CN205808421U - 可见光定位设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可见光定位设备，其特征在于包括：本地存储单元，存储一个或多个建筑物的室内地图数据；光接收单元，接收定位光发射单元所发出的可见光；解调单元，解调所接收的可见光，获取所述定位光发射单元的ID，所述ID对应于所述定位光发射单元在室内地图数据库中的地理坐标数据；以及定位测算单元，基于所接收到的可见光的光量以及方向，测量光所述光接收单元与所述定位光发射单元之间的相对距离以及相对角度，并基于所获取的地理坐标数据、所述相对距离和相对角度，确定所述可见光定位设备的定位坐标数据。

Description

可见光定位设备

技术领域

本实用新型涉及一种定位设备，尤其涉及一种用于基于可见光通讯的可见光定位设备。

背景技术

全球定位系统随着芯片和卫星技术的发展而得到了极大的开发，这使得人们能够在全球绝大部分地方都能够通过手持终端设备获取自己的地理位置。这为人们的出行，尤其是在不熟悉的地方的旅行带来的极大的方便。

然而，随着城市化的进展，大型建筑日益增多，尤其是大型购物商场和大型活动场所日益增多。人们在这些内部结构复杂的大型建筑内时常会迷失方向，因此，人们对室内的定位和导航的需求也日益迫切。尽管GPS在室外是工作得非常好的，但是在室内环境下由于受到多种环境因素的影响，GPS无法覆盖到这些室内的环境，所以人们就想尽各种方法来满足室内定位的需求。现有室内定位技术通常采用蓝牙定位技术，即采用信号强度值与实际距离的映射关系进行定位。但是由于蓝牙信号强度受环境因素(温度、湿度、物理遮挡等因素)影响较大，因此，所计算得出的实际距离值也是极其不稳定、不准确的，导致目前的蓝牙定位技术的缺点就是定位误差大、精度低、稳定性弱。尤其是，蓝牙信号尽管属于短距离通信，但有时无线通信方式会导致泄密。因此在一些需要进行无线信号管制的特定区域是不容许使用，尤其是一些涉密单位会严禁在楼宇内进行无线通讯。而且，在涉密单位，对于楼宇的人员监控更为严密。鉴于可见光的可控制性，因此，目前在很多楼宇，尤其是一些大型楼宇内，对可见光通信和定位存在极大的需求。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种可见光定位设备，其特征在于包括：本地存储单元，存储一个或多个建筑物的室内地图数据；光接收单元， 接收来自所述建筑物室内的定位光发射单元所发出的可见光；解调单元，解调来自光接收单元所接收的可见光，获取定位光发射单元所发射的可见光所包含的所述定位光发射单元的ID，所述ID对应于所述定位光发射单元在室内地图数据库中的地理坐标数据；以及

定位测算单元，基于所述光接收单元所接收到的可见光的光量以及方向，测量光所述光接收单元与所述定位光发射单元之间的相对距离以及相对角度，并基于所述解调单元所获取的地理坐标数据、所述相对距离和相对角度，确定所述可见光定位设备的定位坐标数据。

根据本实用新型所述的可见光定位设备，其特征还在于包括效果展示单元，基于来自所述本地存储单元的所述室内地图数据以及来自所述解调单元定位测算单元生成的定位坐标数据合成包含指示所述定位坐标数据在所述室内地图中的位置的标识的局部地图文件，并输出所述局部地图文件；以及显示单元，基于来自所述效果展示单元的局部地图文件，显示所述定位设备在室内地图中的位置。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于包括信号启动单元，所述信号启动单元周期性地发射启动信号到周围空间，以便启动周围空间中的所述定位光发射单元周期性地发射包含各自ID信号的可见光。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于所述定位光发射单元周期性地发射的可见光中的ID信号包含了所述定位光发射单元的地理位置数据、楼层数据以及在楼层平面的坐标数据。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于所述信号启动单元为可见光发射元件，并且所述启动信号是可见光信号。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于所述启动信号包含有可见光定位设备的唯一ID。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于所述光接收单元为一种CMOS器件。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于包括控制单元，其将所述解调单元所解调生成的定位坐标数据编译成一段调制信号，并将该调制信号脉宽调制到所述可见光发射元件发射到所述可见光定位单元的可见光中，以便所述可见光定位单元通过有线通讯方式将所接收到的含有 所述调制信号的可见光信号发送给监控服务器。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于所述显示单元为一种可触摸输入的显示单元，其根据用户的触摸操作调取并显示所述本地存储单元所存储的室内地图以及在所显示的室内地图上设置目标位置。

根据本实用新型的另一方面，所述可见光定位设备特征还在于还包括紧急呼叫按钮单元，在该紧急呼叫按钮被按下时，其经由所述信号发射控制单元通过所述可见光发射元件向所述可见光定位单元发送包含紧急呼叫信号的可见光，以便所述可见光定位单元通过有线通讯方式将所接收到的含有所述紧急呼叫信号的可见光信号发送给监控服务器进行报警。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1所示的是本实用新型的可见光定位设备应用场景示意图；

图2所示的是根据本实用新型的可见光定位设备的应用场景平面示意图。

图3所示的是根据本实用新型的可见光定位设备工作原理示意图；

图4所示的是根据本实用新型的可见光定位设备的原理框图；

图5所示的是根据本实用新型的可见光定位设备显示地图的示意图；

图6所示的是根据本实用新型的可见光定位设备导航过程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。 还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一定位光发射单元也可以被称为第二定位光发射单元，类似地，第二定位光发射单元也可以被称为第一定位光发射单元。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型的可见光定位设备应用场景示意图。如图1所示，在一个巨型的商场中，会分为多层，例如地上三层和地下两层，每层之间通过电梯或步行楼梯联通。地上的每层楼层平面内布置有众多商铺，供顾客光顾和挑选商品，地下楼层通常为停车场，人们在这种楼宇封空间中很容易迷失方向。由于在楼宇中布置照明系统是必不可少的，因此，本发明人认为，直接将灯设置为定位标识有利于人们在室内的定位和导航。因此人们迫切需要一种可见光定位设备来获知自己在楼宇内的位置，以便能够进行导航从而更快到达自己所寻找的目的地。

图2所示的是根据本实用新型的可见光定位设备的应用场景平面示意图。如图2所示，整个楼层分为多个功能区。在整个楼层部分均匀分布有多个定位光发射单元110-01、110-02…110-N(以下简称为定位光发射单元110)。在该楼层的公共区域，显示有用户手持一手机终端标志100。该可见光定位设备100即是本实用新型所述的可见光定位设备。同样，这种可见光定位设备100也可以采用手表形状、胸章形状等，只要用户通过手持或穿戴该可见光定位设备100在该楼宇内走动能够获取从最近的定位光发射单元110所发射的可见光即可。

图3所示的是根据本实用新型的可见光定位设备工作原理示意图。如图3所示，照明设备中的调制单元将赋予该照明设备的唯一的地理位置ID编译一段调制信号，例如图3中所示的010011100(这仅仅是一个例子，其可以采用多种编译方式)，用脉宽调制的方法将该地理位置ID附加到定位光发 射单元(诸如，LED灯具)110的驱动电流上。由此，在LED灯具110发光时，其发出的光中则包含了该地理位置ID的信息。随后，可见光定位设备100(在图3中显示为一个手机图样)中的光接收单元，例如，智能手机CMOS器件，接收来自定位光发射单元110发射的可见光，并解调出所接收到的可见光中所包含的定位光发射单元110地理位置ID。随后，可见光定位设备100在本地室内地图中查找地图数据库中地理位置信息与该地理位置ID相对应的位置，并将定位图像显示在可见光定位设备100的显示单元中。

图4所示的是根据本实用新型的可见光定位设备的配置结构图。如图4所示，根据本实用新型的可见光定位设备具有如下构成元件：光接收单元10、解调单元15、定位测算单元20、本地存储单元25、显示单元30、控制单元35、可见光发射单元40、紧急呼叫单元45以及USB接口50。

如图4所示，首先，定位光发射单元110通常是一种LED照明灯，也可以是其他类型的等，与普通照明灯不同之处在于其包含有信号调制单元，其将该LED灯的唯一地理位置ID调制到LED照明灯驱动电流上，使得该LED照明灯所发射的光包含有其地理位置ID的信息。定位光发射单元110所述ID数据格式中除了该定位光发射单元的生产序列号之外，还包含其实际被布置在所在位置的地理位置数据、楼层数据(或者海拔高度数据)。如果需要，可以在该ID中包含该定位光发射单元在楼层平面中的三维坐标数据。

光接收单元10可以是一种CMOS器件，或者是其他可以接收可见光的任何其他器件。定位光发射单元110大部分时间都是以常规方式发射照明光。与此同时，定位光发射单元110的控制单元(未示出)以固定周期将其地理位置ID信息调制到其驱动电源上，以便其所发射的可见光周期性的含有地理位置ID信息。因此，当可见光定位设备100靠近所述定位光发射单元110时，在所述周期内一定可以接收到包含有所述地理位置ID信息的可见光。该周期通常为普通人快步走过该照明灯所照射的范围所花费的时间，一般例如为10ms、20ms、50ms等，也可以更短或稍微长一些。当光接收单元10，诸如CMOS器件，接收到来自所述定位光发射单元110的可见光后，将所接收到的光信号发送到解调单元15以及定位测算单元20。所述解调单元15对所述可见光进行解析或解调，从而获取其中包含的所述定位光发射单元110的地理位置ID信息，并将该信息发送给定位测算单元20。定位测算单元20根据从 光接收单元10发送来的可见光信号的光量信息以及角度信息，测算出所述可见光定位设备100与所述定位光发射单元110之间的相对位置，随后基于所述地理位置ID信息所对应的地理位置以及所述相对位置，获取所述可见光定位设备100的实际地理位置。

在定位测算单元20测算出所述可见光定位设备100的实际地理位置之后，将定位结果输出到控制单元35。控制单元35调用本地存储单元对应的局部地图文件，并通过控制单元35中的效果展示模块(未示出)将所述可见光定位设备100的实际地理位置的标志加载到所述局部地图文件中，并显示在显示单元30上。

可选择地，定位光发射单元110不需要进行周期性发射含有所述地理位置ID信息的可见光，而是当可见光定位设备100靠近定位光发射单元110时发射含有所述地理位置ID信息的可见光。具体而言，当定位光发射单元110开启其定位客户端应用的同时或者用户按下启动按钮(未示出)或者触摸显示单元30中的启动功能按钮(未示出)时，控制单元35将启动信号调制到可见光发射单元40的驱动电流，并由此可见光发射单元40向其周围空间发射包含启动信号的可见光。例如，当用户在显示单元30中通过触摸方式启动其包含的定位客户端应用图标时，或者通过按压可见光定位设备100中的发射按钮(未示出)时，通过控制单元35控制可见光发射单元40向周围空间发射包含启动信号的可见光。定位光发射单元110中也具有类似可见光定位设备100中的如光接收单元10的光接收单元。定位光发射单元110中光接收单元接收来自可见光发射单元40的包含有启动信号的可见光。随后，定位光发射单元110中解调元件解调所接收到的可见光，获取该启动信号，从而指示定位光发射单元110中的调制元件将其地理位置ID调制到其驱动电流，从而发射含有其地理位置ID信息的可见光到所述可见光定位设备100的周围空间。这种方式减少了定位光发射单元110频繁进行调制发射可见光的操作次数，降低了定位光发射单元110的功率消耗。

由于在一定范围内可能会存在多个定位光发射单元110，因此，当可见光发射单元40发射的包含有启动信号的可见光在同时可能会被多个定位光发射单元110中的光接收单元所接收到。在这种情况下，由最先接收到该可 见光的定位光发射单元110作出响应，其它定位光发射单元110则不会启动。

进一步，在可见光定位设备100中的定位客户端处于连续定位状态下，其始终指示控制器35实时地将定位测算单元20测算出所述可见光定位设备100的实际地理位置数据调制到可见光发射单元40的驱动电流，并由此可见光发射单元40向其周围空间发射包含实际地理位置信息的可见光。定位光发射单元110中也具有类似可见光定位设备100中的如光接收单元10的光接收单元。定位光发射单元110中光接收单元接收来自可见光发射单元40的包含有实际地理位置信息的可见光。随后，定位光发射单元110中解调元件解调所接收到的可见光，获取该实际地理位置信息，并通过有线通信单元140将该实际地理位置信息传输到监控服务器130，由此实现对可见光定位设备100的位置进行实时监控，以便监控人员监控该可见光定位设备100的所在的位置，由此可以了解到持有或穿戴有该可见光定位设备的人员的位置，以便实现对楼宇内人员的管理。监控服务器130还可以基于该可见光定位设备持有人的当前位置，调取在该位置附近的监控摄像头的监控视频，跟踪查看可见光定位设备持有人的行为。

进一步，根据本实用新型的可见光定位设备100还包括一个紧急呼叫单元45。在可见光定位设备100中的定位客户端处于连续定位状态下，当用户按下紧急呼叫单元45时，向控制单元35发送紧急呼叫信号。随后控制单元35将紧急呼叫信号调制到可见光发射单元40的驱动电流，并由此可见光发射单元40向其周围空间发射包含紧急呼叫信号的可见光。定位光发射单元110中的如光接收单元10的光接收单元接收来自可见光发射单元40的包含有紧急呼叫信号的可见光。随后，定位光发射单元110中解调元件解调所接收到的可见光，获取该紧急呼叫信号，并通过有线通信单元140将该实际地理位置信息传输到监控服务器130，由此实现对可见光定位设备100的位置进行实时监控，以便可见光定位设备100的持有者或穿戴者能够得到及时的救援。

如前所述，根据本实用新型的可见光定位设备的显示单元20可以一种触摸显示单元。图5所示的是根据本实用新型的可见光定位设备的显示单元显示室内地图的示意图。如图5所示，被显示的地图由于属于多楼层地图，因此采用分层显示的方式。根据实际需要，可以用户可以通过在屏幕上左右滑 动手指来将楼宇不同楼层的平面图显示在最上层，也可以通过按压显示单元上的翻页功能键来依次显示不同楼层的平面地图。每层平面地图上不仅标示有各个商铺和商店的位置和名称，该地图数据还有各个定位光发射单元的标识以及与定位光发射单元的标识相关的ID数据。尽管如图5所示的数据显示为立体数据，但是在采用虚拟显示技术的情况下，用户可以直接看到立体数据的虚拟显示，从而可以通过手指的触动不同的楼层地图而直接选择楼层平面地图显示在最上层，而无需依次显示每个楼层来将所需的楼层平面地图显示在最上层。

根据本实用新型的可见光定位设备的显示单元20的显示屏幕的显示模式可以采用多种显示模式。例如，可以在屏幕的四个角上布置四个功能按钮(图中未示出)。用户可以通过触摸其中一个角上的功能按钮“目的地”而进入目的地设置模式。在进入目的地设置模式下，用户可以在目的地选择目录中选在当前显示的室内地图中的任何目的地名称。在点击“确定”按钮后进行常规的路径设置。可替换地，可以在屏幕上显示当前室内地图时，通过用户触摸屏幕滑动选择目的地，点击目的地图标来确定目的地，由此进行常规的路径设置，实现导航。图6显示了室内导航的示意图。如图6所示，当用户手持可见光定位设备行走于楼宇内时，开启可见光定位设备。用户利用手持可见光定位设备，通过室内定位光发射单元广播信号定位自身当前位置，例如在一层电梯口。随后在可见光定位设备显示的地图，选择目的地标识，并将目的地标识设定为目的地，由此生成推荐的导航线路(如图中的箭头指示所示)。由此，用户可以根据导航线路找到目的地。

根据本实用新型的可见光定位设备以及其应用系统可以实现室内定位导航，成本低廉、定位精准，无需维护，不受环境影响，完全不影响照明，隔墙不能传输，安全保密性强。根据本实用新型的可见光定位设备的定位导航可以在层高8米的建筑物内进行，定位精度0.5m以内，误差10cm以内，刷新频次3-5次/秒，可实现跨楼层路线规划。

采用本实用新型的可见光定位设备，可以实现内部人员管理以及访客管理。根据本实用新型的可见光定位设备以及其应用系统，可实时在3D地图上获知楼宇内部人员的位置信息、各楼层区域的人员分布情况，以及某人员在某区域内的滞留时间。并且监控人员可以在监控服务器上点击头像可直接查 看该人员的信息，包括身份信息、待办任务等。通过该应用系统，楼宇的监控服务器端可以随时下指令进行调度或派工等操作。

在访客进入楼宇时，在入口刷身份证，向访客发放该可见光定位设备(例如，光敏传感的访客牌)。刷牌入场，交牌离场。定位系统自动记录身份证信息、进场离场时间，并通过白光通信定位，记录走访轨迹、区域滞留时间等数据。如访客牌被遮挡，系统将提醒距离最近的物业人员；如访客跨越限制区域的周界，则将触警。触警信息将立刻被反馈到监控服务器。

尤其需要指出的是，在不涉及无线保密的情况下，该技术可以与第三方室内室外定位技术的集成，广泛支持第三方室内定位技术，包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、UWB等，并且可与卫星定位、A-GPS、移动基站定位等室外定位系统无缝对接。

根据本实用新型的可见光定位设备可对楼宇内的每个房间及公共区域的灯光进行移动调节。并可直观的查看各区域灯光的位置及其运行状态(开或关)，通过颜色变化显示。结合LED白光定位技术，可实现灯光的智能控制，用户在停车场找车时，可根据其车位，以及行走路线，将指定路径的灯光打开，并在其取车后将其自动关闭。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的普通技术人员而言，能够理解本实用新型的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本实用新型的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。

因此，本实用新型的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本实用新型的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本实用新型，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本实用新型。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。

还需要指出的是，在本实用新型的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本实用新型 的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可见光定位设备，其特征在于包括：

本地存储单元，存储一个或多个建筑物的室内地图数据；

光接收单元，接收来自所述建筑物室内的定位光发射单元所发出的可见光；

解调单元，解调来自光接收单元所接收的可见光，获取定位光发射单元所发射的可见光所包含的所述定位光发射单元的ID，所述ID对应于所述定位光发射单元在室内地图数据库中的地理坐标数据；以及

定位测算单元，基于所述光接收单元所接收到的可见光的光量以及方向，测量光所述光接收单元与所述定位光发射单元之间的相对距离以及相对角度，并基于所述解调单元所获取的地理坐标数据、所述相对距离和相对角度，确定所述可见光定位设备的定位坐标数据。

2.根据权利要求1所述的可见光定位设备，其特征还在于包括效果展示单元，基于来自所述本地存储单元的所述室内地图数据以及来自所述定位测算单元生成的定位坐标数据合成包含指示所述定位坐标数据在所述室内地图中的位置的标识的局部地图文件，并输出所述局部地图文件；以及

显示单元，基于来自所述效果展示单元的局部地图文件，显示所述定位设备在室内地图中的位置。

3.根据权利要求2所述的可见光定位设备，其特征还在于包括信号启动单元，所述信号启动单元周期性地发射启动信号到周围空间，以便启动周围空间中的所述定位光发射单元周期性地发射包含各自ID信号的可见光。

4.根据权利要求3所述的可见光定位设备，其特征还在于所述定位光发射单元周期性地发射的可见光中的ID信号包含了所述定位光发射单元的地理位置数据、楼层数据以及在楼层平面的坐标数据。

5.根据权利要求3所述的可见光定位设备，其特征还在于所述信号启动单元为可见光发射元件，并且所述启动信号是可见光信号。

6.根据权利要求5所述的可见光定位设备，其特征还在于所述启动信号包含有可见光定位设备的唯一ID。

7.根据权利要求1所述的可见光定位设备，其特征还在于所述光接收单 元为一种CMOS器件。

8.根据权利要求2所述的可见光定位设备，其特征还在于包括控制单元，其将所述定位测算单元所测算的定位坐标数据编译成一段调制信号，并将该调制信号脉宽调制到所述可见光发射元件发射到所述可见光定位单元的可见光中，以便所述可见光定位单元通过有线通讯方式将所接收到的含有所述调制信号的可见光信号发送给监控服务器。

9.根据权利要求8所述的可见光定位设备，其特征还在于所述显示单元为一种可触摸输入的显示单元，其根据用户的触摸操作调取并显示所述本地存储单元所存储的室内地图以及在所显示的室内地图上设置目标位置。

10.根据权利要求8所述的可见光定位设备，其特征在于还包括紧急呼叫按钮单元，在该紧急呼叫按钮被按下时，其经由所述控制单元通过所述可见光发射元件向所述可见光定位单元发送包含紧急呼叫信号的可见光，以便所述可见光定位单元通过有线通讯方式将所接收到的含有所述紧急呼叫信号的可见光信号发送给监控服务器进行报警。