CN109737969B - 一种物联网定位信息系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网定位信息系统及方法，包括：地理信息节点和定位节点；所述地理信息节点按照设定规则布设在设定区域内，每一个地理信息节点向设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，各地理信息节点发射的光信号互不干扰；每一个地理信息节点的ID编码与该设定区域电子地图上的位置坐标一一对应；定位节点根据接收到的ID编码，在电子地图中匹配位置坐标。本发明有益效果：可通过低成本实现建筑内人员/设备/物品的实时精确定位，实现定位信息数据化。配合其他智能化设备，可以为其他需要实时定位的系统或方案提供有益帮助。

Description

一种物联网定位信息系统及方法

技术领域

本发明涉及大规模物联网定位技术领域，尤其涉及一种物联网定位信息系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着科学技术的发展，信息化时代到来，基本信息的数据化是万物互联、智慧化管理以及大数据统计决策的基础要素，地理信息是其中关键性的一环。

发明人发现，在目前的定位系统中，一般采用GPS/北斗等定位方法，但室内因为接收不到卫星信号的原因，导致采用卫星定位方式的定位精度无法保障；为了弥补建筑内采用卫星定位不准确的缺陷，一般采用UWB(无载波通信技术)等方式。但是这种方式具有电磁干扰和串扰的问题，不能采用高密度布设，且成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种物联网定位信息系统及方法，能够低成本地实现建筑内的精准定位。

在一些实施例中，本发明采用如下技术方案：

一种物联网定位信息系统，包括：地理信息节点和定位节点；所述地理信息节点按照设定规则布设在设定区域内，每一个地理信息节点向设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，各地理信息节点发射的光信号互不干扰；每一个地理信息节点的ID编码与该设定区域电子地图上的位置坐标一一对应；定位节点根据接收到的ID编码，在电子地图中匹配位置坐标。

还包括：本地主机和云服务器中的至少一种，所述定位节点通过通信网络向本地主机或者云服务器发送位置坐标数据或者ID编码；

进一步地，所述本地主机与BIM系统连接，实现数据共享。

所述电子地图内录入ID编码数据以及与ID编码对应的位置坐标；所述电子地图设置在定位节点内，或者，所述电子地图设置在与定位节点进行通信的本地主机或者云服务器内。所述地理信息节点呈点状、带状或者网状方式布设，实现不同的定位需求。

在另外一些实施例中，本发明采用如下技术方案：

一种物联网定位信息的方法，包括：在设定的区域内，分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，所述光信号互不干扰，所述ID编码与该区域电子地图上的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在电子地图中匹配位置坐标，实现定位。所述ID编码或者匹配的位置坐标传送至云服务器，实现数据共享。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)可通过低成本实现建筑内人员/设备/物品的实时精确定位，实现定位信息数据化。配合其他智能化设备，可以为其他需要实时定位的系统或方案提供有益帮助。

(2)地理信息节点通过载波红外信号方式，将唯一ID编码发送出去；利用光信号的指向性优势，实现大密度铺设地理信息节点，通过合理调整其光射角度，避免节点之间的相互干扰；通过提高载波频率和发送信号波特率，降低发射功率，实现低功耗。地理信息节点可以布置成单个节点、带状节点或网状节点，满足不同的定位需求。

(3)创建一个电子地图，将位置信息、地理信息节点的ID编码录入到电子地图中，实现电子地图的坐标与ID编码一一对应。

(4)通过一个定位节点，接收ID编码。收到此ID编码后，可通过处理器(MCU)结合内置电子地图，判断自己所处位置。或者，通过有线/无线方式(NB-IOT、GPRS、ZigBee、WIFI、LoRa等)，将接收到的ID编码发送给云服务器或其他处理设备。

(5)根据使用场景不同，可以广泛应用于建筑物联网、机场车站、餐厅的定位需求，定位节点可以安装于安全帽、行李箱、穿戴式设备、智能眼镜、无人小车等。

(6)定位数据可与建筑BIM系统共享数据，实现建筑施工领域的定位。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例一中物联网定位信息系统结构示意图；

图2为实施例一中地理信息节点光发射器示意图；

图3为实施例一中定位节点的接收器示意图；

图4为实施例一中地理信息节点点状布置示意图；

图5为实施例一中地理信息节点带状布置示意图；

图6为实施例一中地理信息节点网状布置示意图；

其中，1.地理信息节点；2.定位节点；21.光信号接收器；22.处理器；23.内置电子地图；3.通信网络；4.云服务器；5.本地主机；6.BIM系统，101.红外二极管,102.凹面镜；103.光挡板；104.挡板开口；201.菲涅尔镜；202.红外接收管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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，而非意图限制本申请的示例性实施方式。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。

实施例一

在一种或多种实施方式中，公开了一种物联网定位信息系统，包括：地理信息节点1、定位节点2、通信网络3、云服务器4和本地主机5；

根据待定位区域结构设计电子地图，按照一定规则，布设地理信息节点1，每个地理信息节点1能够发射带有唯一ID编码的光信号，该ID编码一一映射到电子地图的固定位置坐标。

电子地图内录入ID编码数据以及与ID编码对应的位置坐标；电子地图设置在定位节点内，或者，电子地图设置在与定位节点进行通信的本地主机或者云服务器内。

当人员/设备携带定位节点经过某地理信息节点信号有效范围时，接收到该地理信息节点1发送的唯一ID编码。定位节点2根据接收到的ID编码匹配电子地图中的坐标，从而确定自身所在的位置，或通过有线或无线(NB-IOT、GPRS、ZigBee、WIFI、LoRa等)通信方式，将接收到的ID编码发送至云服务器4，匹配设置在云服务器4中的电子地图，准确在电子地图中定位人员/设备/物体的位置。本地主机5与云服务器数据连接，可实现定位信息与BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型化)系统共享，云服务器电子地图也可在本地主机5内运行。

通过设置地理信息节点、电子地图、BIM协同等方式，提供有效、节能、低成本、高精度的定位方法，高效协同各类智能管理。

本实施例中的地理信息节点为提前预布设、位置已知、含有唯一的ID编码、以固定时间间隔不间断发送ID编码的地理信息节点。具体包括：

ID编码模块，通过手动设置(拨码设置/有线/无线设备写入)或自动设置方式，生成应用系统中唯一的ID编码，可以通过编码器实现编码。

光信号发射模块，通过振荡电路产生固定频率载波信号，为避开与红外遥控的38KHz重叠干扰，可采用100KHz或其他频段。通过调幅方式将ID编码信号加载到载波信号上，然后通过红外LED以固定周期发送出去。

光信号整形模块：由凹面镜102和带刻度可调整的光挡板103组成。红外LED发出红外光后，经凹面镜102调整反射角度，也可以通过光挡板103调整射出范围，避免相邻的地理信息节点间互相干扰。

参考图2，已调制过的红外载波信号，通过红外二极管101发射。经凹面镜102反射后，通过带刻度的挡板103形成的挡板开口104发射出去。通过调整凹面镜102曲率，控制发射角度，根据曲率不同可以生产不同型号产品。同时通过手动调整带刻度的滑动挡板103，控制挡板开口104大小。通过这两种方式，可有效调整红外信号的有效区域，确保每个地理信息节点保持有效区域独立，互不交叉。

本实施方式中的定位节点，接收ID编码后，可通过接收设备的处理器(MCU)结合内置电子地图23，判断自己所处位置。或者，通过有线、无线方式(NB-IOT、GPRS、ZigBee、WIFI、LoRa等)，将ID编码发送给云服务器。具体包括：

光信号接收器21：参照图3，定位节点中的红外接收部分，采用菲涅尔镜201加红外接收管202的方式。处于地理信息节点的有效范围时，红外光经过菲涅尔镜(平面或球面或弧面方式)聚光罩后，增强光信号强度，被红外接收管202接收，传到光接收标签中的解调电路。接收到的信号通过解码电路，解调出有效地理信息节点信息(ID编码)，用于定位信息处理。

处理器22(MCU)：含有电子地图的MCU根据得到的有效ID编码信息，确定当前具体位置；或者通过通信网络3，将ID编码通过固定格式立刻发送出去。

本实施方式中的通信网络3，是指有线或无线(NB-IOT、GPRS、ZigBee、WIFI、LoRa等)通信方式，将定位节点2、云服务器4、本地主机5、BIM系统6或其他设备间实现数据共享。

本实施方式中的云服务器4，是指运行有电子地图和数据分析软件，可根据接收到的有效接收器信息进行精准定位的设备。电子地图为可输入/更改地理信息节点信息，按照专用规则命名已输入信息的地理信息节点，已与全部有效布设好的地理信息节点相关联的电子地图。在实践中，命名规则可以为“位置名称+距离”。例如：A座三楼1走廊第一个节点为“A座三楼1走廊+0米”，相隔1米的第二个节点为“A座三楼1走廊+1米”。

地理信息节点1可以根据需要按照点状定位、带状定位或网状定位进行布置。

参照图4，通过电子地图设置好地理信息节点的位置(图中A、B为例，)布置地理信息节点1。地理信息节点分别由唯一ID码，与电子地图中的位置一一对应。以工程领域人体定位为例，当人体佩戴安装有定位节点2的安全帽经过A时，接收到A处上方地理信息节点1发出的唯一ID编码信号。此时，通过查找电子地图便知道自己处于A点附近。当人体继续往前行走，处于B点有效范围时，接收到B处地理信息节点1发出的唯一ID编码后，便知道自己处于B点附近，当前移动方向为从A点到B点方向。

参照图5，对于带状区域(例如：走廊)，可采用地理信息节点带状布置方式。地理信息节点1按照起点+固定距离(示例中起点为A，间隔为1米)布置，命名为：A+0，A+1，A+2，分别安装有不同ID编码的地理信息节点1，形成电子地图。将地理信息节点带安装在带状区域(走廊)，通过调整安装高度、凹面镜102角度、手动挡板103开口大小，得到辐射整个带状区域宽度，互不交叉干扰的区域。当人员/设备/物体携带有定位节点2经过此带状区域时，可得到精准定位和移动方向，形成有效的数字化信息。

参照图6，对于范围区域(礼堂、会议室、大厅，)可采用多条地理信息节点带(A、B、C、D...)敷设形成定位区域。通过调整地理信息节点的间距、地理信息节点带的高度和凹面镜102角度、手动挡板103开口大小，形成每个地理信息节点有效区域互不交叉。当被定位目标在此区域活动时，可形成有效的数字化定位信息。

实际生产中，可将地理信息节点的ID编码器、红外LED发射集成为一个芯片，按照固定间距，封装成灯带形状，施工时直接连接电源就可实现快速布置。

实施例二

本实施方式公开了一种物联网定位信息的方法，包括：在设定的区域内，分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，所述光信号互不干扰，所述ID编码与该区域电子地图上的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在电子地图中匹配位置坐标，实现定位。

可以将ID编码或者匹配的位置坐标传送至云服务器，实现数据共享。

具体实施中，除采用红外光信号外，也可以发送可见光信号。更具体的是将本发明集成于LED灯中，可获得更广泛的定位应用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种物联网定位信息系统，其特征在于，包括：地理信息节点和定位节点；所述地理信息节点按照设定规则布设在设定区域内，每一个地理信息节点向设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，各地理信息节点发射的光信号互不干扰；每一个地理信息节点的ID编码与该设定区域电子地图上的位置坐标一一对应；定位节点根据接收到的ID编码，在电子地图中匹配位置坐标；

所述地理信息节点包括光信号整形模块，用于调整所述光信号的反射角度以及射出范围，实现相邻地理信息节点互不干扰；所述光信号整形模块包括：凹面镜和光挡板中的至少一个，所述凹面镜调整光信号的反射角度，所述光挡板调整光信号的射出范围；具体实现方式为：已调制过的红外载波信号，通过红外二极管发射；经凹面镜反射后，通过带刻度的挡板形成的挡板开口发射出去；通过调整凹面镜曲率，控制发射角度，根据曲率不同可以发射不同角度信号；同时通过手动调整带刻度的滑动挡板，控制挡板开口大小。

2.如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，还包括：本地主机和云服务器中的至少一种，所述定位节点通过通信网络向本地主机或者云服务器发送位置坐标数据或者ID编码；

进一步地，所述本地主机与BIM系统连接，实现数据共享。

3.如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，所述电子地图内录入ID编码数据以及与ID编码对应的位置坐标；所述电子地图设置在定位节点内，或者，所述电子地图设置在与定位节点进行通信的本地主机或者云服务器内。

4.如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，所述地理信息节点还包括：ID编码模块和光信号发射模块；所述ID编码模块生成唯一的ID编码；所述光信号发射模块产生设定频率的载波信号，通过调幅方式将ID编码信号加载到载波信号上，然后通过光信号按设定周期发送出去。

5.如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，所述定位节点包括：光信号接收器和通信模块，所述光信号接收器接收光信号，然后通过解码电路解调出光信号中的ID编码；解调出的ID编码通过通信模块传输至本地主机或者云控制器。

6.如权利要求5所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，还包括：处理器，所述处理器内置电子地图，处理器将接收到的ID编码与电子地图中的位置坐标进行匹配，实现定位。

7.如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，所述地理信息节点呈点状、带状或者网状方式布设。

8.一种物联网定位信息的方法，基于如权利要求1所述的一种物联网定位信息系统，其特征在于，包括：在设定的区域内，分别按照设定的方向发射带有唯一ID编码的光信号，所述光信号互不干扰，所述ID编码与该区域电子地图上的位置坐标一一对应；根据接收到的ID编码在电子地图中匹配位置坐标，实现定位。

9.如权利要求8所述的一种物联网定位信息的方法，其特征在于，所述ID编码或者匹配的位置坐标传送至云服务器，实现数据共享。