CN110121147A - 一种低功耗组网定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低功耗组网定位方法，包括：步骤1：提供一采用物联网标准协议进行基站和节点组网的定位系统和数据后台，所述定位系统包括若干基站和若干节点，所述基站与所述数据后台通信连接，所述节点中位置已知的节点为位置节点，所述节点中需进行定位的节点为移动节点；步骤2：所述位置节点和/或基站与所述移动节点通信，根据预定的测距方法获取相应的测距数据，所述测距数据发送给所述数据后台；步骤3：所述数据后台接收所述移动节点的测距数据，计算得到所述移动节点的位置信息。本发明利用数据后台的集总数据处理能力大大提高定位精度和降低维护成本，同时也解决了移动节点定位难、定位精度差等问题。

Description

一种低功耗组网定位方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种低功耗组网定位方法。
背景技术
现有的低功耗定位技术有WiFi、蓝牙和LBS基站定位系统。WiFi定位系统是采用基站和节点进行星型组网，需要3个以上基站，可连接少于百个节点，覆盖范围在百米以内，节点定位精度受信号质量影响，约在2-10米内，节点在电池供电下可用一周，基站和节点的硬件成本中等。蓝牙定位系统是基站进行MESH组网，节点无组网，每隔10米距离需要3个基站，可连接几百个节点，节点定位精度受基站数量影响，约在3-5米内，节点在电池供电下可用一个月，基站和节点硬件成本低。LBS基站定位是基站和节点星型组网，需要3个以上基站，可用连接数百个节点，覆盖范围在2-3公里以内，节点定位精度受信号质量影响，约50-200米内，节点电池供电下可用一个月，基站硬件成本非常高，节点的硬件成本中等。
上述低功耗定位系统都是利用测量基站和节点之间通信的无线信号RSSI(信号强度)来计算之间的相对距离，这样当基站或是某个固定节点的位置信息为已知时，系统可计算确定被定位节点的相对位置。通过RSSI定位的有点是硬件简单，可以利用现有的设备的无线传输硬件，加入定位算法从软件上添加节点定位功能。但是缺点是这种测量方法受无线信号质量影响很大，可定位覆盖范围受信号覆盖范围影响而需要成倍地添加设备，而且本身距离测量精度也比较差，没有好的定位算法很难实现高精度的定位要求，就算定位算法在部署以后可以持续优化，但是由于算法都集成在基站和节点设备内部，升级维护特别困难。可见，现有技术的低功耗定位系统中，定位功耗大，节点最长使用不超过一个月；可组网的设备规模小，最多几百个节点同时工作；在同样的成本下覆盖范围小；定位算法集成在设备内，维护性差。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低功耗组网定位方法，它可以集成在低成本低功耗的物联网节点设备上，利用物联网网络大量节点设备的特点，通过广域组网和集中数据处理的方式，提供低成本高精度的定位方法。
本发明的技术方案如下：本发明提供一种低功耗组网的定位方法，所述低功耗组网定位方法包括以下步骤：
步骤1：提供一采用物联网标准协议进行基站和节点组网的定位系统和数据后台，所述定位系统包括若干基站和若干节点，所述基站与所述数据后台通信连接，所述节点中位置已知的节点为位置节点，所述节点中需进行定位的节点为移动节点；步骤2：所述位置节点和/或基站与所述移动节点通信，根据预定的测距方法获取相应的测距数据，所述测距数据发送给所述数据后台；步骤3：所述数据后台接收所述移动节点的测距数据，计算得到所述移动节点的位置信息。
进一步地，所述基站和节点可以通过所述数据后台在线集中管理。
进一步地，所述节点和节点之间利用私有点对点通信协议进行通信。
进一步地，所述步骤2中，所述数据后台控制所述基站和/或位置节点根据预定的测距方法发送广播信息，所述移动节点接收广播信息获得对应的测距数据，所述移动节点将测距数据发送给数据后台。
或者，所述步骤2中，所述数据后台下发控制信号给所述移动节点，所述移动节点广播信息，通过所述移动节点周围的所述位置节点和/或基站激活对所述移动节点的采样功能，所述位置节点和/或基站将测距数据发送给所述数据后台。
进一步地，所述步骤2中所述基站、所述位置节点采用所述测距方法包括：信号幅度法(RSSI)、时间到达法(TOA)、时间到达差法(TDOA)、飞行时间法(TOF)。
优选地，所述位置节点采取的测距方法包括：信号幅度法和飞行时间法。
进一步地，所述步骤3中，所述数据后台根据测距数据计算出所述移动节点与所述位置节点和/或基站的距离，采用质心定位法、多边定位法、三角定位法、极点定位法中的一种或多种确定所述移动节点相对所述位置节点和/或基站的相对位置信息，再根据相对位置信息与所述位置节点和/或基站的位置信息计算得到所述移动节点的位置信息。
进一步地，所述低功耗组网定位方法还包括：步骤4：所述数据后台将位置信息发送给所述移动节点或进行输出。
进一步地，所述基站和节点采用星型拓扑结构连接。
采用上述方案，本发明的方法在基本不改变原物联网系统的情况下，只利用安装相应的无线信号测量软件和点对点通信私有协议，在原硬件系统基础上低成本升级定位功能，且利用数据后台的集总数据处理能力大大提高定位精度和降低维护成本，同时也解决了移动节点定位难、定位精度差等问题。
附图说明
图1为本发明的低功耗组网定位方法的流程图。
图2为本发明一实施例中定位系统示意图。
图3为本发明一实施例中定位系统定位示意图。
图4为本发明一实施例中数据后台计算移动节点位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种低功耗组网定位方法，所述低功耗组网定位方法包括以下步骤：
步骤1：提供一采用物联网标准协议进行基站和节点组网的定位系统和数据后台，所述定位系统包括若干基站和若干节点，所述基站与所述数据后台通信连接，所述节点中位置已知的节点为位置节点，所述节点中需进行定位的节点为移动节点；
步骤2：所述位置节点和/或基站与所述移动节点通信，根据预定的测距方法获取相应的测距数据，所述测距数据发送给所述数据后台；
步骤3：所述数据后台接收所述移动节点的测距数据，计算得到所述移动节点的位置信息。
所述基站和节点的管理可以通过所述数据后台在线集中管理。所述节点和基站可以采用星型拓扑结构连接。所述节点和节点之间利用私有点对点通信协议进行通信。所述步骤2中所述基站、所述位置节点采用所述测距方法包括：信号幅度法(RSSI)、时间到达法(TOA)、时间到达差法(TDOA)、飞行时间法(TOF)，其中所述节点优选采用信号幅度法和飞行时间法，功耗较小且节省硬件成本。
所述步骤2中，所述测距数据的获得方式可以为：所述数据后台控制所述基站和/或位置节点根据预定的测距方法发送广播信息，所述移动节点接收广播信息获得对应的测距数据，所述移动节点将测距数据发送给数据后台；或者为：所述数据后台下发控制信号给所述移动节点，所述移动节点广播信息，通过所述移动节点周围的所述位置节点和/或基站激活对所述移动节点的采样功能，所述位置节点和/或基站将测距数据发送给所述数据后台。
所述步骤3中，所述数据后台根据测距数据计算出所述移动节点与所述位置节点和/或基站的距离，采用质心定位法、多边定位法、三角定位法、极点定位法中的一种或多种确定所述移动节点相对所述位置节点和/或基站的相对位置信息，再根据相对位置信息与所述位置节点和/或基站的位置信息计算得到所述移动节点的位置信息。所述低功耗组网定位方法还包括：步骤4：所述数据后台将位置信息发送给所述移动节点或进行输出。
请参阅图2至图4，图2为本实施例定位系统示意图，本实施例中，所述基站和节点所采用的物联网的通信调制方式为LoRa，所述基站与数据后台通信连接，所述基站和节点采用星型拓扑结构通信连接。所述基站与节点之间、所述节点与节点之间采用LoRa信号进行通信，所述基站和节点可以在收到无线通信时顺带通过无线信号测距方法对无线信号进行测距，并把测距信息通过数据方式回传到数据后台，所述数据后台对可以数据进行统一管理和存储，并可以在线集中管理所述基站和节点(包括设备操控和升级维护)，所述数据后台可以根据需要对各个基站和节点发送控制或通信指令，触发基站或节点启动相应测距方法的无线信号采样。值得一提的是，所述节点平时可以一直处于休眠状态，直到收到所述数据后台的指令时才做相应采样，有利于节能，提升续航。
请参阅图3，图3为定位系统定位示意图。其中，N1、N2、N3均为位置信息已知的位置节点，BS1和BS2为基站，M1为需定位的移动节点。数据后台通过控制所述位置节点N1、N2、N3发送广播数据，M1通过私有点对点通信协议，分别收到所述位置节点N1、N2、N3的无线信号，并根据相应的测距方法采集测距数据，同时所述移动节点M1也可以收到来自基站的无线信号，并根据相应的测距方法采集测距数据，所述移动节点M1将采集的测距数据汇总发送给所述数据后台，所述数据后台接收到测距数据后再通过相应的位置算法得到所述移动节点M1相对其他位置节点和基站的相对位置，从而实现定位。所述基站采用的测距方法可以为：信号幅度法、时间到达法、时间到达差法、飞行时间法，所述位置节点可以采用的测距方法为信号幅度发或飞行时间法。所述数据后台所采用的位置算法可以为质心法、多边定位法、三角定位法、极点法等，或者通过多种算法联合计算修正硬件定位无法修正的偏差，从而实现高精度定位。
请参阅图4，本发明实施例中数据后台计算移动节点位置示意图，在本实施例中，所述数据后台对所述移动节点M1定位采用的是三角定位法。所述数据后台通过所述移动节点采集到的测距数据，分别计算出所述位置节点N1、位置节点N2、位置节点N3、基站BS2与所述移动节点M1的直线距离，则分别以所述位置节点N1、位置节点N2、位置节点N3、基站BS3为原点，对应距离为半径画圆，则理论上四个圆的交点即为移动节点M1位置，由于有测量误差存在，实际测量出的移动节点的位置为某一区域，如果参与定位的位置节点或基站数量越多，则实现的定位精度就越高。再把所述位置节点N1、N2、N3和基站BS2的绝对位置加上交集区域的相对位置得到地理上的绝对坐标，就可以完成移动节点M1的定位。所述数据后台可以将获得到移动节点M1的定位数据发送给所述移动节点或者输出到显示屏等。
在所述低功耗组网定位方法中，还包括另一实施例，在本实施例中，步骤2的测距数据的获取方式为：所述数据后台下发控制信号给所述移动节点，所述移动节点广播信息，通过所述移动节点周围的所述位置节点和/或基站激活对所述移动节点的采样功能，所述位置节点和/或基站将测距数据发送给所述数据后台，此方式与上一实施例相比，只是无线信号流向不同，其余部分原理相同，在此不再赘述。
本发明的低功耗组网定位方法，利用物联网的无线通信调制方式，如LoRa，具有很高的灵敏度和解调门限，可实现郊区30公里，市区3公里以上的覆盖距离。而节点功耗较低，在电池供电下可以使用2至3年。并且由于计算移动节点的位置是在数据后台内进行的，集总计算能力和调度灵活性高。
综上所述，本发明的方法在基本不改变原物联网系统的情况下，只利用安装相应的无线信号测量软件和点对点通信私有协议，在原硬件系统基础上低成本升级定位功能，且利用数据后台的集总数据处理能力大大提高定位精度和降低维护成本，同时也解决了移动节点定位难、定位精度差等问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低功耗组网定位方法，其特征在于，所述低功耗组网定位方法包括以下步骤：
步骤1：提供一采用物联网标准协议进行基站和节点组网的定位系统和数据后台，所述定位系统包括若干基站和若干节点，所述基站与所述数据后台通信连接，所述节点中位置已知的节点为位置节点，所述节点中需进行定位的节点为移动节点；
步骤2：所述位置节点和/或基站与所述移动节点通信，根据预定的测距方法获取相应的测距数据，所述测距数据发送给所述数据后台；
步骤3：所述数据后台接收所述移动节点的测距数据，计算得到所述移动节点的位置信息。
2.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述基站和节点可以通过所述数据后台在线集中管理。
3.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述节点和节点之间利用私有点对点通信协议进行通信。
4.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述步骤2中，所述数据后台控制所述基站和/或位置节点根据预定的测距方法发送广播信息，所述移动节点接收广播信息获得对应的测距数据，所述移动节点将测距数据发送给数据后台。
5.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述步骤2中，所述数据后台下发控制信号给所述移动节点，所述移动节点广播信息，通过所述移动节点周围的所述位置节点和/或基站激活对所述移动节点的采样功能，所述位置节点和/或基站将测距数据发送给所述数据后台。
6.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述步骤2中所述基站、所述位置节点采用所述测距方法包括：信号幅度法、时间到达法、时间到达差法、飞行时间法。
7.根据权利要求6所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述位置节点采取的测距方法包括：信号幅度法和飞行时间法。
8.根据权利要求4或5所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述步骤3中，所述数据后台根据测距数据计算出所述移动节点与所述位置节点和/或基站的距离，采用质心定位法、多边定位法、三角定位法、极点定位法中的一种或多种确定所述移动节点相对所述位置节点和/或基站的相对位置信息，再根据相对位置信息与所述位置节点和/或基站的位置信息计算得到所述移动节点的位置信息。
9.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述低功耗组网定位方法还包括：步骤4：所述数据后台将位置信息发送给所述移动节点或进行输出。
10.根据权利要求1所述的低功耗组网定位方法，其特征在于，所述基站和节点采用星型拓扑结构连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190813

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