CN114423075B - 一种定位方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

一种定位方法、装置、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种定位方法、装置、系统及存储介质。该方法应用于定位系统，定位系统包括标签、无线测距仪和基站，标签和无线测距仪设置于移动装置上，移动装置于至少两个相连接的路径上活动，每个路径的第一端与第二端均设置有基站，第一端还设有无线测距标靶，该方法包括：获取无线测距仪测量得到的第一距离、标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息；根据各测距信息，或根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。本发明，通过超宽带测距以及无线测距的相互配合，解决了安装于移动装置上的外墙作业机器人在作业过程中的定位精度不佳的问题。

Description

一种定位方法、装置、系统及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及无线定位技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
在建筑外墙场景中，外墙作业机器人安装于移动装置上，其跟随移动装置在导轨上移动进行相应的墙体作业，作业轨迹相对固定。但是，由于作业环境相对复杂，如建筑结构为钢筋、混凝土等等，外墙作业机器人在作业过程中的定位精度难以保证，这是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种定位方法、装置、系统及存储介质，解决了安装于移动平台上的外墙作业机器人在作业过程中的定位精度不佳的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种定位方法，应用于定位系统，该定位系统包括标签、无线测距仪和基站，标签和无线测距仪设置于移动装置上，该移动装置于至少两个相连接的路径上活动，且每个路径的第一端与第二端均设置有基站，其中第一端还设有无线测距标靶，该方法可以包括：
获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端间的实测距离；根据各测距信息，或者根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。
可选的，测距信息包括标签与同一路径两端两个基站之间的到达时间差，根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，可以包括：
根据各路径的长度和各到达时间差，分别确定标签与各路径的第二端间的各第二距离；将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径。
可选的，将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，可以包括：
根据各路径的长度以及标签与无线测距仪之间的设置距离，将第二距离转换为第三距离，其中，第三距离是由第二距离换算得到的无线测距仪到第一端间的理论距离；将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较。
可选的，根据各路径的长度和各到达时间差，分别确定标签与各路径的第二端之间的各第二距离，包括：
通过如下公式计算出各第二距离
其中，Li是各路径的长度，τi是各到达时间差，C是光在空气中的传播速度；
相应的，根据各路径的长度以及标签与无线测距仪之间的设置距离，将第二距离转换为第三距离，可以包括：
通过如下公式将第二距离转换为第三距离/>
其中，d是设置距离。
可选的，无线测距仪和标签随移动装置移动并进行连续测量，隶属于同一路径的第三距离的数量包括多个，第一距离的数量和第三距离的数量相一致；
将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较之后，将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，还可以包括：
确定每条路径对应的由各距离差值组成的差值集合，其中，距离差值是各第一距离和相应的各第三距离间的差值；分别确定各差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，并确定各差值集合中目标差值的数量与距离差值的总数间的数量比值；
相应的，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径，可以包括：
将满足预设条件的数量比值所对应的路径确定为目标路径。
可选的，分别确定各差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，包括：
将各距离差值的绝对值与第一预设路径判断阈值进行比较，并将绝对值小于第一预设路径判断阈值的距离差值作为目标差值。
可选的，将满足预设条件的数量比值所对应的路径确定为目标路径，包括：
若各数量比值的最大值小于第二预设路径判断阈值，则返回执行获取第一距离与测距信息的步骤；否则，判断最大值所在的差值集合是否唯一，若是则将最大值所在的差值集合对应的路径确定为目标路径，否则在数量比值最大的差值集合中确定最小距离差值，并将最小距离差值所在的差值集合所对应的路径确定为目标路径。
可选的，根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位，可包括：
若无线测距仪的测距方向和移动装置的移动方向相同，则通过如下公式计算出移动装置和路径起点间的一维距离l；
其中，是通过路径参数得到的在移动方向上从路径起点至目标路径的各路径的长度之和，Llaser是第一距离；
否则，通过如下公式计算出一维距离l；
其中，是通过路径参数得到的在移动方向上的从路径起点至目标路径之前的各路径的长度之和。
第二方面，本发明实施例还提供了一种定位装置，配置于定位系统，定位系统包括标签、无线测距仪和基站，标签和无线测距仪设置于移动装置上，该移动装置于至少两个相连接的路径上活动，且每个路径的第一端与第二端均设置有基站，其中第一端还设有无线测距标靶，该装置可以包括：
获取模块，用于获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，其中，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端之间的实测距离；定位模块，用于根据各测距信息，或者根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。
第三方面，本发明实施例还提供了一种定位系统，该系统可以包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本发明任意实施例所提供的定位方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所提供的定位方法。
本发明实施例的技术方案，在建筑外墙场景下，先获取无线测距仪与当前路径一端的实测距离，并利用标签与各路径上的两基站间的测距信息分别得到各路径对应的标签至该路径另一端的测距信息；进而，根据各测距信息、或是根据第一距离和各测距信息可确定出移动装置所在的目标路径，该确定方案的一种可选方案是将该测距信息转换为与无线测距仪相同指向的理论距离，并将该理论距离与该实测距离进行比较，从而根据比较结果确定移动装置所在的目标路径，由此实现了目标路径的快速定位；根据路径参数、该目标路径以及该第一距离对移动装置进行定位。上述技术方案，通过超宽带测距以及无线测距的相互配合，解决了安装于移动装置上的外墙作业机器人在作业过程中的定位精度不佳的问题，达到了外墙作业机器人的整体绝对的毫米级精度的定位效果。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种定位方法的应用示意图；
图2是本发明实施例一中的一种定位方法的流程图；
图3是本发明实施例二中的一种定位方法的流程图；
图4是本发明实施例二中的一种定位方法中目标路径的确定过程的流程图；
图5是本发明实施例三中的一种定位装置的结构框图；
图6是本发明实施例四中的一种定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在介绍本发明实施例之前，先对本发明实施例的应用场景进行示例性说明：在建筑外墙环境中，可选的测距技术包括激光测距和超宽带测距，该激光测距还可以是其余的无线测距，如超声波测距、蓝牙测距、4g测距、5g测距等等，以激光测距为例，将无线测距仪安装于装载外墙作业机器人的移动装置上且将无线测距标靶安装于路径的第一端(路径的首端或尾端)，其利用激光进行外墙作业机器人与无线测距标靶间的实时测距，进而根据该实时测距得到的测距信息对外墙作业机器人进行定位，如坐标系中，将移动装置与路径起点(即，坐标原点)间的一维距离转换为移动装置的二维坐标，由此实现了移动装置的位置信息的定位，该一维距离可以认为是移动装置相当于路径起点移动的距离信息，例如移动装置的移动轨迹是一个正方形，以该正方形的右上角是路径起点且逆时针方向是正方向为例，当移动装置从路径起点沿着逆时针方向进行移动时，其一维距离持续增加。需要说明的是，无线测距仪的测距精度较高，但由于墙体遮挡，其只能对局部区域进行相对测距，而难以对整体区域进行绝对测距。相应的，超宽带测距是将标签安装于外墙作业机器人上且将基站分别安装于路径的第一端与第二端，即首尾两端，利用基站和标签间的信号收发时间戳进行一维测距。与此同时，其可以利用各基站级联组网的方式对设置于外墙周围的各路径进行识别，从而实现了整体外墙的绝对定位。但是，相对于激光的毫米级的测距精度，超宽带测的测距精度为厘米级。
在此基础上，在移动装置的移动过程中，为实现移动装置的整体绝对的毫米级精度的定位效果，本发明各实施例提出了将无线测距和超宽带测距相融合的定位方法，该定位方法可以应用于定位系统，该定位系统可以包括无线测距仪、以及相互间可以进行超宽带(Ultra Wide Band，UWB)通信的标签和基站。其中，标签和无线测距仪可以设置于移动装置上，二者可分别设置于移动装置的两端或是设置于移动装置的同一端，该移动装置可以是单独的移动装置例如移动平台，也可以是移动装置和外墙作业机器人的组合装置，该移动装置可以于至少两个相连接的路径上活动，每条路径的两端均可以设置有基站。在此基础上，可选的，各条路径间的连接方式可以是首尾相连，该路径可以是导轨，和/或，各基站可时钟同步。另外，针对每条路径上的首端和尾端，其可以预先设置、或是根据移动装置的移动方向确定，例如将移动装置先经过的一端作为首端且后经过的一端作为尾端，当然，反之亦然可以。
示例性的，考虑到本发明实施例可能涉及到的应用场景，上述定位系统可如图1所示，对建筑外墙周围的路径进行划分，得到路径1、路径2、路径3和路径4，各路径间首尾相连且第一端、第二端分别设置有基站，无线测距仪和标签分别设置于移动装置的两端，无线测距标靶设于每个路径的第一端，无线测距仪可以测量出自己与自己所在的路径上第一端间的第一距离，这一端可以是与无线测距仪相邻的且未存在遮挡的一端。
下面将详细阐述本发明各实施例所述的定位方法。
实施例一
图2是本发明实施例一中提供的一种定位方法的流程图。本实施例可适用于基于无线测距和超宽带测距相融合的方式对建筑外墙场景下的移动装置进行定位的情况。该方法可以由本发明实施例提供的定位装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在定位系统上。
参见图2，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：
S110、获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，其中，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端之间的实测距离。
其中，当前路径是移动装置所在的路径，但是本定位方法未完成定位之前，当前路径未知，各路径两端的两基站通过与标签通信，分别会计算出一对应的“当前路径”，本定位方法即是要从这些“当前路径”中找出目标路径，该目标路径就是真实的当前路径。第一距离是无线测距仪与当前路径上的第一端之间的实际测量得到的距离，该第一端可以是与无线测距仪相邻的未存在遮挡的一端，该端可以是路径的首端或尾端。需要说明的是，在实际应用中，无线测距仪所在的目标路径未知，其可以根据无线测距仪测量得到的第一距离和标签与基站间的测距信息进行确定，如假设无线测距仪在当前路径上，通过对第一距离和测距信息进行对比确定该当前路径是否为目标路径。
以图1为例，当移动装置位于路径1时，该第一距离可以是其与基站20间的距离；当移动装置位于路径2时，该第一距离可以是其与基站30间的距离；等等。在此基础上，当移动装置在路径上进行移动时，以移动装置先经过的一端作为首端且后经过的一端作为尾端为例，在图1中，当移动方向是逆时针方向时，第一距离可以认为是无线测距仪与尾端间的距离；类似的，当移动方向是顺时针方向时，第一距离可以认为是无线测距仪与首端间的距离。也就是说，根据无线测距仪的测距方向和移动装置的移动方向，可以确定第一端是当前路径上的哪一端，该无线测距仪的测距方向可以认为是其指向第一端的方向。
在实际应用中，标签与全部的基站进行通信，测距信息是标签与同一路径上的两个基站进行通信后测量得到的信息，该同一路径就是此二基站所假设的当前路径，该测距信息可以是到达时间差(Time Difference of Arrival，TDoA)、第二距离、接收信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)等等，该第二距离可以是标签和设于路径第二端的基站间的距离。图1中，设置于同一路径的两端基站是基站10和基站20、基站20和基站30、基站30和基站40、或是基站40和基站10等等。基站标签间的通信方式可以是上行方式(如，标签广播且基站接收)或下行方式(即，基站下发且标签接收)。在此基础上，当路径的数量是两个或是多个时，在一次信号采集过程中，测距信息的数量可与路径的数量相一致，即，路径和测距信息具有对应关系。由于位于路径两端的两基站与该路径具有对应关系，当标签与其中两基站通信得出测距信息后，能够将该测距信息与该两基站对应的路径匹配，比如，标签与基站10和基站20之间的测距信息自动与路径1相匹配。
考虑到本发明实施例可能涉及到的应用场景，在此以TDoA以及第二距离为例，对测距信息的获取过程进行示例性地说明。如图1所示，以逆时针方向为正方向，移动装置先经过的一端作为首端且后经过的一端作为尾端，将设置于首端上的基站作为首基站且将设置于尾端上的基站作为尾基站为例。在实际应用中，首基站和尾基站是相对概念，如在路径1上，首基站是基站10且尾基站是基站20；在路径2上，首基站是基站20且尾基站是基站30；等等，以此类推。在各基站时钟同步后，以下行方式为例，各基站下发Blink帧信号，且标签接收到该Blink帧信号。以移动装置位于第i条路径上为例，首尾基站的基站下发时间戳分别为tbegin和tend，标签接收到该Blink帧信号的相应的本地接收时间戳分别为和此时，TDoA(τ)可以通过如下公式计算得到，其中，h表示基站同步预测函数，其对尾基站的基站下发时间戳进行转换以使其和首基站的基站下发时间戳的时钟同步，在公式中通过h表示这两个基站的基站下发时间戳的时钟已同步，这即是上文所述的各基站时钟同步。
进一步，以标签和同一路径的首尾两端的基站位于同一直线、且标签靠近首基站为例，根据移动装置所在的第i条路径的长度(Li)可以将TDoA转换为第二距离，该第二距离可以是标签与第二端的基站间的距离。以上述TDoA的计算公式为例，根据其可以计算出第二端基站与标签间的第二距离 C是光在空气中的传播速度。
S120、根据各测距信息、或根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径和第一距离对移动装置进行定位。
其中，考虑到各路径的数量是至少两个且无线测距仪只能对局部区域进行相对测距，为实现整体绝对的毫米级精度的定位效果，可以根据各测距信息、或是第一距离以及各测距信息确定移动装置所在的目标路径是各路径中的哪条路径，以便根据该目标路径、路径参数和该第一距离对移动装置进行定位，该路径参数可以是移动装置从起始路径开始移动经过的各路径中至少一条路径的长度、至少两条路径的长度之和等等，该起始路径可以是移动起点或是说路径起点所在的路径。由此，根据目标路径和路径参数可以进行整体绝对定位、且根据第一距离可以进行毫米级精度定位。
在此基础上，针对目标路径的确定过程，示例性的，以测距信息包括RSSI为例，考虑到RSSI的大小与UWB信号的传输距离有关，标签所在的路径上的基站与该标签的设置距离较近，因此根据RSSI的大小可以确定目标路径，例如先确定最强的RSSI对应的基站和次强的RSSI对应的基站，再将与这两个基站均关联的路径作为目标路径；再示例性的，在各路径间未完全间隔时，例如建筑外墙上存在窗户、镂空、被UWB信号穿透等等情况，标签可以同时接收到多条路径上的基站下发的UWB信号或是标签可以同时向多条路径上的基站进行广播，即在一次UWB信号的收发过程中，TDoA的数量和路径的数量相一致，且各TDoA与各路径一一对应，即每个TDoA代表一个路径，因此。根据各TDoA推导出的各第二距离和第一距离间的距离差值可以确定无线测距仪所在的目标路径，如根据距离差值，再结合二者间的设置距离和各路径的长度，可以确定无线测距仪所在的目标路径。以上利用RSSI进行路径判定的方式受到芯片等级、环境复杂程度等诸多因素限制，实际使用中效果不如本实施例中以TDoA得到测距信息的路径判定方式。当然，还可以通过其它技术方案确定出目标路径，在此未做具体限定。
需要说明的是，上述技术方案，在建筑外墙场景下，将无线测距和超宽带测距相融合，通过超宽带测距的整体绝对测距完成目标路径的识别且通过无线测距的局部相对测距完成移动装置的毫米级精度定位，由此实现了移动装置的整体绝对的毫米级精度的定位效果，有效规避了定位过程中的累计误差，具有扩展性强、稳定性高等特点。
本发明实施例的技术方案，在建筑外墙场景下，先获取无线测距仪与当前路径一端的实测距离，并利用标签与各路径上的两基站间的测距信息分别得到各路径对应的标签至该路径另一端的测距信息；进而，根据各测距信息、或是根据第一距离和各测距信息可确定出移动装置所在的目标路径，该确定方案的一种可选方案是将该测距信息转换为与无线测距仪相同指向的理论距离，并将该理论距离与该实测距离进行比较，从而根据比较结果确定移动装置所在的目标路径，由此实现了目标路径的快速定位；根据路径参数、该目标路径以及该第一距离对移动装置进行定位。上述技术方案，通过超宽带测距以及无线测距的相互配合，解决了安装于移动装置上的外墙作业机器人在作业过程中的定位精度不佳的问题，达到了外墙作业机器人的整体绝对的毫米级精度的定位效果。
在此基础上，可选的，根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位，具体可包括：若无线测距仪的测距方向和移动装置的移动方向相同，则可以通过如下公式计算出移动装置和路径起点间的一维距离l；
其中，是通过路径参数得到的在移动方向上从路径起点至目标路径的各路径的长度之和，Llaser是第一距离，也就是说，目标路径是各条路径中的第i条路径，Lk是第k条路径的长度，L1是路径起点所在的起始路径(即，第1条路径)的长度，/>是沿着移动方向的从第1条路径至第i条路径间的各条路径的长度之和。在实际应用中，可选的，上述公式还可以应用于多种情况，例如测距方向和移动方向相同且移动方向是远离路径起点的方向，再如测距方向和移动方向不同且移动方向是靠近路径起点的方向，这是因为，当无线测距仪在同一路径上进行移动时，无线测距的数值越小则说明该无线测距仪越远离路径起点，其l越大。
相应的，在测距方向和移动方向相反时，可以通过如下公式计算出l；
其中，是通过路径参数得到的在移动方向上的从路径起点至目标路径之前的各路径的长度之和，即/>沿着移动方向的从第1条路径至第i-1条路径间的各条路径的长度之和，Li-1是目标路径的上一路径的长度，上一路径是在移动方向上的与目标路径相连的路径。在实际应用中，可选的，上述公式还可以应用于多种情况，例如测距方向和移动方向相同且移动方向是靠近路径起点的方向，或测距方向和移动方向不同且移动方向是远离路径起点的方向。
上述技术方案，在不同种情况下实现了一维距离的精准计算，进而可以将该一维距离转换为无线测距仪相对于路径起点的二维坐标；进一步，由于无线测距仪设置于移动装置，根据该二维坐标实现了该移动装置的精准定位。例如，如图1所示，以正方向是逆时针方向且路径起点是右上角为例，当移动装置在各路径上沿逆时针方向进行移动时，根据如上公式计算出的一维距离持续增加，由于无线测距仪的一维距离和二维坐标间存在映射关系，由此根据该一维距离和该映射关系可以反向推导出其二维坐标。
一种可选的技术方案，为实现各基站时钟同步，可以控制各基站通过级联方式进行同步组网，这是在软件上通过无线方式实现的时钟同步。在此基础上，可选的，各基站级联组网的一种可实施方式包括：获取各基站中的起始基站和基站级联传递方向，以基站级联传递方向为依据，控制起始基站向起始基站的下一基站发送同步帧信号，该下一基站是在基站级联传递方向上的与起始基站相邻的下一个基站；在监测到下一基站接收到同步帧信号后，将下一基站更新为起始基站，重复执行控制起始基站向起始基站的下一基站发送同步帧信号的步骤，直至各基站中的末级基站接收到该同步帧信号，其中，各基站发送的同步帧信号的内容可以相同且ID不同，该ID不同的原因是因为不同的同步帧信号是由不同的基站发出的。示例性的，将各路径处的某基站作为起始基站BS0，确定基站级联传递方向，例如，图1中的基站级联传递方向为顺时针方向，假设各基站的总数量是N，那么，控制BS0下发第一级同步帧信号，待BS1接收到该同步帧信号后，控制BS1发送第二级同步帧信号，依次循环，直至最后一级基站BSN接收到该同步帧信号，由此实现了各基站间的级联组网。
实施例二
图3是本发明实施例二中提供的一种定位方法的流程图。本实施例以上述各技术方案为基础进行优化。在本实施例中，可选的，测距信息可包括标签与同一路径两端的两个基站之间的到达时间差，根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，具体可以包括：根据各路径的长度和各到达时间差，分别确定标签与各路径的第二端之间的各第二距离；将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径。其中，与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。
参见图3，本实施例的方法具体可以包括如下步骤：
S210、获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，其中，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端之间的实测距离，测距信息包括标签与两个基站之间的到达时间差。其中，这两个基站是位于同一路径上的基站。
S220、根据各路径的长度和各到达时间差，分别确定标签与各路径的第二端之间的各第二距离，将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径。
其中，标签和隶属于同一路径上的基站间每进行一次UWB信号收发时，根据相应的信号收发时间戳可以计算出一个TDoA，再根据TDoA和该条路径的长度可以确定相应的第二距离。即在一次UWB信号的收发过程中，一条路径上的一个TDoA对应一个第二距离，该第二距离在本实施例中是标签与各路径的第二端间的实际测量得到的距离，该第二端是当前路径上除第一端以外的一端；在其他实施方式中也可以是对标签与第一端间的实际测量得到的距离进行转换后得到的无线测距仪到第一端间的理论距离，该理论距离可以是根据标签与无线测距仪间的设置距离对标签与第一端间的实际测量得到的距离进行转换后得到的距离。路径的数量是至少两个时，可以得到不同路径分别对应的第二距离，但第一距离的数量是一个。
进一步，将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径，如可以先计算出每条路径的第二距离和第一距离间的距离差值，再根据各路径的距离差值确定哪条路径是目标路径，该确定过程与第二距离和第一距离是否是同一测距方向上的距离、无线测距仪和标签间的设置距离等因素有关。示例性的，第一距离包括无线测距仪和设置于同一路径的第一端的实测距离，第二距离包括标签和设置于同一路径的第二端的基站间的实测距离，即，第二距离和第一距离不是同一测距方向上的距离，如图1中，在移动装置位于路径1上时，第二距离是朝向基站10方向的距离、且第一距离是朝向基站20方向的距离。
在此基础上，为简化目标路径的确定过程，可以根据路径的长度将该路径的第二距离转换为与第一距离在同一测距方向的第三距离，此时与设置距离越接近的距离差值对应的路径是目标路径的可能性越大，该距离差值可以是第一距离和相应的第三距离间的差值；还可以根据各路径的长度与设置距离将第二距离转换为无线测距仪与第一端间的第三距离，该第三距离是由第二距离换算出的无线测距仪到第一端间的理论距离，此时与0越接近的距离差值对应的路径是目标路径的可能性越大，即，将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较，将与第一距离最为接近的第三距离对应的路径作为目标路径；当然，第二距离还可以与第一距离是同一测距方向上的距离，此时依然可根据不同路径上的二者的差值确定哪条路径是目标路径，等等，在此未做具体限定。由上可知，第二距离表征标签到各路径的第二端之间的实测距离时，上述以预设方式进行处理的具体过程可以是：根据各路径的长度以及标签与无线测距仪间的设置距离，将第二距离转换为第三距离，其中，第三距离是由第二距离换算得到的无线测距仪到第一端间的理论距离；将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较。
为了更好的理解上述步骤的实现过程，下面结合具体公式对其进行示例性说明：可以通过如下公式计算出第i条路径上的第二距离
其中，Li是第i条路径的长度，τi是第i条路径上的到达时间差，C是光在空气中的传播速度；相应的，根据各路径的长度以及标签与无线测距仪间的设置距离，将第二距离转换为第三距离，具体可以包括，可以通过如下公式将第二距离转换为第三距离/>
其中，d是设置距离。
S230、根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。
本发明实施例的技术方案，通过各路径的长度和各到达时间差可以确定各路径对应的第二距离，进而将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径，由此达到了目标路径的精准确定的效果。
进一步的，为排除因设备故障等等原因造成的测量异常，提高定位系统的定位稳定性，无线测距仪和标签随移动装置移动时进行连续测量，即各条路径上均可以进行至少两次的UWB信号收发，换言之，隶属于同一路径的第三距离的数量包括多个，且第一距离的数量和第三距离的数量相一致，即每一次UWB信号收发均会对应一个第一距离，此时，在将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较之后，将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，具体还可以包括：确定每条路径对应的由各距离差值组成的差值集合，其中，距离差值是一次UWB信号收发过程中得到的第一距离和相应的第三距离间的差值；分别确定各差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，并确定各差值集合中目标差值的数量与距离差值的总数间的数量比值；相应的，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径，具体可以包括：将满足预设条件的数量比值所对应的路径确定为目标路径。需要说明的，各个差值集合的处理逻辑相同，预设路径判断条件可以是距离差值是否小于第一预设路径判断阈值、以信号采集时间为依据时相邻的距离差值间的差值是否小于第一预设路径判断阈值等等，当然，由于距离差值有正有负，该预设路径判断条件还可以是距离差值的绝对值是否小于第一预设路径判断阈值等等。示例性的，将各距离差值的绝对值与与第一预设路径判断阈值进行比较，并将绝对值小于第一预设路径判断阈值的距离差值作为目标差值。另外，确定目标路径时，可以根据各数量比值的数值统计结果确定移动装置所在的目标路径，这一数值统计结果可以是最大值、最小值、均值等等，示例性的，确定各差值集合中目标差值的数量和距离差值的总数间的数量比值，若各数量比值的最大值小于第二预设路径判断阈值，则返回执行获取第一距离与测距信息的步骤，即此时无法判断目标路径是哪条路径，可以重新获取第一距离和测距信息，并再次判断目标路径是哪条路径；若各数量比值的最大值大于等于第二预设路径判断阈值，则判断各数量比值的最大值所在的差值集合是否唯一，若是则将各数量比值的最大值所在的差值集合对应的路径确定为目标路径，否则，在数量比值最大的各差值集合中确定最小距离差值，并将该最小距离差值所在的差值集合所对应的路径确定为目标路径。
为了更好地理解上述目标路径的确定过程，下面结合具体示例对其进行示例性说明。如图4所示，假设预设路径判断条件是距离差值是否小于α，第i条路径的M次采集得到的各目标差值构成的差值集合是其中，/>是第i条路径的第j次采集得到的第三距离，该第三距离是转换后的相当于无线测距仪到第一端间的理论距离。在此基础上，目标路径的判断过程如下所示：
(1)获取第一距离和第二距离。
(2)将第二距离转换为无线测距仪到第一端间的理论距离(即，第三距离)，依据上述式子计算第三距离和第一距离间的距离差值。
(3)连续采集，得到各条路径的差值集合。
(4)确定每条路径的差值集合中小于α的距离差值所占的数量比值，以第i条路径对应的数量比值是ρi，且路径的数量是s为例,多个数量比值构成的比值序列是ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρS]。
(5)若Max(ρ)<0.5，此时无法判断目标路径是各条路径中的哪条路径，返回步骤(1)；否则进入步骤(6)。
(6)若Max(ρ)不唯一，则跳至步骤(7)；否则返回步骤(1)。
(7)分别计算每条路径的差值集合中各目标差值的平均值，将各平均值中最小的平均值对应的差值集合对应的路径作为目标路径。
实施例三
图5为本发明实施例三提供的定位装置的结构框图，该装置用于执行上述任意实施例所提供的定位方法。该装置与上述各实施例的定位方法属于同一个发明构思，在定位装置的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述定位方法的实施例。参见图5，该装置配置于定位系统中，该定位系统可包括无线测距仪、标签和基站，标签和无线测距仪设置于移动装置上，移动装置于至少两个相连接的路径上活动，每个路径的第一端与第二端均设置有基站，其中第一端还设有无线测距标靶，该装置具体可包括：获取模块310和定位模块320。
其中，获取模块310，用于获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，其中，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端之间的实测距离；定位模块320，用于根据各测距信息，或者根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。
可选的，测距信息包括标签与两个基站之间的到达时间差；
相应的，定位模块320，具体可以包括：
第二距离确定子模块，用于根据各路径的长度和各到达时间差，分别确定标签与各路径的第二端之间的各第二距离；目标路径确定子模块，用于将第一距离和隶属于不同路径的各第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定移动装置所在的目标路径。
可选的，目标路径确定子模块，具体可以包括：
第三距离确定单元，用于根据各路径的长度以及标签与无线测距仪之间的设置距离，将第二距离转换为第三距离，其中，第三距离是由第二距离换算得到的无线测距仪到第一端间的理论距离；处理单元，用于将第一距离和隶属于不同路径的各第三距离分别进行比较。
可选的，第二距离确定子模块，具体可以用于：
通过如下公式计算出各第二距离
其中，Li是各路径的长度，τi是各到达时间差，C是光在空气中的传播速度；
相应的，第三距离确定单元，具体可以用于：
通过如下公式将第二距离转换为第三距离/>
其中，d是设置距离。
可选的，无线测距仪、标签以及基站进行连续测量，隶属于同一路径的第三距离的数量包括多个，第一距离的数量和第三距离的数量相一致；
相应的，目标路径确定子模块，还可以包括：
差值集合确定单元，用于确定每条路径对应的由各距离差值组成的差值集合，其中，距离差值是各第一距离和相应的各第三距离间的差值；数量比值确定单元，用于分别确定各差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，确定各差值集合中目标差值的数量和距离差值的总数间的数量比值；目标路径确定单元，用于将满足预设条件的数量比值所对应的路径确定为目标路径。
可选的，差值集合确定单元，具体可以用于：
将各距离差值的绝对值与第一预设路径判断阈值进行比较，并将绝对值小于第一预设路径判断阈值的距离差值作为目标差值。
可选的，目标路径确定单元，具体可以用于：若各数量比值的最大值小于第二预设路径判断阈值，则返回执行获取第一距离与测距信息的步骤；否则，判断最大值所在的差值集合是否唯一，若是则将最大值所在的差值集合对应的路径确定为目标路径，否则在数量比值最大的差值集合中确定最小距离差值，并将最小距离差值所在的差值集合所对应的路径确定为目标路径。
可选的，定位模块320，具体可以包括：
定位单元，用于若无线测距仪的测距方向和移动装置的移动方向相同，则通过如下公式计算出移动装置和路径起点间的一维距离l；
其中，是通过路径参数得到的在移动方向上从路径起点至目标路径的各路径的长度之和，Llaser是第一距离；
否则，通过如下公式计算出一维距离l；
是通过路径参数得到的在移动方向上从路径起点至目标路径的各路径的长度之和。
本发明实施例三提供的定位装置，在建筑外墙场景下，通过获取模块获取无线测距仪与当前路径一端的实测距离，并利用标签与各路径上的两基站间的测距信息分别得到各路径对应的标签至该路径另一端的测距信息；进而，定位模块根据各测距信息、或是根据第一距离和各测距信息可确定移动装置所在的目标路径，该确定方案的一种可选方案是将该测距信息转换为与无线测距仪相同指向的理论距离，并将该理论距离与该实测距离进行比较，从而根据比较结果确定移动装置所在的目标路径，由此实现了目标路径的快速定位；根据路径参数、该目标路径以及该第一距离对移动装置进行定位。上述装置，通过超宽带测距以及无线测距的相互配合，解决了安装于移动装置上的外墙作业机器人在作业过程中的定位精度不佳的问题，达到了外墙作业机器人的整体绝对的毫米级精度的定位效果。
本发明实施例所提供的定位装置可执行本发明任意实施例所提供的定位方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
值得注意的是，上述定位装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
实施例四
图6为本发明实施例四提供的一种定位系统的结构示意图，如图6所示，该定位系统包括存储器410、处理器420、输入装置430和输出装置440。定位系统中的处理器420的数量可以是一个或多个，图6中以一个处理器420为例；定位系统中的存储器410、处理器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或其它方式连接，图6中以通过总线450连接为例。
存储器410作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的定位方法对应的程序指令/模块(例如，定位装置中的获取模块310和定位模块320)。处理器420通过运行存储在存储器410中的软件程序、指令以及模块，从而执行定位系统的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的定位方法。
存储器410可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据定位系统的使用所创建的数据等。此外，存储器410可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器410可进一步包括相对于处理器420远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置430可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种定位方法，应用于定位系统，定位系统包括标签、无线测距仪和基站，标签和无线测距仪设置于移动装置上，移动装置于至少两个相连接的路径上活动，每个路径的第一端与第二端均设置有基站，第一端还设有无线测距标靶，该方法可以包括：
获取无线测距仪测量得到的第一距离、以及标签与设置于各路径的两端的基站间的测距信息，第一距离是无线测距仪与当前路径的第一端之间的实测距离；根据各测距信息，或者根据第一距离以及各测距信息，确定移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、目标路径以及第一距离对移动装置进行定位。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的定位方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。依据这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，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)执行本发明各个实施例所述的方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种定位方法，其特征在于，应用于定位系统，所述定位系统包括标签、无线测距仪和基站，所述标签和所述无线测距仪设置于移动装置上，所述移动装置于至少两个相连接的路径上活动，每个所述路径的第一端与第二端均设置有所述基站，其中所述第一端还设有无线测距标靶，所述方法包括：
获取所述无线测距仪测量得到的第一距离、以及所述标签与设置于各所述路径的两端的所述基站间的测距信息，其中，所述第一距离是所述无线测距仪与当前路径的所述第一端之间的实测距离；
根据各所述测距信息，或者根据所述第一距离以及各所述测距信息，确定所述移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、所述目标路径以及所述第一距离对所述移动装置进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测距信息包括所述标签与同一路径两端两个所述基站之间的到达时间差，所述根据所述第一距离以及各所述测距信息，确定所述移动装置所在的目标路径，包括：
根据各所述路径的长度和各所述到达时间差，分别确定所述标签与各所述路径的所述第二端之间的各第二距离；
将所述第一距离和隶属于不同所述路径的各所述第二距离以预设方式进行处理，根据处理结果确定所述移动装置所在的目标路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述第一距离和隶属于不同所述路径的各所述第二距离以预设方式进行处理，包括：
根据各所述路径的长度以及所述标签与所述无线测距仪之间的设置距离，将所述第二距离转换为第三距离，其中，所述第三距离是由所述第二距离换算得到的所述无线测距仪到所述第一端间的理论距离；
将所述第一距离和隶属于不同所述路径的各所述第三距离分别进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各所述路径的长度和各所述到达时间差，分别确定所述标签与各所述路径的所述第二端之间的各第二距离，包括：
通过如下公式计算出各第二距离
其中，Li是各所述路径的长度，τi是各所述到达时间差，C是光在空气中的传播速度；
相应的，所述根据各所述路径的长度以及所述标签与所述无线测距仪之间的设置距离，将所述第二距离转换为第三距离，包括：
通过如下公式将所述第二距离转换为第三距离/>
其中，d是所述设置距离。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无线测距仪和所述标签随所述移动装置移动并进行连续测量，隶属于同一所述路径的所述第三距离的数量包括多个，所述第一距离的数量和所述第三距离的数量相一致；
所述将所述第一距离和隶属于不同所述路径的各所述第三距离分别进行比较之后，所述将所述第一距离和隶属于不同所述路径的各所述第二距离以预设方式进行处理还包括：
确定每条所述路径对应的由各距离差值组成的差值集合，其中，所述距离差值是各所述第一距离和相应的各所述第三距离间的差值；
分别确定各所述差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，并确定各所述差值集合中所述目标差值的数量与所述距离差值的总数间的数量比值；
所述根据处理结果确定所述移动装置所在的目标路径，包括：将满足预设条件的所述数量比值所对应的所述路径确定为目标路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分别确定各所述差值集合中满足预设路径判断条件的目标差值，包括：
将各所述距离差值的绝对值与第一预设路径判断阈值进行比较，并将所述绝对值小于所述第一预设路径判断阈值的所述距离差值作为目标差值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将满足预设条件的所述数量比值所对应的所述路径确定为目标路径，包括：
若各所述数量比值的最大值小于第二预设路径判断阈值，则返回执行获取所述第一距离与所述测距信息的步骤；
否则，判断所述最大值所在的所述差值集合是否唯一，若是则将所述最大值所在的所述差值集合对应的所述路径确定为目标路径，否则在所述数量比值最大的所述差值集合中确定最小距离差值，并将所述最小距离差值所在的所述差值集合所对应的所述路径确定为目标路径。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据路径参数、所述目标路径以及所述第一距离对所述移动装置进行定位，包括：
若所述无线测距仪的测距方向和所述移动装置的移动方向相同，则通过如下公式计算出所述移动装置和路径起点间的一维距离l；
其中，是通过所述路径参数得到的在所述移动方向上从所述路径起点至所述目标路径的各所述路径的长度之和，Llaser是所述第一距离；
否则，通过如下公式计算出所述一维距离l；
其中，是通过所述路径参数得到的在所述移动方向上的从所述路径起点至所述目标路径之前的各所述路径的长度之和。
9.一种定位装置，其特征在于，配置于定位系统，所述定位系统包括无线测距仪、标签和基站，所述标签和所述无线测距仪设置于移动装置上，所述移动装置于至少两个相连接的路径上活动，每个所述路径的第一端与第二端均设置有所述基站，其中所述第一端还设有无线测距标靶，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述无线测距仪测量得到的第一距离、以及所述标签与设置于各所述路径的两端的所述基站间的测距信息，其中，所述第一距离是所述无线测距仪与当前路径的所述第一端之间的实测距离；
定位模块，用于根据各所述测距信息，或者根据所述第一距离以及各所述测距信息，确定所述移动装置所在的目标路径，并根据路径参数、所述目标路径以及所述第一距离对所述移动装置进行定位。
10.一种定位系统，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的定位方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的定位方法。
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