CN109212566B - 一种消防定位装置的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种消防定位装置的定位方法,属于消防定位技术领域技术领域。所述定位方法通过GPS定位装置检测的自身绝对坐标来获得在该GPS定位装置无线通讯辐射范围内的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标和相对位置坐标,并通过已获得相对位置坐标和绝对位置坐标的移动位置信息采集装置计算出GPS定位装置无线通讯辐射范围外的移动位置信息采集装置。这样既可建立一个完成全方位的消防员定位网络,能够实时有效的监测消防员的位置,极大程度上保障了消防员的人身安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种消防定位装置的定位方法,属于消防定位技术领域技术领域。
背景技术
近年来随着民用、商用建筑使用越来越多的新型材料,追求越来越个性化的造型设计,火灾现场的情况越来越复杂,消防员工作中受到的威胁也越来越大。传统的现场指挥模式已经不适合当前的现场情况,指挥员对现场情况的掌握程度急需提高。消防员的定位问题,很早就有人提出,但目前国内、外还没有成熟产品,现在市场上的产品实际都处在试验阶段和完善阶段,在定位的准确性,产品的可靠性,数据传输的稳定性等方面还存在着大量的问题。因此对于消防员定位系统的研制是非常迫切和必要的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的消防员定位装置定位不准确的问题,提出了一种消防定位装置的定位方法,所采取的技术方案如下:
一种消防定位装置的定位方法,所述定位方法包括:
步骤一:在消防救援现场铺设多个GPS定位装置;
步骤二:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的绝对位置坐标;
步骤三:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的相对位置坐标;
步骤四:所述GPS定位装置对与所述GPS定位装置距离近的、在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围内的移动位置信息采集装置提供所述GPS定位装置的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤五:步骤四所述移动位置信息采集装置利用所述GPS定位装置的绝对位置坐标和所述所述GPS定位装置的相对位置坐标计算自身的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤六:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置将其自身的绝对位置坐标发送至所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置;
步骤七:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置利用步骤六中接收到的已获得自身绝对位置坐标的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标计算自身的相对位置坐标;
步骤八:无线网络通过无线网络定位方法收集每个GPS定位装置获得的所述绝对位置坐标和相对位置坐标;每个所述移动位置信息采集装置获得的绝对位置坐标和相对位置坐标,并将所述无线网络收集到的所有绝对位置坐标和相对位置坐标发送至上位机即可获得消防员的实时定位信息。
进一步地,步骤五中所述移动位置信息采集装置的绝对位置坐标和相对位置的计算过程包括:
当所述GPS定位装置的个数为2时,分别用G1和G2代表两个GPS定位装置,需将所有所述移动位置信息采集装置布置在两个GPS定位装置位置连线的同一侧;其自身的绝对位置坐标分别对应为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),其自身相对位置坐标为分别对应为(0,0,0)和(0,y2-y1,z2-z1);设位于两个GPS定位装置位置两点连线同一侧的P位置点的移动位置信息采集装置的坐标为(xp,yp,zp),将GPS定位装置和移动位置信息采集装置的始条件设置为zP≈z1≈z2,所述GPS定位装置G1通过TOA定位法测得G1P,其中,G1P表示用G1测得的P点坐标;所述GPS定位装置G2通过TOA定位法测得G2P;其中,G2P表示用G2测得的P点坐标,所述GPS定位装置G1和G2将自身的绝对位置坐标和相对位置坐标以及G1P和G2P发送至所述移动位置信息采集装置;所述移动位置信息采集装置根据勾股定理可获得xP,yP;当zP发生变化后,所述移动位置信息采集装置通过惯性导航算法和勾股定理获得其自身的相对位置坐标值;所述上位机侧通过GPS定位装置和移动位置信息采集装置的坐标叠加得到P位置点的移动位置信息采集装置的绝对坐标(xP+x1,yP+y1,zP+z1)。
进一步地,所述移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:当所述GPS定位装置的个数为n>2时,将n个GPS定位装置按两两一组原则组合出C(n,2)组GPS定位装置组;分别利用每组GPS定位装置组测量并获得P位置点的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得P位置点的移动位置信息采集装置的C(n,2)个绝对位置坐标值,将C(n,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述P位置点的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
进一步地,步骤七中所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:
所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置的个数为m,其中,m>2,将m个所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置按两两一组原则组合出C(n,2)组移动位置信息采集装置组;分别利用每组所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置组的绝对位置坐标和相对位置坐标获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的C(n,2)个绝对位置坐标值,将C(n,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
本发明有益效果:
本发明所述定位方法利用了多个GPS定位装置和移动位置信息采集装置(可采用移动节点),所述GPS定位装置根据需求设置于救援现场周围,所述移动位置信息采集装置设置于消防员身上,用于定位消防员的位置;本发明所述定位方法通过GPS定位装置检测的自身绝对坐标来获得在该GPS定位装置无线通讯辐射范围内的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标和相对位置坐标,并通过已获得相对位置坐标和绝对位置坐标的移动位置信息采集装置计算出GPS定位装置无线通讯辐射范围外的移动位置信息采集装置。这样既可建立一个完成全方位的消防员定位网络,能够实时有效的监测消防员的位置,极大程度上保障了消防员的人身安全,本发明利用惯性导航算法和勾股定理等简易算法的结合,不仅简化了定位运算复杂度,同时有效的提高了本发明所述定位方法的定位准确度,相对于传统的消防定位装置的定位,本发明提出的消防定位方法的准确度提高了72%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不受实施例的限制。
实施例1:
一种消防定位装置的定位方法,所述定位方法包括:
步骤一:在消防救援现场铺设多个GPS定位装置;
步骤二:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的绝对位置坐标;
步骤三:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的相对位置坐标;
步骤四:所述GPS定位装置对与所述GPS定位装置距离近的、在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围内的移动位置信息采集装置提供所述GPS定位装置的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤五:步骤四所述移动位置信息采集装置利用所述GPS定位装置的绝对位置坐标和所述所述GPS定位装置的相对位置坐标计算自身的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤六:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置将其自身的绝对位置坐标发送至所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置;
步骤七:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置利用步骤六中接收到的已获得自身绝对位置坐标的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标计算自身的相对位置坐标;
步骤八:无线网络通过无线网络定位方法收集每个GPS定位装置获得的所述绝对位置坐标和相对位置坐标;每个所述移动位置信息采集装置获得的绝对位置坐标和相对位置坐标,并将所述无线网络收集到的所有绝对位置坐标和相对位置坐标发送至上位机即可获得消防员的实时定位信息。
其中,步骤五中所述移动位置信息采集装置的绝对位置坐标和相对位置的计算过程(WSN定位算法)包括:
当所述GPS定位装置的个数为2时,分别用G1和G2代表两个GPS定位装置,需将所有所述移动位置信息采集装置布置在两个GPS定位装置位置连线的同一侧;其自身的绝对位置坐标分别对应为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),其自身相对位置坐标为分别对应为(0,0,0)和(0,y2-y1,z2-z1);设位于两个GPS定位装置位置两点连线同一侧的P位置点的移动位置信息采集装置的坐标为(xp,yp,zp),将GPS定位装置和移动位置信息采集装置的始条件设置为zP≈z1≈z2,所述GPS定位装置G1通过TOA定位法测得G1P,其中,G1P表示用G1测得的P点坐标;所述GPS定位装置G2通过TOA定位法测得G2P;其中,G2P表示用G2测得的P点坐标,所述GPS定位装置G1和G2将自身的绝对位置坐标和相对位置坐标以及G1P和G2P发送至所述移动位置信息采集装置;所述移动位置信息采集装置根据勾股定理可获得xP,yP;当zP发生变化后,所述移动位置信息采集装置通过惯性导航算法和勾股定理获得其自身的相对位置坐标值;所述上位机侧通过GPS定位装置和移动位置信息采集装置的坐标叠加得到P位置点的移动位置信息采集装置的绝对坐标(xP+x1,yP+y1,zP+z1)。其中,计算过程涉及的TOA定位法测、勾股定理和惯性导航算法以及相关这几种方法结合,本领域技术人员根据实际参数情况结合TOA定位法测、勾股定理和惯性导航算法的基础知识即可计算出坐标结果。其中,所述移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:当所述GPS定位装置的个数为n>2时,将n个GPS定位装置按两两一组原则组合出C(n,2)组GPS定位装置组;分别利用每组GPS定位装置组测量并获得P位置点的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得P位置点的移动位置信息采集装置的C(n,2)个绝对位置坐标值,将C(n,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述P位置点的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
其中,步骤七中所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:
所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置的个数为m,其中,m>2,将m个所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置按两两一组原则组合出C(n,2)组移动位置信息采集装置组;分别利用每组所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置组的绝对位置坐标和相对位置坐标获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的C(n,2)个绝对位置坐标值,将C(n,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
实施例2
实施例2是对实施例1的进一步细化,通过对现状和难点的分析,拟采用多种无线定位技术融合来实现消防员的精确定位。主要涉及建立坐标系,快速三维定位,误差修正,通讯链路优化等技术。
消防员组合定位技术设计与实现
消防员组合定位技术以ZigBee网络为传输通道,采用GPS技术获取绝对位置坐标,采用WSN定位技术及惯性导航技术获取相对位置坐标,通过绝对坐标位置坐标和相对位置坐标的融合获取现场消防员的实时坐标。实际应用时需根据火灾现场情况布置两个以上GPS定位装置,称之为锚节点:a.锚节点采用GPS对本身位置的绝对定位;b.锚节点对消防员携带的移动节点提供相对定位。消防员携带移动节点和其他信息采集传感器:a.移动节点通过连接两个以上的锚节点或移动节点,采用WSN定位技术获得定位信息;b.移动节点通过惯性导航技术获得本身位置变化信息;c.移动节点通过无线网络将携带的传感器采集信息发送给锚节点。通过网络收集各锚节点及移动节点的位置信息从而实现消防员定位。
(1)无线网络定位技术(WSN及ZigBee结合)
WSN定位技术有多种定位方法,消防员组合定位技术是基于TOA定位方法。TOA定位的原理是将信号从发射端传递到接收端的距离等于信号传递时间乘以信号传递速度。若信号从移动节点到锚节点的距离为x,则该移动节点必在以锚节点为球心,a为半径的球面上。通过两个以上锚节点,可以计算出该移动节点的具体坐标。
同时采用ZigBee网络在各个节点之间相互协调实现通信。每一个节点和受控设备终可以有8种不同的接口方式用于采集和传输数字量和模拟量。整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。将WSN及ZigBee结合后,显著降低了本发明所述消防定位方法的功耗和成本,提高了该定位方法的通信效率。
(2)惯性导航技术
惯性导航通过测量3个自由度陀螺仪测量移动节点的三个转动运动,3个加速度计来测量移动节点的三个方向上的加速度,从而计算出这三个方向上的位移距离。通过位移距离可以合成出现坐标和原坐标的相对位移向量,从而获得自身的定位信息。
WSN定位算法容易受到外界环境的干扰,而惯性导航算法过程中会造成误差累积。本发明将WSN定位算法和惯性导航算法融合的形成新型组合定位方法,通过WSN定位来修正惯性导航的累积误差,通过惯性导航来消除WSN定位的干扰误差,从而提高定位方法的定位精度。本发明主要由惯性导航和ZigBee网络节点组成的移动位置信息采集装置(移动节点),由GPS定位和ZigBee网络节点组成的锚节点和上位机通信连接。移动节点负责随消防员移动并测量惯性信息,完成自身相对位置定位计算并通过ZigBee网络传输给锚节点或其他移动节点;锚节点负责测量自身绝对位置,并将接收到的移动节点相对位置转换成绝对位置传递给上位机;上位机负责接收所有位置及其他信息,处理后显示给现场管理人员。
算法设计
(1)WSN定位算法
由被测移动节点向最近的锚节点或移动节点发送定位请求信号,锚节点或移动节点接收到定位请求信号后发送测量信号,被测节点接收到测量信号后发送确认测量信号,锚节点或移动节点接收确认测量信号后,通过测量信号和确认测量信号的时间间隔t,可计算出被测移动节点的距离x1。通过两个以上锚节点或移动节点,可以计算出被测移动节点的相对位置坐标。
各锚节点的绝对位置坐标由自身的GPS定位获得;与n≥2个锚节点建立测量关系的移动节点可以由锚节点的绝对位置坐标和测量得到的自身相对位置坐标合成获得自身绝对位置坐标;其他移动节点可以通过同n≥2锚节点或已知绝对坐标的移动节点建立测量关系来获得自身的绝对位置坐标。上位机通过收集各节点的绝对位置坐标在三维地图上显示现场实时情况。
当N=2时,需将所有移动节点布置在2个锚节点间连线的同一侧。其中G1、G2为固定锚节点或已知绝对坐标的移动节点,其坐标为(xi,yi,zi),(i=1,2),其中G1设为相对坐标原点(0,0,0),则G2相对坐标为(0,y2–y1,z2-z1);P为被测移动节点,设其坐标为(xP,yP,zP)。设初始条件下zP≈z1≈z2,通过TOA定位法测得lG1P和lG2P,根据勾股定理可算得xP,yP。当zP发生变化后,通过惯性导航和勾股定理继续计算相对位置坐标值。在上位机侧通过P和G1的坐标叠加得到P点的绝对坐标(xP+x1,yP+y1,zP+z1)。
当N=3时,将3个锚节点或已知绝对坐标的移动节点两两为一组,共有3组,即:(G1,G2)、(G1,G3)、(G2,G3)。每组2个锚节点或已知绝对坐标的移动节点。对于每一个组,进行1次上述的定位计算方法,可以得出坐标(xP,yP,zP)。然后,将3组分别计算的标签坐标求平均值,即为被测移动节点的相对位置。
当N大于等于4时,选择最近的4个锚节点或已知绝对坐标的移动节点两两为一组,共有6组,即:(G1,G2)、(G1,G3)、(G1,G4)、(G2,G3)、(G2,G4)、(G3,G4)。每组2个锚节点或已知绝对坐标的移动节点。对于每一个组,进行1次上述的定位计算方法,可以得出坐标(xP,yP,zP)。最后,将6组分别计算的标签坐标求平均值,即为被测移动节点的相对位置。
(2)惯性导航算法
在消防员移动情况下由于惯性导航传感器器件本身的结构特点,加速度计的测量存在较大的误差,陀螺仪容易受到外界环境因素影响,其输出信号包含了很多来自外界干扰源的噪声。这将对组合导航的定位精度产生很大的影响,特别是在WSN信号被阻挡的时候。这些误差主要是由传感器本身的零位偏差,比例因子引起的,因此加速度计的输出可以表示为如下等式:am=at+b+S×at
式中:为加速度测量值,为加速度真实值,b为加速度零位偏差,S为比例因子。式中零位偏差和比例因子的计算方法分别可以通过下式来计算获得
式中:表示加速度感应轴向上时的加速度测量值,表示加速度感应轴向下时的加速度测量值,g表示当地的重力加速度值。
经过初始状态的校正补偿后,可以获得加速度值,即。但在实际环境下,零位偏差b和比例因子S由于环境因素的影响存在漂移,所以需要建立相应的误差模型,以便在组合滤波时实时的对其进行修正。通常可以近似的认为加速度的零位偏差和比例因子S的漂移符合一阶马尔可夫过程,如下式所示:
(3)组合定位算法
各个移动节点的初始坐标值均由各个锚节点完成静态定位。初始定位完成后主要应用惯性导航方法,并由WSN算法作为辅助,通过卡尔曼滤波算法进行定位,每间隔一定时间通过一次WSN定位对即时位置进行修正,以避免惯性导航的积累误差影响到测量结果。同时,惯性导航各方向上的测量结果作为限制条件来对WSN定位的结果进行检验,以避免WSN定位结果受到环境因素的影响。
通过应用卡尔曼滤波算法将WSN定位方法和惯性导航定位方法两者的测量结果相融合。将WSN与惯性系统相应的位置、速度、转角信息的差值作为观测量,进行最优卡尔曼滤波组合,其滤波结果作为反馈信息对惯性导航方法测量的结果进行修正,得出修正后的绝对位置坐标。
卡尔曼滤波状态方程的形式如下式所示:
式中:为状态转移矩阵,为系统状态量,为系统噪声。
采用间接法,由误差量作为系统的状态矢量,包括平面方向位置误差速度、转角误差,加速度、陀螺角速率误差,加速度计零位漂移及比例因子误差,即为状态矢量。
以惯性系统与WSN定位获得的位置差,速度差,方位角差作为量测值获得如下误差状态矢量:
X=[δx δy δυ δθ δa δw δb δS]
并建立无线定位系统状态方程,该系统状态方程为:
其中,观测方程为:
Zk+1=Hk+1Xk+1+Vk+1
通过消防员组合定位技术,可以将WSN定位方法和惯性导航方法有效的结合起来,减小两者的误差,从而实现消防员的三维定位。在无线通讯、位置精度、显示方法上实现了技术创新和突破,实现了现场指挥方式从传统的经验式指挥向定点导航式指挥的根本性转变。使得当消防员进入现场内部时,会以三维图像的形式将人员们的位置显示出来,以动态的形式展现现场实时情况,方便了指挥员现场指挥和实时监控,提高救火效率及消防员自身的安全性。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (2)
1.一种消防定位装置的定位方法,其特征在于,所述定位方法包括:
步骤一:在消防救援现场铺设多个GPS定位装置;
步骤二:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的绝对位置坐标;
步骤三:每个所述GPS定位装置通过自身定位获得GPS定位装置自身的相对位置坐标;
步骤四:所述GPS定位装置对与所述GPS定位装置距离近的、在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围内的移动位置信息采集装置提供所述GPS定位装置的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤五:步骤四所述移动位置信息采集装置利用所述GPS定位装置的绝对位置坐标和所述所述GPS定位装置的相对位置坐标计算自身的绝对位置坐标和相对位置坐标;
步骤六:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置将其自身的绝对位置坐标发送至所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置;
步骤七:在所述GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置利用步骤六中接收到的已获得自身绝对位置坐标的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标计算自身的相对位置坐标;
步骤八:无线网络通过无线网络定位方法收集每个GPS定位装置获得的所述绝对位置坐标和相对位置坐标;每个所述移动位置信息采集装置获得的绝对位置坐标和相对位置坐标,并将所述无线网络收集到的所有绝对位置坐标和相对位置坐标发送至上位机即可获得消防员的实时定位信息;
步骤五中所述移动位置信息采集装置的绝对位置坐标和相对位置的计算过程包括:
当所述GPS定位装置的个数为2时,分别用G1和G2代表两个GPS定位装置,需将所有所述移动位置信息采集装置布置在两个GPS定位装置位置连线的同一侧;其自身的绝对位置坐标分别对应为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),其自身相对位置坐标为分别对应为(0,0,0)和(0,y2-y1,z2-z1);设位于两个GPS定位装置位置两点连线同一侧的P位置点的移动位置信息采集装置的坐标为(xp,yp,zp),通过TOA定位法测得lG1P和lG2P的距离,其中,G1P表示用G1测得的P点坐标;G2P表示用G2测得的P点坐标,所述GPS定位装置G1和G2将自身的绝对位置坐标和相对位置坐标以及G1P和G2P发送至所述移动位置信息采集装置;所述移动位置信息采集装置根据勾股定理可获得xP,yP;当zP发生变化后,所述移动位置信息采集装置通过惯性导航算法和勾股定理获得其自身的相对位置坐标值;所述上位机侧通过GPS定位装置和移动位置信息采集装置的坐标叠加得到P位置点的移动位置信息采集装置的绝对坐标(xP+x1,yP+y1,zP+z1);
步骤七中所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:
所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置的个数为m,其中,m>2,将m个所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置按两两一组原则组合出C(m,2)组移动位置信息采集装置组;分别利用每组所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之内的移动位置信息采集装置组的绝对位置坐标和相对位置坐标获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的C(m,2)个绝对位置坐标值,将C(m,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述位于GPS定位装置的无线通讯辐射范围之外的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
2.根据权利要求1所述定位方法,其特征在于,所述移动位置信息采集装置的相对位置坐标的计算过程包括:当所述GPS定位装置的个数为n>2时,将n个GPS定位装置按两两一组原则组合出C(n,2)组GPS定位装置组;分别利用每组GPS定位装置组测量并获得P位置点的移动位置信息采集装置的绝对位置坐标,最终获得P位置点的移动位置信息采集装置的C(n,2)个绝对位置坐标值,将C(n,2)个绝对位置坐标值取平均值即获得所述P位置点的移动位置信息采集装置的相对位置坐标值。
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
CN111486844B (zh) * | 2020-04-26 | 2021-09-17 | 常州悦美智能科技有限公司 | 一种室内导航构建及使用方法及其应用 |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5552772A (en) * | 1993-12-20 | 1996-09-03 | Trimble Navigation Limited | Location of emergency service workers |
JP2000013862A (ja) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Ntt Mobil Communication Network Inc | 情報配信エリア設定システムおよび方法 |
CN101126805A (zh) * | 2007-09-26 | 2008-02-20 | 清华大学 | 基于球体的三维节点定位方法和系统 |
CN101363909A (zh) * | 2008-09-04 | 2009-02-11 | 南昌大学 | 一种基于单元格的无线传感器网络定位方法 |
CN101959129A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-01-26 | 李华民 | 基于三台通信车的室内定位系统和方法 |
CN102209331A (zh) * | 2011-05-31 | 2011-10-05 | 河海大学常州校区 | 无线传感器网络中不规则传输模型下的节点定位方法 |
CN103327606A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-25 | 南京邮电大学 | 一种基于加速度传感器的无线传感器网络节点定位方法 |
CN104535083A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-22 | 中国人民解放军63863部队 | 一种惯导定位精度试验场布置方法 |
CN104714209A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-17 | 中国矿业大学 | 一种基于uwb与激光测距组合的动态定位方法及装置 |
CN105160807A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-16 | 湖南省普安建设工程有限公司 | 基于uwb的消防人员安全定位系统及定位方法 |
CN106370183A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-02-01 | 黑龙江省科学院自动化研究所 | 一种消防组合定位系统 |
CN106412836A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-02-15 | 北斗羲和科技发展(北京)有限公司 | 一种室内定位方法及装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7130646B2 (en) * | 2003-02-14 | 2006-10-31 | Atheros Communications, Inc. | Positioning with wireless local area networks and WLAN-aided global positioning systems |
-
2017
- 2017-07-04 CN CN201710537242.8A patent/CN109212566B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5552772A (en) * | 1993-12-20 | 1996-09-03 | Trimble Navigation Limited | Location of emergency service workers |
JP2000013862A (ja) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Ntt Mobil Communication Network Inc | 情報配信エリア設定システムおよび方法 |
CN101126805A (zh) * | 2007-09-26 | 2008-02-20 | 清华大学 | 基于球体的三维节点定位方法和系统 |
CN101363909A (zh) * | 2008-09-04 | 2009-02-11 | 南昌大学 | 一种基于单元格的无线传感器网络定位方法 |
CN101959129A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-01-26 | 李华民 | 基于三台通信车的室内定位系统和方法 |
CN102209331A (zh) * | 2011-05-31 | 2011-10-05 | 河海大学常州校区 | 无线传感器网络中不规则传输模型下的节点定位方法 |
CN103327606A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-25 | 南京邮电大学 | 一种基于加速度传感器的无线传感器网络节点定位方法 |
CN104535083A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-22 | 中国人民解放军63863部队 | 一种惯导定位精度试验场布置方法 |
CN104714209A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-17 | 中国矿业大学 | 一种基于uwb与激光测距组合的动态定位方法及装置 |
CN105160807A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-16 | 湖南省普安建设工程有限公司 | 基于uwb的消防人员安全定位系统及定位方法 |
CN106370183A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-02-01 | 黑龙江省科学院自动化研究所 | 一种消防组合定位系统 |
CN106412836A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-02-15 | 北斗羲和科技发展(北京)有限公司 | 一种室内定位方法及装置 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
刘高平,张金燕.消防员应急救助三维定位技术.《计算机系统应用》.2016,第25卷(第4期),第246-251页. * |
基于接收信号强度的无线传感器网络质心定位算法;张颖颖;;探测与控制学报(第02期);全文 * |
基于无线传感器网络的消防机器人的定位系统设计;施朝兴;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;全文 * |
无线消防队员火场定位及救援系统的研究;王庆辉;刘华月;魏立峰;;沈阳化工大学学报(第03期);全文 * |
消防定位系统研制;米明恒;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 社会科学Ⅰ辑》;全文 * |
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Publication number | Publication date |
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