CN109121076A - 一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法 - Google Patents

一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法，该户外人员定位装置包括多个天线单元组成的天线阵列，相邻天线单元的辐射范围相接且对地投影辐射角覆盖360度；还包括至少一个无线网络接入设备和控制器，每个天线单元分别连接一个独立无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接在多个天线单元或切换的同时相邻天线组成相控阵，控制器分别与无线网络接入设备和天线单元连接，控制连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个或几个在工作。本发明通过在户外设置户外人员定位装置通过无线网络接入设备实现了用户的定位，结构简单、利于推广应用。

Description

一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法
技术领域
本发明属于定位技术领域，涉及户外人员的定位，具体涉及一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法。
背景技术
随着移动终端智能化的发展，定位和导航得到了广泛的应用和发展，尤其是在复杂的地理环境下，例如医院、停车场等地方，定位技术不可或缺。
目前室内定位技术主要有超声波定位技术、室内GPS定位技术和zigbee定位技术等。而室外定位主要有GPS定位，虽然能够实现室外定位，但是民用的精度并不高，很多环境不能实现精确定位。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种户外人员定位装置、定位系统及定位方法。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种户外人员定位装置，采用如下结构之一或它们的组合：结构一，包括多个天线单元组成的天线阵列，相邻天线单元的辐射范围相接且对地投影辐射角覆盖360度；还包括至少一个无线网络接入设备和控制器，每个天线单元分别连接一个独立的无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接多个天线单元；所述控制器分别与无线网络接入设备和天线单元连接，当一个无线网络接入设备与多个天线单元连接时，控制器使连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作；
结构二，包括多个天线单元组成的相控阵天线，所述相控阵天线为结构一中的天线阵列或独立的相控阵天线，还包括至少一个无线网络接入设备和相控阵控制器，相控阵控制器分别与无线网络接入设备和相控阵天线连接，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向，所述相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度；当相控阵天线分为多个子相控阵单元时，每个子相控阵单元分别连接一个独立的无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接多个子相控阵单元；所述控制器分别与无线网络接入设备和子相控阵单元连接，当一个无线网络接入设备与多个子相控阵单元连接时，控制器使连接到同一无线网络接入设备上的子相控阵单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的子相控阵单元均有一个在工作。
当户外人员手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，无线网络接入设备通过对应的天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将其MAC地址和时间发送控制器，与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器从而获取了户外人员手机或移动设备的MAC地址、连接时间和方向信息。采用本发明的户外设置户外人员定位装置，当户外人员持手机或移动设备进入户外人员定位装置的辐射范围时，就能够通过无线网络接入设备实现了用户的检测定位(知道其MAC地址、连接时间和方向信息)，结构简单、利于推广应用。
在本发明的一种优选实施方式中，所述控制器还包括测距模块，所述控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离；所述控制器与导航系统信息互联，所述控制器将收集或移动设备的MAC地址、连接时间、方向信息和距离信息中的至少一种信息传输至远程控制端或导航系统。从而可将户外人员定位装置作为导航系统的一种定位基站，实现精确定位，可以进行精确到米级的定位导航。
在本发明的一种优选实施方式中，结构一中，所述天线阵列中天线单元的连接线为有限条直线段和/或曲线段首尾相接组成的图形。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述天线阵列中天线单元的连接线为圆形且相邻夹角为360/n,所述n为天线单元的数量。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述天线阵列中天线单元的连接线为三角形且在同一边上的天线单元的间距相等。
户外人员定位装置结构设计多样，提高了适用性。
在本发明的另一种优选实施方式中，在每一个天线单元的辐射面相反的一方设置有反射罩。使WIFI信号能够传输到更远的距离，提高了同一户外人员定位装置的定位范围。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述无线网络接入设备为WIFI路由器。这是目前普遍采用的无线网络接入设备，提高了实用性。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种户外人员定位系统，其包括多个本发明所述的户外人员定位装置，所述多个户外人员定位装置的WIFI辐射范围相接，所有户外人员定位装置的控制器均与远程控制端连接。从而实现大范围的定位监测。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种户外人员定位方法，包括如下两种方法之一：
方法一：
S1，控制器控制无线网络接入设备和天线单元工作，使连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作；
S2，当户外人员的手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过对应的天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将户外人员手机/移动设备的MAC地址和连接时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端；
方法二：
S1，无线网络接入设备和相控阵天线工作，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向，所述相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度；
S2，当户外人员的手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过相控阵天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将户外人员手机/移动设备的MAC地址和连接时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端。
通过将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端，高效地实现手机或移动设备的定位。
在本发明的另一种优选实施方式中，还包括测量距离的步骤：所述控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离并发送给远程控制端。从而得到手机或移动设备的确定距离。
在本发明的另一种优选实施方式中，当同时有多于一个的户外人员定位装置发送回同一MAC地址的连接信息时，远程控制端存储最小距离信息对应的连接信息。保证手机或移动设备在多个户外人员定位装置的交叠区域时，提高了定位的准确性和效率。
本发明的附加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是本发明一种优选实施例中户外人员定位装置的结构示意图；
图2是本发明另一种优选实施例中户外人员定位装置的结构示意图；
图3是本发明一种优选实施例中户外人员定位系统的结构示意图；
图4是本发明一种优选实施例中户外人员定位方法的流程图；
图5是本发明另一种优选实施例中户外人员定位方法的流程图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种户外人员定位装置，如图1所示，在本发明的一种优选实施方式中，其包括多个天线单元组成的天线阵列，相邻天线单元的辐射范围相接且对地投影辐射角覆盖360度；还包括至少一个无线网络接入设备和控制器，每个天线单元分别连接一个独立无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接在多个天线单元，所述控制器分别与无线网络接入设备和天线单元连接，控制连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作(具体可采用开关切换的方式实现天线单元的轮询工作，例如无线网络接入设备均通过开关与天线单元连接，控制器与所有开关连接，向开关发送有序的触发信号，使开关依次闭合，实现天线单元的轮询工作)；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作。
在本实施方式中，天线阵列中天线单元的连接线为有限条直线段和/或曲线段首尾相接组成的图形。更优选的，天线阵列中天线单元的连接线为圆形且相邻夹角为360/n,所述n为天线单元的数量。在本发明另外的优选实施方式中，天线阵列中天线单元的连接线为三角形且在同一边上的天线单元的间距相等。
如图2所示，在本发明的另一种优选实施方式中，户外人员定位装置包括多个天线单元组成的相控阵天线，该相控阵天线为结构一中的天线阵列(结构一中的天线阵列可以是一个相控阵天线，也可以使结构一中的天线阵列中的相邻天线单元组成子相控阵单元(子相控阵单元即独立工作、进行扫描的最少的相控阵天线的集合))或者是现有的相控阵天线(例如线阵、平面阵、圆柱面阵、球面阵或者共形阵等)，还包括至少一个无线网络接入设备和相控阵控制器，相控阵控制器分别与无线网络接入设备和相控阵天线连接，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向(具体相控阵控制器及其控制相控阵天线移向的方法均采用现有技术)，相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度。在本实施方式中，也可以每一个子相控阵单元连接一个相控阵控制器，进行移向控制。
当相控阵天线分为多个子相控阵单元时，每个子相控阵单元分别连接一个独立的无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接多个子相控阵单元；所述控制器分别与无线网络接入设备和子相控阵单元连接，当一个无线网络接入设备与多个子相控阵单元连接时，控制器使连接到同一无线网络接入设备上的子相控阵单元轮询工作(具体可采用开关切换的方式进行控制)；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的子相控阵单元均有一个在工作。
在本实施方式中，在每一个天线单元的辐射面相反的一方设置有内凹的反射罩，如图2所示，使WIFI信号能够传输到更远的距离，提高了同一户外人员定位装置的定位范围。
本发明中，图1和图2中黑色的小点为天线单元，箭头方向为一种波瓣定向旋转的方向。
在本实施方式中，控制器还包括测距模块，控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离；控制器与导航系统信息互联，控制器将收集或移动设备的MAC地址、连接时间、方向信息和距离信息中的至少一种信息传输至导航系统。从而可将户外人员定位装置作为导航系统的一种定位基站，进行精确到米级的定位导航。在本实施方式中，测距模块可采用现有的无线通讯测距模块，例如pluson400模块。
需要说明的是，图1和图2仅是本发明的优选实施例，其天线阵列的形状只是为了更好地理解本发明而不是对本发明的限制，当然，其它装置不变的情况下，图1和图2中的天线阵列可以互换。并且图1中WIFI路由器与控制器相连，控制器与天线单元连接；图2中，相控阵控制器与相控阵天线连接，WIFI路由器也与相控阵天线连接。
本发明提供了一种户外人员定位系统，如图3所示，其包括多个本发明的户外人员定位装置，所述多个户外人员定位装置的WIFI辐射范围相接，所有户外人员定位装置的控制器均与远端控制端连接，实现大范围的定位监测，当人员在行走时，依次经过不同的户外人员定位装置，其位置信息不间断的被采集，从而实现定位监测。
本发明还提供了一种户外人员定位方法，如图4所示，其包括如下步骤：
S1，控制器控制无线网络接入设备和天线单元工作，使连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作；
S2，当户外人员手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过对应的天线与户外人员手机或移动设备实现连接，所述无线网络接入设备将其MAC地址和时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端。
如图5所示，在本发明的另一种户外人员定位方法中，其包括如下步骤：
S1，无线网络接入设备和相控阵天线工作，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向，所述相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度；
S2，当户外人员的手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过相控阵天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将户外人员手机/移动设备的MAC地址和连接时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端。通过将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端，远程控制端通过云计算，高效地实现多手机或移动设备的同时定位。
在本发明的另一种优选实施方式中，还包括测量距离的步骤：所述控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离并发送给远程控制端。从而得到手机或移动设备的确定距离。
在本发明的另一种优选实施方式中，当同时有多于一个的户外人员定位装置发送回同一MAC地址的连接信息时，远程控制端存储最小距离信息对应的连接信息。保证手机或移动设备在多个户外人员定位装置的交叠区域时，提高了定位的准确性和效率。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种户外人员定位装置，其特征在于，采用如下结构之一或它们的组合：
结构一：包括多个天线单元组成的天线阵列，相邻天线单元的辐射范围相接且对地投影辐射角覆盖360度；还包括至少一个无线网络接入设备和控制器，每个天线单元分别连接一个独立的无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接多个天线单元；所述控制器分别与无线网络接入设备和天线单元连接，当一个无线网络接入设备与多个天线单元连接时，控制器使连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作；
结构二：包括多个天线单元组成的相控阵天线，所述相控阵天线为结构一中的天线阵列或独立的相控阵天线，还包括至少一个无线网络接入设备和相控阵控制器，相控阵控制器分别与无线网络接入设备和相控阵天线连接，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向，所述相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度；
当相控阵天线分为多个子相控阵单元时，每个子相控阵单元分别连接一个独立的无线网络接入设备或一个无线网络接入设备通过控制器分时切换连接多个子相控阵单元；所述控制器分别与无线网络接入设备和子相控阵单元连接，当一个无线网络接入设备与多个子相控阵单元连接时，控制器使连接到同一无线网络接入设备上的子相控阵单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的子相控阵单元均有一个在工作。
2.如权利要求1所述的户外人员定位装置，其特征在于，结构一中所述天线阵列中天线单元的连接线为有限条直线段和/或曲线段首尾相接组成的图形。
3.如权利要求2所述的户外人员定位装置，其特征在于，所述天线阵列中天线单元的连接线为圆形且相邻夹角为360/n,所述n为天线单元的数量。
4.如权利要求2所述的户外人员定位装置，其特征在于，所述天线阵列中天线单元的连接线为三角形且在同一边上的天线单元的间距相等。
5.如权利要求1所述的户外人员定位装置，其特征在于，在每一个天线单元的辐射面相反的一方设置有反射罩。
6.如权利要求1所述的户外人员定位装置，其特征在于，所述控制器还包括测距模块，所述控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离；所述控制器与导航系统信息互联，所述控制器将收集或移动设备的MAC地址、连接时间、方向信息和距离信息中的至少一种信息传输至导航系统；
所述控制器将距离信息传输至远程控制端。
7.一种户外人员定位系统，其特征在于，包括多个权利要求1-6之一所述的户外人员定位装置，所述多个户外人员定位装置的无线网络辐射范围相接，所有户外人员定位装置的控制器均与远程控制端连接。
8.一种户外人员定位方法，其特征在于，包括如下两种方法之一：
方法一：
S1，控制器控制无线网络接入设备和天线单元工作，使连接到同一无线网络接入设备上的天线单元轮询工作；同一时刻，每一个无线网络接入设备连接的天线单元均有一个在工作；
S2，当户外人员的手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过对应的天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将户外人员手机/移动设备的MAC地址和连接时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端；
方法二：
S1，无线网络接入设备和相控阵天线工作，相控阵控制器内的移向器控制相控阵天线移向改变其最大波束方向，所述相控阵天线的辐射范围对地投影辐射角覆盖360度；
S2，当户外人员的手机或移动设备经过一个户外人员定位装置时，所述无线网络接入设备通过相控阵天线与户外人员手机或移动设备实现连接，无线网络接入设备将户外人员手机/移动设备的MAC地址和连接时间发送控制器，所述与户外人员手机或移动设备连接的天线将方向信息发送至控制器，控制器将MAC地址、连接时间和方向信息发送至远程控制端。
9.如权利要求8所述的户外人员定位方法，其特征在于，还包括测量距离的步骤：所述控制器接收手机或移动设备反馈回的信号强度，判断手机或移动设备与所连接的户外人员定位装置的距离并发送给远程控制端。
10.如权利要求9所述的户外人员定位方法，其特征在于，当同时有多于一个的户外人员定位装置发送回同一MAC地址的连接信息时，远程控制端存储最小距离信息对应的连接信息。
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