CN113329333B - 一种室内定位的方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本文涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种室内定位的方法、装置、计算机设备及存储介质。其中方法包括结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；检测所述电子工卡的实时位姿以及计算所述电子工卡的估计位姿；当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。利用本文实施例，可以无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。

Description

一种室内定位的方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本文涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种室内定位的方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
目前，在银行、军工等高保密单位内部，由于业务场景的要求经常需要对员工所在位置进行实时定位或历史轨迹追踪，以保证业务的安全性。现有的定位方法如GPS(GlobalPosition System)定位，因在室内GPS信号被遮挡而无法实现定位，而传统的室内定位方法如Zigbee定位等易受室内环境的遮挡干扰，易出现室内特定区域无法定位的情况。
如何实现在室内精准定位是现有技术中亟需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本文实施例提供了一种室内定位的方法、装置、计算机设备及存储介质，通过将多种室内定位方法相结合，实现了更加准确的室内定位，并且可以提高企业对于敏感区域的安全控制。
本文实施例提供了一种室内定位的方法，包括，
结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；
检测所述电子工卡的实时位姿以及计算所述电子工卡的估计位姿；
当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。
本文实施例还提供了一种室内定位装置，包括，
初始位姿获取单元，用于结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；
实时位姿获取单元，用于检测所述电子工卡的实时位姿；
估计位姿计算单元，用于计算所述电子工卡的估计位姿；
融合计算单元，用于当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。
本文实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
本文实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现上述的方法。
利用本文实施例，可以无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。
附图说明
为了更清楚地说明本文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文的一些实施例，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所示为本文实施例一种室内定位系统的结构示意图；
图2所示为本文实施例一种室内定位的方法流程图；
图3所示为本文实施例一种室内定位装置的结构示意图；
图4所示为本文实施例一种室内定位装置的详细结构示意图；
图5所示为本文实施例一种室内定位的方法流程图；
图6为本文实施例室内区域示意图；
图7所示为本文实施例在区域3中根据融合算法得到轨迹的示意图；
图8为本文实施例一种智能移动终端的结构示意图。
【附图标记说明】
101、电子工卡；
102、智能移动终端；
103、服务器；
301、初始位姿获取单元；
302、实时位姿获取单元；
3021、第一位姿获取模块；
3022、替换模块；
303、估计位姿计算单元；
3031、移动数据获取模块；
3032、估计位姿计算模块；
304、融合计算单元；
3041、动态调节模块；
305、UWB信号单元；
306、门禁单元；
a、UWB定位基站；
b、d、门禁；
c、定位信号遮挡物；
e、电子工卡的位置；
800、便携式多功能设备；
802、存储器；
804、存储器控制器；
806、处理器；
808、外围设备接口；
810、射频电路；
812、音频电路；
8121、扬声器；
8122、麦克风；
814、I/O子系统；
8141、显示控制器；
8142、光学传感器控制器；
8143、触觉反馈控制器；
8144、其他输入控制器；
816、外部端口；
818、接近传感器；
820、加速度计；
822、触摸显示系统；
824、光学传感器；
826、触觉输出发生器；
828、其他输入或控制设备；
830、通信总线或信号线；
832、电力系统。
具体实施方式
下面将结合本文实施例中的附图，对本文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文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，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，都属于本文保护的范围。
如图1所示为本文实施例一种室内定位系统的结构示意图，在本图中描述了通过电子工卡101、智能移动终端102、服务器103相结合的室内定位方法，其中的所述智能移动终端102包括可以记录所述智能移动终端移动信息的惯性传感器，以及与所述电子工卡101通信的第一通信单元，还包括与所述服务器103通信获取室内地图信息的第二通信单元，以及用于根据所述惯性传感器以及室内地图信息进行当前位置估算的微处理器；电子工卡101包括可以实现定位功能的超宽带单元(Ultra Wide Band，UWB)以及用于进行设备识别的射频单元(Radio Frequency Identification，RFID)，以及用于与智能移动终端102通信的通信单元，用于根据超宽带单元、射频单元的数据，以及通过通信单元获取的移动信息进行当前位置计算的微处理器，还包括向电子工卡101上所有单元、模块供电的供电单元，其中，所述超宽带单元通过与室内的UWB基站通信来获得与各个UWB基站之间的距离，从而进行室内定位。所述服务器103用于向所述智能移动终端102提供所述室内地图信息。
上述实施例仅是本文技术方案的一种实施方式，还有其他可替代的系统结构，例如，所述电子工卡101上也可以具备惯性传感器，例如九轴传感器，这样就可以不需要智能移动终端102通过第一通信单元与电子工卡101传递移动信息；在另一个实施例中，所述电子工卡101还可以通过内置的通信单元直接从服务器103中获取室内地图信息，或者所述室内地图信息直接预置在所述电子工卡101内部的存储器中。
本文的实施例通过在电子工卡上结合多种定位方法，可以应用于金融领域或其他领域，在室内进行精准的定位，无论在室内定位信号是否被遮挡或者丢失的情况下，都可以结合多种定位方法完成室内定位，对于涉密行业员工的移动轨迹进行记录和跟踪，从而确保涉密企业的机密安全。
如图2所示为本文实施例一种室内定位的方法流程图，在本图中描述了利用电子工卡进行室内定位的流程方法，其中涉及了几个重要的技术，其中之一就是UWB技术，超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽，其基于的主要原理是双向飞行时间法(TW-TOF，two way-time offlight)，电子工卡和基站从启动开始即会生成一条独立的时间戳，电子工卡的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，基站在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被电子工卡在自己的时间戳Ta2时刻接收，由此可以计算出脉冲信号在电子工卡和基站之间的飞行时间，从而确定飞行距离S，S＝C×[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)]，其中C为光速。在本文的实施例中，通过在室内布置多个已知坐标的定位基站，需要定位的人员通过携带电子工卡，该电子工卡按照一定的频率发射脉冲信号，不断和多个已知位置的定位基站进行测距，通过一定的精确算法定出电子工卡的位置。具体包括：
步骤201，结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；
步骤202，检测所述电子工卡的实时位姿以及计算所述电子工卡的估计位姿；
步骤203，当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。
通过本文实施例的方法，结合了信号检测得到的实时位姿以及根据电子工卡移动数据计算得到的估计位姿进行融合计算得到电子工卡的当前位姿，可以克服室内定位只使用信号检测中，例如UWB方式，信号被遮挡或者信号弱等造成的室内定位不准确的问题，并且还能克服根据移动方向、速度等移动数据进行计算得到的室内定位不准确的问题，将多种室内定位方式相结合从而能够更加准确的对电子工卡进行室内定位。
作为本文的一个实施例，所述室内地图包括以下内容：定位检测设备的坐标。
在上述步骤中，所述定位检测设备的坐标进一步包括，UWB定位基站的坐标；所述定位检测设备的坐标还可以包括，门禁坐标。其中，所述UWB定位基站可能具有多个，通常上来说可能为3个或者4个，或者更多，分别位于室内的不同区域，从而可以令电子工卡根据定位信号和响应信号之间的时间差计算与各个UWB定位基站之间的距离，根据多个所述UWB定位基站的坐标可以得到电子工卡的实时位姿；当所述定位检测设备为门禁时，当用户使用电子工卡与门禁进行通信时，可以根据所述室内地图中记录的门禁坐标以及当前正在通信的门禁编号，准确的确定电子工卡的实时位姿。其中，位姿包括电子工卡的坐标和移动方向与X轴的夹角，所述移动方向可以根据相邻时刻或者相近时刻电子工卡的坐标变化而得到电子工卡的移动方向与X轴的夹角，如果相邻时刻电子工卡的坐标没有变化，则移动方向与X轴的夹角不变。
作为本文的一个实施例，在结合室内地图，获取电子工卡初始位姿中进一步包括，
根据所述电子工卡与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；
根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到所述电子工卡的初始位姿。
在上述步骤中，可以通过到达时间算法(TOA)或者到达时间差算法(TDOA)等算法计算所述电子工卡与室内的多个UWB定位基站之间的距离，并通过所述UWB定位基站在室内地图中的坐标计算电子工卡的位置。
其中，TOA算法中，假设电子工卡的坐标为(X0，Y0)，UWB定位基站的坐标为(Xi，Yi)，i为不同的UWB定位基站，电子工卡的坐标与UWB定位基站坐标满足如下公式：
(X0-Xi)2+(Y0-Yi)2＝Ri 2，其中i＝1,2,3…，Ri为不同UWB定位基站的定位信号覆盖半径。
TDOA算法中，假设电子工卡的坐标为(X0，Y0)，周边的2个UWB定位基站为UWB定位基站1、UWB定位基站2，UWB定位基站3，UWB定位基站1的坐标为(X1，Y1)，UWB定位基站2的坐标为(X2，Y2)，UWB定位基站3的坐标为(X3，Y3)，电子工卡的坐标与UWB定位基站1和UWB定位基站2的距离差为：
Figure BDA0003086837940000061
其中R21为电子工卡距离UWB定位基站1和UWB定位基站2的距离差，R1为UWB定位基站1的定位信号覆盖半径，R2为UWB定位基站2的定位信号覆盖半径。
再计算R31，即电子工卡的坐标与UWB定位基站1和UWB定位基站3的距离差，结合R21和R31可以得到两组双曲线产生的两个交点，从而可以得到电子工卡的坐标。
通过上述方法可以得到所述电子工卡的坐标，再通过下一个时刻电子工卡的坐标可以获得该电子工卡的移动方向，结合所述电子工卡的坐标和移动方向与X轴的夹角可以得到电子工卡的初始位姿。
作为本文的一个实施例，在结合室内地图，获取电子工卡初始位姿中进一步包括，获取门禁信息；
在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的初始位姿。
在上述步骤中，当用户到达单位进入办公区时，通过将电子工卡贴近门禁系统时，通过RFID等技术门禁系统可以获取电子工卡中的信息，当该电子工卡中的信息标识可以通过该门禁时，则解锁或者自动开门让用户通过，当该电子工卡中的信息标识不能通过该门禁时，则保持门的封闭状态。在电子工卡与门禁系统进行通信时，电子工卡获取了门禁系统的设备编号，通过在电子工卡内部的存储器中的室内地图进行匹配，寻找与所述设备编号相同的门禁系统，当寻找到与设备编号相对应的门禁系统时，就可以通过室内地图中记录的各个门禁系统的坐标来获取电子工卡的坐标，从而确定电子工卡的初始位姿，此时的移动方向与X轴的夹角保持不变，当电子工卡在与门禁系统通信时，电子工卡与门禁系统保持平行，当所述门禁系统与世界坐标的X轴呈一夹角时，所述电子工卡的移动方向与X轴的夹角和门禁系统与世界坐标的X轴夹角一致。
作为本文的一个实施例，在计算所述电子工卡的估计位姿中进一步包括，
获取所述电子工卡的移动数据；
根据所述初始位姿以及所述移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿。
在上述步骤中，所述移动数据包括电子工卡的瞬时速度和角速度，可以通过在电子工卡上设置加速度传感器、或者九轴传感器等来获取移动数据，还可以利用智能移动终端的传感器来获得移动数据，例如，用户携带智能手机以及电子工卡，当用户在室内移动时，智能手机和电子工卡将一同移动，并且瞬时速度和角速度都一致，获取智能手机的加速度传感器或者九轴传感器采集到的瞬时速度和角速度就相当于电子工卡的瞬时速度和角速度。通过这种智能移动终端与电子工卡协作的方式来进行室内定位时，还可以防止用户盗用他人电子工卡进入敏感区域的问题，在用户的智能移动终端与该用户的电子工卡进行绑定后(例如通过密码、指纹等密钥方式进行绑定，或者还可以通过蓝牙等方式进行绑定)，电子工卡只能从该用户的智能移动终端获取移动数据以及室内地图，当其他用户盗用该电子工卡后，该电子工卡无法与其他用户的智能移动终端绑定，从而无法获取该智能移动终端的移动数据，无法进行估计位姿的计算，当无法进行估计位姿的计算时，远端服务器会通过与电子工卡的通信连接发现该电子工卡无法进行估计位姿的计算，向相关人员或者终端发出报警信息；或者当用户盗用其他用户的电子工卡通过门禁系统时，门禁系统与电子工卡进行通信，电子工卡需要与其绑定的智能移动终端进行通信，例如进行特定标识符传递以及验证，然后才能通过门禁系统。
作为本文的一个实施例，根据所述初始位姿以及所述移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿中进一步包括，
所述电子工卡的估计位姿为：
Figure BDA0003086837940000081
其中，xp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着X轴坐标，yp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k+1)为电子工卡估计位姿移动方向与X轴的夹角；xp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着X轴坐标，yp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿的移动方向与X轴的夹角；Δx(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着X轴的移动距离，Δy(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着Y轴的移动距离，ΔΨ(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的移动方向与X轴的夹角的变化，Δt为k时刻和(k+1)时刻之间的时间差；V(k)为电子工卡的瞬时速度，w(k)为电子工卡的角速度。
在上述步骤中，当(k)时刻为初始时刻时，例如用户携带电子工卡刚刚开始室内定位时，或者用户携带工卡刚刚通过门禁时，[xp(k),yp(k),Ψ(k)]为电子工卡的初始位姿，k＝0。
作为本文的一个实施例，检测所述电子工卡的实时位姿进一步包括，
根据所述电子工卡与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；
根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到包括所述电子工卡坐标信息和移动方向与X轴的夹角的第一位姿；
当获取门禁信息后，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，将得到的门禁坐标信息替换所述第一位姿中的坐标信息，形成第二位姿，将所述第二位姿作为所述实时位姿。
在本步骤中，通过基于UWB方式获得电子工卡的实时位姿，当电子工卡与门禁系统通信后，则用门禁系统的坐标作为实时位姿中的坐标，移动方向保持UWB方式获得的移动方向不变。
作为本文的一个实施例，当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿中进一步包括，
根据如下公式进行融合计算得到电子工卡的当前位姿：
X(k+1)＝αX(k+1)实时+(1-α)X(k+1)估计
其中，α是与检测实时位姿相关的参数，α∈[0,1]；X(k+1)实时为电子工卡检测到的实时位姿，X(k+1)估计为电子工卡的估计位姿。
在本步骤中，α可以根据UWB定位信号的解算质量动态变化，越大说明实时位姿越准确，如果是门禁坐标替换了UWB方式获得的坐标情况下，可以将α取1，忽略估计位姿。
作为本文的一个实施例，根据对UWB定位基站发射的定位信号的解算来动态变化所述α参数值。
在本步骤中，例如当电子工卡只能与1个UWB定位基站进行定位信号发射和响应时，α参数值可以设定为0.2，通过与1个UWB定位基站确定的距离作为半径，以该UWB定位基站坐标作为圆心生成多个待选的实时位姿，寻找与估计位姿最接近且移动方向最接近的待选实时位姿作为实时位姿；当电子工卡可以与2个UWB定位基站进行定位信号发射和响应时，α参数值可以设定为0.3，通过2个UWB定位基站确定的待选实时位姿作为实时位姿；当电子工卡能与3个或者更多UWB定位基站进行定位信号发射和响应时，α参数值可以设定为0.8，通过多个UWB定位基站确定的待选实时位姿作为实时位姿。
作为本文的其他实施例，还可以根据UWB定位基站的定位信号强弱来动态设定α参数值，例如能够接收到4个UWB定位基站的定位信号，其中3个定位信号的信噪比超过预定门限值，1个定位信号的信噪比低于预定门限值，则可以以3个定位信号作为实时位姿的计算源，并将α参数值设定为0.8，如果仅有2个定位信号的信噪比超过预定门限值，则将α参数值设定为0.3，其中，设定α参数值的具体数值可以为其他数值。
作为本文的一个实施例，当与门禁系统进行通信后获得门禁信息，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的实时位姿；
将所述α设置为1，进行融合计算得到电子工卡的当前位姿。
在本步骤中，当用户携带电子工卡通过门禁系统时，获得正在通过的门禁系统的编号或者唯一标识符，从而在电子工卡内部的室内地图中匹配门禁系统的坐标，根据该门禁系统的坐标可以确定实时位姿，即利用门禁系统的坐标替换UWB定位方式中的坐标，保留UWB定位方式中的移动方向；通过该实时位姿可以利用上述的融合算法计算电子工卡的当前位姿，即以门禁系统的坐标产生的实时位姿作为电子工卡的当前位姿。
通过上述本文实施例的方法，可以融合多种室内定位方法实现更加精准的室内定位，并且在一些屏蔽信号的室内位置也可以实现精准的室内定位；通过用户携带的电子工卡可以跟踪用户的移动轨迹，并且通过电子工卡与智能移动终端之间的绑定关系可以根据估计位姿的计算来进行报警，从而可以加强敏感区域的安全防控。
如图3所示为本文实施例一种室内定位装置的结构示意图，在本图中描述了利用电子工卡进行室内定位的装置基本结构，其中的功能单元、模块可以采用软件方式实现，也可以采用通用芯片或者特定芯片实现，所述的功能单元、模块一部分或者全部可以在电子工卡上，或者其中的一部分也可以在智能移动终端上，通过与电子工卡的配合来实现室内定位，该装置具体包括：初始位姿获取单元301、实时位姿获取单元302、估计位姿计算单元303、融合计算单元304；
初始位姿获取单元301，用于结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；
实时位姿获取单元302，用于检测所述电子工卡的实时位姿；
估计位姿计算单元303，用于计算所述电子工卡的估计位姿；
融合计算单元304，用于当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。
通过本文实施例的装置，结合了信号检测得到的实时位姿以及根据电子工卡移动数据计算得到的估计位姿进行融合计算得到电子工卡的当前位姿，可以克服室内定位只使用信号检测中，例如UWB方式，信号被遮挡或者信号弱等造成的室内定位不准确的问题，并且还能克服根据移动方向、速度等移动数据进行计算得到的室内定位不准确的问题，将多种室内定位方式相结合从而能够更加准确的对电子工卡进行室内定位。
作为本文的一个实施例，如图4所示为本文实施例一种室内定位装置的详细结构示意图，在本图中详细的描述了室内定位装置的结构，其中一部分功能单元、模块可以设置于电子工卡之上，一部分功能单元、模块可以利用移动智能终端上现有的功能单元或者模块，功能单元或者模块可以通过软件或者运行特定软件程序的芯片实现，所述装置还包括，UWB信号单元305，
所述UWB信号单元305，用于与UWB定位基站之间收发定位信号；
所述初始位姿获取单元301进一步用于，根据与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到所述电子工卡的初始位姿。
作为本文的一个实施例，所述装置还包括，门禁单元306，
所述门禁单元306，用于获取门禁信息；
所述初始位姿获取单元301进一步用于，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的初始位姿。
作为本文的一个实施例，所述估计位姿计算单元303进一步包括，
移动数据获取模块3031，用于获取所述电子工卡的移动数据；
估计位姿计算模块3032，用于根据所述初始位姿以及所述移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿。
作为本文的一个实施例，所述估计位姿计算模块3032采用如下公式计算电子工卡的估计位姿：
Figure BDA0003086837940000121
其中，xp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着X轴坐标，yp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k+1)为电子工卡估计位姿移动方向与X轴的夹角；xp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着X轴坐标，yp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿的移动方向与X轴的夹角；Δx(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着X轴的移动距离，Δy(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着Y轴的移动距离，ΔΨ(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的移动方向与X轴的夹角的变化，Δt为k时刻和(k+1)时刻之间的时间差；V(k)为电子工卡的瞬时速度，w(k)为电子工卡的角速度。
作为本文的一个实施例，所述实时位姿获取单元302进一步包括，
第一位姿获取模块3021，用于根据与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到包括所述电子工卡坐标信息和移动方向与X轴的夹角的第一位姿；
替换模块3022，用于当获取门禁信息后，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，将得到的门禁坐标信息替换所述第一位姿中的坐标信息，形成第二位姿，将所述第二位姿作为所述实时位姿。
作为本文的一个实施例，所述融合计算单元304进一步采用如下公式进行融合计算得到电子工卡的当前位姿：
X(k+1)＝αX(k+1)实时+(1-α)X(k+1)估计
其中，α是与检测实时位姿相关的参数，α∈[0,1]；X(k+1)实时为电子工卡检测到的实时位姿，X(k+1)估计为电子工卡的估计位姿。
作为本文的一个实施例，所述融合计算单元304进一步包括，动态调节模块3041，
所述动态调节模块3041，用于根据对UWB定位基站发射的定位信号的解算来动态变化所述α参数值。
作为本文的一个实施例，所述动态调节模块3041进一步用于，当与门禁系统进行通信后获得门禁信息，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的实时位姿；将所述α设置为1，进行融合计算得到电子工卡的当前位姿。
通过上述本文实施例的装置，可以融合多种室内定位方法实现更加精准的室内定位，并且在一些屏蔽信号的室内位置也可以实现精准的室内定位；通过用户携带的电子工卡可以跟踪用户的移动轨迹，并且通过电子工卡与智能移动终端之间的绑定关系可以根据估计位姿的计算来进行报警，从而可以加强敏感区域的安全防控。
如图5所示为本文实施例一种室内定位的方法流程图，在本图中以室内分为三个区域为例作为说明，请参见图6为本文实施例室内区域示意图，在图6中a为UWB定位基站，b、d为门禁，c为定位信号遮挡物，e为电子工卡的位置；在区域1中具有三个UWB定位基站，分别位于区域1中如图示位置，区域2中也具有三个UWB定位基站分别位于区域2中如图示位置，区域3中没有UWB定位基站，并且被定位信号遮挡物所包围；在区域1和区域2之间具有门禁b，区域2和区域3之间具有门禁d；以该图的左下角作为世界坐标的原点，纵向为Y轴坐标，横向为X轴坐标，位于区域2中心位置的电子工卡e的初始位姿为[xp(0)，yp(0)，Ψ(0)]，其中[xp(0)，yp(0)]为电子工卡在世界坐标系中的坐标，Ψ(0)为电子工卡的移动方向与X轴的夹角。用户携带电子工卡在如图6所示的室内环境中移动并进行定位的流程如下：
步骤501，电子工卡与智能手机通信进行绑定。
在本步骤中，电子工卡可以通过NFC(近场通信)的方式与智能手机进行通信和绑定，例如电子工卡建立与智能手机的通信连接后，向智能手机发送URL(统一资源配置符)，令智能手机可以连接到指定的URL，在连接的服务器上进行验证、授权等工作，在服务器上记录电子工卡和智能手机之间的配对关系。当电子工卡与智能手机进行通信时，都需要经过服务器的授权，当服务器判断智能手机与当前正在与该智能手机通信的电子工卡不存在配对关系，并且该电子工卡已经与其他智能手机配对，则验证不通过不予授权；当智能手机接收到服务器的授权后，才能将授权信息发送给电子工卡，电子工卡在室内定位中才会到绑定的智能手机获取移动数据以及室内地图。
步骤502，电子工卡通过智能手机从服务器下载室内地图。
在本步骤中，当电子工卡与智能手机配对后，可以相互传递数据和通信，则可以通过预置的命令指令智能手机从服务器下载室内地图，特别是可以根据电子工卡的身份下载相应室内地图，当智能手机下载相应室内地图后，可以通过NFC等方式将室内地图传送给电子工卡，存储于电子工卡的内部存储器中。
在所述室内地图中具有UWB定位基站的坐标、门禁的坐标、门禁与X轴的夹角等信息。
步骤503，通过UWB定位基站确定电子工卡的初始位姿。
在本步骤中，在电子工卡中内置UWB模块用于与UWB定位基站进行定位，在本实施例中可以采用TDOA算法，或者也可以采用其他UWB的定位算法从而获得电子工卡的初始位姿[xp(0)，yp(0)，Ψ(0)]。其中，电子工卡的移动方向可以通过前后时刻的坐标位置变化获得，也可以通过智能手机的方向传感器获取。
步骤504，通过UWB定位基站确定电子工卡的实时位姿。
在本步骤中，当用户携带电子工卡在室内移动时，可以采用上一个步骤相同的方式获得电子工卡的实时位姿。
其中，假设用户携带电子工卡移动到图6的门禁b处，将电子工卡贴近门禁b处的读卡器，门禁系统获取电子工卡的信息，电子工卡也获取门禁b的编号，通过与存储器存储的室内地图中的门禁信息进行比较，找到与门禁b编号相同的门禁坐标，并且还能获取该门禁b与世界坐标系X轴的夹角，则可以将实时位姿中的坐标信息替换为门禁b的坐标，将移动方向与X轴的夹角替换为门禁b与X轴的夹角。
步骤505，根据初始位姿以及电子工卡的移动数据计算估计位姿。
在本步骤中，从获得了电子工卡的初始位姿之后即启动了估计位姿的计算，其中，电子工卡可以通过与智能手机的通信连接获取智能手机九轴传感器中的瞬时速度以及旋转的角速度，将这些数据作为电子工卡的移动数据。在电子工卡通过智能手机获取移动数据的步骤中，电子工卡先要判断与其连接的智能手机是否为已经配对的智能手机，通过智能手机向服务器发送授权请求，服务器根据接收到的授权请求中的电子工卡和智能手机的标识信息，寻找两者之间的配对关系，当找到两者之间的配对关系后向智能手机发送授权信息，智能手机将该授权信息发送给电子工卡，电子工卡验证授权信息是否源自于服务器，当通过验证后，则向智能手机发起获取移动数据的请求，智能手机根据该请求将内部九轴传感器检测到的移动数据发送给电子工卡。
作为本文的另一个实施例，智能手机将与其建立通信连接的电子工卡以及智能手机的标识信息生成授权请求发送给服务器，服务器发出的授权信息也可以是针对智能手机的，当智能手机接收到授权信息后，在智能手机本地验证授权信息是否源自于服务器，当通过验证后，则将内部九轴传感器检测到的移动数据发送给电子工卡。
通过前后两个时刻所获取的移动数据以及上一个时刻的坐标以及移动方向与X轴夹角，来计算估计位姿X(k+1)。
Figure BDA0003086837940000151
其中，xp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着X轴坐标，yp(k+1)为电子工卡估计位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k+1)为电子工卡估计位姿移动方向与X轴的夹角；xp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着X轴坐标，yp(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿沿着Y轴坐标，Ψ(k)为电子工卡上一个时刻当前位姿的移动方向与X轴的夹角；Δx(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着X轴的移动距离，Δy(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着Y轴的移动距离，ΔΨ(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的移动方向与X轴的夹角的变化，Δt为k时刻和(k+1)时刻之间的时间差；V(k)为电子工卡的瞬时速度，w(k)为电子工卡的角速度。通过反复迭代前一时刻的当前位姿和下一时刻的移动数据可以得到下一时刻的一系列估计位姿。
上述步骤504和步骤505都同时进行，不分先后顺序。
步骤506，在用户携带电子工卡在室内移动时，根据融合算法计算电子工卡的实时位姿。
在本步骤中，根据如下公式进行融合计算得到电子工卡的当前位姿：
X(k+1)＝αX(k+1)实时+(1-α)X(k+1)估计
其中，α是与检测实时位姿相关的参数，α∈[0，1]；X(k+1)实时为电子工卡检测到的实时位姿，X(k+1)估计为电子工卡的估计位姿。
在区域2中时，由于UWB定位基站的信号较好，则实时位姿的参数α取值较高，例如可以为0.8-0.9。
当用户携带电子工卡由区域2通过门禁b进入到区域1。
在本步骤中，可以通过前述步骤得到电子工卡进入到区域1中时的初始位姿，也就是说，当电子工卡通过门禁b时，其初始位姿的坐标为门禁b的坐标，初始位姿的移动方向与X轴夹角为门禁b与X轴的夹角。
将实时位姿与估计位姿进行融合计算，得到电子工卡的当前位姿。
在本步骤中，由于得到了准确的门禁b的坐标作为实时位姿的坐标，门禁b与X轴的夹角作为实时位姿的移动方向与X轴夹角，则电子工卡进入到区域1中后的当前位姿为：
X(k+1)＝X(k+1)实时
其中，X(k+1)为当前位姿，X(k+1)实时为门禁b处的实时位姿，其参数α的取值为1，相应的估计位姿前面的参数(1-α)＝0。
当用户携带电子工卡由区域2通过门禁d进入到区域3。
在本步骤中，由于区域3被信号遮挡物包围，电子工卡在区域3中仅能接收到距离较近的UWB定位基站的定位信号，远端的UWB定位基站的定位信号无法被区域3中的电子工卡接收。
由于得到了准确的门禁d的坐标作为实时位姿的坐标，门禁d与X轴的夹角作为实时位姿的移动方向与X轴夹角，则电子工卡进入到区域1中后的当前位姿为：
X(k+1)＝X(k+1)实时
其中，X(k+1)为当前位姿，X(k+1)实时为门禁b处的实时位姿，其参数α的取值为1，相应的估计位姿前面的参数(1-α)＝0。
当用户携带电子工卡进入到区域3之后，将门禁d的坐标替换估计位姿的坐标，将门禁d与X轴夹角替换估计位姿中移动方向与X轴的夹角，形成新的估计位姿，根据前述的迭代算法，可以根据室内地图中门禁d的信息纠正估计位姿的计算。由于进行接收到1个UWB定位基站的定位信号，因此在融合计算得到当前位姿时，α的取值根据定位信号动态调整为0.2，当能接收到2个UWB定位基站的定位信号时，α的取值根据定位信号还可以动态调整为0.3-0.4，以仅能接收到1个UWB定位基站的定位信号为例，当前位姿的融合算法为：
X(k+1)＝0.2X(k+1)实时+0.8X(k+1)估计
如图7所示为本文实施例在区域3中根据融合算法得到轨迹的示意图，其中，实时位姿的每个点为每个时刻根据UWB定位信号得到，多个点构成了实时轨迹；估计位姿的每个点为利用移动数据计算得到，多个点构成了估计轨迹；当前位姿为采用融合算法结合实时位姿和估计位姿计算得到，多个点构成了当前轨迹。在本实施例中实时位姿计算由于受到障碍物遮挡，对定位信号的影响偏差较大，因此实时位姿计算不准确；估计位姿算法将上一个时刻的当前位姿作为初始位姿，来计算当前时刻的估计位姿，因此估计位姿相对准确，进行融合计算时α参数值的选取可以选择较小值，例如0.2，从而使得估计位姿与当前位姿较接近，而通过融合算法得到的当前位姿轨迹与真实位姿轨迹相差较小。
如图8为本文实施例一种智能移动终端的结构示意图，本图中具有触摸屏幕的智能终端可以例如包括智能手机、触摸PDA或者平板电脑，或者带有触摸屏幕功能的计算机，然而，应当理解，该电子设备还可以任选地包括一个或多个其他物理用户接口设备，诸如物理键盘、鼠标和/或操纵杆等。
所述设备通常支持各种应用(例如APP等完成某些功能的软件)，诸如以下中的一者或多者：记事本制作应用、绘图应用、呈现应用、文字处理应用、网站创建应用、盘编辑应用、电子表格应用、游戏应用、电话应用、视频会议应用、电子邮件应用、即时消息应用、健身支持应用、照片管理应用、数字相机应用、数字视频摄像机应用、网页浏览应用、数字音乐播放器应用和/或数字视频播放器应用。
在设备上执行的各种应用任选地使用至少一个通用物理用户接口设备，诸如触摸屏幕。触摸屏幕的一种或多种功能以及显示在设备上的对应信息任选地从一种应用调整和/或变化至下一种应用和/或在相应应用内被调整和/或变化。这样，设备的共用物理架构(诸如触摸屏幕)任选地利用对于用户而言直观且清楚的用户界面来支持各种应用程序。
现在关注具有触摸屏幕的便携式设备的实施方案。图8是示出根据一些实施方案的具有触摸显示系统822的便携式多功能设备800的框图。触摸显示系统822有时为了方便被叫做“触摸屏”，并且有时被简称为触摸屏幕。便携式多功能设备800包括存储器802(其任选地包括一个或多个计算机可读存储介质)、存储器控制器804、一个或多个处理器(CPU)806、外围设备接口808、射频电路810、音频电路812、扬声器8121、麦克风8122、输入/输出(I/O)子系统814和外部端口816、接近传感器818以及加速度计820，还包括支持整个便携式多功能设备800中各电子部件工作运转的电力系统832。
所述存储器802中存储有操作系统、通信模块、图形模块、文本输入等各种功能模块以及各种应用程序，处理器806利用在存储器控制器804控制下的存储于存储器802中的数据完成便携式多功能设备例如文本处理、通信、拍照等各种功能。
所述I/O子系统814进一步包括显示控制器8141，光学传感器控制器8142，触觉反馈控制器8143，其他输入控制器8144用于控制便携式多功能设备800的相应部件。便携式多功能设备800还任选地包括触摸显示系统822，用于在显示屏幕上接收用户的触摸输入。便携式多功能设备800还任选地包括一个或多个光学传感器824，用于感应光线强度。便携式多功能设备800还任选地包括用于在便携式多功能设备800上生成触觉输出的一个或多个触觉输出发生器826(例如在触摸屏幕诸如便携式多功能设备800的触摸显示系统822上由马达生成触觉输出)。便携式多功能设备800还任选地包括其他输入或控制设备828。这些部件任选地通过一条或多条通信总线或信号线830通信。
本文实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：
结合室内地图，获取电子工卡初始位姿；
检测所述电子工卡的实时位姿以及计算所述电子工卡的估计位姿；
当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿。
本文实施例提供的计算机设备还可以实现如图2、图5-图7中的方法。
对应于图2、图5-图7中的方法，本文实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
本文实施例还提供一种计算机可读指令，其中当处理器执行所述指令时，其中的程序使得处理器执行如图2、图5-图7的方法。
应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。

Claims (9)

1.一种室内定位的方法，其特征在于包括，
结合室内地图中定位检测设备的坐标，获取电子工卡初始位姿；
检测所述电子工卡的实时位姿，具体包括：根据所述电子工卡与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到包括所述电子工卡坐标信息和移动方向与X轴的夹角的第一位姿；当获取门禁信息后，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，使用得到的门禁坐标信息替换所述第一位姿中的坐标信息，形成第二位姿，将所述第二位姿作为所述实时位姿；根据所述初始位姿和移动数据计算所述电子工卡的估计位姿；
当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿；根据如下公式进行融合计算得到电子工卡的当前位姿：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，α是与检测实时位姿相关的参数，α∈[0,1]，其中，根据对UWB定位基站发射的定位信号的解算来动态变化所述参数α的值；X(k+1)实时为（k+1）时刻的电子工卡检测到的实时位姿，X(k+1)估计为（k+1）时刻的电子工卡的估计位姿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在结合室内地图中定位检测设备的坐标，获取电子工卡初始位姿中进一步包括，
根据所述电子工卡与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；
根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到所述电子工卡的初始位姿。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在结合室内地图中定位检测设备的坐标，获取电子工卡初始位姿中进一步包括，
获取门禁信息；
在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的初始位姿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述初始位姿和移动数据计算所述电子工卡的估计位姿中进一步包括，
建立所述电子工卡和用户的智能移动终端的绑定关系；
获取与所述电子工卡具有绑定关系的智能移动终端的移动数据；
根据所述初始位姿以及所述移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述初始位姿以及所述移动数据，计算所述电子工卡的估计位姿中进一步包括，
所述电子工卡的估计位姿为：
Figure 131924DEST_PATH_IMAGE002
其中，xp(k+1)为（k+1）时刻的电子工卡估计位姿沿着X轴的坐标，yp(k+1)为（k+1）时刻的电子工卡估计位姿沿着Y轴的坐标，Ψ(k+1)为（k+1）时刻的电子工卡估计位姿移动方向与X轴的夹角；xp(k)为电子工卡上一个时刻估计位姿沿着X轴的坐标，yp(k)为电子工卡上一个时刻估计位姿沿着Y轴的坐标，Ψ(k)为电子工卡上一个时刻估计位姿的移动方向与X轴的夹角；Δx(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着X轴的移动距离，Δy(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的沿着Y轴的移动距离，ΔΨ(k)为电子工卡两个时刻之间根据移动数据获得的移动方向与X轴的夹角的变化，Δt为k时刻和（k+1）时刻之间的时间差；V(k)为k时刻的电子工卡的瞬时速度，w(k)为k时刻的电子工卡的角速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当与门禁系统进行通信后获得门禁信息，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，得到所述电子工卡的实时位姿；
将所述参数α设置为1，进行融合计算得到电子工卡的当前位姿。
7.一种室内定位装置，其特征在于包括，
初始位姿获取单元，用于结合室内地图中定位检测设备的坐标，获取电子工卡初始位姿；
实时位姿获取单元，用于检测所述电子工卡的实时位姿，具体包括：根据所述电子工卡与UWB定位基站之间的定位信号，确定所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离；根据所述室内地图中所述UWB定位基站的坐标以及所述电子工卡与所述UWB定位基站之间的距离，得到包括所述电子工卡坐标信息和移动方向与X轴的夹角的第一位姿；当获取门禁信息后，在所述室内地图中匹配所述门禁信息，使用得到的门禁坐标信息替换所述第一位姿中的坐标信息，形成第二位姿，将所述第二位姿作为所述实时位姿；
估计位姿计算单元，用于根据所述初始位姿和移动数据计算所述电子工卡的估计位姿；
融合计算单元，用于当所述电子工卡的实时位姿进入所述室内地图的特定区域，则将所述实时位姿与估计位姿进行融合计算得到所述电子工卡的当前位姿；根据如下公式进行融合计算得到电子工卡的当前位姿：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，α是与检测实时位姿相关的参数，α∈[0,1]，其中，根据对UWB定位基站发射的定位信号的解算来动态变化所述参数α的值；X(k+1)实时为（k+1）时刻的电子工卡检测到的实时位姿，X(k+1)估计为（k+1）时刻的电子工卡的估计位姿。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-6中任一项的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1-6任一项的方法。
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