CN111381267A - 一种基于RTK和WiFi组合的定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于RTK和WiFi组合的定位系统及方法，所述系统包括：RTK定位系统，用于获取定位区域外围四个角落的精确的大地坐标，利用大地坐标与平面直角坐标转换关系，将该大地坐标转换为平面直角坐标；无线接入点模块，包括设于定位区域四个角落的四个无线接入点；移动采集终端，用于离线采集其所在网格中的相对位置，四个无线接入点的MAC地址，接收信号强度；数据处理系统，用于存储、处理网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点的MAC地址，RSSI；移动用户终端，用于采集实际RSSI信息，通过定位服务器在线进行指纹库匹配，确定用户的精确位置。与现有技术相比，本发明具有定位准确、高效，适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及RTK技术领域，尤其是涉及一种基于RTK和WiFi组合的定位系统及方法。
背景技术
随着信息化时代的到来，人们对定位服务精度要求越来越高，目前的定位方法主要有GPS定位、WiFi定位、基站定位等方式。单纯WiFi定位的定位精度较高，但该方法只能得到位置的平面直角坐标，得不到大地坐标，很难与谷歌、高德等导航软件建立互补关系。而单纯的GPS定位因电磁波易受遮挡，无法实现不间断定位。而简单的WiFi结合GPS的定位技术，需要精准的参考点坐标，而精准的参考点坐标需要有CORS参考站提供，然而CORS站的建立需要大量的人力物力，并且建站周期较长，建成之后无法随意移动，这些外在条件会使整个系统花销巨大。此外，在无遮挡的情况下，GPS定位技术的精度能够达到10米以内，WiFi定位的精度能够达到2-5米，基站定位的精度较低，一般能达到百米。在复杂有遮挡的环境下，GPS定位方式因卫星信号弱而无法实现定位，基站定位的定位效果差而不能满足实际需求。
在室内定位领域，基于WiFi的RSSI指纹定位因其部署成本低，容易实现，定位精度高，易于扩展而成为现在的研究热点，针对复杂有遮挡的环境，该定位方式能够得到待定位点的精确的平面直角坐标，但无法得到精准的大地坐标。在现有的地图服务平台中，如百度地图，由于在室内无法接收稳定的卫星信号，因此无法获取室内某个位置的精准的大地坐标进而实现室内定位与导航。因此在室内环境下获得精准的大地坐标是当下迫切要解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构合理、使用方便、成本低的基于RTK和WiFi组合的定位系统及方法，适用于室内等接收不到卫星信号的环境或周围无足够的可接收到的WiFi热点的复杂环境，可克服WiFi定位对AP数量要求较高，RTK技术扩展性差等缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，该系统包括：
RTK定位系统，用于获取定位区域外围四个角落的精确的大地坐标，所述RTK定位系统包括发射天线、GNSS接收机、基座、三脚架，发射天线安装在GNSS接收机上，基座固定在三脚架上，GNSS接收机安装在基座上。RTK定位系统通过GNSS接收机内置的网络模块与数据处理系统中的定位服务器进行数据传输。
无线接入点模块，包括设于定位区域四个角落的四个无线接入点，无线接入点为大功率无线接入点(AP)。
移动采集终端，用于负责离线采集其所在网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点(AP)的MAC地址，接收信号强度(RSSI)等数据。移动采集终端可以采用手机、笔记本或平板电脑，即可以采集WiFi信号的RSSI值，MAC地址的设备；移动采集终端采用WiFi指纹库移动采集模块接收并记录网格中心点的平面直角坐标，AP的RSSI值和MAC地址，并将这些信息发送到数据处理系统中的服务器。
数据处理系统，用于负责存储与处理网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点(AP)的MAC地址，接收信号强度(RSSI)等数据。数据处理系统包括定位服务器和与定位服务器连接的数据库。
移动用户终端，用于采集实际的RSSI等信息，通过服务器在线进行指纹库匹配，最终通过指纹库匹配算法确定用户的精确位置。移动用户终端可以为手机、笔记本或平板电脑，即需要定位的人，车或无人机。
优选地，所述RTK定位系统中的GNSS接收机为多系统GNSS接收机。
一种基于RTK和WiFi组合的定位方法，该方法包括如下步骤：
步骤1、在待定位区域的外围四个角落分别布置一个RTK定位系统，实时获取四个点的大地坐标。
步骤2、设置的RTK定位系统利用GNSS接收机内置的网络模块将获取的大地坐标数据传输至数据处理系统中的定位服务器，定位服务器利用大地坐标与平面直角坐标转换关系，将该大地坐标转换为平面直角坐标。
步骤3、在定位区域四个角落设置四个无线接入点，对所在定位区域进行均匀等分划分网格，在每个网格中心使用WiFi指纹库移动采集模块接收并记录网格中心点的平面直角坐标，AP的RSSI值和MAC地址，并将这些信息发送到定位服务器。定位服务器通过数据处理存储网格中心点的平面直角坐标，四个强功率AP的MAC地址，RSSI值，并建立位置指纹库。
步骤4、移动用户终端进入定位区域后，接收来自不同AP点的MAC地址和RSSI信息，移动用户终端将上述信息通过无线传输发送至服务器，服务器将用户发送的实时节点信息与数据库中的指纹信息进行匹配，获取用户的平面直角坐标。
步骤5、定位服务器利用平面直角坐标与大地坐标转换关系，将该平面直角坐标转换为大地坐标。将位置坐标通过无线网络发送给移动用户终端，并能在相应的地图服务中显示出位置信息，使移动用户终端获取自身当前位置，达到在室内也能与导航软件联合使用的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)针对现有技术的不足，本发明将RTK技术与WiFi结合，能够在数秒内确定精准的参考点的大地坐标，且误差在10厘米之内，快速精准的定位方式为整个系统搭建节省了宝贵时间；且快速精准的大地坐标，能够使得整个系统与导航软件联合使用，进而弥补现有定位技术的不足；
2)RTK设备方便携带，且能够重复使用，大大节省了整个系统的成本；
3)本发明适用于桥梁底部等接收不到稳定的卫星信号且周围无足够WiFi热点的复杂环境，适用范围广。
附图说明
图1为本发明基于RSSI的指纹定位原理图；
图2为本发明基于RTK和WiFi组合的定位系统的结构示意图；
图中标号所示：
1、无线接入点，2、WiFi指纹库移动采集模块，3、定位服务器，4、数据库，5、移动用户终端，6、人为布设无线接入点模块，7、数据处理系统，8、RTK定位系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1，2所示，本发明涉及一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，包括无线接入点1、WiFi指纹库移动采集模块2、定位服务器3、数据库4、移动用户终端5、人为布设无线接入点模块6、数据处理系统7和RTK定位系统8。
RTK定位系统8分别设置在定位区域的外围四个角落，用于得到定位区域四个角落的精确的大地坐标，利用GNSS接收机内置的网络模块将获取的大地坐标数据传输至数据处理系统中的定位服务器。RTK定位系统8包括发射天线、GNSS接收机、基座、三脚架，发射天线安装在GNSS接收机上，基座固定在三脚架上，GNSS接收机安装在基座上；RTK定位系统8通过GNSS接收机内置的网络模块与数据处理系统中的定位服务器进行数据传输，RTK定位系统8中的GNSS接收机为多系统GNSS接收机。
无线接入点1分别设于定位区域四个角落，本发明的无线接入点1为大功率无线接入点(AP节点)。设定后预先对该区域进行均匀等分划分网格。
WiFi指纹库移动采集模块2与无线接入点1通过无线网络连接，用于离线采集指纹库信息。WiFi指纹库移动采集模块2与定位服务器3连接，将采集到的指纹库信息发送到定位服务器3进行数据处理。
定位服务器3与数据库4连接，用于将处理好的数据存储到数据库4中。
移动用户终端5与定位服务器3连接，移动用户终端5可以采集WiFi信号的RSSI值，MAC地址的设备，将用于定位的无线信号发送到定位服务器3进行指纹库匹配实现定位。移动采集终端5可以是手机、笔记本或平板电脑，即需要定位的人，车或无人机。
采用上述基于RTK和WiFi组合的定位系统进行室内定位主要分为四个阶段，包括：
1、大地坐标与平面直角坐标转换阶段：在定位区域的外围四个角落分别布置一个RTK定位系统8，4个角落处于室外，以保证GNSS接收机能接收到稳定的卫星信号，实时得获取该四个点的大地坐标。RTK定位系统8利用GNSS接收机内置的网络模块与数据处理系统6中的定位服务器3进行数据传输，定位服务器3将该四个点的大地坐标，利用大地坐标与平面直角坐标转换关系，将该大地坐标转换为平面直角坐标。
2、离线阶段：在定位区域四个角落设置4个AP节点，并采用均匀等分的方式对该区域进行网格划分，所述网格大小按定位精度要求而定，在每个网格中心使用WiFi指纹库移动采集模块2接收并记录网格中心点的平面直角坐标，AP节点的RSSI值和MAC地址，并将这些信息发送到定位服务器3。在定位服务器3中，通过数据处理，只存储网格中心点的平面直角坐标，4个强功率AP的MAC地址，RSSI值至数据库4中，建立位置指纹库。
3、在线定位阶段：移动用户终端5进入定位区域后，接收到来自不同AP节点的MAC地址和RSSI信息，并将这些信息通过无线传输发送到定位服务器3，定位服务器3将用户发送的实时节点信息与数据库4中的指纹信息进行匹配，解算出用户的平面直角坐标。定位服务器3将位置坐标通过无线网络发送给移动用户终端5，使得移动用户终端5得到自身当前位置。
4、用户的平面直角坐标转换阶段：定位服务器3利用平面直角坐标与大地坐标转换关系，将用户的平面直角坐标转换为大地坐标。将位置坐标通过无线网络发送给移动用户终端5，使移动用户终端获取自身当前位置信息，并能在相应的地图服务中显示出位置信息。达到在室内也能与导航软件联合使用的效果。
该定位方式可广泛应用于大型停车场、桥梁巡检等复杂的定位场景。
本发明通过将RTK技术与WiFi结合，能够在数秒内确定精准的参考点的大地坐标，且误差在10厘米之内，快速精准的定位方式为整个系统搭建节省了宝贵时间。
以上所述，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工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，用于进行设有移动用户终端人员或设备的室内准确定位，其特征在于，该系统包括：
RTK定位系统，用于获取定位区域外围四个角落的精确的大地坐标，利用GNSS接收机内置的网络模块将获取的大地坐标数据传输至数据处理系统中的定位服务器，定位服务器根据四个点的大地坐标，利用大地坐标与平面直角坐标转换关系，将该大地坐标转换为平面直角坐标；
无线接入点模块，包括设于定位区域四个角落的四个无线接入点；
移动采集终端，用于离线采集其所在网格中心点的平面直角坐标，以及该位置处的四个无线接入点的MAC地址以及接收信号强度；
数据处理系统，用于存储与处理网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点的MAC地址和接收信号强度；
移动用户终端，用于采集实际的RSSI信息，通过定位服务器在线进行指纹库匹配，最终通过指纹库匹配算法确定用户的精确位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的RTK定位系统包括发射天线、GNSS接收机、基座和三脚架，所述的发射天线安装在GNSS接收机上，所述的基座固定在三脚架上，所述的GNSS接收机安装在基座上，所述的RTK定位系统通过GNSS接收机内置的网络模块与数据处理系统中的定位服务器进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的无线接入点为大功率无线接入点。
4.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的移动采集终端为可采集WiFi信号的RSSI值，MAC地址的设备。
5.根据权利要求4所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的移动采集终端包括手机、笔记本或平板电脑。
6.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的移动采集终端采用WiFi指纹库移动采集模块接收并记录网格中心点的平面直角坐标，无线接入点的RSSI值和MAC地址，并将记录信息发送至数据处理系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的数据处理系统包括定位服务器及与定位服务器连接的数据库，所述的定位服务器接收WiFi指纹库移动采集模块记录的网格中心点的平面直角坐标，无线接入点的RSSI值和MAC地址，所述的数据库存储定位服务器接收并处理的网格中心点的平面直角坐标，无线接入点的RSSI值和MAC地址。
8.根据权利要求1所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的移动用户终端包括手机、笔记本或平板电脑。
9.根据权利要求2所述的一种基于RTK和WiFi组合的定位系统，其特征在于，所述的RTK定位系统中的GNSS接收机为多系统GNSS接收机。
10.一种实现如权利要求1～9任一项所述的基于RTK和WiFi组合的定位系统的定位方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
1)在待定位区域的外围四个角落分别布置用以实时获取四个角落点大地坐标的RTK定位系统；
2)RTK定位系统利用GNSS接收机内置的网络模块将获取的大地坐标数据传输至数据处理系统中的定位服务器，定位服务器根据四个点的大地坐标，利用大地坐标与平面直角坐标转换关系，将该大地坐标转换为平面直角坐标；
3)在待定位区域四个角落分别设置无线接入点，对所在定位区域进行均匀等分划分网格后，在每个网格中心利用WiFi指纹库移动采集模块接收并记录网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点的RSSI值和MAC地址，并将记录的信息发送至定位服务器；
4)定位服务器通过数据处理存储网格中心点的平面直角坐标，四个无线接入点的RSSI值和MAC地址，并建立位置指纹库；
5)移动用户终端进入定位区域后，接收来自不同无线接入点的实时MAC地址和RSSI信息，并将接收的信息通过无线传输发送至定位服务器，定位服务器将移动用户终端发送的实时节点信息与位置指纹库中的指纹信息进行匹配，获取用户的平面直角坐标；
6)定位服务器利用平面直角坐标与大地坐标转换关系，将该平面直角坐标转换为大地坐标，并将大地坐标通过无线网络发送至移动用户终端，使移动用户终端获取自身当前位置信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200707 |