CN110996258A - 一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统 - Google Patents

一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统，方法包括获取待定位目标所在的位置区域，并对位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；根据区域识别结果判断待定位目标的定位模式，并根据判断的定位模式对待定位目标进行定位，得到目标位置信息；当区域识别结果为室内区域时，待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当区域识别结果为室外区域时，待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当区域识别结果为室内外切换区域时，待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式。本发明能够迅速准确地识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的准确定位，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换，有效提高了定位精度。

Description

一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统
技术领域
本发明涉及室内外定位技术领域，尤其涉及一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统。
背景技术
随着人类社会的发展，智能城市的兴起，人们对定位技术的需求日益增加。定位技术在商业活动、科学研究、抢险搜救和违法犯罪等各个领域都有着重要的应用。
按照定位系统的作用范围来分，定位技术主要室内定位和室外定位两种。目前，室外定位包括GPS/北斗定位和GNSS定位，室内定位主要包括基于WIFI、红外线、超声波、蓝牙和RFID的定位方法。但是，室外定位和室内定位都有着各自的局限，只能作用于某个地理区域，如果环境和应用领域改变，则不能获得很好的效果。对于室外定位，通常是需要接收4颗以上的卫星定位信号，采用信号达到时间的伪距定位方式实现定位，必须与卫星系统保持视线可及环境，若在室内环境，由于无线信号不能直接与用户设备直接传递，则会失去作用；而室内定位方法由于定位精度要求的不同，仅适用于一定区域内的室内环境，应用到室外环境中会难以布设且代价昂贵。
因此，亟需一种无缝切换的室内外联合定位方法，当目标所处室内外环境发生变化时，能迅速识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种无缝切换的室内外联合定位方法和系统，克服了单一室外定位模式所造成的定位精度不够的问题，还克服了单一室外定位模式的环境局限性、布设难度大和成本高的问题，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种无缝切换的室内外联合定位方法，包括以下步骤：
步骤1：获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
步骤2：根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式，并根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
其中，根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式具体实现为：当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式。
本发明的有益效果是：由于待定位目标所在的位置区域可以简单粗略地判断出，因此首先通过识别待定位目标所在的位置区域，得到区域识别结果，通过区域识别结果，可以粗略地确定出待定位目标是处于室内区域或室外区域，还是处于室内外切换区域，便于后续根据区域识别结果来选择对应的、合适的定位模式对待定位目标进行定位，当区域识别结果为室内区域时，选择室内定位模式来定位；当区域识别结果为室外区域时，选择室外定位模式来定位；当区域识别结果为室内外切换区域时，选择室内外切换定位模式来定位；
本发明的室内外联合定位方法，避免了单一室外定位模式所造成的定位精度不够的问题，还避免了单一室外定位模式的环境局限性、布设难度大和成本高的问题，能够迅速准确地识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的准确定位，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换，有效提高了定位精度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：在所述步骤1中，对所述位置区域进行区域识别之前还包括：
步骤1.1：按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域；
步骤1.2：在所述室内区域内布设多个室内定位终端，在所述室外区域内布设室外定位终端，并在所述待定位目标上布设信号发射器和信号接收器。
进一步：当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第一目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2A.1：所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收所述待定位目标上的信号发射器发出的第一特征信号，并分别对第一特征信号进行处理，得到每个室内定位终端一一对应的处理特征信号；
步骤2A.2：按照预设的特征信号数据库，对每个室内定位终端一一对应的处理特征信号分别进行匹配，得到所述待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；
步骤2A.3：按照质心定位法，根据所述待定位目标的所有第一位置信息计算得到所述第一目标定位。
进一步：当所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第二目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2B.1：所述待定位目标上的所述信号接收器接收第一卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所述第一卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
步骤2B.2：所述室外定位终端对所述第一卫星定位信号进行解算，得到所述待定位目标的所述第二目标定位。
进一步：当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第三目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2C.1：在预设时间内，所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收多次所述待定位目标上的信号发射器发出的第二特征信号，分别获取每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数；
步骤2C.2：根据预设第一接收次数阈值和每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数，计算得到每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数误差；
步骤2C.3：对所有室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数误差进行求平均运算，得到平均接收次数误差；
步骤2C.4：在所述预设时间内，所述待定位目标上的所述信号接收器接收多次第二卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所有第二卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
步骤2C.5：获取所述室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数，根据预设第二接收次数阈值和所述第二接收次数，计算得到第二接收次数误差；
步骤2C.6：利用模糊控制器，将所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差作为所述模糊控制器的两个输入变量，将切换模式结果作为所述模糊控制器的输出量，基于模糊控制方法，根据所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差得到所述待定位目标的所述切换模式结果；
其中，所述切换模式结果包括所述室内定位模式和所述室外定位模式，当所述切换模式输出结果为室内定位模式时，按照所述步骤2A.1至所述步骤2A.3的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置；当所述切换模式输出结果为室外定位模式时，按照所述步骤2B.1至所述步骤2B.2的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置。
进一步：所述步骤2C.6的具体步骤包括：
步骤2C.6.1：预先设置所述平均接收次数误差的对应的第一输入变量范围和所述第二接收次数误差对应的第二输入变量范围，根据所述第一输入变量范围选取对应的第一模糊子集和第一模糊子集论域，根据所述第二输入变量范围选取对应的第二模糊子集和第二模糊子集论域；
步骤2C.6.2：根据所述第一模糊子集和所述第一模糊子集论域确定对应的第一子集隶属函数，根据所述第二模糊子集和所述第二模糊子集论域确定对应的第二子集隶属函数；
步骤2C.6.3：预先设置所述切换模式结果对应的模糊集合和模糊论域，根据所述模糊集合和所述模糊论域确定输出隶属函数；
步骤2C.6.4：根据所述第一子集隶属函数、所述第二子集隶属函数和所述输出隶属函数制定模糊控制规则表；并根据所述模糊控制规则表，得到所述切换模式输出结果。
依据本发明的另一方面，提供了一种无缝切换的室内外联合定位系统，应用于本发明的无缝切换的室内外联合定位方法中，包括中央处理器和定位模块，所述中央处理器通过无线通信与所述定位模块通信连接；
所述中央处理器，用于获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
所述中央处理器，还用于根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式；
其中，当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式；
所述定位模块，用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，按照所述室外定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式时，按照所述室内定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，按照所述室内外切换定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息。
本发明的有益效果是：避免了单一室外定位模式所造成的定位精度不够的问题，还避免了单一室外定位模式的环境局限性、布设难度大和成本高的问题，能够迅速准确地识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的准确定位，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换，有效提高了定位精度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述定位模块包括布设在所述待定位模板上的信号发射器和信号接收器、布设在所述室内区域的多个室内定位终端、以及布设在所述室外区域的室外定位终端，所述信号发射器、所述信号接收器、所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述中央处理器通信连接，所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述信号发射器通信连接；
所述中央处理器，还用于按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域。
进一步：当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第一目标定位；
所述定位模块具体用于：
所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收所述待定位目标上的信号发射器发出的第一特征信号，并分别对第一特征信号进行处理，得到每个室内定位终端一一对应的处理特征信号；
所述中央处理器还具体用于：
按照预设的特征信号数据库，对每个室内定位终端一一对应的处理特征信号分别进行匹配，得到所述待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；
按照质心定位法，根据所述待定位目标的所有第一位置信息计算得到所述第一目标定位；
当所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第二目标定位；
所述定位模块具体用于：
所述待定位目标上的所述信号接收器接收第一卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所述第一卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
所述室外定位终端对所述第一卫星定位信号进行解算，得到所述待定位目标的所述第二目标定位。
进一步：当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第三目标定位；
所述定位模块具体用于：
在预设时间内，所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收多次所述待定位目标上的信号发射器发出的第二特征信号，分别获取每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数；
所述中央处理器还具体用于：
根据预设第一接收次数阈值和每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数，计算得到每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数误差；
对所有室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数误差进行求平均运算，得到平均接收次数误差；
所述定位模块还具体用于：
在所述预设时间内，所述待定位目标上的所述信号接收器接收多次第二卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所有第二卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
所述中央处理器还具体用于：
获取所述室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数，根据预设第二接收次数阈值和所述第二接收次数，计算得到第二接收次数误差；
利用模糊控制器，将所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差作为所述模糊控制器的两个输入变量，将切换模式结果作为所述模糊控制器的输出量，基于模糊控制方法，根据所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差得到所述待定位目标的所述切换模式结果；
其中，所述切换模式结果包括所述室内定位模式和所述室外定位模式，当所述切换模式输出结果为所述室内定位模式时，按照所述室内定位模式的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置；当所述切换模式输出结果为所述室外定位模式时，按照所述室外定位模式的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置。
附图说明
图1为本发明实施例一中一种无缝切换的室内外联合定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一中对位置区域进行区域识别之前的步骤的流程示意图；
图3为本发明实施例一中当定位模式为室内定位模式时，根据判断的定位模式对待定位目标进行定位的流程示意图；
图4为本发明实施例一中当定位模式为室外定位模式时，根据判断的定位模式对待定位目标进行定位的流程示意图；
图5为本发明实施例一中当定位模式为室内外切换定位模式时，根据判断的定位模式对待定位目标进行定位的流程示意图；
图6为本发明实施例二中一种无缝切换的室内外联合定位系统的结构示意图；
图7为本发明实施例二中另一种无缝切换的室内外联合定位系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图，对本发明进行说明。
实施例一、如图1所示，一种缝切换的室内外联合定位方法，包括以下步骤：
S1：获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
S2：根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式，并根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
其中，根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式具体实现为：当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式。
由于待定位目标所在的位置区域可以简单粗略地判断出，因此首先通过识别待定位目标所在的位置区域，得到区域识别结果，通过区域识别结果，可以粗略地确定出待定位目标是处于室内区域或室外区域，还是处于室内外切换区域，便于后续根据区域识别结果来选择对应的、合适的定位模式对待定位目标进行定位，当区域识别结果为室内区域时，选择室内定位模式来定位；当区域识别结果为室外区域时，选择室外定位模式来定位；当区域识别结果为室内外切换区域时，选择室内外切换定位模式来定位；
本实施例的室内外联合定位方法，避免了单一室外定位模式所造成的定位精度不够的问题，还避免了单一室外定位模式的环境局限性、布设难度大和成本高的问题，能够迅速准确地识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的准确定位，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换，有效提高了定位精度。
优选地，如图2所示，在S1中，对所述位置区域进行区域识别之前还包括：
S1.1：按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域；
S1.2：在所述室内区域内布设多个室内定位终端，在所述室外区域内布设室外定位终端，并在所述待定位目标上布设信号发射器和信号接收器。
在识别位置区域之前，通过划分位置区域和布设设备的准备工作，能有效方便后续根据位置区域划分的结果和布设的设备来选择对应的定位模式对待定位目标进行定位的有效实施，提高定位效率；其中，由于室内和室外的区域界线比较明显，可以准确地选择到对应的定位模式来定位，而室内外切换区域是室外区域和室内区域之间的过渡区域，其对应的定位模式却不易选择，若是选择与室外定位模式相同的定位方法来定位，而实际会更接近室内区域，则可能会出现定位精度差的问题，若是选择与室内定位模式相同的定位方法来定位，而实际会更接近室外区域，则可能会出现耗费了室内定位相关的设备资源、造成浪费的问题；因此通过预设区域范围阈值进行区域划分，一方面可以对待定位目标的位置进行粗定位，另一方面可以便于实现室内定位和室外定位的无缝切换；其中，预设区域范围阈值可根据实际情况设置和调整。
具体地，本实施例中，当室内区域为水平方向的平面区域时，所有的室内定位终端沿着室内区域的边缘横向均匀布设；当室内区域为竖直方向的平面区域时，所有的室内定位终端沿着室内区域的边缘纵向均匀布设；当室内区域为三维立体区域时，所有的室内定位终端呈球形均匀布设。
优选地，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第一目标定位；
如图3所示，在S2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
S2A.1：所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收所述待定位目标上的信号发射器发出的第一特征信号，并分别对第一特征信号进行处理，得到每个室内定位终端一一对应的处理特征信号；
S2A.2：按照预设的特征信号数据库，对每个室内定位终端一一对应的处理特征信号分别进行匹配，得到所述待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；
S2A.3：按照质心定位法，根据所述待定位目标的所有第一位置信息计算得到所述第一目标定位。
当待定位目标对应的定位模式为室内定位模式时，待定位目标上的信号发射器发出第一特征信号，室内区域内的每个室内定位终端都会接收到该第一特征信号，则每个室内定位终端都会对该第一特征信号进行处理，并通过预设的特征信号数据库，对处理后的处理特征信号进行匹配，得到每个室内定位终端相对于待定位目标的位置，而由于两个固定物体之间的位置是相对的，则可以根据每个室内定位终端相对于待定位目标的位置，得到待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；通过所有的第一位置信息便于按照质心定位法计算得到发出源信号(即第一特征信号)的待定位目标的第一目标定位；上述室内定位方法，设备布设简单、易于实现，计算简单，定位精度较高；其中，每个室内定位终端对第一特征信号的处理，包括滤波和放大等；其中，预设的特征信号数据库既可以是沿用现成的指纹数据库，也可以事先采集大量的数据并基于神经网络训练得到的指纹数据库。
具体地，在本实施例中，质心定位法的具体操作步骤为现有技术，此处不再赘述。例如，假设室内定位终端的数量为4个，对应的具体位置坐标在布设的时候已知，分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)和(x4,y4,z4)，4个室内定位终端相对于待定位目标的第一位置信息具体为4个室内定位终端相对于待定位目标的距离，分别为d1、d2、d3和d4，则质心定位法的计算公式为：
Figure BDA0002277028510000131
通过求解上述方程组，计算得到待定位目标的第一目标定位(xr,yr,zr)。
具体地，本实施例中的信号发射器中包括信号发生器，能产生多种特征信号，例如WIFI信号、蓝牙信号和超宽带UWB信号等，室内定位终端可以是WIFI定位模块、蓝牙阅读器和超宽带UWB阅读器。
优选地，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第二目标定位；
如图4所示，在S2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
S2B.1：所述待定位目标上的所述信号接收器接收第一卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所述第一卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
S2B.2：所述室外定位终端对所述第一卫星定位信号进行解算，得到所述待定位目标的所述第二目标定位。
当待定位目标的定位模式为室外定位模式时，直接通过待定位目标上的信号接收器接收卫星定位信号，并发送至室外定位终端进行解算，即可得到准确的待定位目标的第二目标定位，简单有效，定位精度得到了保障且成本低。
具体地，本实施例中信号接收器包含GPS信号/北斗信号接收单元，可以接收外部的GPS/北斗卫星定位信号，室外定位终端中包含卫星定位信号解算单元，可以对信号发射器发送的GPS/北斗卫星定位信号进行解算；具体的解算步骤为现有技术，此处不再赘述。
优选地，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第三目标定位；
如图5所示，在S2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
S2C.1：在预设时间内，所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收多次所述待定位目标上的信号发射器发出的第二特征信号，分别获取每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数；
S2C.2：根据预设第一接收次数阈值和每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数，计算得到每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数误差；
S2C.3：对所有室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数误差进行求平均运算，得到平均接收次数误差；
S2C.4：在所述预设时间内，所述待定位目标上的所述信号接收器接收多次第二卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所有第二卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
S2C.5：获取所述室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数，根据预设第二接收次数阈值和所述第二接收次数，计算得到第二接收次数误差；
S2C.6：利用模糊控制器，将所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差作为所述模糊控制器的两个输入变量，将切换模式结果作为所述模糊控制器的输出量，基于模糊控制方法，根据所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差得到所述待定位目标的所述切换模式结果；
其中，所述切换模式结果包括所述室内定位模式和所述室外定位模式，当所述切换模式输出结果为室内定位模式时，按照S2A.1至S2A.3的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置；当所述切换模式输出结果为室外定位模式时，按照S2B.1至S2B.2的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置。
由于室内外切换区域为室内区域和室外区域的过渡区域，为了判断出室内外切换定位模式对应的具体模式，实现室内和室外的无缝切换，即判断出待定位目标所处的准确位置是更适合室内定位模式还是更适合室外定位模式，通过待定位目标上的信号发射器在一定的预设时间内向室内区域的每个室内定位终端发送第二特征信号，通过每个室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数与预设第一接收次数阈值进行比较，得到每个室内定位终端一一对应的第一接收次数误差，该第一接收次数误差可以衡量每个室内定位终端接收第二特征信号的成功率，若第一接收次数误差低，则对应的成功率高，所有第一接收次数进行平均运算得到的平均接收次数也高，则待定位目标更接近室内区域，更适合采用室内定位模式对应的方法来定位；
同理，在一定的预设时间内还通过待定位目标上的信号接收器接收第二卫星定位信号，并将多次接收到的第二卫星定位信号发送给室外定位终端，将室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数与预设第二接收次数阈值进行比较，得到的第二接收次数误差可以衡量室外定位终端接收第二卫星定位信号的成功率，若第二接收次数误差低，则对应的成功率高，待定位目标更接近室外区域，更适合采用室外定位模式对应的方法来定位；其中，预设第一接收次数阈值和预设第二接收次数阈值可根据实际情况设置和调整；
通过将上述第一接收次数误差和第二接收次数误差作为模糊控制器的输入变量，基于模糊控制方法，可以准确有效地判断出更加适合待定位目标的切换模式结果，室内和室外的无缝切换的平滑度更高，当待定位目标所处环境发生变化时，能迅速识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的定位，无缝切换的自适应性更高。
优选地，S2C.6的具体步骤包括：
S2C.6.1：预先设置所述平均接收次数误差的对应的第一输入变量范围和所述第二接收次数误差对应的第二输入变量范围，根据所述第一输入变量范围选取对应的第一模糊子集和第一模糊子集论域，根据所述第二输入变量范围选取对应的第二模糊子集和第二模糊子集论域；
S2C.6.2：根据所述第一模糊子集和所述第一模糊子集论域确定对应的第一子集隶属函数，根据所述第二模糊子集和所述第二模糊子集论域确定对应的第二子集隶属函数；
S2C.6.3：预先设置所述切换模式结果对应的模糊集合和模糊论域，根据所述模糊集合和所述模糊论域确定输出隶属函数；
S2C.6.4：根据所述第一子集隶属函数、所述第二子集隶属函数和所述输出隶属函数制定模糊控制规则表；并根据所述模糊控制规则表，得到所述切换模式输出结果。
在模糊控制方法中，关键在于设置输入变量、输出变量以及输入变量与输出变量之间的模糊控制规则表，因此为了便于获取准确合理的模糊控制规则表，首先通过两个输入变量对应的输入变量范围(即第一输入变量范围和第二输入变量范围)设置两个输入变量的模糊子集(即第一模糊子集和第二模糊子集)和模糊子集论域(即第一模糊子集论域和第二模糊子集论域)，通过两个输入变量的模糊子集和模糊子集论域，可确定出对应的子集隶属函数(即第一子集隶属函数和第二子集隶属函数)，再设置输出变量的模糊集合和模糊集合论域，同理，确定出对应的输出隶属函数，通过两个输入变量对应的子集隶属函数和输出变量对应的输出隶属函数，可以得到准确的模糊控制规则表，确保整个模糊控制器的准确率，即保证根据平均接收次数误差和第二接收次数误差得到待定位目标的切换模式结果的准确性和合理性，自适应性高。
具体地，本实施例中根据经验值，设置第一输入变量范围和第二输入变量范围为[-3,3]和[-5,5]，根据第一输入变量范围设定第一模糊子集论域为[-3,3]，对应的量化论域为：{-2,-1,0,1,2}，根据第二输入变量范围设定第二模糊子集论域为[-5,5]，对应的量化论域为：{-5,-3,0,3,5}，分别确定两个输入变量的模糊子集，模糊子集均设定为{负大、负小、零、正小、正大}，简记为{NB、NS、ZO、PS、PB}，并选取三角函数来构建隶属函数，根据该隶属函数、两个模糊子集论域及对应的量化论域的范围，设定第一模糊子集论域的区间分别为[-3,-1.2]、[-1.5,-0.2]、[-0.5,0.5]、[0.2,1.5]和[1.2,3]，设定第二模糊子集论域的区间分别为[-5,-3.2]、[-3.5,-0.2]、[-0.5,0.5]、[0.2,3.5]和[3.2,5]；
设定切换模式结果对应的模糊集合为{NB、NS、ZO、PS、PB}，且设定模糊论域的区间分别为[-1,-0.6]、[-0.6,-0.2]、[-0.2,0.2]、[0.2,0.6]、[0.6,1]；并在切换模式结果的模糊论域对应的输出设定中，NB对应为室外定位模式、NS对应为室外定位模式、ZO对应为室内定位模式、PS对应为室内定位模式、PB对应为室内定位模式，即：
若模糊论域范围在[-1，-0.6]，则对应切换模式结果为室外定位模式；若模糊论域范围在[-0.6，-0.2]，则对应切换模式结果为室外定位模式；若模糊论域范围在[-0.2，0.2]，则对应切换模式结果为室内定位模式；若模糊论域范围在[0.2，0.6]，则对应切换模式结果为室内定位模式；若模糊论域范围在[0.6，1]，则对应切换模式结果为室内定位模式。
根据模糊子集及相关专家经验构建模糊控制规则表，如表1所示。
表1实施例一构建的模糊控制规则表
Figure BDA0002277028510000171
Figure BDA0002277028510000181
实施例二、如图6所示，一种无缝切换的室内外联合定位系统，应用于实施例一中的无缝切换的室内外联合定位方法中，包括中央处理器和定位模块，所述中央处理器通过无线通信与所述定位模块通信连接；
所述中央处理器，用于获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
所述中央处理器，还用于根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式；
其中，当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式；
所述定位模块，用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，按照所述室外定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式时，按照所述室内定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，按照所述室内外切换定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息。
由于待定位目标所在的位置区域可以简单粗略地判断出，因此首先通过中央处理器识别待定位目标所在的位置区域，得到区域识别结果，通过区域识别结果，可以粗略地确定出待定位目标是处于室内区域或室外区域，还是处于室内外切换区域，便于后续中央处理器根据区域识别结果来选择对应的、合适的定位模式对待定位目标进行定位，当区域识别结果为室内区域时，选择室内定位模式并通过定位模块来定位；当区域识别结果为室外区域时，选择室外定位模式并通过定位模块来定位；当区域识别结果为室内外切换区域时，选择室内外切换定位模式并通过定位模块来定位；
避免了单一室外定位模式所造成的定位精度不够的问题，还避免了单一室外定位模式的环境局限性、布设难度大和成本高的问题，能够迅速准确地识别目标的室内外状态，并选择合适的定位模式进行目标的准确定位，实现了室内定位和室外定位之间的无缝切换，有效提高了定位精度。
优选地，如图7所示，所述定位模块包括布设在所述待定位模板上的信号发射器和信号接收器、布设在所述室内区域的多个室内定位终端、以及布设在所述室外区域的室外定位终端，所述信号发射器、所述信号接收器、所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述中央处理器通信连接，所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述信号发射器通信连接；
所述中央处理器，还用于按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
步骤2：根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式，并根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
其中，根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式具体实现为：当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式。
2.根据权利要求1所述的无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，在所述步骤1中，对所述位置区域进行区域识别之前还包括：
步骤1.1：按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域；
步骤1.2：在所述室内区域内布设多个室内定位终端，在所述室外区域内布设室外定位终端，并在所述待定位目标上布设信号发射器和信号接收器。
3.根据权利要求2所述的无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第一目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2A.1：所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收所述待定位目标上的信号发射器发出的第一特征信号，并分别对第一特征信号进行处理，得到每个室内定位终端一一对应的处理特征信号；
步骤2A.2：按照预设的特征信号数据库，对每个室内定位终端一一对应的处理特征信号分别进行匹配，得到所述待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；
步骤2A.3：按照质心定位法，根据所述待定位目标的所有第一位置信息计算得到所述第一目标定位。
4.根据权利要求3所述的无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第二目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2B.1：所述待定位目标上的所述信号接收器接收第一卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所述第一卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
步骤2B.2：所述室外定位终端对所述第一卫星定位信号进行解算，得到所述待定位目标的所述第二目标定位。
5.根据权利要求4所述的无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第三目标定位；
在所述步骤2中，根据判断的定位模式对所述待定位目标进行定位的具体步骤包括：
步骤2C.1：在预设时间内，所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收多次所述待定位目标上的信号发射器发出的第二特征信号，分别获取每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数；
步骤2C.2：根据预设第一接收次数阈值和每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数，计算得到每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数误差；
步骤2C.3：对所有室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数误差进行求平均运算，得到平均接收次数误差；
步骤2C.4：在所述预设时间内，所述待定位目标上的所述信号接收器接收多次第二卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所有第二卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
步骤2C.5：获取所述室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数，根据预设第二接收次数阈值和所述第二接收次数，计算得到第二接收次数误差；
步骤2C.6：利用模糊控制器，将所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差作为所述模糊控制器的两个输入变量，将切换模式结果作为所述模糊控制器的输出量，基于模糊控制方法，根据所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差得到所述待定位目标的所述切换模式结果；
其中，所述切换模式结果包括所述室内定位模式和所述室外定位模式，当所述切换模式输出结果为室内定位模式时，按照所述步骤2A.1至所述步骤2A.3的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置；当所述切换模式输出结果为室外定位模式时，按照所述步骤2B.1至所述步骤2B.2的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置。
6.根据权利要求5所述的无缝切换的室内外联合定位方法，其特征在于，所述步骤2C.6的具体步骤包括：
步骤2C.6.1：预先设置所述平均接收次数误差的对应的第一输入变量范围和所述第二接收次数误差对应的第二输入变量范围，根据所述第一输入变量范围选取对应的第一模糊子集和第一模糊子集论域，根据所述第二输入变量范围选取对应的第二模糊子集和第二模糊子集论域；
步骤2C.6.2：根据所述第一模糊子集和所述第一模糊子集论域确定对应的第一子集隶属函数，根据所述第二模糊子集和所述第二模糊子集论域确定对应的第二子集隶属函数；
步骤2C.6.3：预先设置所述切换模式结果对应的模糊集合和模糊论域，根据所述模糊集合和所述模糊论域确定输出隶属函数；
步骤2C.6.4：根据所述第一子集隶属函数、所述第二子集隶属函数和所述输出隶属函数制定模糊控制规则表；并根据所述模糊控制规则表，得到所述切换模式输出结果。
7.一种无缝切换的室内外联合定位系统，其特征在于，应用于权利要求1至6所述的无缝切换的室内外联合定位方法中，包括中央处理器和定位模块，所述中央处理器通过无线通信与所述定位模块通信连接；
所述中央处理器，用于获取待定位目标所在的位置区域，并对所述位置区域进行区域识别，得到区域识别结果；
所述中央处理器，还用于根据所述区域识别结果判断所述待定位目标的定位模式；
其中，当所述区域识别结果为室内区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内定位模式；当所述区域识别结果为室外区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室外定位模式；当所述区域识别结果为室内外切换区域时，所述待定位目标对应的定位模式为室内外切换定位模式；
所述定位模块，用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式时，按照所述室外定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式时，按照所述室内定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息；
所述定位模块，还用于当所述中央处理器判断所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，按照所述室内外切换定位模式对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的目标位置信息。
8.根据权利要求7所述的无缝切换的室内外联合定位系统，其特征在于，所述定位模块包括布设在所述待定位模板上的信号发射器和信号接收器、布设在所述室内区域的多个室内定位终端、以及布设在所述室外区域的室外定位终端，所述信号发射器、所述信号接收器、所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述中央处理器通信连接，所述室外定位终端和所有所述室内定位终端均分别通过无线通信与所述信号发射器通信连接；
所述中央处理器，还用于按照预设区域范围阈值，将所述位置区域划分为所述室内区域、所述室外区域和所述室内外切换区域。
9.根据权利要求8所述的无缝切换的室内外联合定位系统，其特征在于，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第一目标定位；
所述定位模块具体用于：
所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收所述待定位目标上的信号发射器发出的第一特征信号，并分别对第一特征信号进行处理，得到每个室内定位终端一一对应的处理特征信号；
所述中央处理器还具体用于：
按照预设的特征信号数据库，对每个室内定位终端一一对应的处理特征信号分别进行匹配，得到所述待定位目标相对于每个室内定位终端一一对应的第一位置信息；
按照质心定位法，根据所述待定位目标的所有第一位置信息计算得到所述第一目标定位；
当所述待定位目标对应的定位模式为所述室外定位模式，所述待定位目标的所述目标位置信息为第二目标定位；
所述定位模块具体用于：
所述待定位目标上的所述信号接收器接收第一卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所述第一卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
所述室外定位终端对所述第一卫星定位信号进行解算，得到所述待定位目标的所述第二目标定位。
10.根据权利要求9所述的无缝切换的室内外联合定位系统，其特征在于，当所述待定位目标对应的定位模式为所述室内外切换定位模式时，所述待定位目标的所述目标位置信息为第三目标定位；
所述定位模块具体用于：
在预设时间内，所述室内区域内的每个室内定位终端分别接收多次所述待定位目标上的信号发射器发出的第二特征信号，分别获取每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数；
所述中央处理器还具体用于：
根据预设第一接收次数阈值和每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数，计算得到每个室内定位终端接收第二特征信号一一对应的第一接收次数误差；
对所有室内定位终端接收第二特征信号的第一接收次数误差进行求平均运算，得到平均接收次数误差；
所述定位模块还具体用于：
在所述预设时间内，所述待定位目标上的所述信号接收器接收多次第二卫星定位信号，并通过所述信号发射器将所有第二卫星定位信号发送至所述室外定位终端；
所述中央处理器还具体用于：
获取所述室外定位终端接收到第二卫星定位信号的第二接收次数，根据预设第二接收次数阈值和所述第二接收次数，计算得到第二接收次数误差；
利用模糊控制器，将所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差作为所述模糊控制器的两个输入变量，将切换模式结果作为所述模糊控制器的输出量，基于模糊控制方法，根据所述平均接收次数误差和所述第二接收次数误差得到所述待定位目标的所述切换模式结果；
其中，所述切换模式结果包括所述室内定位模式和所述室外定位模式，当所述切换模式输出结果为所述室内定位模式时，按照所述室内定位模式的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置；当所述切换模式输出结果为所述室外定位模式时，按照所述室外定位模式的方法对所述待定位目标进行定位，得到所述待定位目标的第三目标位置。
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