CN113567920B - 一种地下空间的三维定位方法 - Google Patents

Abstract

一种地下空间的三维定位方法，包括：移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标。本发明解决了现有技术中，只能得到平面二维坐标，无法得到某一物体的三维坐标的问题。

Description

一种地下空间的三维定位方法

技术领域

本发明涉及的是空间定位领域，特别涉及一种地下空间的三维定位方法。

背景技术

目前的定位方式主要有GPS定位、基站定位、WiFi辅助定位、AGPS定位、Glonass定位、北斗定位。

GPS定位通过卫星来定位，特点是：不需要sim卡，不需要连接网络，需要在户外空旷的地方进行。基站定位是通过终端插入sim卡后搜索周围基站信号，基站信号很容易被干扰。WiFi定位是通过打开WiFi且处于联网状态下才能进行定位，在没有网络的情况下不能进行定位。

AGPS定位必须有GPS模块且处于联网状态下才可以进行定位，AGPS定位具有GPS定位和WiFi定位的缺陷，而Glonass定位和北斗定位的工作原理与GPS相同，这样表示他们自身也存在必须要在户外进行定位这一缺陷。

专利CN201510977952.3公开了一种三维空间检测系统、定位方法及系统，采用超声波进行定位，待标记的设备必须要有光电感应电路和超声波接收装置，在人流密集的情况下不利于使用，对于待标记设备的要求较高，同时发射装置需要发射激光和超声波，对于发射装置要求较高，不利于投入日常使用。

除上述问题以外，以上所有的定位方式都具有一个局限性：只能得到平面二维坐标，无法得到某一物体的三维坐标。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种地下空间的三维定位方法。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种地下空间的三维定位方法，包括：

S100.移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；

S200.移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；

S300.根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；

S400.根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；

S500.根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标。

进一步地，S100中，位置装置有多个，并且固定放置于地下空间和地上建筑空间中。

进一步地，S100中，移动客户端可以设定多种可发射的电磁波信号及可接收的电磁波信号。

进一步地，S100中，位置装置发送的电磁波信号，根据实际场景不同，由开发位置装置的人员设置，设置包括电磁波的波长和频率。

进一步地，S400中，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系的方法为：移动客户端接收位置装置发送的电磁波信号后，经过信号解调，得到最近的位置的N个装置的三维坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1、2、.....、N，移动用户端根据接受信号的方向得到角度(a_i，b_i)，然后计算发送接受花费的时间t；其中a_i为水平面上，信号方向与正北方向的夹角，该角度通过顺时针计算；b_i为竖直面上，信号方向与水平面法线的夹角，该角度通过顺时针计算。

进一步地，S500中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法包括：根据位置装置三维坐标(x_i,y_i,z_i)，花费时间t及电磁波传播速度，计算两者距离d_i，则可由N个位置装置计算得到N个用户位置，得到的用户坐标为1/N*(x_i+d_i*cos(a_i),y_i+d_i*sin(a_i),z_i+d_i*sin(b_i))，其中i＝1、2、.....、N，(x_i+d_i*cos(a_i),y_i+d_i*sin(a_i),zi+d_i*sin(b_i))表示第i个位置装置计算的结果。

进一步地，S500中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法还包括：根据角度(a_i，b_i)和位置装置三维坐标(x_i，y_i，z_i)；由i个位置装置的三维坐标向(π+a_i，π+b_i)方向做延长线，三个位置装置如果存在交点，则计算交点坐标即可，如不存在交点，寻找离三条线总距离最近的点。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明公开的一种地下空间的三维定位方法，通过移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标。解决了现有技术中，只能得到平面二维坐标，无法得到某一物体的三维坐标的问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中，一种地下空间的三维定位方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种地下空间的三维定位方法。

实施例1

本实施例公开了一种地下空间的三维定位方法，如图1，包括：

S100.移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；具体的，在地下空间和地上建筑空间分布若干个性能相同的位置装置，同时在地下空间和地上建筑空间出入口、交叉口、上下层处、主要节点处设置若干个位置装置。

在本实施例中，移动用户终端设定多种可发射的电磁波信号及可接收的电磁波信号。移动用户端发送的装置可以是蓝牙、及其他可发生电磁信号的装置。位置装置是单独的、固定的、已经预设好如何发送的装置。位置装置发送的电磁波信号，根据实际场景不同，由开发位置装置的人员设置，设置包括电磁波的波长和频率。

S200.移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；在本实施例中，移动客户端接收位置装置发送的电磁波信号后，经过信号解调，得到最近的位置的N个位置装置的三维坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1、2、.....、N，在一些优选实施例中，优选最近的位置的3个位置装置的坐标。

S300.根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；在本实施例中，由于位置装置发送的电磁波已经设定，因此电磁波传播速度V已知,通过电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间T，即可得到移动客户端到位置装置距离。

S400.根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；具体的，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系的方法为：移动客户端接收位置装置发送的电磁波信号后，经过信号解调，得到最近的位置的N个装置的三维坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1、2、.....、N，移动用户端根据接受信号的方向得到角度(a_i，b_i)，然后计算发送接受花费的时间t；其中a_i为水平面上，信号方向与正北方向的夹角，该角度通过顺时针计算；b_i为竖直面上，信号方向与水平面法线的夹角，该角度通过顺时针计算。

S500.根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标。

在本实施例中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法包括：根据位置装置三维坐标(x_i,y_i,z_i)，花费时间t及电磁波传播速度，计算两者距离d_i，则可由N个位置装置计算得到N个用户位置，得到的用户坐标为1/N*(x_i+d_i*cos(a_i),y_i+d_i*sin(a_i),z_i+d_i*sin(b_i))，其中i＝1、2、.....、N，(x_i+d_i*cos(a_i),y_i+d_i*sin(a_i),zi+d_i*sin(b_i))表示第i个位置装置计算的结果。

在本实施例中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法还包括：根据角度(a_i，b_i)和位置装置三维坐标(x_i，y_i，z_i)；由i个位置装置的三维坐标向(π+a_i，π+b_i)方向做延长线，三个位置装置如果存在交点，则计算交点坐标即可，如不存在交点，寻找离三条线总距离最近的点。交点可通过数学几何知识进行计算，不再赘述。

本实施例公开的一种地下空间的三维定位方法，通过移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标。解决了现有技术中，只能得到平面二维坐标，无法得到某一物体的三维坐标的问题。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (4)

1.一种地下空间的三维定位方法，其特征在于，包括：

S100.移动客户端向位置装置发送电磁波信号，位置装置接收电磁波信号，并向移动客户端发送含自身位置信息的电磁波信号；

S200.移动客户端接收并解析位置装置发送的电磁波信号，得到位置装置的位置坐标；

S300.根据电磁波从位置装置发送到移动客户端的时间，计算移动客户端到位置装置距离；

S400.根据电磁波信号方向与移动客户端到位置装置距离，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系；

S500.根据位置装置的三维坐标和移动用户端与位置装置的相对位置关系，计算得到移动用户端的三维坐标;

S400中，得到移动用户端到区域内的位置装置的相对位置关系的方法为：移动客户端接收位置装置发送的电磁波信号后，经过信号解调，得到最近的位置的N个装置的三维坐标（x_i,y_i,z_i），其中i=1、2、.....、N，移动用户端根据接受信号的方向得到角度（a_i，b_i），然后计算发送接受花费的时间t；其中a_i为水平面上，信号方向与正北方向的夹角，该角度通过顺时针计算；b_i为竖直面上，信号方向与水平面法线的夹角，该角度通过顺时针计算;

S500中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法包括：根据位置装置三维坐标（x_i,y_i,z_i），花费时间t及电磁波传播速度，计算两者距离d_i，则可由N个位置装置计算得到N个用户位置，得到的用户坐标为1/N *（x_i+d_i*cos(a_i), y_i+d_i*sin(a_i), z_i+d_i*sin(b_i)），其中i=1、2、.....、N，（x_i+d_i*cos(a_i), y_i+d_i*sin(a_i), zi+d_i*sin(b_i)）表示第i个位置装置计算的结果；S500中，计算得到移动用户端的三维坐标的方法还包括：根据角度（a_i，b_i）和位置装置三维坐标（x_i，y_i，z_i）；由i个位置装置的三维坐标向（π+a_i， π+b_i）方向做延长线，三个位置装置如果存在交点，则计算交点坐标即可，如不存在交点，寻找离三条线总距离最近的点。

2.如权利要求1所述的一种地下空间的三维定位方法，其特征在于，S100中，位置装置有多个，并且固定放置于地下空间和地上建筑空间中。

3.如权利要求1所述的一种地下空间的三维定位方法，其特征在于，S100中，移动客户端设定多种可发射的电磁波信号及可接收的电磁波信号。

4.如权利要求1所述的一种地下空间的三维定位方法，其特征在于，S100中，位置装置发送的电磁波信号，根据实际场景不同，由开发位置装置的人员设置，设置包括电磁波的波长和频率。