CN207678003U - 一种市政人员定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种市政人员定位系统，通过移动设备接收GPS信号或地面基站发送的地面基站信息，地面基站设置太阳能电池，若无GPS信号，则将通过蓝牙模块接收到的地面基站信息及其信号强度发送到服务器，由服务器处理计算，获得移动设备的位置。本实用新型提供的方案优点在于可在室内精确定位，精度可达2‑3m，移动设备的电量消耗小，能大幅提升续航时间，设备安装成本低，易维护。

Description

一种市政人员定位系统

技术领域

本实用新型涉及到通讯定位领域，特别是涉及到一种市政人员定位系统。

背景技术

现有常用的定位技术有以下几种：1、GPS/北斗，精度最高，但在室内无法定位，且功耗高；2、基站定位，精度最低，且功耗高；3、NB-lot，功耗低，精度约50-80米，4、wifi定位，功耗低，覆盖低。然而，通过以上任意一种方法，并不能解决室内精准定位问题。

当前，采用蓝牙基站的方式，在室内各个房间布置蓝牙信号源，可解决室内精准定位问题。然而，该方法有很大的局限性，其原因在于：

1.首先由于房间比较密集，需要安装的位置太多；

2.建筑内结构复杂,电波反射或穿透后形成的多经效应太明显，不利于定位计算；

3.这些节点需要联网，给施工带来了巨大的成本；

4.需要人工对各个基站的位置做标记，运维管理难度大，工作量大。

在市政人员工作的特定应用场景中，对不同的位置，有不同的定位精度要求。在建筑物内，由于房间密集，为寻找和定位每个特定的人员，需要定位精度定位到房间尺寸的精度。而在空旷的环境，定位精度可以放宽到抬头可见的范围即可。同时由于需要定位的数量众多，需要尽量减少设备管理维护的时间，充电是日常维护中最重要的环节，减少充电次数，对系统的易用性非常关键。所以要最大可能的增加手环的待机时间。而手环的体积一般比较小，故而需要在电量一定的情况下，减少电量的消耗。

NB-lot在抄表等应用环境具有广泛的应用，由于通讯的时间极少，几乎是一个月几次，因而功耗极低。而NB-lot在市政等应用场景，通讯和工作的频率要高得多，耗电量大增，需要找到降低功耗的方法以减少维护时间。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种市政人员定位系统，解决现有市政工作人员在不同场景下定位精度不高，设备待机时间不长的问题。

本实用新型提供了一种市政人员定位系统，包括：

地面基站，用于发送地面基站信号；

移动设备，包括GPS模块、蓝牙模块、无线通讯模块，

所述GPS模块，用于监测是否存在可用GPS信号；

所述蓝牙模块，用于无可用GPS信号时，监听地面基站信号，并记录其信号强度；

所述无线通讯模块包括第一发送单元，所述第一发送单元用于向服务器发送所述地面基站信号和信号强度；

服务器，用于处理所述地面基站信号和信号强度，计算所述移动设备的位置信息。

优选地，地面基站的个数为两个或两个以上。地面基站信号包括所述地面基站的位置信息和\或设备ID。

优选地，所述无线通讯模块，还包括第二发送单元，所述第二发送单元用于向所述服务器发送所述移动设备接收的GPS信号。

优选地，所述移动设备，还包括节电单元，用于蓝牙模块工作时，关闭GPS模块。

优选地，所述服务器包括计算单元，所述计算单元用于处理所述地面基站信号和信号强度，结合所述移动设备上一时刻的位置信息，计算所述移动设备当前时刻的位置信息。

优选地，所述服务器还包括发送单元，用于向指定终端发送所述位置信息。

本实用新型提供的市政人员定位系统，通过移动设备接收GPS信号或地面基站发送的地面基站信息，若无GPS信号，则将通过蓝牙模块接收到的地面基站信息及其信号强度发送到服务器，由服务器处理计算，获得移动设备的位置。本实用新型提供的方案优点在于可在室内精确定位，精度可达2-3m，移动设备的电量消耗小，能大幅提升续航时间，设备安装成本低，易维护。

附图说明

图1为本实用新型市政人员定位系统一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型市政人员定位系统一实施例地面基站分布的平面示意图；

图3为本实用新型市政人员定位系统一实施例通过地面基站进行定位的示意图；

图4为本实用新型市政人员定位系统又一实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型实施例提出了一种市政人员定位系统，包括：

地面基站10，用于发送地面基站信号；

移动设备20，包括GPS模块201、蓝牙模块202、无线通讯模块203，

所述GPS模块201，用于监测是否存在可用GPS信号；

所述蓝牙模块202，用于无可用GPS信号时，监听地面基站信号，并记录其信号强度；

所述无线通讯模块203包括第一发送单元，所述第一发送单元用于向服务器30发送所述地面基站信号和信号强度；

服务器30，用于处理所述地面基站信号和信号强度，计算所述移动设备20的位置信息。

本实施例可应用于市政工作需要获取工作人员精确位置的场景。市政是是指城市的各项行政管理工作。市政工作人员涉及的环境十分复杂，有很大一部分是处于室内环境。当市政人员处于建筑物内，该区域处在卫星信号覆盖范围之外，无法用GPS/北斗等进行定位。

参照图2，本实施例的地面基站10按照一定的密度，安装在建筑物外，安装排列位置与建筑物平行，安装位置能接收到GPS信号。地面基站10无需联接互联网。每个地面基站10内置GPS模块201，大功率2.4G蓝牙发送模块，由外部的供电系统供电。每个地面基站10具有不同的设备ID。工作过程中，地面基站10接收GPS信号，并根据GPS信号计算自身的位置信息。同时，按照一定的射频序列，一定的间隔，持续发送自身的位置信息和设备ID。

在一实施例中，地面基站10配置有中央处理器，2.4G蓝牙模块202，天线，射频功率放大器。射频功率放大器设置于2.4G蓝牙模块202与天线之间，能使2.4G蓝牙模块202发送的射频信号增强，传送距离可达120米，远大于普通蓝牙的10米距离。而一般的行政大楼高度一般在50米内，地面基站10可满足需求。地面基站10的发送功率可调，安装的时候，要保证在相同距离点，每个地面基站10能测试到相同的信号强度。地面基站10的天线发射功率可配置在+9到+20dBm之间，增益步长限定在3dBm。射频功率放大器的功率放大单元许可配置波特率、输出频率、频偏及高斯滤波。且发射FSK数据直接调制到Δ-Σ数据流。功率放大单元包含突发信号的斜升和斜降调节，以防止不希望的大频谱散射。

移动设备20，可以是手环，内置有GPS模块201、无线通讯模块203、蓝牙模块202和2.4G射频信号探测。当移动设备20失去GPS卫星信号，则自动打开2.4G射频信号探测，接收多个地面基站10所发送的位置信息和设备ID，并记录相对应的信号强度。然后，移动设备20将地面基站10所发送的位置信息和设备ID，以及各自对应的信号强度发送到指定的服务器30，通过服务器30计算移动设备20的具体位置信息。

移动设备20首先交替侦测GPS信号和蓝牙信号，若无可用的GPS信号。移动设备20通过蓝牙模块202接收多个地面基站10发送的地面基站10信息，并记录各自对应的信号强度。

移动设备20按设定的周期，向服务器30传送数据。周期可以是定期发送，也可以是当接收的地面基站10信息产生变化时进行发送，也可以是上述两种方式的结合。移动设备20配置有蓝牙模块202和无线通讯模块203。在室内每个楼层的出入口，安装近距离蓝牙节点。当移动设备20到达该楼层时，蓝牙节点与移动设备20建立连接，获取到移动设备20的ID并将其传送给服务器30。这样服务器30可以精准地获知移动设备20所在的楼层。移动设备20也可以通过蓝牙方式与服务器30建立连接，传送其需要传送的数据。当移动设备20断开蓝牙连接时，则启用无线通讯模块203，以2G\3G\4G\5G的方式与服务器30建立连接，传送相关的数据。

服务器30收到移动设备20发送的信息后，结合地图系统，计算移动设备20的具体位置。在一实施例中，服务器30发送反馈信息给移动设备20。如服务器30判断移动设备20在建筑物内，则通知移动设备20关闭GPS模块201，以节约电池电量。

计算移动设备20的具体位置包括以下几种：

1、基于两点加大楼地理位置相结合的地址位置解析。

一般的平面定位，需要三个点方能计算出确认的地理位置。在本应用场景中，加入大楼地理位置的特殊性，可以通过两个点加大楼位置走向这个参数，计算出移动节点的具体位置。

参照图3，两个地面基站10S1和S2，依据移动设备20接收到信号强弱比例，可以推断出两个圆的相交点，以及连个相交点的延长线L,移动设备20必然在L上的某一点，在依据大楼分布特征，可以和容易地推断出移动设备20所在的位置P。

2、楼层差异的处理

在上一步中，并没有使用接收信号的决定量来计算移动节点的位置，而是使用的信号强弱比例。这是因为不同楼层，由于与地面基站10位置的不同，接收信号有所差异。但对于同一楼层，这个影响是相同的,故使用了信号的强弱比例来计算水平位置。而具体的楼层定位，是依靠各楼层出入口布局的短距离蓝牙节点来确定的。这些短距离蓝牙节点，可采用简单的存在性定位算法，具体如下：

S1/S2＝R(Q2)/R(Q1)

S：代表距离；Q：代表信号强度；R：代表信号强度到信号质量的转换关系。

3、地面基站10相互干扰处理

系统初始化一个令牌池，让其中一个地面基站10负责维护这个令牌池。

每x秒放入池子中一个令牌，则每过1秒有1/x个令牌加入到池中。整个池中设定数目上限W。如果数目达到上限，则随机丢弃一个令牌。当地面基站10获取令牌时，将消耗m个令牌。如果令牌数目小于设定值L后，整个过程将被终止。

为减少地面基站10间的相互干扰，给每个地面基站10间分配一个特定的伪随机序列(即跳时码)，发送其周期为Tk,这样伪随机序列给每个脉冲附加了偏移，第f个单周期脉冲的附加偏移为T(f-1)。令牌传递过程中，将携带此条码序列。在一个窗口期内,发送的报文数量,控制在W-1内。

可选的，地面基站的个数为两个或两个以上。地面基站信号包括所述地面基站的位置信息和\或设备ID。

本实施例中，地面基站信号的信号源的个数为两个或两个以上。通常，需要两个以上的信号源，才能确定移动设备20的具体位置。以机关大楼为例，机关大楼的房间基本是单面面向户外，有玻璃窗户。由于玻璃的无线电介质常数与空气接近，所以可以近似认为每个房间均能接收地面基站10发送的信号。机关大楼有相对规则的几何结构时，信号的衰减程度与距离地面基站10的远近有关。若建筑为不规则形状，则需要针对地面基站10的设置作特别的优化。

地面基站10信息包括地面基站10的位置信息和\或设备ID。若服务器30上记录有设备ID对应的位置信息，则地面基站10信息可以仅包含其ID。这样可以减少信息传送量。

可选的，所述无线通讯模块203，还包括第二发送单元，所述第二发送单元用于向所述服务器30发送所述移动设备20接收的GPS信号。

在本实施例中，若有GPS信号，移动设备20直接接收GPS信号，然后将GPS信号发送给服务器30。服务器30通过移动设备20发送的GPS信号计算移动设备20的位置信息。

可选的，所述移动设备20，还包括节电单元，用于蓝牙模块202工作时，关闭GPS模块201。

本实施例中，在室内环境时，关闭GPS模块201，有助于提高移动设备20的续航能力。以运动手环为例，GPS的功耗通常为120mA上下。以运动手环搭配180mAH的Li电池，80％的放电量，GPS 5％的工作时间计算。运动手环的待机时间为:

T＝180mAH*80％/120mA/5％＝24(小时)

蓝牙在侦听状态，电流大约为50uA，如果同样以5％的工作时间计算。待机时间为：

T＝180mAH*80％/50uA/5％＝57600小时＝2400(天)

在市政工作环境中，使用者超过70％以上的时间，都处在室内环境,可见改用蓝牙方式，确实能大大降低系统功耗。

以上只是理论计算值，实际还需考虑锂电池本身的放电情况。在实际情况下，运动手环在蓝牙模式下可续航6个月左右。

在一实施例中，还可在地面基站10设置太阳能电池，以减少地面基站10的用电量。

可选的，参照图4，所述服务器30包括计算单元301，所述计算单元301用于处理所述地面基站信号和信号强度，结合所述移动设备20上一时刻的位置信息，计算所述移动设备20当前时刻的位置信息。

本实施例中，由于移动设备20移动具有一定的连续性，则利用这一特性对系统测试过程中可能引入的干扰做一定的修正。可以利用前向参考模式，对新的运动节点做一定的估算，并加权引入的位置解算之，具体如下：

Pn＝P(n-1)+Q1*(P(n-1)-P(n-2))+Q2*(P(n-2)-P(n-3))…

上式中，Pn、Pn-1等为各个计算周期的平面位置,Q1\Q2为各个时间节点的运动加权值。

则，经过补偿后的移动设备20位置为：

P＝Px*Qx+Pn*Qn

其中，Px为经过方法1、2通过地面基站10得到的位置信号为Px，Qx、Qn为各个数值的权值。

此方法可以用于辅助计算移动设备20的位置。例如，地面基站信号较弱时，可能会计算出多个位置结果，此时可结合前一时刻计算出的位置信息，确定当前时刻的位置信息。

可选的，所述服务器30还包括发送单元302，用于向指定终端发送所述位置信息。

本实施例中，当服务器30计算出移动设备20的位置信息后，可向指定终端发送该位置信息。这样工作人员可从该指定终端上获知移动设备20的位置，从而知道携带该移动设备20的人员所处的位置。指定终端可以是监控端的设备，也可以是执行人员携带的移动设备20。

本实用新型提供的市政人员定位系统，通过移动设备接收GPS信号或地面基站发送的地面基站信息，若无GPS信号，则将通过蓝牙模块接收到的地面基站信息及其信号强度发送到服务器，由服务器处理计算，获得移动设备的位置。本实用新型提供的方案优点在于可在室内精确定位，精度可达2-3m，移动设备的电量消耗小，能大幅提升续航时间，设备安装成本低，易维护。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种市政人员定位系统，其特征在于，包括：

地面基站，用于发送地面基站信号；

移动设备，包括GPS模块、蓝牙模块、无线通讯模块，

所述GPS模块，用于监测是否存在可用GPS信号；

所述蓝牙模块，用于无可用GPS信号时，监听地面基站信号，并记录其信号强度；

所述无线通讯模块包括第一发送单元，所述第一发送单元用于向服务器发送所述地面基站信号和信号强度；

服务器，用于处理所述地面基站信号和信号强度，计算所述移动设备的位置信息。

2.根据权利要求1所述的市政人员定位系统，其特征在于，所述无线通讯模块，还包括第二发送单元，所述第二发送单元用于向所述服务器发送所述移动设备接收的GPS信号。

3.根据权利要求1所述的市政人员定位系统，其特征在于，所述移动设备，还包括节电单元，用于蓝牙模块工作时，关闭GPS模块。

4.根据权利要求1所述的市政人员定位系统，其特征在于，所述服务器包括计算单元，所述计算单元用于处理所述地面基站信号和信号强度，结合所述移动设备上一时刻的位置信息，计算所述移动设备当前时刻的位置信息。

5.根据权利要求1所述的市政人员定位系统，其特征在于，所述服务器还包括发送单元，用于向指定终端发送所述位置信息。