CN109819398A - 室内高精度多源无线定位系统 - Google Patents

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CN109819398A
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Inventor
陈赓
徐壮
曾庆田
郭银景
梁泉泉
戴翠芳
许允龙
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Shandong University of Science and Technology
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Abstract

本发明提供了一种室内高精度多源无线定位系统，包括用户终端、锚节点、嵌入式网关和定位服务器；用户终端包括由用户手持的移动终端和随身携带的盲节点；锚节点包括多个UWB锚节点和多个ZigBee锚节点；嵌入式网关包括UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关；定位服务器为上位机。其中，UWB锚节点分布在室内角落，ZigBee锚节点部署在室内的走廊。本发明利用支持卫星定位与短距离无线定位的嵌入式多网融合代理网关和内置无线定位芯片的移动信息终端设备组建无线定位网络，构建室内高精度多源无线定位系统，并基于移动信息监控服务平台，由UWB网络覆盖的精确定位和ZigBee网络覆盖的粗定位构成定位网络，为移动终端提供空间四维定位信息。

Description

室内高精度多源无线定位系统
技术领域
本发明涉及室内定位领域，具体涉及室内高精度多源无线定位系统。
背景技术
目前室外定位主要采用基于GPS、北斗的卫星定位为主、基于2G/3G/4G等移动公网的无线定位为补充的定位方式。然而卫星定位受终端所在环境影响较大，当用户在室内或在高大建筑物之间时，由于可见的卫星数量较少，定位精度将会大大降低，甚至无法完成定位。目前在室内或地下环境的无线定位技术主要基于WiFi和射频识别(RFID)技术，这两种定位技术具有各自的特点和定位方式，但也有各自的局限，如WiFi的定位精度达不到要求，RFID的有效距离很短，安装不便，适用范围单一，尚未形成针对典型应用场景的高精度、全覆盖室内定位方案。并且，目前室内外采用完全不同的定位技术，对室内外的定位应用无法进行平滑切换。
由于室内定位技术可以将移动作业过程中的位置、时间、现场信息等多维作业数据及时上传分析，有效提高作业效率，同时使定位系统具备极大的扩展性和适用性，可以广泛应用到电力系统变电站内的移动巡检，用于输电线路、杆塔的移动作业定位，并且可以灵活应用于各行业领域。因此，设计室内无盲区多源无线定位系统实现移动终端移动过程中的精确引导和定位，具有重要的实用价值和现实意义。
发明内容
针对现有室内定位技术存在的定位不准确的问题，本发明提供了一种室内高精度多源无线定位系统。
本发明采用以下的技术方案：
室内高精度多源无线定位系统，包括用户终端、锚节点、嵌入式网关和定位服务器；
用户终端包括由用户手持的移动终端和随身携带的盲节点；
锚节点包括多个UWB锚节点和多个ZigBee锚节点；
嵌入式网关包括UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关；
定位服务器为上位机；
移动终端分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，盲节点分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，UWB锚节点与UWB嵌入式网关无线连接，ZigBee锚节点与ZigBee嵌入式网关无线连接，UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关均与上位机有线连接；
其中，UWB锚节点分布在室内角落，ZigBee锚节点部署在室内的走廊。
优选地，所述移动终端为平板电脑，平板电脑内装有GPS定位单元，平板电脑具有无线网络通信、移动网络通信和蓝牙通信功能。
优选地，所述盲节点包括精确定位单元和粗定位单元，精确定位单元包括Bluetooth模块和UWB测距模块，粗定位单元包括CC2530无线通信模块与惯性传感器。
本发明具有的有益效果是：
本发明将定位、授时、通信等功能智能融合为一体，利用支持卫星定位与短距离无线定位的嵌入式多网融合代理网关和内置无线定位芯片的移动信息终端设备组建无线定位网络，构建室内高精度多源无线定位系统，并基于移动信息监控服务平台，由UWB网络覆盖的精确定位和ZigBee网络覆盖的粗定位构成定位网络，为移动终端提供空间四维定位信息。
附图说明
图1为室内高精度多源无线定位系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1，室内高精度多源无线定位系统，包括用户终端、锚节点、嵌入式网关和定位服务器。
用户终端包括由用户手持的移动终端和随身携带的盲节点。
锚节点包括多个UWB锚节点和多个ZigBee锚节点。
嵌入式网关包括UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关。
定位服务器为上位机。
移动终端分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，盲节点分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，UWB锚节点与UWB嵌入式网关无线连接，ZigBee锚节点与ZigBee嵌入式网关无线连接，UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关均与上位机有线连接；
移动终端为基于Andriod系统的平板电脑，平板电脑内装有GPS定位单元，平板电脑具有无线网络通信、移动网络通信和蓝牙通信功能。
盲节点包括精确定位单元和粗定位单元，精确定位单元包括Bluetooth模块和UWB测距模块，测距模块通过高速隧道二极管检测器来进行UWB脉冲的边缘检测，从而在多径环境中找到第一个到达的脉冲信息，并采用双向飞行时间法(TW-TOF)计算往返距离；
粗定位单元用以实现误差1米内的定位需求，粗定位单元包括CC2530无线通信模块与惯性传感器，惯性传感器的型号为MPU6050。
UWB锚节点采用PulsON 410模块设计，ZigBee锚节点选用的芯片为CC2530。
嵌入式网关负责将定位的数据信息上传至定位服务器，嵌入式网关包括UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关，ZigBee嵌入式网关的型号为GW01-ZB，ZigBee嵌入式网关通过UART串口与ZigBee锚节点相连，接收ZigBee锚节点的RSSI测量值和盲节点惯性导航数据。
UWB嵌入式网关的型号为GW01-UWB，UWB嵌入式网关通过USB接口连接无线网卡WiFi模块，可以与多个用户终端相连，接收用户终端上传的UWB数据，与用户终端实现交互。
上位机能解析UWB数据，将距离信息存储至数据库，三边测量法定位及显示；能解析ZigBee数据，将RSSI测量值和惯性导航数据存储至数据库，融合算法定位及显示。
其中，UWB锚节点分布在室内角落，ZigBee锚节点部署在室内的走廊。
在室内的房间的四个角落各布置一个UWB锚节点，其中两个UWB锚节点距地面高度2米，另两个UWB锚节点距地面高度为2.2米。
在走廊上每隔15米布置一个ZigBee锚节点，ZigBee锚节点距地面高度2.5米。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.室内高精度多源无线定位系统，其特征在于，包括用户终端、锚节点、嵌入式网关和定位服务器；
用户终端包括由用户手持的移动终端和随身携带的盲节点；
锚节点包括多个UWB锚节点和多个ZigBee锚节点；
嵌入式网关包括UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关；
定位服务器为上位机；
移动终端分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，盲节点分别与UWB锚节点和ZigBee锚节点无线连接，UWB锚节点与UWB嵌入式网关无线连接，ZigBee锚节点与ZigBee嵌入式网关无线连接，UWB嵌入式网关和ZigBee嵌入式网关均与上位机有线连接；
其中，UWB锚节点分布在室内角落，ZigBee锚节点部署在室内的走廊。
2.根据权利要求1所述的室内高精度多源无线定位系统，其特征在于，所述移动终端为平板电脑，平板电脑内装有GPS定位单元，平板电脑具有无线网络通信、移动网络通信和蓝牙通信功能。
3.根据权利要求1所述的室内高精度多源无线定位系统，其特征在于，所述盲节点包括精确定位单元和粗定位单元，精确定位单元包括Bluetooth模块和UWB测距模块，粗定位单元包括CC2530无线通信模块与惯性传感器。
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