CN109540124A - 一种基于nb-iot的高精度定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于NB‑IOT的高精度定位方法，其包括如下步骤：粮车的角度数据和位移数据采集的步骤；粮车陀螺仪数据和加速度计数据的姿态解算的步骤；利用加速度计的位移姿态解算数据计算距离信息，同时利用陀螺仪的角度姿态解算数据计算方向信息的步骤；基于距离信息和方向信息，利用融合定位算法S1进行初步定位的步骤；利用NB‑IOT进行绝对距离校正，在固定时间间隔内，发送信标校准信息，补偿定位偏差信息的步骤；基于距离信息、方向信息以及NB‑IOT的补偿定位信息，利用融合定位算法S2进行精准定位的步骤。利用该方法，定位精度可达10cm，有效解决了在粮仓中对粮车的精确定位问题，而且无需人工操作，安全，智能、高效。
Description
技术领域
本发明涉及定位导航技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于NB-IOT的高精度定位方法。
背景技术
近几年来，中国的粮食产量日益增加，粮库规模也逐步增加，但这些粮库是包括中储粮在内的非常大型的粮库，目前的粮车都是人工控制，而每日粮库运粮吨位极其庞大，因此，存在运粮效率极其低下、粮车成本和人力成本极高以及安全成本等问题。当前的大型粮库中普遍存在以下多方面的问题：
(1)传统的粮车在粮食从粮库到粮车的过程中，由于粮车一直处于粮库内部，导致目前现行的导航系统无法发挥作用，使得粮车的移动轨迹无法精确定位，但传送带位置固定，导致粮车内部的粮食不均匀，为此，需要人工多次地微调车的位置，不仅费时费力，而且由于粮库单日的出粮都达到几十万吨，在此过程中的粮车的微调的工作量非常的大。另外，由于人工调节粮车位置，全靠肉眼识别，定位极为不精确，每次都会造成粮食损失的情况，在基数庞大的粮食出库入库的过程中，损失粮食的金额非常巨大。
(2)传统的粮库在运粮出粮的过程中，为确保粮车移动至指定的出粮口位置，都由人工进行判断，肉眼进行测定，像这样大型器械的操作，不但工作量巨大，而且在工作时极易出现严重的人身伤亡事故。
(3)目前现行的定位系统大多依赖GPS、BD定位导航，而这些导航在粮仓内无法正常工作，所以目前现行室内主要WiFi定位，或单个加速度计定位，但这两种定位方式会随着时间的增加，误差越来越大，直至无法实现室内粮车的准确定位，并且WiFi在面积较大的粮仓内，使用成本极高。
发明内容
根据上述提出现有导航无法在粮仓对粮车进行精确定位的技术问题，而提供一种基于NB-IOT的高精度定位方法。本发明主要利用NB-IOT进行绝对距离校正，以此来补偿定位偏差。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于NB-IOT的高精度定位方法，其是以陀螺仪、加速度计、NB-IOT为基础的高精度融合定位算法，其包括如下步骤：
(1)粮车的角度数据和位移数据采集的步骤；
(2)粮车陀螺仪数据和加速度计数据的姿态解算的步骤；
(3)利用加速度计的位移姿态解算数据计算距离信息，同时利用陀螺仪的角度姿态解算数据计算方向信息的步骤；
(4)基于距离信息和方向信息，利用融合定位算法S1进行初步定位的步骤；
(5)利用NB-IOT进行绝对距离校正，在固定时间间隔内，发送信标校准信息，补偿定位偏差信息的步骤；
(6)基于距离信息、方向信息以及NB-IOT的补偿定位信息，利用融合定位算法S2进行精准定位的步骤。
进一步地，在步骤(1)中，角度数据是利用陀螺仪采集的陀螺仪初始姿态和运行姿态的数据，位移数据是利用加速度计采集加速度计初始姿态和运行姿态的数据。
进一步地，在步骤(2)中，依据陀螺仪初始姿态和陀螺仪运行姿态进行姿态解算以求出陀螺仪在空间极坐标的分量，依据加速度计初始姿态和加速度计运行姿态进行姿态解算以求出加速度计在XYZ三轴上的分量。
进一步地，在步骤(3)中，在加速度计对XYZ三轴上的分量进行时间的积分以求出距离信息的同时，利用陀螺仪对空间极坐标的分量进行时间的积分以求出方向信息。
进一步地，在步骤(4)中，基于距离信息和方向信息，利用融合定位算法S1进行初步定位。
进一步地，在步骤(5)中，利用NB-IOT进行绝对距离校正，在所述加速度计和所述陀螺仪数据采集和结算完成后，在固定时间间隔内，发送校准信息为已知地图的信标校准信息，以此来补偿定位偏差信息。
进一步地，在步骤(6)中，将陀螺仪、加速度计的积分定位信息和NB-IOT的补偿定位信息通过融合定位算法S2进行精准定位。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的基于NB-IOT的高精度定位方法，利用NB-IOT进行绝对距离校正以补偿定位偏差信息，实现高精度定位。
2、本发明提供的基于NB-IOT的高精度定位方法，与现有的使用WiFi进行导航定位的方法相比，不但降低了成本，而且提高了定位精度。
基于上述理由本发明可在定位导航等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于NB-IOT的高精度定位方法整体原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于NB-IOT的高精度定位方法，该方法通过一种以陀螺仪、加速度计、NB-IOT为基础的高精度融合定位算法，实现在粮库地图已知的前提下，粮车在仓库内移动过程中的精确定位，其具体步骤如下：
首先，采集粮车的陀螺仪角度数据和粮车加速度计的位移数据，其中，陀螺仪的角度数据包括利用陀螺仪采集的陀螺仪初始姿态和运行姿态的陀螺仪数据，加速度计的位移数据包括利用加速度计采集的加速度计初始姿态和运行姿态的加速度计数据。
接着，对采集到的陀螺仪角度数据和加速度计的位移数据进行姿态解算，得出陀螺仪在空间极坐标的分量和加速度计在XYZ三轴上的分量，接着陀螺仪在空间极坐标的分量进行时间积分以求出方向信息，同时对加速度计在XYZ三轴上的分量进行时间积分以求出距离信息。
然后，基于该方向信息和距离信息，利用融合定位算法S1进行初步定位，随着积分时间不同，定位精度从30cm到1m不等。
然后，利用NB-IOT进行绝对距离校正，在固定时间间隔内，发送信标校准信息，补偿定位偏差信息。
最后，将陀螺仪、加速度计的积分初步定位信息与NB-IOT的补偿定位信息通过融合定位算法S2实现精准定位，定位精度可达10cm。
由此可见，该基于NB-IOT的高精度定位方法的定位精度可达10cm，有效解决了在粮仓中对粮车的精确定位问题，而且无需人工操作，安全，智能、高效。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种基于NB-IOT的高精度定位方法，其是以陀螺仪、加速度计、NB-IOT为基础的高精度融合定位算法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)粮车的角度数据和位移数据采集的步骤；
(2)粮车陀螺仪数据和加速度计数据的姿态解算的步骤；
(3)利用加速度计的位移姿态解算数据计算距离信息，同时利用陀螺仪的角度姿态解算数据计算方向信息的步骤；
(4)基于距离信息和方向信息，利用融合定位算法S1进行初步定位的步骤；
(5)利用NB-IOT进行绝对距离校正，在固定时间间隔内，发送信标校准信息，补偿定位偏差信息的步骤；
(6)基于距离信息、方向信息以及NB-IOT的补偿定位信息，利用融合定位算法S2进行精准定位的步骤。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(1)中，角度数据是利用陀螺仪采集的陀螺仪初始姿态和运行姿态的数据，位移数据是利用加速度计采集加速度计初始姿态和运行姿态的数据。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(2)中，依据陀螺仪初始姿态和陀螺仪运行姿态进行姿态解算以求出陀螺仪在空间极坐标的分量，依据加速度计初始姿态和加速度计运行姿态进行姿态解算以求出加速度计在XYZ三轴上的分量。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(3)中，在加速度计对XYZ三轴上的分量进行时间的积分以求出距离信息的同时，利用陀螺仪对空间极坐标的分量进行时间的积分以求出方向信息。
5.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(4)中，基于距离信息和方向信息，利用融合定位算法S1进行初步定位。
6.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(5)中，利用NB-IOT进行绝对距离校正，在加速度计与陀螺仪数据采集和结算完成后，在固定时间间隔内，发送校准信息为已知地图的信标校准信息，以此来补偿定位偏差信息。
7.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高精度定位方法，其特征在于，
在所述步骤(6)中，将陀螺仪、加速度计的积分定位信息和NB-IOT的补偿定位信息通过融合定位算法S2进行精准定位。
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