环境下的定位技术环境适应能力低，成本较高的要求的问题，还未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种定位方法及装置，以至少解决相关技术中针对物联网环境下的定位技术环境适应能力低，成本较高的要求的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种定位装置，包括位置感知模块、位置处理模块、定位决策模块，其中，所述位置感知模块，用于采集定位区域中待定位目标的定位感知信息；
所述位置处理模块，用于在定位区域上建立相对坐标系，接收所述位置感知模块采集的所述定位感知信息，与所述定位决策模块建立网络连接；
所述定位决策模块，用于接收所述位置处理模块上传的所述定位感知信息，根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位。
优选地，所述位置处理模块，还用于对所述定位感知信息做格式化处理和应用协议转换并缓存。
优选地，所述定位决策模块，还用于加载定位规则，根据所述定位感知信息计算出在所述待定位目标所在定位区域坐标系上的三维坐标。
优选地，所述定位决策模块和所述位置处理模块设置于数据中心物联网平台软件、业务系统软件、物联网网关或终端中。
优选地，所述位置感知模块采用超声波定位，无线射频识别(Radio FrequencyIdentification，简称为RFID)定位、激光定位、超带宽脉冲无线电(Impulse Radio UltraWide Band，简称为IR-UWB)定位、长期演进LTE定位或无线保真WIFI定位。
优选地，所述位置感知模块，还用于接收启动指令、关闭指令、发射指令或反射指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述发射指令或所述反射指令返回启动、关闭、发射或反射结果。
优选地，所述位置感知模块包括信号收发机、处理器，存储器以及接口，通过所述接口驻留在所述待定位目标上，所述处理器用于控制与所述待定位目标通过指令形式交互。
优选地，所述位置处理模块，还用于接收启动指令、关闭指令、数据初验指令或数据传输指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述数据初验指令或所述数据传输指令返回启动、关闭、数据初验或数据传输的结果，其中，所述数据初验指令用于对接收到的所述定位感知信息根据预定规则进行校验，所述预定规则包括：历史数据偏离、信号强度不够、初始数据偏离；所述数据传输指令用于指示将通过校验的所述定位感知信息传输给所述定位决策模块。
优选地，所述位置处理模块包括：通讯部件、处理器、存储器、接口，通过所述USB接口驻留在所述待定位目标上，通过所述通讯部件与所述定位决策模块建立网络连接，其中，所述存储器用于存储所述定位感知信息，所述处理器用于控制与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
优选地，所述定位决策模块，用于接收注册指令、注销指令、原始数据输送指令、原始数据获取指令、定位结果获取指令、报告获取指令或定位规则设置指令，根据所述注册指令、所述注销指令、所述原始数据输送指令、所述原始数据获取指令、所述定位结果获取指令、所述报告获取指令或所述定位规则设置指令返回相应的结果，其中，原始数据输送指令用于输送所述定位感知信息，并生成定位决策任务；所述原始数据获取指令用于返回定位感知信息；所述定位结果获取指令用于返回指定坐标系的定位结果数据；所述报告获取指令用于返回待定位区域的分析报告。
优选地，所述定位决策模块包括：数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、网络服务接口，通过所述网络服务接口驻留在管理平台上，与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种定位方法，应用于物联网，包括：通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，所述定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位。
通过本发明，通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，所述定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位，解决了相关技术中针对物联网环境下的定位技术环境适应能力低，成本较高的要求的问题，提高了物联网环境下定位的精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术中的物联网的体系架构图一；
图2是根据相关技术中的物联网的体系架构图二；
图3是根据本发明实施例的定位方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的物联网模块化定位装置的框图；
图5是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图一；
图6是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图一；
图7是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图二；
图8是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图二；
图9是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图三；
图10是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图三；
图11是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图四；
图12是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图四。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为了在物联网环境中充分利用现有资源，本发明提出一种可更换式、模块化、多信号定位装置，无缝融合现有的射频定位技术和非射频定位技术，以克服现有主流定位技术诸如精度不匹配、部署不便、成本高等问题和缺点，并满足物联网对人们及其物品的定位要求，具有物联网环境适配度高等优点。
本发明实施例提供了一种定位装置，包括位置感知模块、位置处理模块、定位决策模块，其中，
所述位置感知模块，用于采集定位区域中待定位目标的定位感知信息；
所述位置处理模块，用于在定位区域上建立相对坐标系，接收所述位置感知模块采集的所述定位感知信息，与所述定位决策模块建立网络连接；
所述定位决策模块，用于接收所述位置处理模块上传的所述定位感知信息，根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位。
优选地，所述位置处理模块，还用于对所述定位感知信息做格式化处理和应用协议转换并缓存。
优选地，所述定位决策模块，还用于加载定位规则，根据所述定位感知信息计算出在所述待定位目标所在定位区域坐标系上的三维坐标。
优选地，所述定位决策模块和所述位置处理模块设置于数据中心物联网平台软件、业务系统软件、物联网网关或终端中。
优选地，所述位置感知模块采用超声波定位，无线射频识别RFID定位、激光定位、IR-UWB定位、长期演进LTE定位或无线保真WIFI定位。
优选地，所述位置感知模块，还用于接收启动指令、关闭指令、发射指令或反射指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述发射指令或所述反射指令返回启动、关闭、发射或反射结果。
优选地，所述位置感知模块包括信号收发机、处理器，存储器以及接口，通过所述接口驻留在所述待定位目标上，所述处理器用于控制与所述待定位目标通过指令形式交互。
优选地，所述位置处理模块，还用于接收启动指令、关闭指令、数据初验指令或数据传输指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述数据初验指令或所述数据传输指令返回启动、关闭、数据初验或数据传输的结果，其中，所述数据初验指令用于对接收到的所述定位感知信息根据预定规则进行校验，所述预定规则包括：历史数据偏离、信号强度不够、初始数据偏离；所述数据传输指令用于指示将通过校验的所述定位感知信息传输给所述定位决策模块。
优选地，所述位置处理模块包括：通讯部件、处理器、存储器、接口，通过所述USB接口驻留在所述待定位目标上，通过所述通讯部件与所述定位决策模块建立网络连接，其中，所述存储器用于存储所述定位感知信息，所述处理器用于控制与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
优选地，所述定位决策模块，用于接收注册指令、注销指令、原始数据输送指令、原始数据获取指令、定位结果获取指令、报告获取指令或定位规则设置指令，根据所述注册指令、所述注销指令、所述原始数据输送指令、所述原始数据获取指令、所述定位结果获取指令、所述报告获取指令或所述定位规则设置指令返回相应的结果，其中，原始数据输送指令用于输送所述定位感知信息，并生成定位决策任务；所述原始数据获取指令用于返回定位感知信息；所述定位结果获取指令用于返回指定坐标系的定位结果数据；所述报告获取指令用于返回待定位区域的分析报告。
优选地，所述定位决策模块包括：数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、网络服务接口，通过所述网络服务接口驻留在管理平台上，与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
本发明实施例还提供了一种定位方法，应用于物联网，图3是根据本发明实施例的定位方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S302，通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，该定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；
步骤S304，根据该定位感知信息对该待定位目标进行定位。
本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：
步骤S1，通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，该定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；
步骤S2，根据该定位感知信息对该待定位目标进行定位。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图4是根据本发明实施例的物联网模块化定位装置的框图，如图4所示，包括定位决策模块、位置处理模块、非射频位置感知模块、射频定位通讯模块。
所述位置处理模块，作用于定位区域(简称位区)，即所需定位的目标的日常活动区域或者所在的固定场所。该模块在所在位区上建立相对坐标系，然后接收来自位置感知模块采集的该位区所有定位目标的定位感知信息，做格式化处理和应用协议转换并缓存起来。该模块还负责和定位决策模块建立网络连接，进行数据和指令交互。
所述定位决策模块，用于位置处理模块上传的定位感知信息，加载定位规则，从而计算出在定位目标所在位区坐标系上表述的三维坐标。该模块还提供各种坐标系的映射以迎合用户需求
所述定位决策模块和位置处理模块均是耦合度极低的模块，可以放置于数据中心物联网平台软件、业务系统软件、物联网网关甚至终端中。
所述非射频位置感知模块是可更换定位模块，也是位置感知模块之一，该模块采用非射频定位技术，每种非射频定位技术都可以提供对应的非射频位置感知模块。
所述射频定位通讯模块是可更换定位模块，也是位置感知模块之一，该模块采用射频定位通讯技术，每种射频定位通讯技术都可以提供对应的射频定位通讯模块。
所述可更换定位模块具有如下特征：采用不同技术的可更换模块可互相替代；可更换模块和宿主之间采用统一的接口，该接口负责控制信号交换和数据交换；采用同一种技术的可更换模块之间能够建立配对关系，该配对关系包括但不限于1:1主次关系、1：N主次关系、1:1对等关系、N：N自组网关系。
所述非射频定位技术包括但不限于超声波定位技术、计算机视觉定位技术、激光定位技术，具有如下特征：
不具备无线电通讯功能；具有位置感知功能，具体包括距离、方位、到达时间等定位感知信息。所述射频定位通讯技术包括但不限于RFID通讯/定位技术、IR-UWB通讯/定位技术、WiFi通讯/定位技术、Zigbee通讯/定位技术，具有如下特征：具有无线电通讯基本特征，发信机和收信机成对出现，工作在RF射频(300KHz～300GHz)范围内；能够获取无线信号接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication，简称为RSSI)、信号到达移动终端的时间(Time of Arrival，简称为TOA)、TDOA、到达角度(Angle of Arrival，简称为AOA)等定位感知信息。
所述定位规则是定位算法的动态有序集合，输入定位感知信息(来自位置感知模块)，输出目标位置。对应两种位置感知模块，定位算法分为射频定位算法和非射频定位算法，射频定位算法包括各种RSSI定位算法、TOA定位算法、TDOA定位算法、AOA定位算法及其综合定位算法，非射频定位算法包括各种计算机视觉定位算法、超声波定位算法、激光定位算法、雷达定位算法及其综合定位算法。
通过本发明实施例进行定位，稳定性高，抗干扰能力强，信号多种多样，当选择两种或者两种以上信号时抗干扰能力非常强；覆盖范围广，组网方式灵活，其中自组网让覆盖范围达到从10米到10公里任意变化；定位精度和应用系统充分匹配。支持多种精准定位算法，只要采用合适的定位技术即可让定位精度达到mm级；部署快捷方便，高度模块化结构简化了系统架构，安装调试简单，排错容易；成本低。充分利用现有物联网技术和资源，结构简单，制造成本、工程成本、使用成本都有下降。
实施例1：仓库巡逻
图5是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图一，如图5所示，现代仓库管理是智慧物流的一个核心部分，本实施例构建仓库管理系统，主要由仓库管理平台、仓库巡逻车、标签组成，其他设备和软件不在本实施例中列出。
仓库管理平台位于应用层，部署在数据中心。仓库巡逻车位于感知层，部署在仓库。标签放置在货架及其货物上，还有工作人员身上也要放置标签。仓库巡逻车通过网络层和仓库管理平台连接。
图6是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图一，如图6所示，定位装置包括定位决策模块、位置处理模块、非射频位置感知模块。各个模块均是低耦合模块，分散在智慧仓库管理系统的各个设备上。
非射频位置感知模块内部部件含超声波收发机、多点控制单元，又称微型单片机(Micro Controller Unit，简称为MCU)、RAM存储器、ROM存储器、USB接口，由于采用超声波定位技术，因此也称为超声波定位模块。超声波定位模块驻留在仓库巡逻车和标签上，仓库巡逻车和标签是宿主。为了降低耦合度，超声波定位模块驻留接口采用标准USB接口，通过USB接口，宿主和超声波定位模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向超声波定位模块送电，超声波定位模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“超声波收发机错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向超声波定位模块发送关闭指令，超声波定位模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到超声波定位模块的报告后关闭USB电源。
发射指令，宿主向超声波定位模块发送发射指令，超声波定位模块自检超声波收发机，控制超声波收发机向前方发射超声波，并等待接收回波，一旦接收回波后，向宿主报告位置感知结果，位置感知结果为：超声波发射时间、超声波发射角度、回波时长、回波接收角度。
角度矫正指令，宿主向超声波定位模块发送角度矫正指令，超声波定位模块自检超声波收发机，控制超声波收发机进行角度微调，并向宿主报告角度微调结果，结果为：“成功”、“失败”。
反射指令，宿主向超声波定位模块发送反射指令，超声波定位模块自检超声波收发机，控制超声波收发机等待接收超声波，一旦接收到超声波，则按接收到的超声波方向发射超声波以强化反射波，向宿主报告反射结果，结果为：“成功”、“失败”。
位置处理模块内部部件含GPRS通讯部件、MCU、RAM存储器、ROM存储器、USB接口，驻留在仓库巡逻车上。宿主和位置处理模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向位置处理模块送电，位置处理模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“GPRS错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向位置处理模块发送关闭指令，位置处理模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到报告后关闭USB电源。
数据初验，宿主向位置处理模块发送数据初验指令，位置处理模块初步校验来自超声波定位模块的定位感知信息，校验规则可定义，初始规则包括：历史数据偏离、信号强度不够、初始数据偏离。如果定位感知信息符合校验规则，那么向宿主报告校验结果。
数据输送指令，宿主向模块发送数据输送指令，位置处理模块把来自超声波定位模块的定位感知信息转换为XML格式暂存起来，然后通过GPRS通讯部件建立和仓库管理平台的网络连接，上传XML文件到定位决策模块供进一步处理。一旦上传成功后，向宿主报告处理结果，处理结果为：“成功”、“格式转换失败”、“GPRS连接失败”、“上传数据失败”。XMLSchema文件定义如下：
定位决策模块内部部件含数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、web service接口，驻留在仓库管理平台上。宿主和定位决策模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
注册，定位决策模块作为web服务(SOAP协议)存在，宿主负责web服务的注册。
注销，定位决策模块作为web服务(SOAP协议)存在，宿主负责web服务的注销。
原始数据输送，宿主下达指令给模块，并输送定位感知信息给模块，生成定位决策任务，任务较多时模块把任务压入堆栈等待执行。
原始数据获取，宿主下达指令给模块，模块返回定位感知信息。
定位结果获取，宿主下达指令给模块，模块返回指定坐标系的定位结果数据。
报告获取，宿主下达指令给模块，模块返回指定位区的分析报告。
定位规则设置，宿主下达指令给模块，模块修改定位规则，由定位规则管理部件负责。定位规则采用Java规则引擎，规定需要加载哪些定位算法，以及定位算法加载次序。定位算法部件描述了定位算法的输入、输入、精度估计、计算时长估计等参数，并给出了具体算法的API。如果没有下达指令修改定位规则，则定位规则默认为：
本实施例的各个模块均是被动模块，需要宿主通过指令调配以完成定位功能，其中仓库巡逻车居中调配超声波定位模块和位置处理模块的关系，仓库管理平台居中调配位置处理模块和定位决策模块的关系。但是，本实施例中的标签并不和外界通讯，也不和超声波定位模块交互，标签主要功能是提供电源和超声波定位模块的插接位置，超声波定位模块通电后自动执行“反射指令”，处于等待接收超声波状态。另外，由于标签中超声波定位模块反射超声波需要一定的响应时间，从而影响定位精度，因此，这个响应时间需要经过试验测定后由定位算法进行处理。
系统定位总体处理流程如下：
轮班和路线安排，轮班就是仓库巡逻车的巡逻时段，由仓库管理平台负责管理。仓库管理平台向仓库巡逻车设定轮班和路线后，仓库巡逻车自行判断是否当班，轮班到了则自动在按路线进行巡逻。
发射超声波，仓库巡逻车在巡逻过程中向超声波定位模块下达发射指令，超声波定位模块发射超声波，并接收回波。
数据初验，仓库巡逻车向位置处理模块下达数据初验指令，判断回波数据是否有效，无效则向超声波定位模块下达角度矫正指令，然后下达发射指令重新收集定位感知信息。
数据上报，仓库巡逻车向位置处理模块下达数据输送指令，把数据上传给仓库管理平台。
位置计算，仓库管理平台获得仓库巡逻车上报后，调用定位决策模块的原始数据输送指令进行位置计算。
展示位置，仓库管理平台调用定位决策模块的定位结果获取指令，得到大地坐标系的坐标，在GIS上标注展示，并划线得到历史巡逻路径。
本实施例部署快捷方便，高度模块化结构简化了系统架构，安装调试简单，排错容易，与仓库管理这个应用场景十分匹配，精度达到厘米级，杜绝了仓库巡逻车撞货架的情况发生。
实施例2：码头集装箱管理
图7是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图二，如图7所示，码头集装箱管理是智慧物流的一个核心部分，本实施例构建码头集装箱管理系统，主要由码头集装箱管理平台、RFID阅读器、RFID标签组成，其他设备和软件不在本实施例中列出。
码头集装箱管理平台位于应用层，部署在数据中心。RFID阅读器位于感知层，分散部署在码头各处。RFID标签放置在集装箱上。RFID阅读器通过网络层和码头集装箱管理平台连接。
图8是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图二，如图8所示，定位装置包括定位决策模块、位置处理模块、射频定位通讯模块。各个模块均是低耦合模块，分散在码头集装箱管理系统的各个设备上。
射频定位通讯模块内部部件含RF收发机、处理器、存储器、USB接口，由于采用无线射频识别(Radio Frequency Identification，简称为RFID)定位技术，因此也称为RFID定位模块。RFID定位模块驻留在RFID阅读器和RFID标签上，RFID阅读器和RFID标签是宿主。为了降低耦合度，RFID定位模块驻留接口采用标准USB接口，通过USB接口，宿主和RFID定位模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向模块送电，模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“收发机错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向模块发送关闭指令，模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到模块的报告后关闭USB电源。
发送指令，宿主向模块下达发送指令，模块自检收发机，并把通讯消息调制好，控制收发机发射2.4GHz的无线电波信号。其中，RFID阅读器端的通讯消息含：时间戳、阅读器ID等，标签端的通讯消息含集装箱的大小、拥有者、进入时间、装箱时间、计划出发时间等。模块向宿主报告发送结果：“成功”、“失败”。
接收指令，宿主向模块下达接收指令，模块自检收发机，并等待接收2.4GHz的无线电波信号，一旦接收，则解调出信号中通讯消息，并获取信号中的定位感知信息：RSSI、AOA、TOA、TDOA，最后向宿主报告接收结果，转发通讯消息，返回定位感知信息。
位置处理模块内部部件含以太网口、ARM处理器、存储器、USB接口，驻留在RFID阅读器上。宿主和位置处理模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向模块送电，模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“网口错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向模块发送关闭指令，模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到报告后关闭USB电源。
数据初验，宿主向模块发送数据初验指令，位置处理模块初步校验来自RFID定位模块的定位感知信息，校验规则可定义，初始规则包括：历史数据偏离、初始数据偏离、不符逻辑的错误、数值不再范围内。如果定位感知信息符合校验规则，那么向宿主报告校验结果。
数据输送指令，宿主向模块发送数据输送指令，位置处理模块把来自RFID定位模块的定位感知信息转换为XML格式暂存起来，然后通过以太网口建立和码头集装箱管理平台的网络连接，上传XML文件到定位决策模块供进一步处理。一旦上传成功后，向宿主报告处理结果，处理结果为：“成功”、“格式转换失败”、“网络连接失败”、“上传数据失败”。
定位决策模块内部部件含数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、web service接口，驻留在码头集装箱管理平台上。定位算法部件描述了定位算法的输入、输入、精度估计、计算时长估计等参数，并给出了具体算法的API。宿主和定位决策模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
注册，宿主负责把模块作为web服务进行注册。
注销，宿主负责把模块作为web服务进行注销。
原始数据输送，宿主下达指令给模块，并输送定位感知信息给模块，生成定位决策任务，任务较多时模块把任务压入堆栈等待执行。
原始数据获取，宿主下达指令给模块，模块返回定位感知信息。
定位结果获取，宿主下达指令给模块，模块返回指定坐标系的定位结果数据。
报告获取，宿主下达指令给模块，模块返回指定位区的分析报告。
定位规则设置，宿主下达指令给模块，模块修改定位规则，由定位规则管理部件负责。定位规则采用有序集合，规定需要加载哪些定位算法，以及定位算法加载次序。
本实施例的RFID阅读器居中调配RFID定位模块和位置处理模块的关系，码头集装箱管理平台居中调配位置处理模块和定位决策模块的关系。
系统总体处理流程如下：
进出口检查，码头进出口安排人员或者自动检查装备，负责检查集装箱是否安装RFID标签，没有安装的集装箱需要安装RFID标签，并通过下达接收指令让RFID标签处于待接收状态。
感知位置信息和更新跟踪状态，在集装箱移动过程中，阅读器向RFID定位模块下达发射指令，RFID定位模块向RFID标签发射消息，RFID标签接收消息后在标签内部更新跟踪状态：跟踪时间戳、阅读器ID等，并通过发射指令应答消息，阅读器通过接收指令获得定位感知信息。
数据初验，RFID阅读器向位置处理模块下达数据初验指令，判断定位感知信息是否有效，无效则重新收集定位感知信息。
数据上报，RFID阅读器向位置处理模块下达数据输送指令，把数据上传给码头集装箱管理平台。
位置计算，码头集装箱管理平台获得RFID阅读器上报后，调用定位决策模块的原始数据输送指令进行位置计算。
展示位置，码头集装箱管理平台调用定位决策模块的定位结果获取指令，得到大地坐标系的坐标，在GIS上标注，划线得到集装箱移动路劲。码头集装箱管理平台调用定位决策模块的原始数据获取指令，抽取集装箱当前信息：集装箱的大小、拥有者、进入时间、装箱时间、计划出发时间等，并在GIS上显示。
本实施例成本低，使用有线连接阅读器，稳定可靠，维护成本低，从而进一步降低了CTO。定位精度波动较大，达到1到10米，但是和集装箱尺寸匹配，从而不影响集装箱的定位，同时RFID内部保存了集装箱的信息，真正做到了集装箱的全方位跟踪和监控管理。
实施例3：矿井定位救援
系统架构
图9是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图三，如图9所示，矿难经常发生，由于不能准确定位遇难人员和车辆导致救援不及时，本实施例构建矿井定位救援系统，主要由矿井管理平台、定位终端、定位标签组成，其他设备和软件不在本实施例中列出。
矿井管理平台位于应用层，部署在数据中心。定位终端位于感知层，部署在矿井顶部和机车上。定位标签放置在工作人员头盔和救援物品上。定位终端和定位标签组成Adhoc自组网，通过网关和矿山局域网对接，从而和矿井管理平台连接起来。
图10是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图三，如图10所示，定位装置包括定位决策模块、位置处理模块、非射频位置感知模块和射频定位通讯模块。各个模块均是低耦合模块，分散在矿井定位救援系统的各个设备上。
定位决策模块内部部件含主控部件、数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、web service接口部件，驻留在矿井管理平台(宿主)上。定位决策模块具有自主处理能力，利用web service接口部件对外(位置处理模块、宿主和其他应用系统)交互，web service接口部件主要接口定义如下：
注册接口，调用者调用本接口在定位决策模块上申请资源，只有注册后才能继续调用其他接口。
注销接口，调用者调用本接口在定位决策模块上撤销资源，注销后不能调用除注册接口外的其他接口。
原始数据输送接口，调用者调用本接口，输送定位感知信息给模块，生成定位决策任务，任务较多时模块把任务压入堆栈等待执行。
原始数据获取接口，调用者调用本接口，模块返回定位感知信息。
定位结果获取接口，调用者调用本接口，模块返回指定坐标系的定位结果数据。
报告获取接口，调用者调用本接口，模块返回指定位区的分析报告。
定位规则设置接口，调用者调用本接口，模块修改定位规则，由定位规则管理部件负责。定位规则采用规则引擎，规定需要加载哪些定位算法，以及定位算法加载次序。
位置处理模块内部部件含MCU、RAM存储器、ROM存储器、USB接口、显示器，通过USB接口驻留在定位终端上，另外还提供两个USB接口供非射频位置感知模块。位置处理模块具有自主处理能力，其功能如下：
启动，位置处理模块通过USB取电，取电之处初始化内部部件，监测内部部件状态，并显示启动结果。
数据初验，位置处理模块对接射频定位通讯模块进行初次定位，获取初次定位感知信息，并做数据初验操作(校验规则可定义)。如果初次定位的定位感知信息符合校验规则，那么位置处理模块对接非射频位置感知模块进行二次定位，获取二次定位感知信息，并做数据初验操作(校验规则可定义)。如果二次定位感知信息符合校验规则，那么把校验过的两次定位感知信息进行融合，转换为XML文件，在存储器中保存起来。
自组网构建，位置处理模块通过射频定位通讯模块把自身作为节点加入到矿井Adhoc自组网络中。
数据输送，位置处理模块通过射频定位通讯模块连接到矿井Ad hoc自组网络，利用web service接口上传XML文件到定位决策模块供进一步处理。
非射频位置感知模块内部部件含红外激光收发机、处理器、存储器、宿主接口，由于采用激光定位技术，因此也称为激光定位模块。激光定位模块驻留在位置处理模块上，位置处理模块是宿主。为了降低耦合度，激光定位模块驻留接口采用标准USB接口，通过USB接口，宿主和模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向模块送电，模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“收发机错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向模块发送关闭指令，模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到模块的报告后关闭USB电源。
发射指令，宿主向模块发送发射指令，模块自检收发机，控制收发机向前方激发红外激光，并等待接收反射光，一旦接收后，向宿主报告位置感知结果，位置感知结果为：发射时间、发射角度、接收时间、接收角度。
角度矫正指令，宿主向模块发送角度矫正指令，模块自检收发机，控制收发机进行角度微调，并向宿主报告角度微调结果，结果为：“成功”、“失败”。
射频定位通讯模块内部部件含IR-UWB收发机、处理器、存储器、USB接口，由于采用IR-UWB定位技术，因此也称为UWB定位模块。UWB定位模块分别驻留在定位终端和定位标签上，定位终端和定位标签是宿主。为了降低耦合度，UWB定位模块驻留接口采用标准USB接口，通过USB接口，宿主和UWB定位模块之间采用指令形式交互，指令及其交换的信息如下：
启动，宿主通过USB向模块送电，模块启动后初始化内部部件，监测内部部件状态，并向宿主报告启动结果，启动结果为：“成功”、“收发机错误”、“其他错误”，宿主接到后两种状态后关闭USB电源。
关闭，宿主向模块发送关闭指令，模块关闭内部部件，并向宿主报告关闭结果，关闭结果为：“成功”、“失败”，宿主收到模块的报告后关闭USB电源。
发送指令，宿主向模块下达发送指令，模块自检收发机，并把通讯消息调制好，控制收发机发射超宽带脉冲无线电波信号。模块向宿主报告发送结果：“成功”、“失败”。
接收指令，宿主向模块下达接收指令，模块自检收发机，并等待接收超宽带脉动信号，一旦接收，则解调出信号中通讯消息，并获取信号中的定位感知信息：RSSI、AOA、TOA、TDOA，最后向宿主报告接收结果，转发通讯消息，返回定位感知信息。
自组网指令，宿主向模块下达自组网指令，模块提供IEEE802.15.4协议解析、全智能自动路由、广播消息发送、数据消息转发等功能，从而让自身作为自组网的一个节点加入自组网中。
本实施例的定位装置是一个主动装置，自主完成定位功能，其中定位终端仅仅向位置处理模块提供电源，位置处理模块负责融合激光定位和IR-UWB定位，从而达到精确定位人员和物资的目的。矿井管理平台利用精确定位结果，通过GIS、应急调度等手段改善救援效果、提高反应速度。
系统总体处理流程如下：
矿井检查点核查，在矿井设置若干检查点，安排人员或者自动检查装备，负责检查人员、机车和关键物资是否安装定位终端和定位标签，没有安装的需要加装，并进行正确的初始设置。
感知位置信息，在人员、机车和关键物资移动过程中，定位终端的位置处理模块负责采集人员、机车和关键物资的定位感知信息。
数据上报，位置处理模块把数据上传给矿井管理平台的定位决策模块。
位置计算，矿井管理平台的定位决策模块处理原始数据进行位置计算。
展示位置
矿井集装箱管理平台调用定位决策模块的定位结果获取指令，得到大地坐标系的坐标，在GIS、应急调度系统上进行进一步处理。
本实施例稳定性高，利用激光定位和IR-UWB定位技术的优点，克服缺点，提高装置的稳定性和抗干扰能力。覆盖范围适合矿井环境，红外激光定位采用较低发送功能，覆盖300米范围，但是激光是视距定位方式，所以需要IR-UWB提供的全向覆盖，既能定位又能通讯，还提供自组网功能，完全满足矿井环境下的定位救援需求。
实施例4：园区室内外无缝定位
图11是根据本发明实施例的物联网环境下定位系统的示意图四，如图11所示，本实施例构建园区室内室外无缝定位系统，主要由定位平台、网关、基站、手机终端组成，其他设备和软件不在本实施例中列出。
定位平台位于应用层，部署在园区数据中心。网关位于网络层，部署在室外网络和室内网络边界，基站位于感知层，部署在园区各处，对应室外网络和室内网络，室内基站和室内基站有所不同。手机终端含有长期演进(Long Term Evaluation，简称为LTE)通讯芯片和WiFi通讯芯片，能连接到基站，放置在车辆和人员上。基站通过网关和定位平台连接。
图12是根据本发明实施例的物联网环境下定位装置的框图四，如图12所示，定位装置包括定位决策模块、位置处理模块、非射频位置感知模块和射频定位通讯模块。各个模块均是低耦合模块，分散在园区室内外无缝定位系统的各个设备上。
定位决策模块内部部件含主控部件、数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、web service接口部件，驻留在定位平台(宿主)上。定位决策模块具有自主处理能力，利用web service接口部件对外(位置处理模块、宿主和其他应用系统)交互，web service接口部件主要接口定义如下：
注册接口，调用者调用本接口在定位决策模块上申请资源，只有注册后才能继续调用其他接口。
注销接口，调用者调用本接口在定位决策模块上撤销资源，注销后不能调用除注册接口外的其他接口。
定位规则设置接口，调用者调用本接口，模块修改定位规则，定位规则包含三种：初次定位规则、二次定位规则和室内外位区跨越切换规则，由定位规则管理部件负责。定位规则采用规则引擎，规定需要加载哪些定位算法，以及定位算法加载次序。
原始数据输送接口，调用者调用本接口，输送初次定位感知信息和二次定位感知信息给模块。
定位决策接口，调用者调用本接口，生成定位决策任务，任务较多时模块把任务压入堆栈等待执行。定位决策任务执行步骤包括：首先，构建园区坐标系；然后，加载初次定位感知信息和基站位置，调用初次定位规则，计算初次位置坐标；再次，加载二次定位感知信息和基站位置，调用二次定位规则，计算二次位置坐标；最后，调用室内外位区跨越切换规则进行初次位置坐标和二次位置坐标的融合修正，得到最终的基于园区坐标系的坐标。
原始数据获取接口，调用者调用本接口，模块返回定位感知信息。
定位结果获取接口，调用者调用本接口，模块返回指定坐标系的定位结果数据。
报告获取接口，调用者调用本接口，模块返回指定位区的分析报告。
位置处理模块内部部件含MCU、RAM存储器、ROM存储器、宿主接口、显示器，通过宿主接口驻留在网关上，支持热插拔。位置处理模块具有自主处理能力，其功能如下：
启动，位置处理模块通过宿主接口取电，取电之处初始化内部部件，监测内部部件状态，并显示启动结果。
数据初验，位置处理模块接收射频定位通讯模块和非射频位置感知模块的定位感知信息，并做数据初验操作(校验规则可定义)。如果符合校验规则，那么把校验过的定位感知信息转换为XML文件，在存储器中保存起来。
数据输送，位置处理模块通过射频定位通讯模块连接到园区网络，利用webservice接口上传XML文件到定位决策模块供进一步处理。
非射频位置感知模块内部部件含红外摄像机、处理器、存储器、宿主接口，由于采用计算机视觉定位技术，因此也称为摄像定位模块。摄像定位模块驻留在基站上，支持热插拔，基站是宿主。模块功能如下：
启动，摄像定位模块向宿主取电，模块启动并初始化内部部件，监测内部部件状态。
发射，模块自检红外摄像机，控制红外摄像机采集视频，向宿主传送视频数据。
角度调整，模块自检红外摄像机，控制红外摄像机进行角度调整，并向宿主报告角度调整结果，结果为：“成功”、“失败”。
射频定位通讯模块内部部件含收发机、处理器、存储器、宿主接口。射频定位通讯模块分别驻留在室内基站和室外基站上，支持热插拔，室外基站通过射频定位通讯模块构建室外网，室内基站通过射频定位通讯模块构建室内网，射频定位通讯模块也分为两种：一种在室外，采用LTE技术，因此也称为LTE定位模块，宿主通过LTE定位模块构建室外LTE微基站eNodeB，从而组成室外LTE网络；另外一种在室内，采用无线保真(Wireless Fidelity，简称为WiFi)技术，因此也称为WiFi定位模块，宿主通过WiFi定位模块构建室内热点AP，从而组成室内WiFi网络。模块功能如下：
启动，模块通过宿主接口取电，启动并初始化内部部件，监测内部部件状态。
发送，模块自检收发机，并把通讯消息调制好，控制收发机发射无线电波信号。模块向宿主报告发送结果：“成功””、“失败”。
接收，模块自检收发机，并等待接收信号，一旦接收，则解调出信号中通讯消息，并获取信号中的定位感知信息：RSSI、AOA、TOA、TDOA，最后向宿主报告接收结果，转发通讯消息，返回定位感知信息。
网络接入，模块提供通讯协议解析、自动路由、广播消息发送、数据消息转发等功能，从而让自身作为节点加入室内网或者室外网中。
信号加强，模块提高收发机的信号发射功率。
本实施例的定位装置是一个相对主动的装置，自主完成定位功能，其中手机终端采用现成的商业产品，这种产品支持LTE和WiFi通讯功能，不需要标签就能够连接到室内基站和室外基站。
系统总体处理流程如下：
初次感知，在手机终端移动过程中，室外基站的LTE定位模块或者室内基站中的WiFi定位模块负责手机终端的初次定位，获得初次定位感知信息，并上传到网关的位置处理模块。
二次感知，在手机终端移动过程中，基站的非射频位置感知模块负责手机终端的二次定位，获得二次定位感知信息，即视频数据，并上传到网关的位置处理模块。
数据初验，网关中的位置处理模块对数据进行初验，如果数据不符合初验规则，则要求基站重新进行数据采集。
数据上报，网关中的位置处理模块把数据上传给定位平台的定位决策模块。
位置计算，定位平台的定位决策模块处理原始数据进行位置计算。
位置矫正，定位平台的定位决策模块要求网关和基站基于所计算的位置信息，对指定目标进行位置矫正，包括收发机信号加强、摄像机角度调整，重新采集数据、上传、计算。
提供位置服务，定位平台调用定位决策模块的定位结果获取指令，得到大地坐标系的坐标，提供给其他应用系统诸如物业管理、车库管理、应急调度系统进行进一步处理。
本实施例实用性强，定位平台利用室内网和室外网完成定位和通讯功能，解决了园区人员不愿意更换终端的烦恼。覆盖范围适合园区环境，LTE微基站在室外每隔300到400米部署，WiFi热点在车库每个100米部署一个，在住房每层楼部署1到多个，能够充分覆盖每个角落。抗干扰能力强，让计算机视觉技术和射频定位技术无缝结合，克服园区干扰源较多的难题。定位精度高，至少达到米级，满足园区应用系统的需求。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种定位装置，其特征在于，包括位置感知模块、位置处理模块、定位决策模块，其中，
所述位置感知模块，用于采集定位区域中待定位目标的定位感知信息；
所述位置处理模块，用于在定位区域上建立相对坐标系，接收所述位置感知模块采集的所述定位感知信息，与所述定位决策模块建立网络连接；
所述定位决策模块，用于接收所述位置处理模块上传的所述定位感知信息，根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置处理模块，还用于对所述定位感知信息做格式化处理和应用协议转换并缓存。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位决策模块，还用于加载定位规则，根据所述定位感知信息计算出在所述待定位目标所在定位区域坐标系上的三维坐标。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述定位决策模块和所述位置处理模块设置于数据中心物联网平台软件、业务系统软件、物联网网关或终端中。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述位置感知模块采用超声波定位，无线射频识别RFID定位、激光定位、超带宽脉冲无线电IR-UWB定位、长期演进LTE定位或无线保真WIFI定位。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述位置感知模块，还用于接收启动指令、关闭指令、发射指令或反射指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述发射指令或所述反射指令返回启动、关闭、发射或反射结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述位置感知模块包括信号收发机、处理器，存储器以及接口，通过所述接口驻留在所述待定位目标上，所述处理器用于控制与所述待定位目标通过指令形式交互。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述位置处理模块，还用于接收启动指令、关闭指令、数据初验指令或数据传输指令，根据所述启动指令、所述关闭指令、所述数据初验指令或所述数据传输指令返回启动、关闭、数据初验或数据传输的结果，其中，所述数据初验指令用于对接收到的所述定位感知信息根据预定规则进行校验，所述预定规则包括：历史数据偏离、信号强度不够、初始数据偏离；所述数据传输指令用于指示将通过校验的所述定位感知信息传输给所述定位决策模块。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述位置处理模块包括：通讯部件、处理器、存储器、接口，通过USB接口驻留在所述待定位目标上，通过所述通讯部件与所述定位决策模块建立网络连接，其中，所述存储器用于存储所述定位感知信息，所述处理器用于控制与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定位决策模块，用于接收注册指令、注销指令、原始数据输送指令、原始数据获取指令、定位结果获取指令、报告获取指令或定位规则设置指令，根据所述注册指令、所述注销指令、所述原始数据输送指令、所述原始数据获取指令、所述定位结果获取指令、所述报告获取指令或所述定位规则设置指令返回相应的结果，其中，原始数据输送指令用于输送所述定位感知信息，并生成定位决策任务；所述原始数据获取指令用于返回定位感知信息；所述定位结果获取指令用于返回指定坐标系的定位结果数据；所述报告获取指令用于返回待定位区域的分析报告。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述定位决策模块包括：数据管理部件、定位规则管理部件、定位算法部件、坐标系管理部件、网络服务接口，通过所述网络服务接口驻留在管理平台上，与所述待定位目标之间采用指令形式交互。
12.一种定位方法，应用于物联网，其特征在于，包括：
通过建立的网络连接接收定位感知信息，其中，所述定位感知信息是在定位区域上建立相对坐标系后接收的待定位目标的定位感知信息；
根据所述定位感知信息对所述待定位目标进行定位。
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| PB01 | Publication | ||
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Effective date of registration: 20180420 Address after: 518057 Nanshan District science and technology, Guangdong Province, South Road, No. 55, No. Applicant after: ZTE Corporation Address before: 210012 Nanjing, Yuhuatai District, South Street, Bauhinia Road, No. 68 Applicant before: Nanjing Zhongxing Software Co., Ltd. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20180105 |