CN113709860B - 一种层间过渡区域的室内定位装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于室内定位技术领域，具体提供一种层间过渡区域的室内定位装置和方法，用以解决现有室内定位系统在上/下楼层的层间过渡区域中标签卡定位误差较大、分楼层二维定位混乱、无法获取携卡人员连续运动轨迹及定位数据易缺失等问题。本发明通过在楼层过渡区域的固定位置部署低频基站与低频发射天线，能够准确可靠的判定楼层过渡区域的携卡人员是上楼还是下楼，提高了定位系统的可靠性；此外，在楼层过渡区域利用标签卡所在当前楼层二维定位系统与上/下楼层二维定位系统联合协同解算标签卡的高度，用以修正二维定位的位置解算误差，提高了分楼层二维定位系统标签卡定位精度，实现了人员移动轨迹连续可追溯。

Description

一种层间过渡区域的室内定位装置和方法
技术领域
本发明属于室内定位技术领域，具体为一种层间过渡区域的室内定位装置和方法。
背景技术
近年来，随着室内定位技术精度的提高，越来越多的行业应用室内定位技术来提供精确的定位信息。室内楼层定位系统为了节约成本，普遍采用了分楼层二维定位的方式；这种定位方式在上/下楼梯的楼层过渡区存在以下问题：由于携卡人员上下楼梯的过渡区域有高度变化，因此经二维定位解算后的位置误差变大，使得定位系统不能依据标签的运动轨迹来准确可靠的判定人员的是上楼还是下楼，从而无法选择正确楼层的基站进行定位，进一步造成分楼层定位系统混乱，导致人员定位轨迹不连续，严重时还会使得标签从定位系统中断开，需要重新发起连接，结果造成标签定位数据的缺失。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的室内定位系统在上/下楼层的层间过渡区域中标签卡定位误差较大、分楼层二维定位混乱、无法获取携卡人员连续运动轨迹及定位数据易缺失等问题，提供一种层间过渡区域的室内定位装置和方法；本发明通过在楼层过渡区域的固定位置部署低频基站与低频发射天线，能够准确可靠的判定楼层过渡区域的携卡人员是上楼还是下楼，解决了分楼层二维定位混乱及定位数据易缺失问题，提高了定位系统的可靠性；此外，在楼层过渡区域利用标签所在当前楼层二维定位系统与上/下楼层二维定位系统联合协同解算标签卡的高度，用以修正二维定位的位置解算误差，提高了分楼层二维定位系统标签卡定位精度，实现了人员移动轨迹连续可追溯。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种层间过渡区域的室内定位装置，包括：低频定位基站、低频定位天线、UWB定位基站、标签卡与定位服务器；其特征在于，针对任一楼层i：楼层i、楼梯平台i+1/2与楼梯平台i-1/2分别设置有UWB定位基站、且均位于下行区与上行区的交汇处；所述低频定位天线由四根单元天线构成、依次标记为1号、2号、3号与4号，单元天线均与低频定位基站通过双绞线连接、且均设置于楼层i区域；四根单元天线呈矩阵分布，1号与2号单元天线并排布置于楼梯上行区一侧的墙壁上、且1号单元天线靠近楼梯上行区，3号与4号天线并排布置于楼梯下行区一侧的墙壁上、且3号天线靠近楼梯下行区，四根单元天线的离地高度相同，低频定位基站布置于楼梯口的任意侧墙壁上；所述标签卡为人员随身携带，具有UWB与低频两种定位模式；标签卡与低频定位基站低频无线连接，标签卡与UWB定位基站超宽带无线连接；所述定位服务器与低频定位基站、UWB定位基站Wi-Fi无线通信连接。
进一步的，所述单元天线的离地高度为0.5～1.5米，同侧墙壁上单元天线的间距为0.3～0.8米。
进一步的，所述室内定位装置在每一个定位采集周期中，定位服务器下发控制信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站分别发出低频唤醒信号与UWB唤醒信号，标签卡接收低频唤醒信息与UWB唤醒信号、并回传低频定位信息与UWB定位信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站再分别上传低频定位信息与UWB定位信息至定位服务器，定位服务器获取低频定位信息与UWB定位信息后对标签卡的位置进行解算、进而提供携卡人员的连续三维位置信息。
基于上述层间过渡区域的室内定位装置的室内定位方法，包括以下步骤：
步骤1.设标签卡当前楼层调度号为i，若标签卡被低频定位基站的低频唤醒信号唤醒，则判定标签卡位于楼层过渡区，执行步骤2进行区域判别；否则、判定便签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤2.区域判别；根据标签卡感应到1号至4号单元天线的RSSI值RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4对标签卡进行区域判别：
当RSSI1+RSSI2>RSSI3+RSSI4且RSSI1>RSSI2，则判定标签卡位于楼层i的楼梯上行区，执行步骤3进行位置解算；
当RSSI1+RSSI2<RSSI3+RSSI4且RSSI3>RSSI4，则判定标签卡位于楼层i的楼梯下行区，执行步骤4进行位置解算；
其他情况，则判定标签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤3.位置解算；
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hup1；
根据楼层i+1处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i+1的高度hdown1；
若hup1≤hdown1，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯上行区，令h＝hup1、δ＝1；反之(hup1＞hdown1)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i+1，即更新标签卡位置为楼层i+1的楼梯下行区，另h＝hdown1、δ＝-1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面(上/下行区)的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)；
步骤4.位置解算；
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hdown2；
根据楼层i-1处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i-1的高度hup2；
若hdown2≤hup2，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯下行区，令h＝hdown2、δ＝-1；反之(hdown2＞hup2)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i-1，即更新标签卡位置为楼层i-1的楼梯上行区，另h＝hup2、δ＝1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行区楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)。
进一步的，所述高度解算方法具体为：
Figure BDA0003207769720000031
其中，
Figure BDA0003207769720000032
B＝2BNCN+2y1-a，
Figure BDA0003207769720000033
a＝tanα，b为携卡高度；BN＝(-2yi,1-2zi,1a)/2ri,1，
Figure BDA0003207769720000041
yi,1＝yi-y1，zi,1＝zi-z1，ri,1＝di-d1，di为楼层i处UWB定位基站到标签卡的距离测量值、d1为楼梯平台i±1/2处UWB基站到标签卡的距离测量值，(y1,z1)为楼层i处UWB定位基站的位置坐标，(yi,zi)为楼梯平台i±1/2处UWB定位基站的位置坐标；
当s1＞0时，取y＝s1代入，计算得出楼层过渡区域标签卡相对于楼层i地面的高度为h＝±(ay+b)；当s1≤0时，取y＝s2代入。
本发明有益效果在于：
1、本发明提供一种层间过渡区域的室内定位装置，基于本发明构建楼层过渡区域的定位模型，其一，通过在楼梯口设置低频定位装置(低频定位基站与低频定位天线)，准确判断标签卡位于楼层过渡区域楼梯上\下行位置，解决分楼层二维定位系统混乱问题；其二，通过在楼梯平台设置UWB定位基站，对标签卡实现高度解算，无需楼层内二维定位装置参与，有效减少定位数据易缺情况，同时楼梯平台处UWB基站也可用于楼层内的定位，实现“一站多用”的效果，极大降低楼层过渡区域定位系统维护和物料成本；最终，基于人员在楼层过渡区域楼梯上/下行区运动轨迹和标签卡高度联合映射出携卡人员在楼层过渡区域的三维位置坐标，大大减少了传统分楼层二维定位系统的定位误差，实现携卡人员连续运动轨迹定位。
2、本发明还提供了层间过渡区域的室内定位方法，匹配于上述层间过渡区域的室内定位装置，包括区域判别、高度解算及位置解算等，实现携卡人员连续运动轨迹定位。
附图说明
图1为本发明中层间过渡区域的室内定位装置的架构示意图。
图2为本发明中层间过渡区域的室内定位装置的坐标示意图。
图3为本发明中UWB基站安装示意图。
图4为本发明中低频天线安装示意图。
图5为本发明中层间过渡区域的室内定位方法的流程示意图。
图6为本发明中定位过程流程图。
图7为本发明中区域判别流程图。
图8、图9为本发明中位置解算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例最本发明的技术方案进行进一步详细阐述；应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种层间过渡区域的室内定位装置，其架构如图1所示，具体包括：低频定位基站、低频定位天线、UWB定位基站、标签卡与定位服务器；针对任一楼层i：图2为室内定位装置的坐标示意图。
楼层i、楼梯平台i+1/2与楼梯平台i-1/2分别设置有UWB定位基站、且均位于下行区与上行区的交汇处，本实施例中，针对楼层可设置于天花板下方(底层则可设置于楼梯起始处)、针对楼梯平台可设置于平台下方，如图3所示；
所述低频定位天线由四根单元天线构成、依次标记为1号、2号、3号与4号，单元天线均与低频定位基站通过双绞线连接、且均设置于楼层i区域，本实施例中，四根单元天线呈矩阵分布，1号与2号单元天线并排布置于楼梯上行区一侧的墙壁上、且1号单元天线靠近楼梯上行区，3号与4号天线并排布置于楼梯下行区一侧的墙壁上、且3号天线靠近楼梯下行区，四根单元天线的离地高度相同(即在同一水平面)、为1米，同侧墙壁上单元天线的间距为0.5米，低频定位基站布置于楼梯口的任意侧墙壁上，如图4所示；
所述标签卡为人员随身携带，具有UWB与低频两种定位模式；标签卡与低频定位基站低频无线连接，标签卡与UWB定位基站超宽带无线连接；
所述定位服务器与低频定位基站、UWB定位基站Wi-Fi无线通信连接；
所述低频定位基站主要用于采集楼层过渡区域中所述标签卡的低频定位信息，并上传所述低频定位信息至定位服务器；所述UWB定位基站主要用于采集各楼层定位区域中所述标签卡的UWB定位信息，并上传所述UWB定位信息至定位服务器；所述标签卡具有UWB与低频两种定位功能，主要用于接收低频定位基站的低频唤醒信息以及UWB定位基站的UWB定位信息，并上传所述低频唤醒信息和UWB定位信息至定位服务器；所述定位服务器主要用于处理定位信息，并且通过信息调度合适的基站实现层间过渡区域的定位。
更为准确的讲，所述装置的工作流程如图5所示；在每一个定位采集周期，定位服务器下发控制信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站在每个定位采集周期发出低频唤醒信号，UWB定位基站在每个定位采集周期发出UWB唤醒信号，标签卡接收低频唤醒信息与UWB唤醒信号、并回传低频定位信息与UWB定位信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站上传低频定位信息至定位服务器，UWB定位基站上传UWB定位信息至定位服务器，定位服务器获取标签卡在过渡区域的低频定位信息与UWB定位信息、对标签卡的位置进行解算，最终提供携卡人员的连续三维位置信息。
基于上述层间过渡区域的室内定位装置，本发还提供了一种定位方法，其流程如图6所示，包括：实时读取人员标签卡楼层UWB定位和LF定位信息，当确定携卡人员位于楼层过渡区域时，通过楼层过渡区与楼层平台邻接固定位置部署四根低频发射天线，结合区域判别策略判断标签卡具体区域位置，进一步通过楼层过渡区拐角固定位置和交汇固定位置部署的UWB基站，判别更新标签卡调度解算层号及位于楼层过渡区域楼梯的上行区还是下行区，然后利用当前调度号和楼梯拐角处UWB基站与上或下楼层交汇处UWB基站联合解算标签卡的高度，用以映射出标签卡在楼层过渡区域的三维坐标位置，本发明简单有效的解决了人员上下楼梯的判定，提高了楼层过渡区域中标签卡定位精度，实现了人员移动轨迹连续可追溯。
具体过程为：
步骤1.设标签卡当前楼层调度号为i(即标签卡当前位于楼层i)，若标签卡被低频定位基站的低频唤醒信号唤醒，则判定标签卡位于楼层过渡区，执行步骤2进行区域判别；否则、判定便签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤2.区域判别；所述区域判别如图7所示，具体为：
根据标签卡感应到1号至4号单元天线的RSSI值RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4对标签卡进行区域判别：
当RSSI1+RSSI2>RSSI3+RSSI4且RSSI1>RSSI2，则判定标签卡位于楼层i的楼梯上行区，执行步骤3进行位置解算；
当RSSI1+RSSI2<RSSI3+RSSI4且RSSI3>RSSI4，则判定标签卡位于楼层i的楼梯下行区，执行步骤4进行位置解算；
其他情况，则判定标签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤3.位置解算；所述位置解算的流程如图8所示，具体为：
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hup1；
根据楼层i+1处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i+1的高度hdown1；
若hup1≤hdown1，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯上行区，令h＝hup1、δ＝1；反之(hup1＞hdown1)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i+1，即更新标签卡位置为楼层i+1的楼梯下行区，另h＝hdown1、δ＝-1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面(上/下行区)的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)；
步骤4.位置解算；所述位置解算的流程如图9所示，具体为：
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hdown2；
根据楼层i-1处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i-1的高度hup2；
若hdown2≤hup2，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯下行区，令h＝hdown2、δ＝-1；反之(hdown2＞hup2)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i-1，即更新标签卡位置为楼层i-1的楼梯上行区，另h＝hup2、δ＝1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面(上/下行区)的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行区楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)。
进一步的，所述高度解算方法具体为：基于TOF(时差法)对标签卡进行高度计算：
根据一维的定位模型，设定楼层i的楼梯上/下行区交汇处的UWB定位基站的位置坐标为(y1,z1)，楼层过渡区域的楼梯平台i±1/2层处UWB定位基站的位置坐标为(yi,zi)，人员携带的标签卡坐标为(y,z)，则：
Figure BDA0003207769720000071
其中，yi,1＝yi-y1，zi,1＝zi-z1，
Figure BDA0003207769720000072
ri,1＝di-d1、di为楼层i的楼梯上/下行区交汇处的UWB定位基站到标签卡的距离测量值(由UWB定位基站提供)、d1为楼梯平台i±1/2层处UWB基站到标签卡的距离测量值，
Figure BDA0003207769720000073
需要说明的是，当标签卡位于楼层i的楼梯上行区时，上述定位模型中，(yi,zi)为楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的位置坐标；当标签卡位于楼层i的楼梯下行区时，上述定位模型中，(yi,zi)为楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的位置坐标；
由于人员在楼梯上/下行区运动轨迹基本沿直线行走，设定携卡人员的近似运动直线为z＝ay+b，其中，a＝tanα，α为楼层过渡区域的上\下行区楼梯的坡度，b为携卡高度；
把已知条件代入式(1.1)，可得：
Figure BDA0003207769720000081
令BN＝(-2yi,1-2zi,1a)/2ri,1，
Figure BDA0003207769720000082
可将其化简为：
Figure BDA0003207769720000083
显然，TOF双曲线交于两点，根据二项式的解，可得
Figure BDA0003207769720000084
式中：
Figure BDA0003207769720000085
当s1＞0时，取y＝s1代入，计算得出楼层过渡区域标签卡相对于楼层i地面的高度为h＝z＝±(ay+b)；当s1≤0时，取y＝s2代入。
通过上述技术方案，本发明采用低频定位装置，准确判断标签卡位于楼层过渡区域楼梯上\下行位置，解决分楼层二维定位系统混乱问题，并利用人员在楼梯上/下行区运动轨迹近似模型和标签卡高度联合映射出携卡人员在楼层过渡区域的三维位置坐标，可以减少了传统分楼层二维定位系统的定位误差，实现携卡人员连续运动轨迹定位。此外，本发明通过在楼层过渡固定位置部署UWB基站，可联合对标签卡高度解算，减少了定位数据易缺情况，此外无需二维定位装置对标签卡高度进行解算，同时本发明部署的UWB基站也可用于楼层内的定位，实现“一站多用”的效果，极大降低楼层过渡区域定位系统维护和物料成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种层间过渡区域的室内定位装置，包括：低频定位基站、低频定位天线、UWB定位基站、标签卡与定位服务器；其特征在于，针对任一楼层i：楼层i、楼梯平台i+1/2与楼梯平台i-1/2分别设置有UWB定位基站、且均位于下行区与上行区的交汇处；所述低频定位天线由四根单元天线构成、依次标记为1号、2号、3号与4号，单元天线均与低频定位基站通过双绞线连接、且均设置于楼层i区域；四根单元天线呈矩阵分布，1号与2号单元天线并排布置于楼梯上行区一侧的墙壁上、且1号单元天线靠近楼梯上行区，3号与4号天线并排布置于楼梯下行区一侧的墙壁上、且3号天线靠近楼梯下行区，四根单元天线的离地高度相同，低频定位基站布置于楼梯口的任意侧墙壁上；所述标签卡为人员随身携带，具有UWB与低频两种定位模式；标签卡与低频定位基站低频无线连接，标签卡与UWB定位基站超宽带无线连接；所述定位服务器与低频定位基站、UWB定位基站Wi-Fi无线通信连接。
2.按权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置，其特征在于，所述单元天线的离地高度为0.5～1.5米，同侧墙壁上单元天线的间距为0.3～0.8米。
3.按权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置在每一个定位采集周期中，定位服务器下发控制信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站分别发出低频唤醒信号与UWB唤醒信号，标签卡接收低频唤醒信息与UWB唤醒信号、并回传低频定位信息与UWB定位信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站再分别上传低频定位信息与UWB定位信息至定位服务器，定位服务器获取低频定位信息与UWB定位信息后对标签卡的位置进行解算、进而提供携卡人员的连续三维位置信息。
4.基于权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置的室内定位方法，包括以下步骤：
步骤1.设标签卡当前楼层调度号为i，若标签卡被低频定位基站的低频唤醒信号唤醒，则判定标签卡位于楼层过渡区，执行步骤2进行区域判别；否则、判定便签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤2.区域判别；根据标签卡感应到1号至4号单元天线的RSSI值RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4对标签卡进行区域判别：
当RSSI1+RSSI2>RSSI3+RSSI4且RSSI1>RSSI2，则判定标签卡位于楼层i的楼梯上行区，执行步骤3进行位置解算；
当RSSI1+RSSI2<RSSI3+RSSI4且RSSI3>RSSI4，则判定标签卡位于楼层i的楼梯下行区，执行步骤4进行位置解算；
其他情况，则判定标签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；
步骤3.位置解算；
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hup1；
根据楼层i+1处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i+1的高度hdown1；
若hup1≤hdown1，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯上行区，令h＝hup1、δ＝1；反之(hup1＞hdown1)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i+1，即更新标签卡位置为楼层i+1的楼梯下行区，另h＝hdown1、δ＝-1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)；
步骤4.位置解算；
根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度hdown2；
根据楼层i-1处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i-1的高度hup2；
若hdown2≤hup2，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯下行区，令h＝hdown2、δ＝-1；反之(hdown2＞hup2)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i-1，即更新标签卡位置为楼层i-1的楼梯上行区，另h＝hup2、δ＝1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；
根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x1,y1)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x1+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行区楼梯的坡度；
进而计算标签卡相对于地面的高度为：
z＝δ*h+(i-1)*hfloor
其中，hfloor为楼层每层的平均高度；
最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)。
5.按权利要求4所述层间过渡区域的室内定位方法，其特征在于，所述高度解算方法具体为：
Figure FDA0003551412420000031
其中，
Figure FDA0003551412420000032
B＝2BNCN+2y1-a，
Figure FDA0003551412420000033
a＝tanα，b为携卡高度；BN＝(-2yi,1-2zi,1a)/2ri,1，
Figure FDA0003551412420000034
yi,1＝yi-y1，zi,1＝zi-z1，ri,1＝di-d1，di为楼层i处UWB定位基站到标签卡的距离测量值、d1为楼梯平台i±1/2处UWB基站到标签卡的距离测量值，(y1,z1)为楼层i处UWB定位基站的位置坐标，(yi,zi)为楼梯平台i±1/2处UWB定位基站的位置坐标；
当s1＞0时，取y＝s1代入，计算得出标签卡相对于楼层i地面的高度为h＝±(ay+b)；当s1≤0时，取y＝s2代入。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114269013B (zh) * 2021-12-14 2022-10-14 电子科技大学 一种层间过渡区域的室内定位方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101945472A (zh) * 2010-05-18 2011-01-12 东南大学 一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法
CN102821464A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 北京邮电大学 一种室内楼层定位方法及装置
CN104864872A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 吉林大学 通过动作判断的室内定位系统
CN104965192A (zh) * 2015-05-22 2015-10-07 南京邮电大学 一种基于决策树的分布式室内定位方法
CN105849578A (zh) * 2013-12-24 2016-08-10 株式会社理光 定位系统和程序
WO2018006796A1 (zh) * 2016-07-05 2018-01-11 深圳大学 利用四面体以及无线通讯技术的楼层定位系统及方法
CN108537101A (zh) * 2018-01-05 2018-09-14 浙江大学 一种基于状态识别的行人定位方法
CN109298393A (zh) * 2018-10-26 2019-02-01 中交第航务工程局有限公司 一种基于bim模型的建筑物内定位系统及其定位方法
CN111765887A (zh) * 2020-07-10 2020-10-13 北京航空航天大学 一种基于mems传感器和fm广播信号的室内三维定位方法
CN112584312A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 深圳市智造建筑信息科技有限公司 一种人员数量与位置分布监控系统及其方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2017179109A1 (ja) * 2016-04-11 2018-11-22 富士通株式会社 位置推定プログラム、位置推定方法、及び位置推定装置
JP2018063163A (ja) * 2016-10-12 2018-04-19 富士通株式会社 情報処理装置、位置算出方法および位置算出プログラム

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101945472A (zh) * 2010-05-18 2011-01-12 东南大学 一种融合射频识别的无线传感器网络多移动目标定位方法
CN102821464A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 北京邮电大学 一种室内楼层定位方法及装置
CN105849578A (zh) * 2013-12-24 2016-08-10 株式会社理光 定位系统和程序
CN104965192A (zh) * 2015-05-22 2015-10-07 南京邮电大学 一种基于决策树的分布式室内定位方法
CN104864872A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 吉林大学 通过动作判断的室内定位系统
WO2018006796A1 (zh) * 2016-07-05 2018-01-11 深圳大学 利用四面体以及无线通讯技术的楼层定位系统及方法
CN108537101A (zh) * 2018-01-05 2018-09-14 浙江大学 一种基于状态识别的行人定位方法
CN109298393A (zh) * 2018-10-26 2019-02-01 中交第航务工程局有限公司 一种基于bim模型的建筑物内定位系统及其定位方法
CN112584312A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 深圳市智造建筑信息科技有限公司 一种人员数量与位置分布监控系统及其方法
CN111765887A (zh) * 2020-07-10 2020-10-13 北京航空航天大学 一种基于mems传感器和fm广播信号的室内三维定位方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Robust AUV Localization Based on Switchable Constraints;Can Wang;《2018 IEEE》;20181231;1-5 *
基于PDR和地磁匹配融合的楼层定位方法;刘元成等;《传感技术学报》;20200415(第04期);1-10 *

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