CN110636446A - 一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统，上述方法包括采集无线定位信号和惯性传感器信号；其中，所述无线定位信号包括BLE蓝牙定位信号；将所述无线定位信号及所述惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；从所述数据库下载已存储的无线定位信号及惯性传感器信号，并进行回放。通过实施本发明实施例能对施作场域内的信号进行录制与回放，使得工程人员在进行问题排查时，能通过回放已录制的定位信号对出现的问题进行复现，提高排错效率。

Description

一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统。

背景技术

有别于室外使用GPS信号，室内由于建筑物遮蔽使得GPS信号被屏蔽进而无法在室内提供定位与导航服务。而室内建筑一般又缺乏定位专用的基础建设，仅能透过如WiFi或手机基站的信号进行初略的位置定位，定位误差在10米至数十米间。不佳的定位精度造成差的用户体验使得导航服务在室内的发展上几近空白。

近年来，在室内建筑内铺建iBeacon蓝牙定位信标已逐渐成为主流，其信标透过电池供电，约每30-50平方米布建一颗。蓝牙定位信标会周期性(一般为0.3-1秒)的发送带有信标识别码的广播封包，手机收到周遭信标的信号搭配定位演算法进一步将自身位置计算出来，在行动装置上将位置信息反馈给用户。搭配电子地图与路径规划导航实现找地、找人、找车等服务。由于蓝牙定位信标不需额外配置电源与网络线，电池供电即可提供五年以上的广播发送，大幅降低铺建定位基础建设的成本。而均匀的iBeacon蓝牙定位信标布建进一步将定位精度收敛在3到5米，且iBeacon蓝牙信标信号相容于目前市面上的所有智能手机(包含iPhone与Android)，故iBeacon蓝牙信标已成为位置服务的主流基础建设装置。

虽然蓝牙定位信标已可提供较佳的定位精度，但在室内外交界区域例如两栋楼宇之间的室外区域，iBeacon信号难以覆盖，因此目前的主流技术会将蓝牙信号与GPS信号或WIFI信号进行融合，通过GPS或WiFi信号进行定位辅助。此外，单纯使用蓝牙信号、WiFi信号或GPS信号定位可以获取用户的绝对位置，但存在后续导航过程中定位点不稳定、反复跳动的问题。而惯导传感器(重力加速度、电子罗盘、陀螺仪、气压计)虽然无法获取绝对位置，但在用户行进时可以计算出高精度的相对位置。因此，通常将蓝牙信号、WiFi信号、GPS信号定位以及惯导传感器信号进行融合，信号定位有绝对位置，惯性导航提供相对位置，两者融合处理保证在用户导航过程中定位平滑稳定。

而当工程师在采用上述多种信号融合的定位技术的施作场域，针对问题进行排查时，每次排错都需要从头到尾在施作现场跑过一次次的相同流程，但由于该类型施作场域内信号种类较多且各信号处于不断的变化中，因此往往无法对出现的问题进行复现，排错效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统，能够对施作场域内的信号进行录制与回放，使得工程人员在进行问题排查时，能通过回放已录制的定位信号对出现的问题进行复现，提高排错效率。

本发明一实施例提供一种基于室内定位的信号录制与回放方法，包括：

采集无线定位信号和惯性传感器信号；其中，所述无线定位信号包括BLE蓝牙定位信号；

将所述无线定位信号及所述惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

从所述数据库下载已存储的无线定位信号及惯性传感器信号，并进行回放。

进一步的，所述无线定位信号还包括：GPS定位信号和/或WIFI定位信号。

进一步的，所述惯性传感器信号包括：加速度传器信号、电子罗盘信号、陀螺仪传感器信号和/或气压传器信号。

在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例；

本发明另一实施例提供了一种基于室内定位的信号录制与回放系统，包括信号录制装置以及信号回放装置；

所述信号录制装置包括无线定位信号采集模块、惯性传感器信号采集模块、控制模块和数据处理模块；所述无线定位信号采集模块包括BLE蓝牙信号采集单元；

所述信号回放装置包括数据预处理模块和数据播放模块；

所述无线定位信号采集模块，用于采集无线定位信号；其中，所述无线定位信号采集模块中的BLE蓝牙信号采集，用于采集BLE蓝牙定位信号；

所述惯性传感器信号采集模块，用于采集惯性传感器信号；

所述控制模块，用于控制所述无线定位信号采集模块以及所述惯性传感器信号采集模块的工作状态；

所述数据处理模块，用于将采集的无线定位信号以及惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

所述数据预处理模块，用于将存储在所述数据库中的无线定位信号以及惯性传感器信号进行下载并解析；

所述数据播放模块，用于将已下载的无线定位信号以及惯性传感器信号进行回放。

进一步的，所述无线定位信号采集模块，还包括：GPS定位信号采集单元和/或WIFI定位信号采集单元；

所述GPS定位信号采集单元，用于采集GPS定位信号；

所述WIFI定位信号采集单元，用于采集WIFI定位信号。

进一步的，所述惯性传感器信号采集模块包括：加速度传器信号采集单元、电子罗盘信号采集单元、陀螺仪传感器信号采集单元和/或气压传器信号采集单元；

所述加速度传器信号采集单元，用于采集加速度传感器信号；

所述电子罗盘信号采集单元，用于采集电子罗盘信号；

所述陀螺仪传感器信号采集单元，用于采集陀螺仪传感器信号；

所述气压传器信号采集单元，用于采集气压传器信号。

通过实施本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种基于室内定位的信号录制与回放方法及系统，上述方法首先对施作区域的无线定位信号和惯性传感器信号进行采集，其中，采集的无线定位信号包括BLE蓝牙定位信号，在采集完成后将无线定位信号和惯性传感器信号上传至数据库中进行存储，当工程人员需要对施作区域内进行问题排查时，从数据库中下载已经存储的无线定位信号和惯性传感器信号，进行回放，这样工程人员不需要每次都去现场进行现场录制信号，进行问题排查，只需要根据已录制的信号，进行重复回播，然后进行分析排查，由于已录制的信号不会随着现场状况不同发生改变，因此可以对出现问题的信号进行复现，这样有利与开发人员针对发生问题的信号进行反复测试然后进行排错，直至问题排除完毕，提高了排错效率。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种室内定位的信号录制与回放方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种室内定位的信号录制与回放系统的结构示意图。

具体实施方式

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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明一实施例提供的一种基于室内定位的信号录制与回放方法的流程示意图，包括：

步骤S101：采集无线定位信号和惯性传感器信号；其中，所述无线定位信号包括BLE蓝牙定位信号；

步骤S102：将所述无线定位信号及所述惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

步骤S103：从所述数据库下载已存储的无线定位信号及惯性传感器信号，并进行回放。

对于步骤S101、具体的，首先在施作区域对无线定位信号和惯性传感器信号进行采集；BLE蓝牙定位信号、GPS定位信号、WIFI定位信号。具体可以根据施作现场的定位信号类型进行采集；

GPS信号一般在户外空旷区域可以提供小于10米的定位精度。然而，在市区高楼林立的街道，可能会造成数十米的定位偏差。因此在室内外交界处，如何有效处理GPS信号即为一个重要课题。GPS信号在本发明中是作为户外定位信号的一个参考。透过录制与回放GPS取得的经纬度与精度，透过演算法的判别，将GPS信号与其他信号进行更好的融合。

BLE蓝牙信号,目前主流在室内的无线定位信号即用蓝牙iBeacon信标。该信标会周期性(一般发射周期为100ms～1000ms)的发送固定射频能量(一般发射的信号强度为-8dBm～+4dBm)大小的广播封包。该广播封包夹带着该信标的唯一id(iBeacon的唯一ID由UUID、Major、Minor组成)。当在建筑内均匀的布建BLE蓝牙信标，手机装置即可透过接收周遭BLE蓝牙信号的封包，并解析其id与信号强度，再透过定位演算法计算出装置所在位置。定位演算基本分为三角定位与电磁指纹比对两种方式。以目前的技术，不管使用三角定位或是指纹比对，在一条长廊上每6至8米布建一颗iBeacon信标可提供小于3米的初始定位精度。虽然iBeacon信标可以提供较佳的精度，但在户外空旷区域可能较难找到合适安装iBeacon的位置，且广阔的区域布建iBeacon的硬件数量多成本较高效益却较低。故接近户外的部分会搭配GPS信号、WiFi信号来进行定位。

WiFi信号：如同BLE蓝牙信号，每台WiFi基站皆会周期性发送SSID广播信号(一般标准广播周期为100ms)，该广播封包会带有该基站的MAC地址，此地址可以作为识别装置的唯一id。手机装置即可透过接收周遭WiFi基站信号的广播封包，并解析其id与信号强度，再透过定位演算法计算出装置所在位置。然而WiFi的信号在室内可能有布建不够均匀的问题，仍需要透过布建均匀的蓝牙信号提供稳健的定位信号。

鉴于上述各类型信号的特性，在现有的室内定位中一般采取将三种定位方法进行融合的方式，进行定位针对这类型的施作现场，在采集无线定位信号时需要对BLE蓝牙定位信号、GPS定位信号以及或WIFI定位信号均进行采集。

在一个优选的实施例中，上述惯性传感器信号包括但不限于以下任意一种或多种组合：加速度传器信号、电子罗盘信号、陀螺仪传感器信号和/或气压传器信号。具体根据施作现场所搭载的信号类型进行选择。

由于单纯使用蓝牙信号、WiFi信号或GPS信号定位可以获取用户的绝对位置，但存在后续导航过程中定位点不稳定、反复跳动的问题。而惯导传感器(重力加速度、电子罗盘、陀螺仪、气压计)虽然无法获取绝对位置，但在用户行进时可以计算出高精度的相对位置。因此在现有的室内定位技术中，会将蓝牙信号、WiFi信号、GPS信号定位以及惯导传感器信号进行融合，信号定位有绝对位置，惯性导航提供相对位置，两者融合处理保证在用户导航过程中定位平滑稳定。

基于这一原因，为解决具备惯性传感器信号的多信号融合施作场域的问题排查，在信号录制的过程中需要不仅需要对无线定位信号进行采集，还需要对惯性传感器信号进行采集，以下对各种惯性导航信号进行说明：

加速度传器信号：加速度传感器又叫G-sensor，返回x、y、z三轴的加速度数值。该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。将手机向左倾斜，x轴为正值。将手机向右倾斜，x轴为负值。将手机向上倾斜，y轴为负值。将手机向下倾斜，y轴为正值。因此G-sensor可以作为手机直立或横放的一种感测元件。除此之外，透过监测人体走动时产生的周期性震动，G-sensor也可作为计步器，计算用户的步数。在室内定位中，步数的频率搭配用户的身高(一般亚洲平均身高为1.7米)可以概略计算出用户行走的距离。

电子罗盘信号：手机内配置电子罗盘顾名思义即可为手机指出东南西北方向。电子罗盘API提供了三项数据，alpha(设备Z轴旋转角度)，beta(X轴)，gamma(Y轴)，alpha是手机装置与正北方的角度差。我们一般可以假设用户在正常手持的情况下，alpha值即可作为用户的面向方向。alpha方向搭配g-sensor的步伐侦测二者结合生成用户前进矢量的大小和方向。

陀螺仪传感器信号：陀螺仪传感器测量设备在偏转，倾斜时相对于X，Y和Z轴的角速度(rad/s)。大多数消费类设备都有机械(MEMS)陀螺仪，它们是基于惯性科里奥利力来测量旋转速率的惯性传感器。由于此传感器仅知角度的变化量(角动量)而无法得知装置的实际角度，故在使用时会搭配电子罗盘使用，亦即电子罗盘提供初始方向，陀螺仪提供装置旋转的动态方向，进而达到静态精准、动态反应佳的表现。此外，由于电子罗盘在室内部分区域可能受到建筑物电力线的分布形成的磁场干扰，进而造成面向方向的偏差，透过与陀螺仪的融合辅助可以进一步消除短暂时间的磁场干扰造成的方向角误差，在磁场干扰区域达到较好体验。

气压传器信号：气压计数据用于监控气压变化，一般使用的单位为百帕(hectopascal，hPa)。一般手机装载此传感器是用来监测用户目前所在的水平面高度。然而大气压力会受到天气影响，无法很精准的判别用户当前所在的绝对水平面高度。但是透过短时间的气压差值可以很精准的知道高度差。以目前现今的技术气压计可以判读小于一米高度的变化量。因此气压计在室内定位中，我们可以透过时间对气压的差值来判别用户是否正在上下楼。

需要说明的是在发明中，通过软件工程将各硬件模块，如惯性元件传感器、蓝牙芯片、WiFi芯片、GPS芯片的接口标准化、抽象化。然后基于调用标准化的软件模块作信号录制与回放。上述各无线定位信号及惯性传感器信号对应的硬件结构均集成在一移动终端，例如手机终端中。

对于步骤S102、具体的，根据预设的时间间隔，每隔一段时间对采集的无线定位信号、惯性传感器信号、以及各信号的采集时间节点进行缓存。在停止信号采集时，将缓存的数据格式化为json文件，然后将文件上述值数据库中，实现采集的信号的存储。

对于步骤S103、具体的，当需要进行信号回放时，首先下载已存储的json文件，解析信号数据，然后根据各信号采集的时间节点，将需要查看的时间节点的信号进行回放，或将对应的时间节点的信号发送至工程人员的数据接收终端，由数据接收终端进行回放。

通过实施上述方法项实施例，工程人员在对多信号融合的施作区域进行问题排查时，可以通过回放提前录制的各类型信号，进行信号复现，从而实现问题复现，针对性的进行问题排查，提高工程人员对多信号融合的施作区域问题排查的效率。

在上述方法项实施例的基础上对应提供了系统项实施例：

如图2所示，本发明一实施例提供了一种基于室内定位的信号录制与回放系统包括：信号录制装置以及信号回放装置；

所述信号录制装置包括无线定位信号采集模块、惯性传感器信号采集模块、控制模块和数据处理模块；所述无线定位信号采集模块包括BLE蓝牙信号采集单元；

所述信号回放装置包括数据预处理模块和数据播放模块；

所述无线定位信号采集模块，用于采集无线定位信号；其中，所述无线定位信号采集模块中的BLE蓝牙信号采集，用于采集BLE蓝牙定位信号；

所述惯性传感器信号采集模块，用于采集惯性传感器信号；

所述控制模块，用于控制所述无线定位信号采集模块以及所述惯性传感器信号采集模块的工作状态；

所述数据处理模块，用于将采集的无线定位信号以及惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

所述数据预处理模块，用于将存储在所述数据库中的无线定位信号以及惯性传感器信号进行下载；

所述数据播放模块，用于将已下载的无线定位信号以及惯性传感器信号进行回放。

以下对组成系统的各个组成结构进行说明：

首先是信号录制装置，信号录制装置是用于对施作场域的无线定位信号和惯性传感器信号进行采集的装置，其包括无线定位信号采集模块、惯性传感器信号采集模块、控制模块和数据处理模块。

在一个优选的实施例中无线定位信号采集模块包括以下任意一个或多个组合的子单元：BLE蓝牙信号采集单元、所述GPS定位信号采集单元和所述WIFI定位信号采集单元。通过BLE蓝牙信号采集单元对施作场域的BLE蓝牙信号进行采集、通过GPS定位信号采集单元对施作场域的GPS定位信号进行采集、通过WIFI定位信号采集单元对施作场域的WIFI定位信号进行采集。各类型定位信号在室内定位的作用和功能在上述方法项实施例中已经进行了说明，在此不再赘述。

对于惯性传感器信号采集模块，在一个优选的实施例中上述惯性传感器信号采集模块包括以下任意一种或多种组合的子单元：加速度传器信号采集单元、电子罗盘信号采集单元、陀螺仪传感器信号采集单元和气压传器信号采集单元。

上述加速度传器信号采集单元采集加速度传感器信号、电子罗盘信号采集单元采集电子罗盘信号、陀螺仪传感器信号采集单元采集陀螺仪传感器信号、气压传器信号采集单元采集气压传器信号；各类型传感器信号的说明已在上述方法项实施例进行了详细的阐释在此不再赘述。

控制模块用于控制无线定位信号采集模块以及惯性传感器信号采集模块，开始或结束信号采集。

所述数据处理模块，用于每隔一定时间缓存各个采集模块的数据，在停止采集后格式化缓存数据保存为信号文件，并上传信号文件到数据库进行存储。

信号录制装置开始工作时，控制模块控制无线定位信号采集模块和惯性传感器信号采集模块开始进行信号采集，同时数据处理模块开始工作，每隔一定时间缓存各个采集模块的数据。录制工作结束时，控制模块控制无线定位信号采集模块和惯性传感器信号采集模块停止信号采集，然后数据处理模块将采集的数据进行格式化为json文件，上传文件到数据库。

以下对信号回放装置进行说明：

信号回放装置包括数据预处理模块和数据播放模块；数据预处理模块，用于将存储在所述数据库中的无线定位信号以及惯性传感器信号进行下载并解析；数据播放模块，用于将已下载的无线定位信号以及惯性传感器信号进行回放。

具体的在一个优选的实施例中，数据预处理模块包括数据下载单元以及数据解析单元、数据播放模块包括广播数据单元和控制单元。

具体工作原理如下：当要进行信号回放时，数据下载单元将数据库中的信号文件即json文件进行下载，数据解析单元对json文件进行解析提取出文件中的无线定位信号和惯性传感器信号，解析完毕后，广播数据模块将提取出的无线定位信号和惯性传感器信号进行播放，或向定位引擎或其他接收终端发送无线定位信号和惯性传感器信号。其中，控制单元负责启动和暂停或停止播放信号数据。

通过实施本发明实施例工程人员在对多信号融合的施作区域进行问题排查时，可以通过回放提前录制的各类型信号，进行信号复现，从而实现问题复现，针对性的进行问题排查，提高工程人员对多信号融合的施作区域问题排查的效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于室内定位的信号录制与回放方法，其特征在于，包括：

采集无线定位信号和惯性传感器信号；其中，所述无线定位信号包括BLE蓝牙定位信号；

将所述无线定位信号及所述惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

从所述数据库下载已存储的无线定位信号及惯性传感器信号，并进行回放。

2.如权利要求1所述的基于室内定位的信号录制与回放方法，其特征在于，所述无线定位信号还包括：GPS定位信号和/或WIFI定位信号。

3.如权利要求1所述的基于室内定位的信号录制与回放方法，其特征在于，所述惯性传感器信号包括：加速度传器信号、电子罗盘信号、陀螺仪传感器信号和/或气压传器信号。

4.一种基于室内定位的信号录制与回放系统，其特征在于，包括：信号录制装置以及信号回放装置；

所述信号录制装置包括无线定位信号采集模块、惯性传感器信号采集模块、控制模块和数据处理模块；所述无线定位信号采集模块包括BLE蓝牙信号采集单元；

所述信号回放装置包括数据预处理模块和数据播放模块；

所述无线定位信号采集模块，用于采集无线定位信号；其中，所述无线定位信号采集模块中的BLE蓝牙信号采集，用于采集BLE蓝牙定位信号；

所述惯性传感器信号采集模块，用于采集惯性传感器信号；

所述控制模块，用于控制所述无线定位信号采集模块以及所述惯性传感器信号采集模块的工作状态；

所述数据处理模块，用于将采集的无线定位信号以及惯性传感器信号上传至数据库中进行存储；

所述数据预处理模块，用于将存储在所述数据库中的无线定位信号以及惯性传感器信号进行下载；

所述数据播放模块，用于将已下载的无线定位信号以及惯性传感器信号进行回放。

5.如权利要求4所述的基于室内定位的信号录制与回放系统，其特征在于，所述无线定位信号采集模块，还包括：GPS定位信号采集单元和/或WIFI定位信号采集单元；

所述GPS定位信号采集单元，用于采集GPS定位信号；

所述WIFI定位信号采集单元，用于采集WIFI定位信号。

6.如权利要求4所述的基于室内定位的信号录制与回放系统，其特征在于，所述惯性传感器信号采集模块包括：加速度传器信号采集单元、电子罗盘信号采集单元、陀螺仪传感器信号采集单元和/或气压传器信号采集单元；

所述加速度传器信号采集单元，用于采集加速度传感器信号；

所述电子罗盘信号采集单元，用于采集电子罗盘信号；

所述陀螺仪传感器信号采集单元，用于采集陀螺仪传感器信号；

所述气压传器信号采集单元，用于采集气压传器信号。

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