CN110133581A - 一种基于路径元网络模型的室内实时定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于路径元网络模型的室内实时定位方法和系统，将室内物理环境的共性特征以路径元模型表达，路径元属性包括节点、连线、路径向量和虚拟显示点，以连通性的路径元组合形成室内定位的路径元网络模型。这样，实时定位和显示就简化为模型上每个路径元节点的精确识别和距离控制，再匹配到以路径元网络模型为基础的矢量电子地图进行显示，而以路径元为基础的数据处理和误差消除将后端集中处理前移形成效率更高的、更为准确的分布式前端处理，从而实现以房间级等定性方式来表达的定位系统，且无需复杂计算或学习训练，定位响应性能不受目标数量、复杂环境等影响，这与三角测量法和指纹法等定量坐标表达的定位方法有着本质区别。

Description

一种基于路径元网络模型的室内实时定位方法与系统

技术领域

本发明属于一种短距无线通信和定位技术，更确切地说，涉及主要用于在建筑物内部固定区域的实时定位技术。

背景技术

目前实时定位系统（RTLS:Real-Time Location System）主要分为室外定位和室内定位两大部分。其中室外定位系统主要是基于全球定位卫星来实现；在建筑物内部由于没有卫星信号，通常是采用短距无线通信技术来实现室内定位系统，而现有的室内定位系统主要采用三角测量法或指纹法来设计。

其中三角测量法通过获得距离已知位置三点的各向距离，从而求得误差最小的相对位置。各向距离可通过电波到达时间或信号强度方式换算得到。三角测量法主要适用于空旷环境下（如全球卫星定位），而在室内复杂建筑环境下通过部署室内设备来实现建筑物内三角测量定位则存在巨大的障碍。同时，由于存在大量的计算工作，当定位目标增加时会导致定位性能急剧下降。

指纹法是在特定位置记录信号特征（如信号强度），通过对所有位置进行学习或训练的方式来构建出覆盖所有区域的完整信号特征数据库。然后，再基于该数据库的信号特征和位置的匹配关系，对当前位置进行定位。指纹法定位过程主要包括以下步骤：1）部署。根据应用环境地理分布情况，进行定位阅读器的网络部署，形成网络分布拓扑图，并划分射频指纹采用所使用的网格；2）采样。训练节点主动发射扫描信号，测量接受到阅读器的信号强度，将接收到的信号强度发生给定位服务器；3）训练。定位服务器使用接收到的所有接收信号强度，计算并获得在每个网格内信号强度的统计特征，构建信号强度训练指纹库，并建立信号指纹和对应网格的映射关系；4）定位。定位终端实时测量阅读器发射的信号强度，发送到定位服务器，定位服务器使用接收到的信号强度构建该定位终端的观测指纹，并在训练指纹库中搜索与观测指纹最相似的指纹，该指纹对应的网格位置就是对该定位终端的位置估计。指纹法存在的缺陷是需要根据部署情况进行事先的采样训练，而如果环境或部署点发生变化，都需要重新训练学习，而训练学习的收敛过程时间很长，很多时候由于环境或使用的随机因素会导致训练学习无法收敛。

因此，市场上迫切需要的是一种室内定位精度以定性方式描述如房间级、定位响应速度快、定位性能不受定位目标数量以及室内建筑环境的影响、并可标准化工程部署的新型室内实时定位系统，以满足大量专业用户在高安全区域的定位监控需求。

发明内容

以下内容提供对一个或一个以上实施例的简要概述，以便提供对此类实施例的一些方面的基本了解。此概述并不是对所述一个或一个以上实施例的广泛总结，且既不希望指出所述实施例的关键或决定性因素，也不希望描绘此类实施例的范围。其唯一目的是用简要的形式呈现所描述实施例的一些概念，以作为稍后呈现的更详细描述内容的序言。

由室内定位的物理环境共性特征可知，室内定位环境通常由区域（房间等封闭区域或公共区域）和通道（平面通道如走道或垂直通道如楼梯、电梯）组成，而室内定位的实际需求精度通常是以如房间级区域或如走道等定性方式来表达，而不是以空间三维或平面二维的坐标数据的定量方式表达。因此，为了克服现有的室内定位系统存在的缺陷，本发明提出了一种基于路径元网络模型的室内实时定位方法与系统，根据实际室内建筑平面图建立的连通性路径元组合即可形成室内定位路径元网络模型，以被定位目标处于某层某个房间或某一段走道等定性方式来达成定位要求，而不是以被定位目标处于空间三维或平面二维的相对或绝对坐标数据等定量方式来描述。这样复杂的室内定位就简化为每个路径元上点的精确识别和距离控制，而无需计算或学习训练，这与三角测量法采用的坐标数据计算和指纹法上采用的信号强度训练来进行信号网格标定等方法有着本质区别。

本发明的室内定位模型是通过路径元来构建，而路径元具有的基础属性包括：节点、连线、路径向量和虚拟显示点。路径元中必须有且只有两个节点，其中节点的属性为特定区域；路径元中的连线是该路径元中两个节点之间形成的连线，路径元中只有唯一一条连线，线的属性是两个节点所代表实际区域之间的物理连通性，如门或通道；路径元中的路径向量是表示从路径元中一个节点沿着路径元中的唯一连线到达路径元中另一个节点的运动方向，路径向量的属性集合为正向或反向；虚拟显示点处于路径元连线上，用于表示两个路径元节点之间的实际连通边界，虚拟显示点是路径元连线上的必经点。当定位目标在路径元上运动时，目标到达路径元中任意节点的状态数据以及时间先后顺序被准确获知，因此根据时间序列可获知路径元中连线上的路径向量，由此获得了完整的路径元数据。可以看出，基于路径元网络的室内定位模型可以简化为若干个路径元组成的集合，这对任意一个室内建筑物无论是平面还是立体结构都是有效的。因此，当定位目标在路径元网络模型中的每个路径元上都能被准确及时地采集到完整的路径元数据，再匹配到基于路径元网络模型的矢量化电子地图上则完全满足了室内定位的实际需求，即实现建筑物内以房间级区域为定位精度单元的功能要求。

基于路径元网络模型的室内定位系统首先依据室内建筑平面图构建出该室内定位系统的路径元网络模型，然后根据路径元网络模型中的各个路径元节点部署定位采集设备，再将路径元网络模型合映射到电子化建筑平面图上进行组态，通过对路径元网络模型的矢量化即可方便地构成矢量化的室内电子地图，基于路径元网络构成的矢量化电子路径可以非常方便的实现路径纠偏、飞点排除、定位轨迹展示、连续轨迹插值等室内定位系统人机界面上的性能和体验效果优化。当所有路径元的数据实时采集输入到基于路径元网络的矢量室内电子地图上显示即可完成可视化的室内定位系统。

因此，所有定位目标在电子地图上的静止显示点都是完全匹配在路径元网络模型中的节点上；所有定位目标在电子地图上的实时轨迹和历史轨迹都是完全匹配在路径元网络模型中的连线上；所有定位目标在电子地图上的运动方向都是根据时间先后计算出的路径向量确定的。

根据这种基于路径元网络的室内定位网络设计方法，路径元中节点上完成的是在节点有限区域内实现边界清晰的节点无线信号覆盖，需要节点处无线信号特征应该是具有快衰落特性，这样可以形成明显的无线信号边界；而定位目标在整个建筑物内部的无线信号采集需要的无线信号特征应该是具有慢衰落特性，这样可以在尽可能大的区域内实现信号覆盖。因此，基于路径元的室内定位系统采用两种不同频段的无线信号以协同工作的模式来实现，路径元节点上的无线信号以广播方式进行；室内建筑物内部的大范围无线采集信号以单向接收或双向收发方式进行；定位目标运行在两个频段的双模工作方式下，一方面接收节点无线频段信号，另一方面以大范围采集信号频段发送自身以及接收到的路径元节点信息。

根据基于路径元网络的室内定位设计方法，定位目标是一个工作在低频接收和超高频（或微波）发送的无线标识。其工作模式为平时处于完全休眠状态不发射任何信号或定期发射超高频（或微波）信号，该信号包含标识自身的唯一ID号码；当定位目标进入到路径元节点设备的有效工作范围时，接收到该路径元节点设备广播的包含节点唯一ID号码的低频信号，然后将路径元节点ID和自身标识ID一起通过超高频（或微波）信号发射出去；而定位目标发射的超高频（或微波）信号由建筑物内的无线采集信号设备进行接收并通过有线网络传输到服务器进行数据处理。

本发明的一实施例，路径元节点上的广播信号采用具有快衰落特性的低频无线信号如125K或134K信号，但是低频无线信号通常是采用ASK幅移键控的方式进行调制，这是一种相对简单的调制方式，缺点是信号抗干扰能力差。尤其是在两个或两个以上同样的低频无线信号重叠区域，会产生很强的相互干扰问题。因此在路径元两个节点之间的直线距离如果小于这两个节点球形区域在该方向上半径之和时，这两个节点的低频广播信号采用同步方式进行。每个节点的信号广播是以脉冲式进行的，同步方式下路径元中两个节点的信号发射脉冲是在时序上相互错开，以避免节点间的信号干涉。室内定位目标的相对慢速运动特征也使得路径元不同节点上的广播信号同步时不会影响到在各个节点上的定位性能。

为了实现前述和相关目的，一个或一个以上实施例包括下文中完整描述且在权力要求书中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了所述一个或一个以上实施例的特定说明性方面。然而，这些方面仅指示可采用各种实施例的原理的多种方式中的几种方式，而所描述的实施例希望包含所有这些方面及其等效物。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

图2 是本发明的路径元属性示意图。

图3 是本发明室内定位路径元网络模型的一个实施例示意图。

图4 是本发明涉及的室内目标区域电子地图的一个实施例示意图。

图5 是本发明定位目标标识的一个实施例示意图。

图6 是本发明定位目标标识工作模式的一个实施例示意图。

图7 是本发明节点定位装置的一个实施例示意图。

图8 是本发明信息采集装置的一个实施例示意图。

图9 是本发明中定位目标标识、路径元节点定位装置、定位目标标识的信号采集装置三者协同工作模式的一个实施例示意图。

图10 是本发明定位处理算法和显示软件的一个实施例示意图。

图11 是本发明路径元封包处理的一个实施例流程图。

图12 是本发明实时显示动画和实际运动之间的系统固有特征延时T的组成示意图。

图13 是本发明历史轨迹回放显示处理的一个实施例流程图。

图14 是本发明路径元节点定位装置需要信号同步的一个实施例示意图。

图15 是本发明漂移消除处理的一个实施例流程图。

图16 是本发明路径元封包处理前移建立在信息采集装置端的一个实施例流程图。

图17 是本发明漂移消除处理前移建立在定位标识端的一个实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图，针对本发明的一实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明100包括路径元101、基于目标物理区域的室内定位路径元网络模型102、定位目标标识103、路径元上节点定位装置104、定位目标标识的信号采集装置105、信号采集装置的后向传输网络106、信号集中处理计算机107、室内定位目标区域电子地图108、基于室内定位路径元网络模型的定位处理算法和显示软件109、室内定位目标物理实际区域110。

路径元101的基础属性包括节点、连线、路径向量和虚拟显示点，如图2所示。路径元中必须有且只有两个节点，其中节点的属性为特定区域；路径元中的连线是该路径元中两个节点之间形成的连线，路径元中只有唯一一条连线，线的属性是两个节点所代表实际区域之间的物理连通性，如门或通道；路径元中的路径向量是表示从路径元中一个节点沿着路径元中的唯一连线到达路径元中另一个节点的运动方向，路径向量的属性集合为正向或反向；虚拟显示点处于路径元连线上，用于表示两个路径元节点之间的实际连通边界，虚拟显示点是路径元连线上的必经点，其属性为“有”（TRUE）或“无”（FALSE）。当定位目标在路径元上运动时，目标到达路径元中任意节点的状态数据以及时间先后顺序被准确获知，因此根据时间序列可获知路径元中连线上的路径向量，由此获得了完整的路径元数据。

基于目标物理区域的室内定位路径元网络模型102，是根据物理实际区域的CAD电子化图形建立该室内定位路径元集合构成的网络模型。构成的路径元网络是具有完全的路径元节点连通性。室内定位的区域精度要求决定了建立路径元网络中路径元的数量和方式，即是可通过在某个路径元节点所代表的区域内无缝插入一段新的路径元网络来提高该节点区域定位精度，新插入的一个路径元网络不会改变已有的路径元网络拓扑结构，也不会影响原有路径元网络的网络连通性和定位效率。如图所示，这样既可以很灵活的满足用户实际定位需求的多样性，又可以和有限的预算取得平衡。通常的路径元网络模型即是建立在房间级区域精度的需求上，如图3所示。

室内定位目标区域电子地图108，如图4所示。在实际的目标区域CAD图形基础上通过矢量化建立的带有相对坐标数据的地图存入数据库。然后，在该地图上根据室内定位路径元网络模型进行组态，即在矢量化地图进行部署路径元节点，形成路径元节点定位装置ID数据与矢量化地图相对坐标数据进行绑定；建立路径元中的连线，形成完整的路径元网络拓扑的逻辑表达数据和路径元索引，标注该路径元内的虚拟显示点位置数据，最后将该路径元网络模型数据化后完整的存入数据库。从而生成了室内定位目标区域完整的电子地图数据，用于室内定位软件界面的可视化显示。因此，所有定位目标在电子地图上的静止显示点都是完全匹配在路径元网络模型中的节点或虚拟显示点上；所有定位目标在电子地图上的实时轨迹和历史轨迹都是完全匹配在路径元网络模型中的连线上；所有定位目标在电子地图上的运动方向都是根据时间先后计算出的路径向量确定的。

定位目标标识102，如图5所示。由微处理器、低频（如125KHZ或134KHZ等）无线信号接收电路、超高频或微波（如315MHZ,433MHZ,915MHZ，2.4GHZ等）无线信号发射电路、内部电源组成。定位目标标识的工作模式如图6所示，微处理器、超高频或微波无线信号发射电路、低频无线信号接收电路平时处于休眠状态，当低频无线信号接收电路被周围电磁场中合法的低频无线信号唤醒后，微处理器进入工作，从低频电路接收的信号中解码出相应信息，并将接收到的信息和自身内置的ID信息一起通过超高频或微波无线信号发射电路发射出去，操作结束后重新进入休眠状态。也可以在平时未接收到低频信号时的休眠状态下，每间隔一定时间周期，由计时器定时唤醒微处理器，将其内置ID信息通过超高频或微波无线信号发射电路发射出去，操作结束后重新进入休眠状态。

路径元上节点定位装置103，如图7所示，由微处理器、单路或多路低频无线信号发射电路、外部电源组成。工作模式为微处理器以一定时间间隔周期性将自身内置的ID编码信息通过低频无线信号发射电路发射出去。

定位目标标识的信号采集装置，如图8所示，由微处理器、超高频或微波无线信号接收电路、后向网络传输接口、外部电源组成。工作模式为由微处理器控制，使得超高频或微波无线信号接收电路始终处于接收状态，如果接收到数据则实时处理后通过后向网络传输接口向采集计算机发送。

信号采集装置的后向传输网络，是一个将所有用来覆盖路径元网络的无线信息采集装置联到信号集中采集处理计算机的数据传输网络。后向传输网络可以是以有线或者无线方式构成。

信号集中采集处理计算机，用于安装运行基于室内定位路径元网络模型的定位处理算法和显示软件，接收所有信号采集装置通过传输网络发送来的数据，并进行实时处理和显示。

定位目标标识、路径元节点定位装置、定位目标标识的信号采集装置三者的协同工作模式如图9所示。路径元节点定位装置周期性广播发射含有自身ID的低频信号，当定位目标标识经过路径元节点定位装置的有效作用区域时，定位目标标识一旦接收到节点定位装置广播的含有ID的低频信息，马上将自身内置ID信息和节点定位装置ID信息一起通过超高频或微波无线信号发射电路广播发射出去，由定位目标标识的信号采集装置收到该信息通过后向传输网络送入信号集中采集处理计算机，通过该计算机上安装的定位处理算法和显示软件进行处理。

基于室内定位路径元网络模型的定位处理算法和显示软件，如图10所示，由数据接收处理程序、路径元封包处理程序、显示处理程序组成。数据处理程序用于监听信号集中采集处理计算机的数据端口，实时接收定位目标区域内所有的信号采集装置传来的数据，并对所有数据进行实时处理如搜集、过滤、解码、整合与转发等；显示处理程序用于载入矢量化电子地图并显示地图，当接收到需要显示的内容进行显示操作。

路径元封包处理流程如图11所示，首先进行初始化，从系统后台数据库载入完整的路径元网络模型拓扑数据路由表，然后开始等待数据接收处理程序传送数据；当收到一个含有t时刻时间戳、定位目标标识ID和节点定位装置ID的新数据时，将该新数据中的节点定位装置ID作为索引在其内存中遍历路径元网络模型拓扑数据路由表，得到该节点定位装置ID的地图坐标。如果该新数据和本地缓存单元中该ID的前一个数据组装成一个完整路径元信息时，则完成该ID标识的路径元封包，送往显示处理程序，同时将带有起始时间戳的路径元完整数据及其对应的地图坐标存入数据库，并在本地缓存单元中用该新数据覆盖前一个数据；如果新数据和前一个数据不能组装成一个完整路径元信息时，则首先进入飞点判断程序，如果是飞点则扔掉该数据，不做任何处理；然后再进行孤点判断，如果是孤点则将前一个数据（带有时间戳、ID标识、节点定位装置ID及其对应地图坐标）存入数据库再用新数据覆盖缓存中的前一个数据并送往显示，如果不是孤点则直接用新数据覆盖缓存中的前一个数据并送往显示。其中飞点判断是指新数据代表的节点和前一个数据代表的节点之间映射的实际距离在一定时间内不可能通过人的自身运动来到达时，新数据产生的节点为飞点；孤点判断是指t时刻的数据不是飞点，同时既不能和t+1时刻数据构成一个合法路径元，也未能和t-1时刻数据构成一个合法路径元，则t时刻数据为孤点。

室内定位目标物理区域110是实际的室内建筑环境。

定位目标标识在电子地图上的实时运动显示是建立在路径元基础上的。当显示处理程序在t时刻收到一个地图坐标和一个定位目标标识ID时只会在地图上显示一个定位目标标识ID的静止点，如果在t+1时刻显示处理程序收到的是一个该标识的完整路径元信息时，显示处理程序才会开始以动画的形式显示该标识的运动，即在地图上从获得的路径元一个节点坐标沿着路径元连线运动到另一个节点坐标。可以看出，基于路径元网络模型的实时定位方式中在电子地图的实时轨迹显示上，定位目标的实时动态轨迹是在获得一个完整的路径元时才能进行，人机界面上的运动显示和实际运动之间存在一个延时T，如图12所示，T = U + S + D，其中U指路径元中一个节点到另一个节点的实际运动时间，S指网络传输延时，D指数据处理与显示延时（包括轨迹动画播放延时），时间T是本发明机制下的系统固有特征延时。如果在t+1时刻显示处理程序没有收到的该标识更新数据，显示处理程序保持t时刻原有显示不变。

定位目标标识在电子地图上的历史轨迹回放显示也是建立在路径元基础上的。在历史轨迹回放显示时，历史轨迹回放显示处理程序流程如图13所示。根据某ID标识的历史数据按时间序列进行显示，如果是完整的路径元信息时显示该ID的运动轨迹过程；如果不是完整的路径元信息（包含孤点数据）时，则进入路径歧义性判定：判断和上一时刻数据之间是否构成唯一路径元串联表达，如果有歧义（即存在二个及以上路径元串联表达）则显示单点而无运动轨迹，如果无歧义则自动补点构成完整路径元串联表达进行运动轨迹显示。

本发明的另一实施例，由于路径元模型建立的特征决定了在虚拟显示点为有效（TRUE，通常是指一个路径元中两个节点代表区域之间是由门等清晰界限划分）的路径元中的两个节点定位装置之间的广播信号有效作用范围会产生交集，而此信号交集区则是用来描述虚拟显示点，如图14所示，需要对这两个节点定位装置之间的广播信号进行时间同步。虽然节点定位装置使用的低频信号具有较好的边界效应，但也是一种相对边界具有很大的边界信号漂移范围，而且还受发射或接收天线的轴向影响，因此会产生两个节点信号出现交集的情况。在一个路径元节点之间出现信号交集会带来不利影响：由于信号之间产生叠加出现信号干扰，这对于低频信号的影响很大，其结果在该区域内两个节点信号均不能正常工作，导致的是标识在该区域不能激活，产生关键点信号采集失败。因此，在虚拟显示点为有效的路径元的节点定位装置之间采用信号的时间同步方式进行协调工作，虽然节点广播信号有效作用区域存在交集，但是不会产生信号互扰。

本发明的又一实施例，在基于室内定位路径元网络模型的定位处理算法和显示软件中加入漂移消除算法。主要是在数据接收处理程序中增加漂移消除算法，解决特定情况A下在路径元上产生的路径元漂移，即是该路径元的路径向量在一个特定时间间隔内来回翻转，由此会造成显示地图上的目标在路径元节点之间来回移动，即产生定位系统中常见的“漂移”问题，而实际目标并未发生相应的运动行为。特定情况A是指一个路径元中的两个节点定位装置之间的广播信号有效作用范围产生交集，如图14所示。在一个路径元节点之间出现信号交集带来的另外一种不利影响：当目标标识处于交集区域时，由于该路径元两个节点信号之间的交替有效作用导致该标识不断产生定位节点ID的交替变化，如果不做处理，会出现地图显示上的来回移动。因此，漂移消除算法如图15所示，是根据设定的一个特定时间窗口g内检查采集到的数据是否出现两个节点定位ID的交替产生行为，如果没有则直接将数据传送给路径元封包处理程序；如果有，则继续延时，以检查该交替的持续时间，如果延时等待时间k后交替结束，则选取时间最早的节点定位ID相关数据和时间最晚的节点定位ID相关数据传送给路径元封包处理程序；如果延时等待时间k后交替没有结束，则选取时间最早的节点定位ID相关数据和另一个的节点定位ID相关数据，同时将虚拟显示点标志设为有效，传送给路径元封包处理程序。当显示处理程序收到含有虚拟显示点有效标志的路径元数据时，则将该标识以动画的方式显示在地图对应的虚拟显示点坐标位置。

本发明的又一实施例，将路径元封包建立位置前移，封包处理放在信息采集装置端，主要解决大量定位目标数据处理集中在信息处理计算机端时带来的效率和性能问题，并有效利用信息采集装置上的计算能力。路径元封包建立在信息采集装置端，每个信息采集装置端只处理其自身有效信号覆盖范围内的数据封包，这样形成了一个合理的数据分布处理机制，既解决了信息处理计算机端的效率和性能问题，又减少了路径元封包建立前的中间环节如传输延时和丢包带来的QoS问题，并有效利用了信息采集装置端的本地处理能力。业务流程如图16所示，首先信息采集装置进行初始化，通过网络从系统后台数据库载入与该信息采集装置覆盖范围相关的有限路径元网络模型拓扑路由表，然后开始实时监听数据采集端口；该信息采集装置在t时刻收到数据，则处理该数据得到定位目标标识ID和节点定位装置ID，同时给该数据打上时间戳，存入本地缓存单元中，同时送往信号集中采集处理计算机；如果在t+d时刻收到一个该标识的新数据，得到新的节点定位装置ID，通过检索本地的路径元路由表发现新数据可以和前一个数据组装成一个完整路径元信息时，则完成该标识的路径元封包，送往信号集中采集处理计算机，并在本地缓存单元中用该新数据覆盖前一个数据；如果新数据和前一个数据不能组装成一个完整路径元信息时，则在本地缓存单元中用新的数据覆盖前一个数据，同时送往信号集中采集处理计算机。同样，路径元封包过程中的漂移消除处理过程也可直接建立在信息采集装置端。这时，信号集中采集处理计算机上的路径元封包处理算法要进行相应修改以兼容信息采集装置直接传来完整的路径元数据。

本发明的另一实施例，将漂移消除处理位置前移，漂移消除处理放在定位标识端，主要解决当当大量定位目标并发集中在后端（如信息采集装置端或信号集中处理计算机端）时带来的空中无线信号防冲突问题、后向传输网络延时、以及后端的处理效率和性能问题，而且直接在定位标识端进行了位置漂移消除。漂移消除处理建立在定位标识端更为科学合理，因为漂移都是针对每个定位标识而言发生的，由该定位标识自身直接处理就形成了一个更合理的数据分布处理机制，既解决了后端的效率和性能问题，又减少了路径元封包建立过程中的中间环节如无线传输延时和丢包带来的QoS问题，并有效利用了定位标识的本地处理能力，更为直接和合理的进行了位置漂移消除。其业务路程如图17所示，定位标识自身并不知道路径元模型，只是根据特定的时间窗口来消除漂移。因此，定位标识上的漂移消除算法是根据设定的一个特定时间窗口g内检查其自身接收到的路径元节点定位装置信号是否发生交替产生行为，如果没有则进行其原来的业务逻辑，直接将数据传送给信息采集装置；如果有，则继续延时，以检查该交替的持续时间，如果延时等待时间k后交替结束，则选取到达时间最早的节点定位ID相关数据和时间最晚的节点定位ID相关数据组合起来传送给信息采集装置，并可以进行本地存储缓存；如果延时等待时间k后交替没有结束，则选取到达时间最早的节点定位ID相关数据和另一个的节点定位ID相关数据（无最晚时间标志）组合起来传送给信息采集装置，并可以进行本地存储缓存。这时，后端数据处理做相应修改以支持定位标识传来的数据格式，无最晚时间标志对应在后端相应路径元上的虚拟显示点为有效。

以上结合具体实施例描述本发明，但并不以此仅限本发明的保护范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于路径元网络模型的室内实时定位方法和系统，其特征在于，包括：

室内定位的实际需求定位精度通常是以如房间级区域或如走道等定性方式来表达，并不是用空间三维或平面二维的坐标数据来定量表达，而室内定位的物理环境共性特征可知，室内定位环境通常由区域（房间等封闭区域或公共区域）和通道（平面通道如走道或垂直通道如楼梯、电梯）组成；因此，可以通过路径元模型来表达室内定位环境的共性特征，而完整的室内定位环境是由共性特征的组合来表达，也即是由连通性的路径元组合形成的室内定位路径元网络模型表达；

路径元具有的基础属性包括节点、连线、路径向量和虚拟显示点；路径元中必须有且只有两个节点，其中节点的属性为特定区域；路径元中的连线是该路径元中两个节点之间形成的连线，路径元中只有唯一一条连线，线的属性是两个节点所代表实际区域之间的物理连通性，如门或通道；路径元中的路径向量是表示从路径元中一个节点沿着路径元中的唯一连线到达路径元中另一个节点的运动方向，路径向量的属性集合为正向或反向；虚拟显示点处于路径元连线上，用于表示两个路径元节点之间的实际连通边界，虚拟显示点是路径元连线上的必经点，其属性为“TRUE”（通常是指有门这样的关键界限时）或“FALSE”；当定位目标在路径元上运动时，目标到达路径元中任意节点的状态数据以及时间先后顺序被准确获知，因此根据时间序列可获知路径元中连线上的路径向量，由此获得了完整的路径元数据；

可以看出，复杂的室内定位就简化为路径元网络模型上每个路径元节点的精确识别和距离控制，而无需复杂计算或学习训练，这与三角测量法采用的坐标数据计算和指纹法上采用的信号强度训练来进行信号网格标定等方法有着本质区别；因此，当定位目标在路径元网络模型中的每个路径元上都能被准确及时地采集到完整的路径元数据，再匹配到基于路径元网络模型的矢量化电子地图上则完全满足了室内定位的实际需求。

2.根据权利要求1所述的实时定位方法与系统，其特征在于，在实际的目标区域CAD图形基础上通过矢量化建立的带有相对坐标数据的地图存入数据库；然后，在该地图上根据室内定位路径元网络模型进行组态，即在矢量化地图进行部署路径元节点，形成路径元节点定位装置ID数据与矢量化地图相对坐标数据进行绑定；建立路径元中的连线，形成完整的路径元网络拓扑的逻辑表达数据和路径元索引，标注该路径元内的虚拟显示点位置数据，最后将该路径元网络模型数据化后完整的存入数据库；从而生成了室内定位目标区域完整的电子地图数据，用于室内定位软件界面的可视化显示；因此，所有定位目标在电子地图上的静止显示点都是完全匹配在路径元网络模型中的节点或虚拟显示点上；所有定位目标在电子地图上的实时轨迹和历史轨迹都是完全匹配在路径元网络模型中的连线上；所有定位目标在电子地图上的运动方向都是根据时间先后计算出的路径向量确定的。

3.根据权利要求1所述的实时定位方法与系统，其特征在于，在虚拟显示点为有效（TRUE，通常是指一个路径元中两个节点代表区域之间是有门等清晰界限划分）的路径元中的两个节点定位装置的广播信号之间是具有信号交集区，而此信号交集区则是用来描述虚拟显示点；因此，这两个节点定位装置需要进行时间同步，以信号时序同步方式进行协调工作，以解决节点定位装置所使用的低频信号互相干扰的问题。

4.根据权利要求1所述的实时定位方法与系统，其特征在于，增加漂移消除算法，解决一个路径元中的两个节点定位装置之间的广播信号有效作用范围产生交集情况下在路径元上产生的漂移，即是该路径元的路径向量在一个特定时间间隔内来回翻转，由此会造成显示地图上的目标在路径元节点之间来回移动，即产生定位系统中常见的“漂移”问题，而实际目标并未发生相应的运动行为；因此，漂移消除算法是根据设定的一个特定时间窗口g内检查采集到的数据是否出现两个节点定位ID的交替产生行为，如果没有则直接将数据传送给路径元封包处理程序；如果有，则继续延时，以检查该交替的持续时间，如果延时等待时间k后交替结束，则选取时间最早的节点定位ID相关数据和时间最晚的节点定位ID相关数据传送给路径元封包处理程序；如果延时等待时间k后交替没有结束，则选取时间最早的节点定位ID相关数据和另一个的节点定位ID相关数据，同时将虚拟显示点标志设为有效，传送给路径元封包处理程序；当显示处理程序收到含有虚拟显示点有效标志的路径元数据时，则将该标识以动画的方式显示在地图对应的虚拟显示点坐标位置。

5.根据权利要求1所述的实时定位方法与系统，其特征在于，可将路径元封包处理以及漂移消除处理工作前移，分布到前端的信息采集装置上；这样可以解决大量定位目标数据处理集中在信息处理计算机端时带来的效率和性能问题，并有效利用信息采集装置上的计算能力；路径元封包建立在信息采集装置端，每个信息采集装置端只处理其自身有效信号覆盖范围内的数据封包和漂移消除，这样形成了一个合理的数据分布处理机制，既解决了信息处理计算机端的效率和性能问题，又减少了路径元封包建立前的中间环节如传输延时和丢包带来的QoS问题，并有效利用了信息采集装置端的本地处理能力。

6.根据权利要求书1所述的实时定位方法与系统，其特征在于，漂移消除处理可前移到定位目标标识端，主要解决当大量定位目标并发集中在后端（如信息采集装置端或信号集中处理计算机端）时带来的空中无线信号防冲突问题、后向传输网络延时、以及后端的处理效率和性能问题，而且直接在定位标识端进行了位置漂移消除；漂移消除处理建立在定位标识端更为科学合理，因为漂移都是针对每个定位标识而言发生的，由该定位标识自身直接处理就形成了一个更合理的数据分布处理机制，既解决了信息处理后端的效率和性能问题，又减少了路径元封包建立过程中的中间环节如无线传输延时和丢包带来的QoS问题，并有效利用了定位标识的本地处理能力，更为直接和合理的进行了位置漂移消除。