CN113884095B - 一种定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信工程技术领域，具体公开一种定位系统及其定位方法，所述的定位系统包括信号基站组和若干定位单元，所述的定位方法包括如下步骤：S1：信号基站组实时接收来自定位单元的定位信号，并根据定位信号更新定位单元的定位状态；S2：若定位单元的定位状态发生改变，更新状态周期；S3：当状态周期到达时，更新室外定位模块和室内定位模块的工作状态；S4：根据定位单元的定位状态及其发出的定位信号，获取定位单元的实时位置。本发明解决了现有技术存在的无法进行追踪定位、室内定位的精确度低以及环境转换导致追踪目标丢失的问题。

Description

一种定位系统及其定位方法

技术领域

本发明属于通信工程技术领域，具体涉及一种定位系统及其定位方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。

现有技术存在的问题：

1)工厂环境复杂，人员流动性大，无法对工作人员进行追踪定位，当发生安全事故时无法进行快速抢救；

2)现有技术中室内定位的精确度低，只能获取大致的位置范围；

3)当目标的环境从室内切换至室外后，由于室内定位的信号传输缺陷，容易发生追踪目标丢失，实用性低。

发明内容

本发明旨在于至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明目的在于提供一种定位系统，用于解决现有技术存在的无法进行追踪定位、室内定位的精确度低以及环境转换导致追踪目标丢失的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种定位系统，包括信号基站组和若干定位单元，信号基站组与若干定位单元通信连接，且信号基站组通信连接有外部的上位机，若干定位单元一一对应的设置于工作人员处。

进一步地，信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，若干第二信号基站和第一信号基站均分别与若干定位单元通信连接，若干第二信号基站均匀的设置于工厂的内部，且至少包括一个设置于工厂入口处的室内侧的第二信号基站，第一信号基站设置于工厂入口处的室外侧。

进一步地，每个定位单元包括固定模块、主控模块、室外定位模块以及室内定位模块，固定模块与工作人员固定连接，主控模块分别与室外定位模块和室内定位模块通信连接，室内定位模块分别与若干第二信号基站和第一信号基站通信连接，室外定位模块通信连接有外部的上位机，且室外定位模块、室内定位模块以及主控模块均设置于固定模块。

进一步地，固定模块为安全帽，安全帽与工作人员固定连接，室外定位模块和室内定位模块均设置于安全帽处。

进一步地，室外定位模块为GPS模块，室内定位模块为UWB模块，第二信号基站为室内UWB信号基站，第一信号基站为室外UWB信号基站。

一种定位方法，运用于定位系统，定位系统包括信号基站组和若干定位单元，信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，每个定位单元包括固定模块、主控模块、室外定位模块以及室内定位模块，包括如下步骤：

S1：信号基站组实时接收来自定位单元的定位信号，并根据定位信号更新定位单元的定位状态；

S2：若定位单元的定位状态发生改变，更新状态周期；

S3：当状态周期到达时，更新室外定位模块和室内定位模块的工作状态；

S4：根据定位单元的定位状态及其发出的定位信号，获取定位单元的实时位置。

进一步地，步骤S1的具体步骤为：

S1-1：若当前定位单元的室外定位模块发送定位信号，定位单元的定位状态为“室外”；

S1-2：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室内”；

S1-3：若当前定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态为“室内”；

S1-4：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室外”。

进一步地，步骤S2中，状态周期的公式为：

式中，T为状态周期；R为对应的室外定位模块/室内定位模块的检测范围；θ为对应的室外定位模块/室内定位模块的天线的信号发射方向与工厂的入口处形成的夹角角度；v为定位单元进入当前范围的运行速度。

进一步地，步骤S3的具体步骤为：

S3-1：若定位单元的定位状态从“室外”更新为“室内”，当状态周期到达时，关闭室外定位模块，启动室内定位模块；

S3-2：若定位单元的定位状态从“室内”更新为“室外”，当状态周期到达时，关闭室内定位模块，启动室外定位模块。

进一步地，步骤S4的具体步骤为：

S4-1：定位状态为“室内”的定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号；

S4-2：至少三个第二信号基站接收定位信号，获取每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间；

S4-3：根据每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间，得到定位单元的实时位置。

本发明的有益效果为：

1)采用定位单元对工作人员进行定位，实时获取工作人员的位置信息，在发生安全事故时能够及时的进行抢救，提高了抢救的及时性和工作人员的安全性；

2)利用Ultra Wide Bandwidth超宽带技术，该技术具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点，提高了室内定位的精确度，能够获取工作人员的精确位置；

3)采用GPS模块和UWB模块在环境转换时继续进行实时位置追踪，避免了追踪目标的定位信号的丢失，提高了系统的实用性。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进行详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是定位系统结构框图。

图2是定位方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。

应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种定位系统，包括信号基站组和若干定位单元，信号基站组与若干定位单元通信连接，且信号基站组通信连接有外部的上位机，若干定位单元一一对应的设置于工作人员处；

采用定位单元对工作人员进行定位，实时获取工作人员的位置信息，在发生安全事故时能够及时的进行抢救，提高了抢救的及时性和工作人员的安全性，信号基站组将定位信号发送至上位机进行分析和处理，能够实时分析工作人员的工作状态。

作为优选，信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，若干第二信号基站和第一信号基站均分别与若干定位单元通信连接，若干第二信号基站均匀的设置于工厂的内部，且至少包括一个设置于工厂入口处的室内侧的第二信号基站，第一信号基站设置于工厂入口处的室外侧；

第一信号基站接收来自室外的定位单元的定位信号，能够及时的获取工作人员的环境转换，避免了追踪目标的定位信号的丢失，若干第二信号基站接收定位信号，能够根据到达时间准确的对定位信号进行分析，获取当前工作人员的准确位置。

作为优选，每个定位单元包括固定模块、主控模块、室外定位模块以及室内定位模块，固定模块与工作人员固定连接，主控模块分别与室外定位模块和室内定位模块通信连接，室内定位模块分别与若干第二信号基站和第一信号基站通信连接，室外定位模块通信连接有外部的上位机，且室外定位模块、室内定位模块以及主控模块均设置于固定模块；

固定模块与工作人员进行固定，保证实时定位信号的可靠性，主控模块接收室外定位模块和室内定位模块的数据进行分析和处理，并控制室外定位模块和室内定位模块的正常工作。

作为优选，固定模块为安全帽，安全帽与工作人员固定连接，室外定位模块和室内定位模块均设置于安全帽处，安全帽是指对人头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用的帽子；安全帽由帽壳、帽衬、下颏带及附件等组成,安全帽是由帽壳、帽衬和下颏带等三部分组成；帽壳：这是安全帽的主要部件，一般采用椭圆形或半球形薄壳结构；这种结构，在冲击压力下会产生一定的压力变形，由于材料的刚性性能吸收和分散受力，加上表面光滑与圆形曲线易使冲击物滑走，而减少冲击的时间；根据需要和加强安全帽外壳的强度，外壳可制成光顶、顶筋、有沿和无沿等多种型式；现有的安全帽只具有简单的防护功能，本方案将主控模块、室外定位模块以及室内定位模块与安全帽进行结合，提高了定位系统的安全性的同时，提高了安全帽的实用性。

作为优选，室外定位模块为GPS模块，室内定位模块为UWB模块，第二信号基站为室内UWB信号基站，第一信号基站为室外UWB信号基站；

UWB技术是一种新型的无线通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点，提高了室内定位的精确度，能够获取工作人员的精确位置；在室外时采用GPS模块获取工作人员的实时定位信号，避免了追踪目标的定位信号的丢失，提高了系统的实用性。

如图2所示，一种定位方法，运用于定位系统，定位系统包括信号基站组和若干定位单元，信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，每个定位单元包括固定模块、主控模块、室外定位模块以及室内定位模块，包括如下步骤：

S1：信号基站组实时接收来自定位单元的定位信号，并根据定位信号更新定位单元的定位状态，具体步骤为：

S1-1：若当前定位单元的室外定位模块发送定位信号，定位单元的定位状态为“室外”；

S1-2：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室内”；

S1-3：若当前定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态为“室内”；

S1-4：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室外”；

本实施例中，工作人员的定位单元为“室外”，由GPS模块实时获取定位信号，并发送至上位机进行分析和处理，当工作人员进入工厂时，进入入口处的室外UWB信号基站的范围，当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室内”，对比定位信号的统计数据，将最早的到达时间作为“上岗”的工作记录；

S2：若定位单元的定位状态发生改变，更新状态周期；

状态周期的公式为：

式中，T为状态周期；R为对应的室外定位模块/室内定位模块的检测范围；θ为对应的室外定位模块/室内定位模块的天线的信号发射方向与工厂的入口处形成的夹角角度；v为定位单元进入当前范围的运行速度；

根据第一信号基站接收到的定位信号，更新定时器的状态周期；

S3：当状态周期到达时，更新室外定位模块和室内定位模块的工作状态，具体步骤为：

S3-1：若定位单元的定位状态从“室外”更新为“室内”，当状态周期到达时，关闭室外定位模块，启动室内定位模块；

S3-2：若定位单元的定位状态从“室内”更新为“室外”，当状态周期到达时，关闭室内定位模块，启动室外定位模块；

本实施例中，定位单元的定位状态从“室外”更新为“室内”，当状态周期到达时，关闭GPS模块，启动UWB模块；

S4：根据定位单元的定位状态及其发出的定位信号，获取定位单元的实时位置，具体步骤为：

S4-1：定位状态为“室内”的定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号；

S4-2：至少三个第二信号基站接收定位信号，获取每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间；

S4-3：根据每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间，得到定位单元的实时位置；

同理，根据上述方案能够获取定位单元由“室内”更新为“室外”的次数和时间，并将时间记录为“离岗”，将每次“离岗”记录和“上岗”记录的时间间隔进行统计，获取工作人员的休息时长，将“离岗”记录的最晚时间作为当天工作离岗时间。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其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实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (3)

1.一种定位方法，运用定位系统，所述的定位系统包括信号基站组和若干定位单元，所述的信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，每个所述的定位单元包括固定模块、主控模块、室外定位模块以及室内定位模块，其特征在于：所述的信号基站组包括第一信号基站和若干第二信号基站，所述的若干第二信号基站和第一信号基站均分别与若干定位单元通信连接，若干第二信号基站均匀的设置于工厂的内部，且至少包括一个设置于工厂入口处的室内侧的第二信号基站，所述的第一信号基站设置于工厂入口处的室外侧；

包括如下步骤：

S1：信号基站组实时接收来自定位单元的定位信号，并根据定位信号更新定位单元的定位状态；

所述的步骤S1的具体步骤为：

S1-1：若当前定位单元的室外定位模块发送定位信号，定位单元的定位状态为“室外”；

S1-2：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室内”；

S1-3：若当前定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态为“室内”；

S1-4：若当前定位单元的室内定位模块向第一信号基站发送定位信号，定位单元的定位状态更新为“室外”；

S2：若定位单元的定位状态发生改变，更新状态周期；

所述的步骤S2中，状态周期的公式为：

式中，T为状态周期；R为对应的室外定位模块/室内定位模块的检测范围；θ为对应的室外定位模块/室内定位模块的天线的信号发射方向与工厂的入口处形成的夹角角度；v为定位单元进入当前范围的运行速度；

S3：当状态周期到达时，更新室外定位模块和室内定位模块的工作状态；

S4：根据定位单元的定位状态及其发出的定位信号，获取定位单元的实时位置。

2.根据权利要求1所述的一种定位方法，其特征在于：所述的步骤S3的具体步骤为：

S3-1：若定位单元的定位状态从“室外”更新为“室内”，当状态周期到达时，关闭室外定位模块，启动室内定位模块；

S3-2：若定位单元的定位状态从“室内”更新为“室外”，当状态周期到达时，关闭室内定位模块，启动室外定位模块。

3.根据权利要求2所述的一种定位方法，其特征在于：所述的步骤S4的具体步骤为：

S4-1：定位状态为“室内”的定位单元的室内定位模块向第二信号基站发送定位信号；

S4-2：至少三个第二信号基站接收定位信号，获取每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间；

S4-3：根据每个第二信号基站的预设位置及其接收到定位信号的达到时间，得到定位单元的实时位置。