CN111741426A - 基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统 - Google Patents

基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于LoRa和NB‑IoT的机场载具定位系统，包括载具终端、室内LoRa信标、NB‑IoT基站、硬件管理平台、应用管理平台和用户终端；载具终端的主控MCU模块和室外北斗定位模块、室内LoRa接收模块、震动传感器模块、NB‑IoT通讯模块连接，接收外位置信息，室内位置信息及状态信息，与NB‑IoT通讯模块交互信息数据；NB‑IoT通讯模块将信息数据打包上报给NB‑IoT基站，将信息数据透传给硬件管理平台，将信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台通过用户终端给用户输信息，NB‑IoT通讯模块优先将室外位置信息数据和状态信息数据打包上报给NB‑IoT基站。本发明通过室外北斗定位和室内LoRa信标的双定位方式，准确定位载具终端所在位置。且实时了解外场所有载具使用状态，提升工作效率。

Description

基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，属于传输定位技术领域。
背景技术
在机场内，各种功能载具穿梭不停的运送人员、货物到不同的地方。各种有动力的载具 和无动力的载具，飞机还有地勤人员，每天都在机场内工作，穿梭于停机坪和仓库、维修库、 候机楼等地方。机场场地大，工作人员或者货物从一个地方到另一个地方，必须使用各种载 具，这就需要定位到使用者需要的载具的位置，目前寻找载具的方式，还处于基本的目视搜 寻阶段，往往花费很大的精力和时间。
现有的载具寻找的方法存在以下问题：效率低，目前机场外场载具寻找需人工确认，在 如此大面积的场地去人工确认载具位置和载具空闲度，不仅效率低，载具利用率低，而且无 效的劳动也会带来负面的情绪，产生恶性循环；安全差：外场货运人员在寻找空闲载具时频 繁穿梭于机场中，存在一定安全隐患。被随意停放的载具(未停放规定区域)同样存在一定 的安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统， 基于LoRa和NB-IoT无线通信技术，将载具位置上传到硬件管理平台，再解析分发到应用平 台，最终显示在管理界面上或APP上，方便机场工作人员查询到载具位置。
为了实现上述的技术目的，本发明采用如下的技术方案。
一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：包括载具终端、室内LoRa 信标、NB-IoT基站、硬件管理平台、应用管理平台和用户终端；
所述载具终端包括室外北斗定位模块、室内LoRa接收模块、震动传感器模块、NB-IoT 通讯模块和主控MCU模块，均设置于载具上；
所述室外北斗定位模块和室内LoRa接收模块分别确定和输出载具的室外位置信息和室 内位置信息；
所述震动传感器模块监测载具的运动和停止状态，标记并输出载具的状态信息；
所述主控MCU模块分别和室外北斗定位模块、室内LoRa接收模块、震动传感器模块、 NB-IoT通讯模块连接，用以接收室外北斗定位模块输出的室外位置信息，接收LoRa接收模 块输出的室内位置信息，接收震动传感器模块输出的状态信息，并与NB-IoT通讯模块交互 信息数据；
所述NB-IoT通讯模块用以接收主控MCU模块输出的载具的室外状态信息或室内位置信 息数据，以及状态信息数据，并将信息数据打包上报给NB-IoT基站；
所述NB-IoT基站将信息数据透传给硬件管理平台；
所述硬件管理平台将信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台；
所述应用管理平台用以通过用户终端给用户输出载具的室内位置信息或室外位置信息， 以及状态信息；
所述NB-IoT通讯模块优先将室外位置信息数据和状态信息数据打包上报给NB-IoT基站。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，载具终端上电时， 同时打开室外北斗定位模块和室内LoRa接收模块，确定和输出载具所的室内位置信息或室 外位置信息，同时，震动传感器模块标记并输出载具的状态信息；
如室外北斗定位模块定位成功，则通过NB-IoT通讯模块将载具所在的室外位置信息及 状态信息打包上报给NB-IoT基站；
如室外北斗定位模块未定位成功，室内LoRa接收模块接收到室内LoRa信标的信号，则 通过NB-IoT通讯模块将载具的室内位置信息状态信息数据打包上报给NB-IoT基站；
如果室外北斗定位模块定位成功，且室内LoRa接收模块也接收到室内LoRa信标的信号， 则同时上报北斗定位模块输出的载具的室外位置信息和状态信息，应用管理平台以室内LoRa 接收模块接收到的室内LoRa信标的信号强度计算载具终端的位置；
如果室外北斗定位模块未成功定位，且室内LoRa接收模块接收也超时，则将载具所在 的室外位置信息填写0并上报NB-IoT基站，休眠后下个周期继续定位；
然后，NB-IoT基站将信息数据透传给硬件管理平台，将信息数据重新打包后，输出给用 应用管理平台，所述应用管理平台用以通过用户终端给用户输出载具的室内位置信息或室外 位置信息，以及状态信息。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，所述室外位置信息 为经纬度信息。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，室内LoRa接收模 块接收到室内LoRa信标的信号，则通过NB-IoT通讯模块将室内LoRa信标的设备ID和信号强度，以及载具的状态信息数据打包上报给NB-IoT基站，再将信息数据透传给硬件管理平台，硬件管理平台采用室内LoRa信标的设备ID号和信号强度数据，计算设备的位置，将位置信息转换为以信标位置为原点的室内二维坐标数据，然后把转换后室内二维坐标数据推 送给应用管理平台，应用管理平台再向用户输出载具的室外位置信息及状态信息。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，所述室内LoRa信 标，采用主控MCU和LoRa芯片架构；
主控MCU为通用单片机，LoRa芯片采用sx1268，频点配置470-510MHz，单频点配置，发射功率默认2db。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，所述基于LoRa和 NB-IoT的机场载具定位系统，还包括手持LoRa配置终端，所述手持LoRa配置终端通过用户电脑或者用户手机载具终端或者室内LoRa信标配置频点、功率、速率等信息。
进一步的，本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，所述手持LoRa配 置终端采用LoRa点对点通讯方式连接载具终端或室内LoRa信标，采用串口连接用户电脑， 或者通过OTG连接用户手机APP。
本发明采用上述的技术方案，取得了如下的技术效果。
本发明通过室外北斗定位和室内LoRa信标的双定位方式，准确定位载具终端所在位置， 精确度可到0.5米。
本发明可以实时了解外场所有载具使用状态，方便机场外场人员快速选择可用载具，及 时有效完成任务，提升工作效率。
本发明可以通过PC端或手机APP在地图上可一览整个外场所有载具的使用状态与位置 信息，使用方便。
本发明可以通过PC端和手机APP上地图进行实时查看载具位置信息，快速选择最近空 闲载具，并安全导航最恰当路线，操作便捷。
本发明的系统具有微安级功耗，50000mAh容量预计可供使用60个月。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介 绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定， 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 他相关的附图。
图1为本发明的载具终端的硬件架构示意图；
图2为室外北斗定位方法的框架示意图；
图3为室内LoRa信标定位方法的框架示意图；
图4为室内LoRa信标的硬件架构示意图；
图5为手持LoRa配置终端数据交互框架示意图。
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，需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)， 则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、 运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二” 等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个 该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例， 包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。在不冲突的情况下，本申请中的实施 例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1至5，本发明提供一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，包括载具终 端10、室内LoRa信标20、NB-IoT基站30、硬件管理平台40、应用管理平台50和用户终端70。
参见图1、图2和图3，载具终端10包括室外北斗定位模块11、室内LoRa接收模块12、震动传感器模块13、NB-IoT通讯模块14和主控MCU模块15，均设置于载具16上。
所述室外北斗定位模块11和室内LoRa接收模块12分别确定和输出载具16的室外位置 信息和室内位置信息。
所述震动传感器模块13监测载具16的运动和停止状态，标记并输出载具16的状态信息。 具体的，将载具16的状态标记为运动状态(状态1)或静止状态(状态0)并输出。
所述主控MCU模块15分别和室外北斗定位模块11、室内LoRa接收模块12、震动传感器模块13、NB-IoT通讯模块14连接，用以接收室外北斗定位模块11输出的室外位置信息，接收LoRa接收模块12输出的室内位置信息，接收震动传感器模块13输出的状态信息，并 与NB-IoT通讯模块14交互信息数据。
所述NB-IoT通讯模块14用以接收主控MCU模块15输出的载具的室外状态信息或室内 位置信息数据，以及状态信息数据，并将信息数据打包上报给NB-IoT基站30。
所述NB-IoT基站30将信息数据透传给硬件管理平台40。
所述硬件管理平台40将信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台50。
所述应用管理平台50用以通过用户终端70给用户输出载具16的室内位置信息或室外位 置信息，以及状态信息。
优选的，本发明的应用管理平台50，对数据进行解析处理，并将结果以可读、易懂的方 式呈现给机场工作人员。其功能主要包括：定位地图导航管理、权限管理、设备管理、数据 管理、应用/区域组管理、电量检测与报警管理等功能。
用户终端70为用户电脑71或用户手机72。
本发明采用室内和室外定位系统共存的机制，上报数据包中包含室内信标数据和室外经 纬度数据，如果上报室内信标数据不为0则以室内信标定位系统数据为准标记载具终端的位 置，如果上报室内信标数据为0则以室外定位数据为准标记载具终端的位置，如果上报室内 信标数据为0且室外定位数据也为0，则以上次上报有效位置为载具终端的当前位置。
本发明的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，工作状态下，当载具终端10 上电时，同时打开室外北斗定位模块11和室内LoRa接收模块12，确定和输出载具16所的室内位置信息或室外位置信息；同时，震动传感器模块13标记并输出载具16的状态信息。
如室外北斗定位模块11定位成功，则通过NB-IoT通讯模块14将载具16所在的室外位 置信息，此处指经纬度信息和载具16的状态信息打包上报给NB-IoT基站30，再将信息数据 透传给硬件管理平台40，硬件管理平台40将载具16的室外位置信息，此处指经纬度信息和 状态信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台50，应用管理平台50再向用户输出载具 16的室外位置信息及状态信息。
如果LoRa接收模块12接收到室内LoRa信标20的信号，则通过NB-IoT通讯模块14将室内位置信息，此处指室内LoRa信标20的设备ID和信号强度(RSSI值)，以及载具16 的状态信息数据打包上报给NB-IoT基站30，再将信息数据透传给硬件管理平台40，硬件管 理平台40采用上报的室内外置信息，此处指室内LoRa信标20的设备ID号和信号强度数据， 计算设备的位置，将位置信息转换为以信标位置为原点的室内二维坐标数据，然后把转换后 室内二维坐标数据推送给应用管理平台50，应用管理平台50再向用户输出载具16的室外位置信息及状态信息。
如果室外北斗定位模块11定位成功，且室内LoRa接收模块12也接收到室内LoRa信标 20的信号，则同时上报北斗定位模块11输出的载具16的室外位置信息和状态信息，应用管 理平台50以室内LoRa接收模块12接收到的室内LoRa信标20的信号强度计算载具终端的位置。
如果室外北斗定位模块11未成功定位，且室内LoRa接收模块12接收也超时，则将载 具16所在的室外位置信息，此处指经纬度信息填写0并上报平台，休眠后下个周期继续定位。
本发明的室内LoRa信标20用于在低功率状态(发射功率2db)下持续发送信号，载具 终端10接收室内LoRa信标20的信息。具体的，载具终端10的室内LoRa接收模块12接收室内LoRa信标20信息，将信标的设备ID和信号强度RSSI上报硬件管理平台40，硬件管理 平台40根据上报的信标ID和RSSI采用三角定位原理确定定位终端基于信标为原点的室内 二维坐标位置，达到室内定位的目的。
参见图4，本发明的室内LoRa信标20，采用主控MCU 22和LoRa芯片21架构。主控MCU 22选择通用单片机，LoRa芯片21采用sx1268，频点配置470-510MHz，单频点配置， 发射功率默认2db，可通过外部串口或者手持设备进行重新配置。
参见图5，作为一种优选的方案，本发明还可以包括手持LoRa配置终端60，所述手持 LoRa配置终端60通过用户电脑71或者用户手机72，方便快捷给载具终端10或者室内LoRa 信标20配置频点、功率、速率等信息。
手持LoRa配置终端60和载具终端10或者室内LoRa信标20发生关系，是电脑或手机配置载具终端或者LoRa信标的桥梁设备。
所述手持LoRa配置终端60采用LoRa点对点通讯方式连接载具终端10或室内LoRa信 标20，采用串口连接用户电脑71，或者通过OTG连接用户手机72APP。
进一步的，手持LoRa配置终端60先和电脑或者手机连接，和电脑通过USB线直接连接，和手机连接通过USB线接手机USB口通过OTG方式连接，连接后打开串口工具，输入 载具终端10或室内LoRa信标20的设备ID号，串口工具将设备ID发送给手持LoRa配置终 端60，手持LoRa配置终端60开始广播此ID，载具终端10或室内LoRa信标20接收到广播 的ID号后，判断是否和自己的ID匹配，如果不匹配则休眠，如果匹配则回复确认信息，这 样手持LoRa配置终端60就和载具终端10或室内LoRa信标20建立连接，然后就可通过串 口工具将配置信息通过手持LoRa配置终端发送给载具终端10或室内LoRa信标20。
手持LoRa配置终端60和载具终端10或室内LoRa信标20建立连接后，接收PC电脑或手机APP通过串口发送过来的配置信息，转发给载具终端10或LoRa信标20，并接收信 标反馈的结果给用户电脑71或用户手机71的APP。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应 认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：包括载具终端(10)、室内LoRa信标(20)、NB-IoT基站(30)、硬件管理平台(40)、应用管理平台(50)和用户终端(70)；
所述载具终端(10)包括室外北斗定位模块(11)、室内LoRa接收模块(12)、震动传感器模块(13)、NB-IoT通讯模块(14)和主控MCU模块(15)，均设置于载具(16)上；
所述室外北斗定位模块(11)和室内LoRa接收模块(12)分别确定和输出载具(16)的室外位置信息和室内位置信息；
所述震动传感器模块(13)监测载具(16)的运动和停止状态，标记并输出载具(16)的状态信息；
所述主控MCU模块(15)分别和室外北斗定位模块(11)、室内LoRa接收模块(12)、震动传感器模块(13)、NB-IoT通讯模块(14)连接，用以接收室外北斗定位模块(11)输出的室外位置信息，接收LoRa接收模块(12)输出的室内位置信息，接收震动传感器模块(13)输出的状态信息，并与NB-IoT通讯模块(14)交互信息数据；
所述NB-IoT通讯模块(14)用以接收主控MCU模块(15)输出的载具的室外状态信息或室内位置信息数据，以及状态信息数据，并将信息数据打包上报给NB-IoT基站(30)；
所述NB-IoT基站(30)将信息数据透传给硬件管理平台(40)；
所述硬件管理平台(40)将信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台(50)；
所述应用管理平台(50)用以通过用户终端(70)给用户输出载具(16)的室内位置信息或室外位置信息，以及状态信息；
所述NB-IoT通讯模块(14)优先将室外位置信息数据和状态信息数据打包上报给NB-IoT基站(30)。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：
载具终端(10)上电时，同时打开室外北斗定位模块(11)和室内LoRa接收模块(12)，确定和输出载具(16)所的室内位置信息或室外位置信息，同时，震动传感器模块(13)标记并输出载具(16)的状态信息；
如室外北斗定位模块(11)定位成功，则通过NB-IoT通讯模块(14)将载具(16)所在的室外位置信息及状态信息打包上报给NB-IoT基站(30)；
如室外北斗定位模块(11)未定位成功，室内LoRa接收模块(12)接收到室内LoRa信标(20)的信号，则通过NB-IoT通讯模块(14)将载具(16)的室内位置信息状态信息数据打包上报给NB-IoT基站(30)；
如果室外北斗定位模块(11)定位成功，且室内LoRa接收模块(12)也接收到室内LoRa信标(20)的信号，则同时上报北斗定位模块(11)输出的载具(16)的室外位置信息和状态信息，应用管理平台(50)以室内LoRa接收模块(12)接收到的室内LoRa信标(20)的信号强度计算载具终端的位置；
如果室外北斗定位模块(11)未成功定位，且室内LoRa接收模块(12)接收也超时，则将载具(16)所在的室外位置信息填写0并上报NB-IoT基站(30)，休眠后下个周期继续定位；
然后，NB-IoT基站(30)将信息数据透传给硬件管理平台(40)，将信息数据重新打包后，输出给用应用管理平台(50)，所述应用管理平台(50)用以通过用户终端(70)给用户输出载具(16)的室内位置信息或室外位置信息，以及状态信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：所述室外位置信息为经纬度信息。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：室内LoRa接收模块(12)接收到室内LoRa信标(20)的信号，则通过NB-IoT通讯模块(14)将室内LoRa信标(20)的设备ID和信号强度，以及载具(16)的状态信息数据打包上报给NB-IoT基站(30)，再将信息数据透传给硬件管理平台(40)，硬件管理平台(40)采用室内LoRa信标(20)的设备ID号和信号强度数据，计算设备的位置，将位置信息转换为以信标位置为原点的室内二维坐标数据，然后把转换后室内二维坐标数据推送给应用管理平台(50)，应用管理平台(50)再向用户输出载具(16)的室外位置信息及状态信息。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：所述室内LoRa信标(20)，采用主控MCU(22)和LoRa芯片(21)架构；
主控MCU(22)为通用单片机，LoRa芯片(21)采用sx1268，频点配置470-510MHz，单频点配置，发射功率默认2db。
6.根据权利要求5所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：所述基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，还包括手持LoRa配置终端(60)，所述手持LoRa配置终端(60)通过用户电脑(71)或者用户手机(72)载具终端(10)或者室内LoRa信标(20)配置频点、功率、速率等信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于LoRa和NB-IoT的机场载具定位系统，其特征在于：所述手持LoRa配置终端(60)采用LoRa点对点通讯方式连接载具终端(10)或室内LoRa信标(20)，采用串口连接用户电脑(71)，或者通过OTG连接手机(72)APP。
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Title
商谦谦等: "基于Android的CNSS/RFID室内外定位系统设计", 《电子测量技术》 *

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