CN110244262A - 室内定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种室内定位方法及装置，涉及定位技术领域，无需顾客参与即可实时、准确的获取到顾客位置，在保证顾客体验的同时提升商户的服务效率。该方法包括：接收定位单元收发的感测信号；根据感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置。该装置应用上述方案中的方法。

Description

室内定位方法及装置
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种室内定位方法及装置。
背景技术
随着物联网的发展，室内定位技术的应用也越来越广泛，如餐厅中使用的点餐装置，通过在多个餐桌上一一对应的设置点餐装置，当顾客落座时需要使用点餐装置发出呼叫请求，服务器基于该呼叫请求定位出顾客落座的餐桌位置，进而指派服务员前往为顾客提供服务。
可见，现有点餐装置不仅无法对顾客实时定位，而且需要顾客手动参与发出呼叫请求后服务器才能获取到顾客的位置，此种方案由于增加了顾客的操作步骤，进而影响了用户的用餐体验，降低了餐厅的服务效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内定位方法及装置，无需顾客参与即可实时、准确的获取到顾客位置，在保证顾客体验的同时提升商户的服务效率。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种室内定位方法，包括：
接收定位单元收发的感测信号；
根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；
基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置。
优选地，在接收定位单元实时收发的感测信号之前还包括：
定时向定位单元发送唤醒指令，以唤醒定位单元发送感测信号。
优选地，根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离的方法包括：
提取定位单元与分布式基站间交互的时间数据，并计算定位单元与该分布式基站间电磁波传播的平均用时T′proup；
基于时间T’proup与电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离；
重复上述步骤，分别计算定位单元与各对应分布式基站间的距离。
较佳地，提取定位单元与分布式基站间交互的时间数据，计算定位单元与该分布式基站间电磁波传播的平均用时T的方法包括：
采用公式计算定位单元与分布式基站间电磁波传播的平均用时；
其中，Tround1＝ta2-ta1，Tround2＝tb3-tb2，Treply1＝tb2-tb1，Treply2＝ta3-ta2，ta1表示定位单元初次发送Poll1信号包的时间，tb1表示分布式基站初次接收到Poll1信号包的时间，tb2表示分布式基站经过Treply1时间后发送Response包的时间，ta2表示定位单元接收到Response包的时间，ta表示定位单元经过Treply2时间发送Poll2信号包的时间，tb3表示分布式基站接收到Poll2信号包的时间。
优选地，基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置的方法包括：
从分布式基站中选取任一基站，并以该基站所处位置视为原点构建空间坐标系；
基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
与现有技术相比，本发明提供的室内定位方法具有以下有益效果：
本发明提供的室内定位方法中，通过将基站分布式固定在室内的多个位置，定位单元与分布式基站之间采用UWB技术通信，然后分别获取定位单元与各基站的通信时间，对应计算出定位单元至各基站间的距离，进而根据计算出的多点距离对定位单元实施精准定位。
可见，由于本发明运用了UWB通信技术，故可实现对定位单元的厘米级定位，另外在实际使用过程中，定位单元可集成设置成叫号牌，当用户随身携带叫号牌在室内移动时，服务器可实时从各基站获取到感测信号的收发时间，进而通过实时计算准确的对顾客进行定位，整个定位过程对顾客来说是无感操作，因此能够提升顾客的使用体验，而且各基站间采用的无线通信，可以减少室内的通信布线，便于设备的布置和维护。
本发明的另一方面提供一种室内定位装置，应用于上述技术方案提到的室内定位方法中，该装置包括依次连接的服务器、定位单元和分布式布置在室内的基站单元；
所述定位单元用于收发感测信号；
所述分布式基站单元用于根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；
所述服务器用于基于所述定位单元与各分布式基站间的距离，定位所述定位单元在室内的位置。
优选地，所述定位单元包括定位芯片、微处理器和FPC天线，所述FPC天线的一端分别与所述定位芯片和所述微处理器连接，所述FPC天线的另一端分别与分布式基站通信连接。
示例性地，所述定位芯片为采用UWB通信技术的DWM1000定位芯片。
优选地，所述定位单元还包括与所述微处理器连接的呼叫按键，所述呼叫按键用于顾客向服务器发出呼叫请求信号，以提醒服务人员前往服务。
较佳地，所述服务器包括：
第一计算模块，用于根据定位单元与各分布式基站间电磁波传播的平均用时T’proup及电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离。
第二计算模块，用于基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
与现有技术相比，本发明提供的室内定位装置的有益效果与上述技术方案提供的室内定位方法的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述室内定位方法的步骤。
与现有技术相比，本发明提供的计算机可读存储介质的有益效果与上述技术方案提供的室内定位方法的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一中室内定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一中定位单元至任一基站间电磁波单程传播的平均用时T’proup的计算模型示意图；
图3为图2的简化模型示意图；
图4为定位单元分别与3个基站间电磁波单程传播的平均用时计算模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本实施例提供一种室内定位方法，包括：
接收定位单元收发的感测信号；根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置。
为了便于理解本实施例以餐厅应用场景为例说明，当顾客在吧台点餐之后服务员会分发一叫号牌给顾客，该叫号牌的表面镶嵌有叫餐编码且内部设有定位单元，顾客可随身携带叫号牌自行前往任一餐桌落座，服务器通过计算定位单元至各分布式基站间的距离，进而对顾客的位置精准定位，此外，叫号牌上还设置有呼叫按钮，顾客可通过呼叫按钮快速请求服务员前往定位的位置提供服务。示例性地，分布式基站可采用4基站分布设置，其中3个基站为感测信号接收基站，另一个为服务器基站。
本实施例提供的室内定位方法中，通过将基站分布式固定在室内的多个位置，定位单元与分布式基站之间采用UWB技术通信，然后分别获取定位单元与各基站的通信时间，对应计算出定位单元至各基站间的距离，进而根据计算出的多点距离对定位单元实施精准定位。
可见，由于本实施例运用了UWB通信技术，故可实现对定位单元的厘米级定位，另外在实际使用过程中，定位单元可集成设置为叫号牌，当用户随身携带叫号牌在室内移动时，服务器可实时从各基站获取到感测信号的收发时间，进而通过距离计算准确的对顾客进行定位，整个定位过程对顾客来说是无感操作，能够提升顾客的使用体验，而且各基站间采用的无线通信，可以减少室内的通信布线，便于设备的布置和维护。
具体实施时，定位单元既可以选择实时发送感测信号方案，也可以选择定时发送感测信号方案，基于应用场景(餐厅)及对定位单元续航能力方面的考量，优选定时发送感测信号方案，故在接收定位单元实时收发的感测信号之前还包括：定时向定位单元发送唤醒指令，以唤醒定位单元发送感测信号。
示例性地，定位单元内置有decaWave公司的DWM1000定位芯片，是一款基于超宽带(UWB)标准的收发器IC芯片，其具有以下特性：
1、单片无线收发芯片，基于超宽带技术，符合IEEE802.15.4-2011标准；
2、支持实时定位系统(RTLS)，室内精度可达10厘米；
3、支持高数据速率通信，高达6.8Mb/s；
4、采用相干接收技术，通讯范围高达300米；
5、通信支持高标签密度，20米半径内高达11000个；
6、抗多径衰落能力强，支持在强衰落环境中可靠通讯；
7、功耗低，电池可以支持长时间运行；
8、芯片尺寸小，可以继承在较小的设备中。
由上可见，芯片DWM1000性能非常强大，可以满足室内定位的设计要求。
上述实施例中，根据感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离的方法包括：
提取定位单元与分布式基站间交互的时间数据，并计算定位单元与该分布式基站间电磁波传播的平均用时T′proup；基于时间T’proup与电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离；重复上述步骤，分别计算定位单元与各对应分布式基站间的距离。
具体实施时，定位单元与任一基站间电磁波传播的平均用时计算公式其中，Tround1＝ta2-ta1，Tround2＝tb3-tb2，Treply1＝tb2-tb1，Treply2＝ta3-ta2，ta1表示定位单元初次发送Poll1信号包的时间，tb1表示分布式基站初次接收到Poll1信号包的时间，tb2表示分布式基站经过Treply1时间后发送Response包的时间，ta2表示定位单元接收到Response包的时间，ta3表示定位单元经过Treply2时间发送Poll2信号包的时间，tb3表示分布式基站接收到Poll2信号包的时间。请参阅图2至图4，为了便于理解，可将上述交互过程做如下描述：
定位单元(对应附图中的A点)发送一个Poll1信号包，同时记下发送时刻ta1，并立即打开接收信号功能，Poll1信号包中带有ta1时刻数据；
基站(对应附图中的B点)长期保持感测信号接收状态，在tb1时刻收到Poll1信号包，同时从Poll1信号包中提取ta1时刻数据；
基站经过Treply1时间后，在tb2时刻发送Response信号包；
定位单元在ta2时刻接收到Response信号包，并经Treply2时间后，在ta3时刻发送再次发送Poll2信号包，该Poll2信号包中携带有ta2和ta3两个时刻的数据；
基站在tb3时刻接收到Poll2信号包，同时获取ta2和ta3两个时刻的数据；
Tround1＝2*Tproup+Treply1， (1)
Tround2＝2*Tproup+Treply2， (2)
公式(1)和公式(2)等式两边相乘，得：
Tround1*Tround2＝4*Tproup 2+2*Tproup*Treply2+2*Tproup*Treply1+Treply1*Treply2， (3)
经过数学变换得到其中T′proup表示上述交互过程中电磁波从定位单元出发至到达基站单程传播的平均用时，乘以光速即可计算出定位单元至该基站的距离。优选地，平均用时Tp′roup的计算由信号接收基站完成，定位单元与对应分布式基站间的距离的计算由服务器基站完成，采用此种设置方式能够减轻服务器基站的计算压力，进而提高定位效率。
上述实施例中，基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置的方法包括：
从分布式基站中选取任一基站，并以该基站所处位置视为原点构建空间坐标系；基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
具体实施时，在得到三个基站的T′proupA、T′proupB和T′proupC数据后，分别乘以光速即可得到定位单元分别至基站A、基站B和基站C的距离，然后将三个距离数据通过UWB信号传输至服务器基站，服务器基站根据三角运算公式及各基站的安装位置坐标，在设定原点后即可快速计算出定位单元的位置坐标。
实施例二
本实施例提供一种室内定位装置，包括依次连接的服务器、定位单元和分布式布置在室内的基站单元；
定位单元用于收发感测信号；
分布式基站单元用于根据感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；
服务器用于基于定位单元与各分布式基站间的距离，定位定位单元在室内的位置。
优选地，定位单元包括定位芯片、微处理器和FPC天线，FPC天线的一端分别与定位芯片和微处理器连接，FPC天线的另一端分别与分布式基站通信连接。
优选地，定位芯片为采用UWB通信技术的DWM1000定位芯片。
优选地，定位单元还包括与微处理器连接的呼叫按键，呼叫按键用于顾客向服务器发出呼叫请求信号，以提醒服务人员前往服务。
优选地，服务器包括：
第一计算模块，用于根据定位单元与各分布式基站间电磁波传播的平均用时T′proup及电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离。
第二计算模块，用于基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
与现有技术相比，本发明实施例提供的室内定位装置的有益效果与上述实施例一提供的室内定位方法的有益效果相同，在此不做赘述。
实施例三
本实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述室内定位方法的步骤。
与现有技术相比，本实施例提供的计算机可读存储介质的有益效果与上述技术方案提供的室内定位方法的有益效果相同，在此不做赘述。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述发明方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，上述程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：
接收定位单元收发的感测信号；
根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；
基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置。
2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，在接收定位单元实时收发的感测信号之前还包括：
定时向定位单元发送唤醒指令，以唤醒定位单元发送感测信号。
3.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离的方法包括：
提取定位单元与分布式基站间交互的时间数据，并计算定位单元与该分布式基站间电磁波传播的平均用时T′proup；
基于时间T′proup与电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离；
重复上述步骤，分别计算定位单元与各对应分布式基站间的距离。
4.根据权利要求3所述的室内定位方法，其特征在于，提取定位单元与分布式基站间交互的时间数据，计算定位单元与该分布式基站间电磁波传播的平均用时T的方法包括：
采用公式计算定位单元与分布式基站间电磁波传播的平均用时；
其中，Tround1＝ta2-ta1，Tround2＝tb3-tb2，Treply1＝tb2-tb1，Treply2＝ta3-ta2，ta1表示定位单元初次发送Poll1信号包的时间，tb1表示分布式基站初次接收到Poll1信号包的时间，tb2表示分布式基站经过Treply1时间后发送Response包的时间，ta2表示定位单元接收到Response包的时间，ta3表示定位单元经过Treply2时间发送Poll2信号包的时间，tb3表示分布式基站接收到Poll2信号包的时间。
5.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，基于定位单元与各分布式基站间的距离，获取定位单元在室内的所处位置的方法包括：
从分布式基站中选取任一基站，并以该基站所处位置视为原点构建空间坐标系；
基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
6.一种室内定位装置，其特征在于，包括依次连接的服务器、定位单元和分布式布置在室内的基站单元；
所述定位单元用于收发感测信号；
所述分布式基站单元用于根据所述感测信号的收发时间，分别计算定位单元与各分布式基站间的距离；
所述服务器用于基于所述定位单元与各分布式基站间的距离，定位所述定位单元在室内的位置。
7.根据权利要求6所述的室内定位装置，其特征在于，所述定位单元包括定位芯片、微处理器和FPC天线，所述FPC天线的一端分别与所述定位芯片和所述微处理器连接，所述FPC天线的另一端分别与分布式基站通信连接。
8.根据权利要求7所述的室内定位装置，其特征在于，所述定位芯片为采用UWB通信技术的DWM1000定位芯片。
9.根据权利要求7所述的室内定位装置，其特征在于，所述定位单元还包括与所述微处理器连接的呼叫按键，所述呼叫按键用于顾客向服务器发出呼叫请求信号，以提醒服务人员前往服务。
10.根据权利要求7所述的室内定位装置，其特征在于，所述服务器包括：
第一计算模块，用于根据定位单元与各分布式基站间电磁波传播的平均用时T’proup及电磁波传播速度V，计算定位单元与对应分布式基站间的距离。
第二计算模块，用于基于各定位单元与各分布式基站间的距离，在空间坐标系中计算定位单元的位置坐标。
11.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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