CN113589341A - 一种高精度定位方法、装置和系统 - Google Patents

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卜耀庭
白炜
严心浩
张超
陈泽军
邓颖强
张海波
沈柏浩
杨吉兴
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Abstract

本发明公开了一种高精度定位方法、装置和系统，所述方法包括：每间隔t1秒获取一次GPS数据，每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次GPS数据进行可靠性判别；满足条件的GPS数据被保存为可靠数据，并提高可靠判别条件；获得一定数量的可靠数据后求取可靠数据平均值，将其作为可信定位值；再次求取可靠数据平均值，计算该可靠数据平均值与当前可信定位值的差值，将差值与设置的误差阈值比较，差值小于误差阈值，利用可靠数据平均值对当前可信定位值进球平均修正，作为新的可信定位值，否则舍弃该次的可靠数据平均值；将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出；本方法在复杂环境和气候的情况下也能对待定位物实现高精度定位。

Description

一种高精度定位方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及定位的技术领域，更具体地，涉及一种高精度定位方法、装置和系统，特别是一种基于GPS实现路灯高精度定位的方法、装置和系统。
背景技术
随着城市智慧照明管理越来越精细化，管理单位对于照明管理自动化、智能化的需求越来越强烈。城市智慧照明控制管理系统运行的前提条件是系统平台完成对控制设备的信息采集录入；信息录入主要包括了控制终端的UID和定位信息，设备UID是识别控制终端的唯一身份识别信息，定位信息可以让照明灯杆在监控地图上虚拟可视化，快速知晓故障路灯具体的地理位置。而灯杆定位的传统方法是依靠操作人员根据施工时施工人员记录的灯杆大概地理信息，在系统平台上进行手工定位，该方式效率低、定位精度差。为了解决该问题，当前行业结合应用场景和成本考量，通过在终端控制器中内置性价比较高的单频多模GPS模块进行定位，该模块在空旷或周围环境不复杂的情况下定位精度能满足业务需求，但在周围环境复杂、气候复杂的情况下则无法保证定位精准度。因此如何在常规的GPS定位模块上通过定位算法解决定位精度的问题就非常重要。
2018年9月28日公开的中国专利CN108594168A提供了一种利用ZIGBEE构成路灯定位系统，由ZIGBEE模块构成路灯定位系统，在正常通讯过程中，通过通讯间隙中的定期网络维护，定位节点得到参考节点的RSSI值以及坐标(X，Y)值，通过质心定位算法计算出相应的坐标位置并发送到服务器，从而呈现出路灯的实际位置；该方法是利用已知坐标位置的ZIGBEE路由子节点和ZIGBEE中心节点作为参考节点确定路灯的实际位置，当环境和气候复杂时，参考节点的位置受外界外界因素影响大，对路灯的定位精度差。
发明内容
本发明为克服上述现有技术对定位精度差的缺陷，提供一种高精度定位方法、装置和系统，本方法能够在复杂环境和气候的情况下实现高精度定位。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种高精度定位方法，包括：
S1：设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
S2：每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据；
S3：每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，执行步骤S4；否则，执行降低可靠判别条件的过程；
S4：判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，执行步骤S5；否则返回步骤S2；
S5：判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，执行步骤S6；
S6：设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，执行步骤S7；否则丢弃该次的可靠数据平均值，返回步骤S2；
S7：将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
优选地，所述步骤S3中，执行降低可靠判别条件的过程具体为：
S3.1：判断获取待定位物的GPS数据的总时间是否大于T小时；若总时间大于T，则执行步骤S3.2，否则返回步骤S2；
S3.2：判断当前是否存在可信定位值；若不存在可信定位值，则降低可靠判别条件，返回步骤S2；否则直接返回步骤S2。
优选地，所述GPS数据包括定位卫星数、定位精度和待定位物的坐标。
优选地，所述可靠判别条件具体为：定位卫星数≥a且定位精度≤b，其中a的单位为颗，b的单位为米。
优选地，所述可靠判别条件设有上限和下限；
提高可靠判别条件具体为：增加a的数值并减少b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的上限；
降低可靠判别条件具体为：减少a的数值并增加b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的下限。
优选地，每降低一次可靠判别条件，需要以当前降低的可靠判别条件进行P次可靠性判别，仍无法获得可靠数据时，再次降低可靠性判别条件。
优选地，当可靠判别条件下降到下限，GPS数据仍无法优于下限可靠判别条件的次数达到M次时，则将第M次的GPS数据保存为可靠数据。
优选地，所述可靠数据为GPS数据中的待定位物的坐标。
本发明还提供一种高精度定位装置，所述装置包括：
参数设置模块，用于设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
数据获取判断模块，用于每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据，每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，将可靠数据发送至平均值模块，将提高可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；若当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，将降低可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；
平均值模块，用于判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，并将可靠数据平均值发送至可信定位值计算模块；当可靠数据没有达到N个时，返回数据获取判断模块；
判别条件调整模块，用于当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则对参数设置模块执行提高可靠判别条件的操作；或当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，则对参数设置模块执行降低可靠判别条件的过程操作；
可信定位值计算模块，用于判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值，并将可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，将差值发送至误差比较模块；
误差比较模块，用于设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，并将新的可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则丢弃该次的可靠数据平均值；
可信定位值输出模块，用于将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
本发明还提供一种高精度定位系统，所述系统包括定位卫星、若干路灯、若干终端控制器、集中控制器、基站和云平台；所述终端控制器为上述的一种高精度定位装置；
终端控制器设置在路灯任意位置，一个终端控制器对应一个路灯；
每个终端控制器用于接收定位卫星的GPS数据，对GPS数据处理后获得所在路灯的定位数据，将定位数据传输至集中控制器；
集中控制器接收所有终端控制器发送的定位数据通过基站发送至云平台。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明设置可靠判别条件，对获取的待定位物的GPS数据进行可靠性判别，满足可靠判别条件的GPS数据被保存为可靠数据；每获得一次可靠数据就提高可靠判别条件，获得一定数量的可靠数据后求取可靠数据平均值，将其作为可信定位值；再次获得可靠数据平均值，计算可靠数据平均值与当前可信定位值的差值，将差值与设置的误差阈值比较，差值小于误差阈值，利用可靠数据平均值对当前可信定位值进球平均修正，作为新的可信定位值；最终获得的可信定位值准确度高，在复杂环境和气候的情况下也能对待定位物实现高精度定位。
附图说明
图1为实施例1所述的一种高精度定位方法的流程图；
图2为实施例2所述的一种高精度定位装置的示意图；
图3为实施例2所述的一种高精度定位系统的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种高精度定位方法，如图1所示，包括：
S1：设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
所述GPS数据包括定位卫星数、定位精度和待定位物的坐标；
所述可靠判别条件具体为：定位卫星数≥a且定位精度≤b，其中a的单位为颗，b的单位为米；
本实施例中t1＝10，t2＝100，a＝8，b＝2；
S2：每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据；
S3：每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，执行步骤S3；否则，执行降低可靠判别条件的过程，具体为：
S3.1：判断获取待定位物的GPS数据的总时间是否大于T小时；若总时间大于T，则执行步骤S3.2，否则返回步骤S2；
S3.2：判断当前是否存在可信定位值；若不存在可信定位值，则降低可靠判别条件，返回步骤S2；否则直接返回步骤S2；
所述可靠数据为GPS数据中的待定位物的坐标；
所述可靠判别条件设有上限和下限；
提高可靠判别条件具体为：增加a的数值并减少b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的上限；
降低可靠判别条件具体为：减少a的数值并增加b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的下限；
每降低一次可靠判别条件，需要以当前降低的可靠判别条件进行P次可靠性判别，仍无法获得可靠数据时，再次降低可靠性判别条件；
当可靠判别条件下降到下限，GPS数据仍无法优于下限可靠判别条件的次数达到M次时，则将第M次的GPS数据保存为可靠数据；
本实施例中，可靠判别条件为的上限为：a＝12，b＝1；可靠判别条件为的下限为：a＝4，b＝15；T＝5，P＝5，M＝20。
S4：判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，执行步骤S5；否则返回步骤S2；
本实施例中，N＝60，对60个待定位物的坐标值进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值；
S5：判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，执行步骤S6；
S6：设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，执行步骤S7；否则丢弃该次的可靠数据平均值，返回步骤S2；
本实施例中，误差阈值设置为10米，即60个待定位物的坐标值的平均坐标值在可信定位值的10米内；
S7：将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
在具体实施过程中，将本定位方法应用在GPS模块中，开机初始化应用本定位方法的GPS模块，每10s读取一次GPS数据，所述GPS数据包括定位卫星数、定位精度和待定位物的坐标；
设置可靠判别条件为定位卫星数≥8颗且定位精度≤2米，每100s判别一次GPS数据，若当次判别的GPS数据中定位卫星数和定位精度满足可靠判别条件，则将当次判别的GPS数据中的待定位物的坐标保存为可靠数据，并提高判别条件，定位卫星数增加1颗，定位精度缩减1米，上限为定位卫星数12颗，定位精度1米；当保存到60个可靠数据时，求取60个可靠数据的平均值，获得可靠数据平均值，若是GPS模块开机运行第一次获得可靠数据平均值，则将该次可靠数据平均值作为可信定位值；第二次获得的可靠数据平均值，则需要判断该次可靠数据平均值是否在可信定位值的10米内，若在范围内，则用该次可靠数据平均值对可信定位值求取平均值进行修正，获得新的可信定位值，将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位；若不在10米的范围内，则舍弃该次可靠数据平均值；
同理，也可以设置后续多次获得可靠数据平均值，与前一次的可信定位值进行比较，当可靠数据平均值与前一次的可信定位值的差值满足误差阈值的次数达到一定次数后，视为完成对待定位物的高精度定位；
若当次判别的GPS数据中定位卫星数和定位精度不满足可靠判别条件，则判断GPS模块运行时间是否达到5小时，若没有达到5小时，则继续读取GPS数据，若已经运行5小时，则判断是否已经取得过可信定位值；若取得过可信定位值，则认为当前位置的卫星信号很差，开始降低可靠判别条件，在下一次100s间隔时间到达时，定位卫星数和定位精度仍不满足可靠判别条件，将定位卫星数减少1颗，定位精度扩大1米，以当前降低的可靠判别条件判别5次，仍无法获得可靠数据时在进行下一次降低；可靠判别条件的下限为定位卫星数4颗，定位精度15米，在可靠判别条件下降到下限前，定位卫星数和定位精度满足了当前的可靠判别条件，则将该次待定位物的坐标保存为可靠数据；在可靠判别条件已经下降到下限，定位卫星数和定位精度仍无法满足下限可靠判别条件的次数达到20次，则认为当前位置的卫星信号长期很差，短时间内不会变好，则将第20次的待定位物的坐标保存为可靠数据。当卫星信号转好后，定位卫星数和定位精度满足了当前可靠判别条件，可靠判别条件则会逐步提高，恢复到高精度。
若长时间无法获得可信定位值，可以根据人工记录的大概地理位置作为第一次的可信定位值；若后续获得的可靠数据平均值与可信定位值的差值始终大于误差阈值，则将可信定位值修改为人工记录的大概地理位置；
本定位方法可以设置在常规的GPS模块上，应用成本低；将设置了本方法的GPS模块安装在任意需要定位的设备上，即可在周围环境、气候复杂的情况下保证定位精准度，并且还可以根据需要将GPS模块更换安装在不同的设备上，性价比极高。
实施例2
本实施例提供了一种高精度定位装置，如图2所示，所述装置包括：
参数设置模块，用于设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
数据获取判断模块，用于每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据，每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，将可靠数据发送至平均值模块，将提高可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；若当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，将降低可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；
平均值模块，用于判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，并将可靠数据平均值发送至可信定位值计算模块；当可靠数据没有达到N个时，返回数据获取判断模块；
判别条件调整模块，用于当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则对参数设置模块执行提高可靠判别条件的操作；或当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，则对参数设置模块执行降低可靠判别条件的过程操作；
可信定位值计算模块，用于判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值，并将可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，将差值发送至误差比较模块；
误差比较模块，用于设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，并将新的可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则丢弃该次的可靠数据平均值；
可信定位值输出模块，用于将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
实施例3
本实施例提供一种高精度定位系统，如图3所示，所述系统包括定位卫星、若干路灯、若干终端控制器、集中控制器、基站和云平台，所述终端控制器设置有实施例2所述的高精度定位装置；
将终端控制器设置在路灯任意位置，一个终端控制器对应一个路灯；终端控制器设置的高精度定位装置用于接收定位卫星的GPS数据，对GPS数据处理后获得所在路灯的定位数据，终端控制器将获得的定位数据传输至集中控制器；集中控制器接收所有终端控制器发送的定位数据通过基站发送至云平台，云平台根据定位数据将路灯虚拟可视化呈现在云平台的监控地图上。相较于传统的手工定位的方式，提高了定位效率和定位精度，路灯出现故障时，即使周围环境、气候复杂的情况，也可以快速的为维护人员提供准确的路灯地理信息。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度定位方法，其特征在于，包括：
S1：设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
S2：每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据；
S3：每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，执行步骤S4；否则，执行降低可靠判别条件的过程；
S4：判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，执行步骤S5；否则返回步骤S2；
S5：判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，执行步骤S6；
S6：设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，执行步骤S7；否则丢弃该次的可靠数据平均值，返回步骤S2；
S7：将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
2.根据权利要求1所述的一种高精度定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，执行降低可靠判别条件的过程具体为：
S3.1：判断获取待定位物的GPS数据的总时间是否大于T小时；若总时间大于T，则执行步骤S3.2，否则返回步骤S2；
S3.2：判断当前是否存在可信定位值；若不存在可信定位值，则降低可靠判别条件，返回步骤S2；否则直接返回步骤S2。
3.根据权利要求2所述的一种高精度定位方法，其特征在于，所述GPS数据包括定位卫星数、定位精度和待定位物的坐标。
4.根据权利要求3所述的一种高精度定位方法，其特征在于，所述可靠判别条件具体为：定位卫星数≥a且定位精度≤b，其中a的单位为颗，b的单位为米。
5.根据权利要求4所述的一种高精度定位方法，其特征在于，所述可靠判别条件设有上限和下限；
提高可靠判别条件具体为：增加a的数值并减少b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的上限；
降低可靠判别条件具体为：减少a的数值并增加b的数值，数值增加或减少的幅度均为1，直到达到可靠判别条件的下限。
6.根据权利要求5所述的一种高精度定位方法，其特征在于，每降低一次可靠判别条件，需要以当前降低的可靠判别条件进行P次可靠性判别，仍无法获得可靠数据时，再次降低可靠性判别条件。
7.根据权利要求6所述的一种高精度定位方法，其特征在于，当可靠判别条件下降到下限，GPS数据仍无法优于下限可靠判别条件的次数达到M次时，则将第M次的GPS数据保存为可靠数据。
8.根据权利要求7所述的一种高精度定位方法，其特征在于，所述可靠数据为GPS数据中的待定位物的坐标。
9.一种高精度定位装置，其特征在于，所述装置包括：
参数设置模块，用于设置待定位物的GPS数据的采样时间t1、GPS数据的可靠判别条件和判别时间t2；
数据获取判断模块，用于每间隔t1秒获取一次待定位物的GPS数据，每间隔t2秒利用可靠判别条件对当前次获取的GPS数据进行可靠性判别；若当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则提高可靠判别条件，并将该次GPS数据作为可靠数据保存，将可靠数据发送至平均值模块，将提高可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；若当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，将降低可靠判别条件的指令发送至判别条件调整模块；
平均值模块，用于判断可靠数据的个数是否达到N个；当可靠数据达到N个时，对N个可靠数据进行求取平均值运算，获得可靠数据平均值，并将可靠数据平均值发送至可信定位值计算模块；当可靠数据没有达到N个时，返回数据获取判断模块；
判别条件调整模块，用于当次进行判别的GPS数据优于可靠判别条件，则对参数设置模块执行提高可靠判别条件的操作；或当次进行判别的GPS数据差于可靠判别条件，则对参数设置模块执行降低可靠判别条件的过程操作；
可信定位值计算模块，用于判断可靠数据平均值是否为第一次获得；若是第一次获得，则将该次可靠数据平均值保存为可信定位值，并将可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则，计算该次可靠数据平均值与上一次保存的可信定位值的差值，将差值发送至误差比较模块；
误差比较模块，用于设置误差阈值，比较差值与误差阈值的大小；若差值小于误差阈值，则计算该次可靠数据平均值与可信定位值的平均值，作为新的可信定位值，并将新的可信定位值发送至可信定位值输出模块；否则丢弃该次的可靠数据平均值；
可信定位值输出模块，用于将最新的可信定位值作为待定位物的定位数据输出，完成对待定位物的高精度定位。
10.一种高精度定位系统，所述系统包括定位卫星、若干路灯、若干终端控制器、集中控制器、基站和云平台，其特征在于，所述终端控制器设置有如权利要求9所述的高精度定位装置；
终端控制器设置在路灯任意位置，一个终端控制器对应一个路灯；
每个终端控制器设置的高精度定位装置用于接收定位卫星的GPS数据，对GPS数据处理后获得所在路灯的定位数据，终端控制器将定位数据传输至集中控制器；
集中控制器接收所有终端控制器发送的定位数据，通过基站发送至云平台。
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