CN111542008A - 一种室内田径场定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内田径场定位系统及方法，涉及室内定位技术领域，系统由主基站、子基站、超宽带标签和数据处理服务器组成，主基站位于田径场内的固定位置，子基站则安装在各类体育设施上，数据处理服务器根据超宽带标签发出的超宽带信号进行计算，得到第一可能位置，然后主基站利用子基站发送的信息对自身产生的信息进行修正后，由数据处理服务器确定第二可能位置，最后对两个可能位置进行综合计算即可得到最终位置。本发明在主基站的基础上增加了子基站，子基站与超宽带标签的距离更近，信号受到遮挡的概率更小，因此在子基站基础上得到的定位位置更加精确。

Description

一种室内田径场定位系统及方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种室内田径场定位系统及方法。
背景技术
室内定位是近几年兴起的技术，以往定位场景都是在室外，通过移动基站或者GPS系统定位，这两种室外定位的技术因定位精度和使用条件的原因无法满足目前室内定位的需求，因此WiFi、蓝牙、UWB等室内定位技术得到了快速发展。
上述三种室内定位应用最为广泛，其中WiFi定位技术的精度最差，只能达到米级，蓝牙定位的定位精度稍高，能够达到2-3米，但是为蓝牙信标更换电池需要耗费大量成本，UWB定位技术的精度最高，能够达到厘米级，因此在有高精度定位需求的场合中应用最广泛。
申请号为CN201811589015.0的中国发明专利申请公开了利用UWB技术的室内田径场定位方法，通过到达时间TDOA来计算超宽带标签的位置，满足一定的定位精度需求。但是田径场是一个非常大面积的区域，这其中存在很多遮挡物，因此超宽带标签发出的信号由基站基站接收后并不能保证信号一定是沿着直线传播的，当信号发生折射、反射等情况时，依据上述专利得到的位置就会存在一定的偏差，不符合体育运动对成绩测量的高精度要求。
发明内容
本发明实施例提供了一种室内田径场定位系统及方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种室内田径场定位系统，包括主基站、子基站、超宽带标签和数据处理服务器，所述主基站的数量为至少四个，分别固定安装在田径场内的多个位置，所述子基站安装在田径场内各种体育设施上，数量也为至少四个，且每个所述主基站均与至少一个所述子基站绑定；
所述超宽带标签安装在待定位的器材或者人员上，所述超宽带标签发出超宽带信号，该超宽带信号包含了超宽带标签的ID信息；
所述主基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身主基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定超宽带标签在田径场内的第一可能位置；
所述子基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身子基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站，所述主基站根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签在田径场内的第二可能位置；
得到第一可能位置和第二可能位置后，所述数据处理服务器根据该两个可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签的最终位置。
本发明还提供了一种室内田径场定位方法，该方法包括以下步骤：
超宽带标签发出超宽带信号，该超宽带信号包含超宽带标签的ID信息；
主基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身主基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定超宽带标签在田径场内的第一可能位置；
子基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身子基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站，主基站根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至数据处理服务器，数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签在田径场内的第二可能位置；
数据处理服务器根据该第一可能位置和第二可能位置进行综合计算，确定超宽带标签的最终位置。
本发明中的一种室内田径场定位系统及方法，系统由主基站、子基站、超宽带标签和数据处理服务器组成，主基站位于田径场内的固定位置，子基站则安装在各类体育设施上，数据处理服务器根据超宽带标签发出的超宽带信号进行计算，得到第一可能位置，然后主基站利用子基站发送的信息对自身产生的信息进行修正后，由数据处理服务器确定第二可能位置，最后对两个可能位置进行综合计算即可得到最终位置。本发明在主基站的基础上增加了子基站，而且子基站安装在体育设施上，不会占用过多的场地，同时由于子基站与超宽带标签的距离更近，信号受到遮挡的概率更小，因此在子基站基础上得到的定位位置更加精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的室内田径场定位系统中主基站、子基站和超宽带标签的布置示意图；
图2为室内田径场定位方法的流程图。
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做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。
参照图1，本发明提供了一种室内田径场定位系统，该系统包括主基站100、子基站200、超宽带标签300和数据处理服务器，所述主基站100的数量为至少四个，分别固定安装在田径场内的固定位置，且该至少四个主基站100处在同一个水平面内，每个主基站100在田径场内的位置均已知。
所述子基站200安装在田径场内各种固定或半固定的体育设施上，例如用于铁饼投掷防护的护网、跳高架、足球门框等。所述子基站200使用电池供电，并且在初次安装或者移动位置后，每个所述子基站200中集成的超宽带标签均向各个主基站100发送一次超宽带信号，该超宽带信号中包含有自身子基站的ID信息，所述主基站100接收到超宽带信号后记录接收信号的时间，并将包含子基站ID信息、主基站ID信息以及接收时间在内的信息发送给所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据主基站100在田径场中的位置、以及各个主基站接收超宽带信号的时间差确定所述子基站200在田径场中的位置。而当所述子基站200被撤销后，工作人员需要在所述数据处理服务器中进行相应操作，将被撤销的子基站200的信息删除。
为了进一步提高定位精度，所述子基站200的数量为至少4个，且处在同一水平面内，位置可以随意布置，但需要尽量均匀分布在田径场内。
在所述子基站200布置完成且位置都已经确定后，所述数据处理服务器按照子基站200在田径场内的位置分布情况将每个子基站200与其中一个所述主基站100绑定。绑定时，所述数据处理服务器首先计算每个子基站200与各个主基站100的距离，将该主基站100和距离最近的子基站200绑定；当距离主基站100最近的子基站200有两个或以上时，随机选择其中的一个子基站200和该主基站100绑定，其余的子基站200则与距离次近的主基站100绑定。
为了后期的数据计算需要，应保证每个所述主基站100均至少绑定一个子基站200。因此所述数据处理服务器在完成主基站100和子基站200的绑定后，需要对绑定情况进行调整，如果存在没有绑定子基站200的主基站100，则必定存在绑定了两个或以上子基站200的主基站100，此时所述数据处理服务器从多个与同一个主基站100绑定的子基站200中随机选择一个，与没有绑定任何子基站200的主基站100进行绑定。
上述绑定操作完成后，本发明的定位系统即可正常使用。所述超宽带标签300安装在待定位的器材或者人员上，所述超宽带标签300每隔固定的时间向周围发出超宽带信号，该超宽带信号包含了超宽带标签300的ID信息。所述超宽带信号经过直射、反射或者折射等方式传播后被各个主基站100和子基站200接收到。
基于上述定位系统的定位过程具有多个实施例，下面将进行一一说明。
实施例一
所述主基站100接收到超宽带信号后，将超宽带信号中的超宽带标签300的ID信息、自身主基站100的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器即根据接收的数据确定超宽带标签300在田径场内的第一可能位置。
所述子基站200接收到超宽带信号后，将超宽带信号中的超宽带标签300的ID信息、自身子基站200的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站100，所述主基站100根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签300在田径场内的第二可能位置。
所述主基站100对时间进行修正的过程为：根据第一可能位置确定主基站100、绑定的子基站200以及所述超宽带标签300三者之间的相对位置关系，计算超宽带标签300处在第一可能位置时与子基站200的距离、以及与主基站100的距离，计算第一可能位置与子基站200的距离和第一可能位置与主基站200的距离之间的比值，利用该比值对所述主基站100直接接收超宽带信号的时间进行修正，具体来说是将直接接收超宽带信号的时间乘以该比值，得到修正后的时间。
由于相对于主基站100来说，子基站200与超宽带标签300的距离更短，二者之间存在遮挡物的可能性较低，因此数据可靠性较高，据此对主基站100的时间修正后，能够对定位精度有一定的提高。
得到第一可能位置和第二可能位置后，所述数据处理服务器根据该两个可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签300的最终位置。
具体的综合计算可以采用以下两种方式：第一种是计算第一可能位置和第二可能位置连线的中点，将该中点的位置作为最终位置；第二种是以预设的权重对第一位置和第二位置进行加权求和，得到最终位置，预设的权重可以由多次实验确定。
实施例二
在上述实施例一的基础上，所述主基站100将子基站200发送的信息不做任何处理直接转发至数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定所述超宽带标签300在田径场中的第三可能位置。
所述数据处理服务器根据第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签300的最终位置。
具体的综合计算也可以两种方式：第一种是以三个可能位置为顶点绘制三角形，以该三角形外心的位置为最终位置，如果三个顶点共线或者存在重合的情况，则参考实施例一线段中点的方式处理；第二种是通过加权求和的方式确定最终位置。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种室内田径场定位方法，该方法的实施参照上述系统的实施，重复之处不再赘述。
参照图2，所述方法包括以下步骤：
S400，所述超宽带标签每隔固定的时间发出超宽带信号，该超宽带信号包含了超宽带标签的ID信息。
S401，所述主基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身主基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定超宽带标签在田径场内的第一可能位置。
S402，所述子基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身子基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站，所述主基站根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签在田径场内的第二可能位置。
S403，得到第一可能位置和第二可能位置后，所述数据处理服务器根据该两个可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签的最终位置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种室内田径场定位系统，其特征在于，包括主基站、子基站、超宽带标签和数据处理服务器，所述主基站的数量为至少四个，分别固定安装在田径场内的多个位置，所述子基站安装在田径场内各种体育设施上，数量也为至少四个，且每个所述主基站均与至少一个所述子基站绑定；
所述超宽带标签安装在待定位的器材或者人员上，所述超宽带标签发出超宽带信号，该超宽带信号包含了超宽带标签的ID信息；
所述主基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身主基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定超宽带标签在田径场内的第一可能位置；
所述子基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身子基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站，所述主基站根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至所述数据处理服务器，所述数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签在田径场内的第二可能位置；
得到第一可能位置和第二可能位置后，所述数据处理服务器根据该两个可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签的最终位置。
2.如权利要求1所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述主基站对时间进行修正的过程为：
首先根据第一可能位置确定主基站、绑定的子基站以及所述超宽带标签三者之间的相对位置关系；
然后计算第一可能位置与子基站的距离、以及第一可能位置与主基站的距离；
接着计算第一可能位置与子基站的距离和第一可能位置与主基站的距离之间的比值，利用该比值对所述主基站直接接收超宽带信号的时间进行修正，得到修正后的时间。
3.如权利要求2所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述主基站利用比值对时间进行修正具体为将直接接收超宽带信号的时间乘以该比值。
4.如权利要求1所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述数据处理服务器根据第一可能位置和第二可能位置进行综合计算时，先计算第一可能位置和第二可能位置连线的中点，然后将该中点的位置作为最终位置。
5.如权利要求1所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述数据处理服务器根据第一可能位置和第二可能位置进行综合计算时，以预设的权重对第一位置和第二位置进行加权求和，得到最终位置。
6.如权利要求1所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述主基站接收到子基站发送的信息后，将信息直接转发至所述数据处理服务器；
所述数据处理服务器根据接收的数据确定所述超宽带标签在田径场中的第三可能位置；
所述数据处理服务器根据第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置进行综合计算，确定所述超宽带标签的最终位置。
7.如权利要求6所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述数据处理服务器根据第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置进行综合计算时，以第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置为顶点绘制三角形，以该三角形外心的位置为最终位置。
8.如权利要求6所述的一种室内田径场定位系统，其特征在于，所述数据处理服务器根据第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置进行综合计算时，对第一可能位置、第二可能位置和第三可能位置进行加权求和，得到最终位置。
9.基于权利要求1-8任一项所述的室内田径场定位系统的室内田径场定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
超宽带标签发出超宽带信号，该超宽带信号包含超宽带标签的ID信息；
主基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身主基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至数据处理服务器，所述数据处理服务器根据接收的数据确定超宽带标签在田径场内的第一可能位置；
子基站接收到超宽带信号后，将超宽带标签的ID信息、自身子基站的ID信息以及接收超宽带信号的时间信息打包发送至绑定的主基站，主基站根据子基站发送的信息对直接接收所述超宽带信号的时间进行修正，并将修正后的时间发送至数据处理服务器，数据处理服务器根据修正后的时间确定超宽带标签在田径场内的第二可能位置；
数据处理服务器根据该第一可能位置和第二可能位置进行综合计算，确定超宽带标签的最终位置。
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