CN112804747A - 一种空间定位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间定位的方法，涉及空间定位技术领域，包括A类节点为具有确切空间位置的多个网络节点，B类节点为待定空间位置的移动终端设备，基于A类节点之间距离与电磁波强度的映射对应关系，建立任意2点间的距离/电磁波强度标尺，位于A类节点网络内的B类节点对B类节点与A类节点之间电磁波强度进行测定，用动态标尺确定B类节点与A类节点之间的距离。本发明具有实时动态校准空间定位数据的特点，通过对空间定位源数据精确度的提升，实现空间定位成果精度的改善，解决了在定位空间内影响无线电波传播特征的因素动态变化较大、无规律而无法形成规律性特征模型所带来的测距不准的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空间定位技术领域，尤其涉及一种空间定位的方法。
背景技术
现在基于RSSI定位的技术是在多点发射电磁波的环境里，根据电磁场强度映射为距离的方法，影响该方法定位精度的主要因素之一是不同的环境因素对电磁场传播的影响。为了处理环境因素对电磁场传播的影响，通常采取预先采集指纹的方法，来建立电磁场传播特征与距离之间的关系。但是，影响无线电波传播特征的因素很多，而这些因素本身的变化多不具备规律性的特征，由此导致在实际中无法确定定位空间里无线电波传播特征的模型和规律，也就无法形成用于定位计算的准确数据，导致定位成果的精度随环境因素扰动而变化。
为了解决这一问题，我们提出了一种空间定位的方法，该方法具有实时动态校准空间定位数据的特征，并且不需要预先采集指纹。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种空间定位的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种空间定位的方法,A类节点为具有确切空间位置的多个网络节点，B类节点为待定空间位置的移动终端设备，基于A类节点之间距离与电磁波强度的映射对应关系，建立任意2点间的距离/电磁波强度标尺，位于A类节点网络内的B类节点对B类节点与A类节点之间电磁波强度进行测定，用动态标尺解算B类节点与A类节点之间的距离。
优选的，在需要定位的空间场所建立由n个无线发射/接收节点，包括A1,A2,,,An，n≧3组成的网络，其中，n个电磁波无线发射/接收节点为A类节点，且n个无线发射节点之间的空间距离已知，A类节点能够对接收到的n-1个节点的无线电波生成一一对应的一组RSSI数值。
优选的，任一B类节点进入n个A类节点组成的网络空间后，组成n+1个节点构成的网络，生成B节点与n个A类节点间一一对应的一组RSSI数值。
优选的，定位网络中的任一A类节点，以其接收到的其他A类节点的RSSI值由大到小的顺序排列并截取前M个节点，作为参与后续计算的A类节点。
优选的，提取所述的M个参与计算的A类节点的RSSI值和与之对应的节点间距离进行一一对应的映射，生成基于该节点的一组M个“基准动态标尺”。
优选的，对所述的“基准动态标尺”参数进行加权计算，生成反映以该节点为中心的无线电波传播特征的单一参数，以该单一参数作为该节点的修正后的“解算动态标尺”。
优选的，B节点根据所接收到的A类节点的RSSI值，按照由大到小的顺序排列，并截取前L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值，作为参与后续计算的A类节点，M值大于等于L值，且L值大于等于3。
优选的，B节点采集到的来自L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值与B节点和L个A类节点的未知距离，形成含有待定距离的解算方程，实时计算出B节点与L个A类节点之间的一组距离值。
优选的，基于权利要求8所述的B节点与L个A类节点之间的一组距离值导入定位空间的坐标体系，生成节点B所处的空间位置。
优选的，所述每一次执行定位过程时得到的定位数据都是适应当时的无线电波传播特征的准确数据，通过连续执行上述步骤得到实时、动态、连续、准确的空间定位源数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该发明基于RSSI定位的基本原理，通过实时动态地校准无线电波在所需定位场所的传播强度特征与对应空间距离的关系，生成定位空间内实时动态的无线电波传播特征模型参数，以移动端节点接收到的网络节点数据计算移动端节点与周边多个A类节点间的距离。该计算过程涉及本方法所设计的数据筛选、清洗、加权等数据处理方法，以保证数据选取的科学性和数据结果的准确性。从而为定位算法提供实时动态高精度的源数据，实现改善定位精度的目的。
2、该发明通过进行空间定位数据的采集和计算，为空间定位计算提供即时准确的源数据，改善空间定位结果的精度；适应无线电波在传播过程中受各种环境因素影响无法确定其传播特征导致的空间距离与RSSI值关系不稳定，并解决了无线电波在动态变化较大的环境条件下电磁波传播特征变化、且无法形成规律性特征模型所带来的测距不准的问题。
具体实施方式
下面将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。
实施例一
一种空间定位的方法，包括A类节点为具有确切空间位置的多个网络节点，B类节点为待定空间位置的移动终端设备，其中，移动终端设备可为电子设备(包括计算机、手机、ipad等)，基于A类节点之间距离与电磁波强度的映射对应关系，建立任意2点间的距离/电磁波强度标尺，位于A类节点网络内的B类节点对B类节点与A类节点之间电磁波强度进行测定，用动态标尺确定B类节点与A类节点之间的距离，主要包含以下步骤：
S1、在需要定位的空间场所建立由n个无线发射/接收节点，包括A1,A2,,,An，n≧3组成的网络，其中，n个电磁波无线发射/接收节点为A类节点，且n个无线发射/接收节点之间的空间距离已知，A类节点能够对接收到的n-1个节点的无线电波生成一一对应的一组RSSI数值；
S2、任一B类节点进入n个A类节点组成的网络空间后，组成n+1个节点构成的网络，生成B节点与n个A类节点间一一对应的一组RSSI数值；
S3、定位网络中的任一A类节点，以其接收到的其他A类节点的RSSI值由大到小的顺序排列并截取前M个节点，作为参与后续计算的A类节点；
S4、提取步骤S3所述的M个参与计算的A类节点的RSSI值和与之对应的节点间距离进行一一对应的映射，生成基于该节点的一组M个基准动态标尺；
S5、对步骤S4所述的“基准动态标尺”参数进行加权计算，生成反映以该节点为中心的无线电波传播特征的单一参数，以该单一参数作为该节点的修正后的“解算动态标尺”；
S6、对于步骤S2中B节点根据所接收到的A类节点的RSSI值，按照由大到小的顺序排列，并截取前L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值，作为参与后续计算的A类节点，M值大于等于L值，且L值大于等于3；
S7、基于步骤S6中，B节点采集到的来自L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值，形成包含B节点和L个A类节点的未知距离待定距离的解算方程，实时计算出B节点与L个A类节点之间的一组距离值；
S8、基于步骤S7所述的B节点与L个A类节点之间的一组距离值导入定位空间的坐标体系，生成节点B所处的空间位置；
更加具体地是，每一次定位过程周期所用的时间，与被定位对象的位置移动所占用的时间相比极短，在此极短的时间内的定位空间内的无线电波传播影响因素视为稳定不变的，在不同的重复上述步骤的时间间隔区间之间的无线电波传播影响因素视为变化的；
其中，所述每一次执行定位过程时得到的定位数据都是适应当时的无线电波传播特征的准确数据，通过连续执行上述步骤得到实时、动态、连续、准确的空间定位源数据；更加具体地是，执行一次定位过程的时间和重复执行的频率是可以设定的，针对不同的应用场景，当重复执行定位过程的时间间隔远小于移动端位置变动的速度时，则该定位结果体现出实时定位的效果；
本实施例中，通过计算确定出定位空间里无线电波传播特征的模型和规律，得到了在定位空间环境因素变化的情况下实时的RSSI强度数值与节点间空间距离的动态关系标尺，以动态标尺数据为基础动态计算被定位目标的空间位置，该计算过程涉及本方法所设计的数据筛选、清洗、加权等数据处理方法，以保证数据选取的科学性和数据结果的准确性，从而为定位算法提供实时动态高精度的源数据，实现改善定位精度的目的。
其中，动态标尺的计算以及移动定位端实时接收的n个无线网络节点信号的电磁波能量并转化为RSSI值和基于动态标尺参数进行定位的数据处理，构建云、边、端的架构实现解算、传播。
与本方法相适应的网络配置方案和相应的数据处理和计算方法等均构成本方法的内容；该方法广泛适用于类似问题的解决中。
本实施例中，通过上述步骤中的方法，能够实施导航或其他应用；在步骤S8得到的成果，可以用于路径导航或其他基于位置服务的应用；
需要说明的是，本发明为实现定位数据的采集和校准设计了简洁的数据结构，可以有效降低网络节点的功耗和数据传输的数量，优化网络效率；
在本方法中涉及到A类节点之间、A类节点与B类节点、以及节点与本方法所采用的网络设备之间的数据传输，均采用了点与点之间直接收发传输的模式，相比将所有数据上传平台再下发终端设备或节点的方案具有更高的效率；
更加具体的是，本方法通过优化的数据结构和算法大大降低了数据计算的量，同时将计算工作分别放在A类节点和B类节点本身，发挥B类节点移动终端设备强大的计算能力为主要计算平台，优化网络结构和提高计算效率；
其中，步骤S1至步骤S8中的步骤过程在设定的时间周期内重复运作，其时间间隔针对不同的应用场景设置不同的频率，当该时间间隔远小于移动端位置变动的速度时，则该定位结果体现出实时定位的效果；其中，通过RSSI值/距离标尺度量移动端与具有确定空间位置无线发射/接收节点的距离值；通过节点的地理坐标变换，可将移动端在n个无线发射节点间的距离转换为不同应用需求的位置坐标。
需要说明的是，本发明针对在这种随机变化的电磁场环境里使用RSSI进行定位的技术，提出的实时动态校准空间定位数据的方法，即不是以原电磁场环境测得的指纹作为环境已经变化了的电磁场特征，而是基于任意2节点之间的距离L'和实时获取的两点间的RSSI值，建立任意2节点之间的RSSI/L'动态标尺，基于该动态标尺度量移动端实测的与各个节点之间的RSSI值，然后映射为移动端到各个节点的距离；
本实施例中，该发明基于RSSI定位的原理，通过实时动态地校准无线电波在所需定位场所的传播强度特征与对应空间距离的关系—基准动态标尺，通过计算得出n个以A类节点为中心的实时电磁场特征模型参数—解算动态标尺，与相对应的RSSI强度值构成方程，计算出移动端在定位空间内的实时空间位置，为定位算法提供实时动态高精度的源数据，能够对移动目标在室内进行准确定位。
在该发明实施过程中，通过运用移动端为载体，进行实时动态校准空间定位数据的方法为空间定位计算提供即时准确的源数据，从而改善空间定位结果的精度。
更加具体的是，该方法解决了无线电波在传播过程中受各种环境因素影响无法确定其传播特征导致的空间距离与RSSI值关系不稳定的问题，从而实现对基于RSSI原理的空间定位方法基础源数据的精确采集，从源头上提高空间定位的精度；解决了无线电波在动态变化较大的环境条件下电磁波传播特征变化、且无法形成规律性特征模型所带来的测距不准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空间定位的方法，其特征在于：A类节点为具有确切空间位置的多个网络节点，B类节点为待定空间位置的移动终端设备，基于A类节点之间距离与电磁波强度的映射对应关系，建立任意2点间的距离/电磁波强度标尺，位于A类节点网络内的B类节点对B类节点与A类节点之间电磁波强度进行测定，用动态标尺确定B类节点与A类节点之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种空间定位的方法，其特征在于，在需要定位的空间场所建立由n个无线发射/接收节点，包括A1,A2,,,An，n≧3组成的网络，其中，n个电磁波无线发射/接收节点为A类节点，且n个无线发射节点之间的空间距离已知，A类节点能够对接收到的n-1个节点的无线电波生成一一对应的一组RSSI数值。
3.根据权利要求1所述的一种空间定位的方法，其特征在于，任一B类节点进入n个A类节点组成的网络空间后，组成n+1个节点构成的网络，生成B节点与n个A类节点间一一对应的一组RSSI数值。
4.根据权利要求1所述的一种空间定位的方法，其特征在于，定位网络中的任一A类节点，以其接收到的其他A类节点的RSSI值由大到小的顺序排列并截取前M个节点，作为参与后续计算的A类节点。
5.根据权利要求4所述的一种空间定位的方法，其特征在于，提取所述的M个参与计算的A类节点的RSSI值和与之对应的节点间距离进行一一对应的映射，生成基于该节点的一组M个“基准动态标尺”。
6.根据权利要求5所述的一种空间定位的方法，其特征在于，对所述的“基准动态标尺”参数进行加权计算，生成反映以该节点为中心的无线电波传播特征的单一参数，以该单一参数作为该节点的修正后的“解算动态标尺”。
7.根据权利要求3所述的一种空间定位的方法，其特征在于，B节点根据所接收到的A类节点的RSSI值，按照由大到小的顺序排列，并截取前L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值，作为参与后续计算的A类节点，M值大于等于L值，且L值大于等于3。
8.根据权利要求7所述的一种空间定位的方法，其特征在于，B节点采集到的来自L个A类节点的RSSI值和对应的“解算动态标尺”值与B节点和L个A类节点之间的未知距离，形成含有待定距离的解算方程，实时计算出B节点与L个A类节点之间的一组距离值。
9.根据权利要求1所述的一种空间定位方法，其特征在于，基于权利要求8所述的B节点与L个A类节点之间的一组距离值导入定位空间的坐标体系，生成节点B所处的空间位置。
10.根据权利要求1所述的一种空间定位的方法，其特征在于，所述每一次执行定位过程时得到的定位数据都是适应当时的无线电波传播特征的准确数据，通过连续执行上述步骤得到实时、动态、连续、准确的空间定位源数据。
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