本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种振动波定位方法、装置、系统和计算机存储介质。
背景技术
随着移动计算和嵌入式系统的高速发展，人们对位置感知的兴趣日趋浓厚，因此定位服务系统也受到越来越多的关注。全球定位系统是目前应用最为广泛的定位系统，但在室内环境无法使用卫星定位时，需要室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题，最终定位物体当前所处的位置。
现如今，比较常见的室内定位技术有红外线定位、蓝牙定位、超声波定位、无线局域网定位以及射频识别定位等。这些常见的室内无线定位技术通常是根据无线电波传输时间差来计算的，由于无线电波的传输速度太快，所以在物体距离定位装置距离较近时，很容易出现定位不准的问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种振动波定位方法、装置、系统和计算机存储介质，旨在解决传统的使用无线电波定位造成定位不精准的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种振动波定位方法，所述振动波定位方法包括步骤：
控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号；
在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存；
根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
优选地，所述根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息的步骤包括：
获取同一振动源对应的振动波信号，其中，在获取到振动波信号后，根据振动波的信号特征确定同一振动源对应的振动波信号；
根据同一振动源对应的振动波信号对应的所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定所述振动源的位置信息。
优选地，所述信号特征包括强度大小以及频率。
优选地，所述根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息的步骤包括：
根据各个所述采集时刻点得到多个时间差；
根据所述时间差确定每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差；
根据所述距离差确定所述振动源的位置信息。
优选地，所述根据所述距离差确定所述振动源的位置信息的步骤包括：
获取预设的参考半径值；
根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径；
以各个振动传感器为圆心并以所述振动传感器对应的半径画圆生成各个所述振动传感器对应的所述信号采集圆；
判断各个信号采集圆是否存在交点；
在存在交点时，根据所述交点确定所述振动源的位置信息；
在不存在交点时，更新所述参考半径值，并返回执行所述根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径的步骤。
优选地，所述根据所述时间差确定每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差的步骤包括：
分别获取所述时间差；
将所述时间差与预设速度的乘积作为每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差。
优选地，所述根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息的步骤之后还包括：
获取各个所述位置信息关联的时间点，其中，在确定同一个振动源的位置信息时，获取对应的时间点，将所述时间点与所述位置信息关联保存；
根据所述位置信息以及所述时间点生成所述振动源的运动轨迹。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种振动波定位装置，所述振动波定位装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如以上所述的振动波定位方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种振动波定位系统，所述振动波定位系统包括多个振动传感器和服务器，其中，所述振动传感器，用于以预设采样频率同步采集信号且所述振动传感器的数量至少为3个；所述服务器，用于控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号，在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，再根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有振动波定位程序，所述振动波定位程序被所述处理器执行时实现如以上所述的振动波定位方法的步骤。
本发明提出的振动波定位方法、装置、系统和计算机存储介质，通过控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号，在接收到振动传感器上传的信号数据且该信号数据为振动波信号时，获取该振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，再根据各个采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生该振动波信号的振动源的位置信息，实现利用已知的振动传感器位置和振动波信号传输至振动传感器的时间差精准定位振动源的位置。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；
图2为本发明振动波定位方法第一实施例的流程示意图；
图3为图2中根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息的步骤的细化流程示意图；
图4为计算振动源位置的原理示意图；
图5为本发明振动波定位方法第三实施例的流程示意图；
图6为本发明振动波定位方法第四实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、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发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的主要解决方案是：
控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号；
在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存；
根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
由于现有技术中，比较常见的是根据无线电波传输时间差来进行定位，然而无线电波的传输速度太快，在物体距离定位装置距离较近时，很容易出现定位不准的问题。
本发明提供一种解决方案，通过控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号，在接收到振动传感器上传的信号数据且该信号数据为振动波信号时，获取该振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，再根据各个采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生该振动波信号的振动源的位置信息，实现利用已知的振动传感器位置和振动波信号传输至振动传感器的时间差精准定位振动源的位置。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。
本发明实施例终端是pc或者服务器。
如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如cpu，网络接口1004、用户接口1003、存储器1005和通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及振动波定位程序。
在图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的振动波定位程序，并执行以下操作：
控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号；
在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存；
根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
获取同一振动源对应的振动波信号，其中，在获取到振动波信号后，根据振动波的信号特征确定同一振动源对应的振动波信号；
根据同一振动源对应的振动波信号对应的所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定所述振动源的位置信息。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
所述信号特征包括强度大小以及频率。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
根据各个所述采集时刻点得到多个时间差；
根据所述时间差确定每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差；
根据所述距离差确定所述振动源的位置信息。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
获取预设的参考半径值；
根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径；
以各个振动传感器为圆心并以所述振动传感器对应的半径画圆生成各个所述振动传感器对应的所述信号采集圆；
判断各个信号采集圆是否存在交点；
在存在交点时，根据所述交点确定所述振动源的位置信息；
在不存在交点时，更新所述参考半径值，并返回执行所述根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径的步骤。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
分别获取所述时间差；
将所述时间差与预设速度的乘积作为每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的振动波定位程序，还执行以下操作：
获取各个所述位置信息关联的时间点，其中，在确定同一个振动源的位置信息时，获取对应的时间点，将所述时间点与所述位置信息关联保存；
根据所述位置信息以及所述时间点生成所述振动源的运动轨迹。
参照图2，图2为本发明振动波定位方法第一实施例的流程示意图；
本实施例提出一种振动波定位方法，该振动波定位方法包括步骤：
步骤s10，控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号；
本发明提出一种通过已知位置定位移动的振动源的位置的方法，需要在指定的点设置振动传感器，所述已知位置即为振动传感器的位置。可用于定位任何能产生机械振动的物体，适用任何振动波能传播的场合，适用范围广，此外，在室内监控系统中可以做大数据分析，具有很好的隐私保密性。
本实施例以3个振动传感器为例进行说明，这3个振动传感器的位置已知，各个振动传感器通过局域网lan连接，且各个振动传感器通过lan的ieee1588协议进行时间同步，同步的时间精度影响定位的精准度，ieee1588协议实现可以采用低成本的mcu来实现。本发明选择ieee1588ptp协议实现超高精度时间同步，从而保证各个振动传感器在相同的时刻触发信号采集，采集到的信号发送至服务器。此处所述的预设采样频率为预设值，例如，可为10khz，即每秒采集一万次信号。
步骤s20，在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存；
由于3个振动传感器以较高的采样频率不断的采集信号，并将采集到的信号发送至服务器，服务器在接收到振动传感器上传的信号数据时，对该信号数据进行分析，在识别出信号数据为振动波信号时，获取各个振动传感器采集到该振动波信号的时刻点以及对应的采集信号的振动传感器信息，并将两者关联保存，用于计算产生该振动波信号的振动源的位置。
进一步地，由于各个振动传感器是同步采集信号，且振动波在同一个介质中的传播速度是一样的，故先采集到振动波信号的振动传感器与振动源的距离最近，最后采集到振动波信号的振动传感器与振动源的距离最远。如此，将采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，就可知道哪个振动传感器与振动源的距离最近，哪个振动传感器与振动源的距离其次，哪个振动传感器与振动源的距离最远。
步骤s30，根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
本实施例中，基于步骤s20得到的3个采集时刻点，有2个时间差，根据这2个时间差以及3个采集时刻点对应的振动传感器信息可以得到每两个振动传感器与振动源的距离差，如此可根据计算距离交点的算法来确定振动源的位置。本发明讲述了一种通过画圆确定交点的算法，具体实现过程在第二实施例中阐述，在此不做说明。此外，类似通过距离差以椭圆或曲线相交等方式确定交点的算法也涵盖在本发明保护范围之内。
进一步地，若振动源与振动传感器的距离太远，由于振动波信号在传输过程中信号衰减快速，振动传感器可能接收不到该振动波信号，然而人会随意走动，会出现人与振动传感器的距离超过振动传感器可以接收到振动波信号的距离范围，因此，可以增加振动传感器的数量以达到扩展定位范围的作用，以保证至少有3个振动传感器可以接收到振动波信号。
本实施例提出的振动波定位方法，通过控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号，在接收到振动传感器上传的信号数据且该信号数据为振动波信号时，获取该振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，再根据各个采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生该振动波信号的振动源的位置信息，实现利用已知的振动传感器位置和振动波信号传输至振动传感器的时间差精准定位振动源的位置。
进一步地，参照图3，基于第一实施例提出本发明振动波定位方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤s30包括：
步骤s31，根据各个所述采集时刻点得到多个时间差；
步骤s32，分别获取所述时间差，并将所述时间差与预设速度的乘积作为每两个所述振动传感器与所述振动源的距离差；
步骤s33，获取预设的参考半径值；
步骤s34，根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径；
步骤s35，以各个振动传感器为圆心并以所述振动传感器对应的半径画圆生成各个所述振动传感器对应的所述信号采集圆；
步骤s36，判断各个信号采集圆是否存在交点；
步骤s37，在存在交点时，根据所述交点确定所述振动源的位置信息；
步骤s38，在不存在交点时，更新所述参考半径值，并返回执行所述根据所述参考半径值和距离差确定各个振动传感器对应的信号采集圆的半径的步骤。
本实施例中，讲述通过画圆确定振动源位置的方法。以3个振动传感器为例进行说明，假设通过3个采集时刻点得到的2个时间差分别为a和b，对应的距离差为sa和sb，需要说明的是，振动波在介质中的传输速度是固定的，此处所述的预设速度即为该传输速度，通过速度和时间的乘积得到距离。若a、b、c分别表示3个振动传感器，a振动传感器最先采集到振动波信号，b振动传感器其次、c振动传感器最后采集到振动波信号，sa为a、b两个振动传感器与振动源的距离差，sb为a、c两个振动传感器与振动源的距离差，用参数x表示a振动传感器与振动源之间的距离，则b振动传感器与振动源之间的距离为x+sa，c振动传感器与振动源之间的距离为x+sb，以各个振动传感器的坐标为圆心，各个振动传感器与振动源之间的距离为半径生成各个振动传感器对应的信号采集圆，由于只有一个未知数x，故程序预设一个参考半径值，可以理解为给未知数x赋值，该值就是此处所述的参考半径值，于是就可确定3个信号采集圆。若这3个信号采集圆有一个交点，则该交点坐标就是振动源的坐标，若这3个信号采集圆没有一个交点，则更新x的值，重新给x赋值，重新生成信号采集圆，直至生成的3个信号采集圆有一个交点，图4所述为通过画圆确定振动源位置的原理示意图。
进一步地，本发明中所述的振动源的位置信息可以为振动源在平面空间的坐标值，也可为该振动源在平面空间的区域位置信息，即位于某个地方的某块区域。此外，本发明中所述的振动源为人或动物，适用于室内或室外设置有振动传感器的场景，相比较而言，用于室内定位的精准度更高。
本实施例公开的技术方案中，讲述了通过振动波信号采集时刻点确定振动源位置的方法，由于振动波信号的各个采集时刻点是基于各个振动传感器同步采集信号所得，从而保证了该实施例的方法可精准定位振动源的位置。
进一步地，参照图5，基于第一实施例提出本发明振动波定位方法第三实施例，在本实施例中，所述步骤s30包括：
步骤s39，获取同一振动源对应的振动波信号，其中，在获取到振动波信号后，根据振动波的信号特征确定同一振动源对应的振动波信号；
步骤s310，根据同一振动源对应的振动波信号对应的所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定所述振动源的位置信息。
本实施例公开的技术方案中，考虑到存在多个振动源的场景，服务器对振动波信号进行进一步分析，根据振动波信号的强度大小以及频率特征来判定哪些时刻点采集的振动波信号是同一个振动源产生，如此，可获取同一振动源对应的振动波信号，再根据第二实施例中的方法来确定该振动源的位置。该方案使得本发明的适合场景更广，此外，振动传感器只需采集信号然后上传至服务器即可，服务器对振动波信号进行分析，根据振动波信号的强度大小以及频率特征可以精准的判定同一个振动源产生的振动波信号，如此，也保证了定位的精准性，不会出现不同振动源产生的振动波信号混淆或叠加，影响定位的准确性。
进一步地，参照图6，基于第一至第三实施例任一实施例提出本发明振动波定位方法第四实施例，在本实施例中，所述步骤s30之后还包括：
步骤s40，获取各个所述位置信息关联的时间点，其中，在确定同一个振动源的位置信息时，获取对应的时间点，将所述时间点与所述位置信息关联保存；
步骤s50，根据所述位置信息以及所述时间点生成所述振动源的运动轨迹。
本实施例公开的技术方案中，在得到振动源的定位信息后，将同一个振动源在不同时间点的位置信息与该时间点关联保存，生成振动源的实时位置动态曲线，如此，可通过该曲线对应的运动轨迹知道振动源的运动趋势，还可查询振动源的历史位置信息，若用户丢了贵重物品，则可通过查询历史位置信息增大用户找回丢失物品的概率。此外，还可通过该运动轨迹快速找到迷路的老人和小孩。
此外，本发明实施例还提出一种振动波定位装置，所述振动波定位装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上实施例所述的振动波定位方法的步骤。
此外，本发明实施例还提出一种振动波定位系统，所述振动波定位系统包括多个振动传感器和服务器，其中，所述振动传感器，用于以预设采样频率同步采集信号且所述振动传感器的数量至少为3个；所述服务器，用于控制各个振动传感器以预设采样频率同步采集信号，在接收到所述振动传感器上传的信号数据且所述信号数据为振动波信号时，获取所述振动波信号的采集时刻点以及对应的振动传感器信息，将所述采集时刻点以及对应的振动传感器信息关联保存，再根据各个所述采集时刻点以及关联的振动传感器信息确定产生所述振动波信号的振动源的位置信息。
此外，本发明实施例还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有振动波定位程序，所述振动波定位程序被所述处理器执行时实现如上实施例所述的振动波定位方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，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，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，云端服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。