室内定位优化方法、装置及室内超声测距系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种室内定位优化方法、装置及室内超声测距系统。该方法包括：获取待定位点与多个锚点之间的测量距离；根据测量距离和锚点的位置坐标计算得到待定位点的多个初始位置坐标；确定多个初始位置坐标分布的最致密区域；根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的最终位置坐标。借助于本发明的技术方案，能够降低室内定位的误差，进而提高室内定位的精度。
【专利说明】
室内定位优化方法、装置及室内超声测距系统
技术领域
[0001] 本发明设及室内定位技术领域，特别是设及一种室内定位优化方法、装置及室内 超声测距系统。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，常见的室内无线定位技术包括:WiFi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、 Zi浊ee和超声波。上述各种定位技术在室内定位时都存在一些问题，例如，针对WiFi定位技 术，Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰， 从而影响其精度。针对蓝牙定位技术，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差， 受噪声信号干扰大。针对红外定位技术，由于红外光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能 视距传播，且容易受其他灯光干扰。针对超声波定位技术，现有的基于超声的室内定位系统 一般是基于=点定位原理来进行定位的，运无法解决超声波在传播过程中的反射问题，尤 其是当超声发射器与接收器之间有障碍物遮挡时，接收器所接收到的对应超声信号不是从 发射器直线过来的，而是经由其他障碍物(如墙壁)反射过来，从而造成所测的距离大大超 过实际距离，最终造成无法定位或定位误差过大。
[0003] 从上面的描述可W知道，现有的室内无线定位技术均存在具有误差、定位不精确， 容易受干扰的问题，因此，目前急需一种能够提高室内定位精确度的技术方案。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术中室内无线定位技术均存在的定位误差大、定位不精确，容易受干 扰的问题，提出了本发明W便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的室内 定位优化方法、装置及室内超声测距系统。
[0005] 本发明提供一种室内定位优化方法，包括：
[0006] 获取待定位点与多个错点之间的测量距离；
[0007] 根据测量距离和错点的位置坐标计算得到待定位点的多个初始位置坐标；
[000引确定多个初始位置坐标分布的最致密区域；
[0009] 根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的最终位置坐标。
[0010] 本发明还提供了一种室内定位优化装置，包括：
[0011] 距离获取模块，用于获取待定位点与多个错点之间的测量距离；
[0012] 初始位置坐标计算模块，用于根据测量距离和错点的位置坐标计算得到待定位点 的多个初始位置坐标；
[0013] 致密区域确定模块，用于确定多个初始位置坐标分布的最致密区域；
[0014] 最终位置坐标确定模块，用于根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的 最终位置坐标。
[0015] 本发明还提供了一种室内超声测距系统，包括上述室内定位优化装置，还包括移 动终端和设置于预定空间中固定位置的多个错点，其中，在预定空间中任一位置发送的超 声波信号均能够直线到达至少3个错点；
[0016] 移动终端包括:超声发射端，用于向错点发送超声波信号；
[0017] 第一射频信号收发装置，用于向错点发射射频信号；
[0018] 控制单元，用于控制超声发射端与第一射频信号收发装置同时向错点发送超声波 信号和射频信号；
[0019]错点包括：
[0020]第二射频信号收发装置，用于接收射频信号；
[0021 ]超声接收端，用于接收超声波信号；
[0022] 计时器，用于获取接收射频信号与超声波信号的时间差；
[0023] 第二射频信号收发装置还用于将时间差发送给第一射频信号收发装置；
[0024] 第一射频信号收发装置还用于将接收到的时间差发送给距离获取模块。
[00巧]本发明有益效果如下：
[0026] 通过排除干扰确定待定位点分布的最致密区域，再从最致密区域中确定待定位点 的最终位置坐标，解决了现有技术中室内无线定位技术均存在的定位误差大、定位不精确， 容易受干扰的问题，能够降低室内定位的误差，进而提高室内定位的精度。
[0027] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予W实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，W下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0028] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0029] 图1是本发明实施例的室内定位优化方法的流程图；
[0030] 图2是本发明实施例的室内定位场景布置的示意图；
[0031] 图3是本发明实施例的3个错点接收到超声波信号的初始位置坐标分布示意图；
[0032] 图4是本发明实施例的5个错点接收到超声波信号的初始位置坐标分布示意图；
[0033] 图5是本发明实施例的6个错点接收到超声波信号的初始位置坐标分布示意图；
[0034] 图6是本发明实施例的确定最致密区域的示意图一；
[0035] 图7是本发明实施例的确定最致密区域的示意图二；
[0036] 图8是本发明实施例的室内定位优化装置的结构示意图；
[0037] 图9是本发明实施例的室内超声测距系统的示意图。
【具体实施方式】
[0038] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开 的示例性实施例，然而应当理解，可W W各种形式实现本公开而不应被运里阐述的实施例 所限制。相反，提供运些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围 完整的传达给本领域的技术人员。
[0039] 为了解决现有技术中室内无线定位技术均存在的定位误差大、定位不精确，容易 受干扰的问题，本发明提供了一种室内定位优化方法、装置及室内超声测距系统，W下结合 附图W及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅 用W解释本发明，并不限定本发明。
[0040] 方法实施例
[0041] 根据本发明的实施例，提供了一种室内定位优化方法，图1是本发明实施例的室内 定位优化方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的室内定位优化方法包括如下处 理：
[0042] 步骤101，获取待定位点与多个错点之间的测量距离。
[0043] 需要说明的是，在室内定位时，一般根据定位测距技术不同，会设置多个不同的错 点进行定位，但并不是设置的每个错点都会参与定位。也就是说，在某次室内定位时，那些 接收到测距信号的错点（例如，在进行超声波定位时，错点就会接收到超声测距信号）或发 送的测距信号被接收到的错点（例如，在进行WiFi定位时，错点就会发射Wifi测距信号）会 参与此次定位，其他的错点不参与此次定位，因此，在计算测量距离，只需要计算待定位点 与多个参与本次测距的错点之间的测量距离即可，无需考虑其他错点。
[0044] 其中，待定位点与多个错点之间的测量距离有可能是待定位点与错点之间的直线 距离，也可能大于待定位点与错点之间的直线距离，大于直线距离的情况有可能是由于测 距信号被反射或遮挡等原因造成的。
[0045] 优选地，在本发明实施例中，可W通过红外线、超声波、射频识别、蓝牙、wifi、 Zi浊ee和超宽带中任一种测距方法获取待定位点与多个错点之间的测量距离。除了上述测 距方法外，本发明实施例的技术方案还适用于其他室内无线测距技术。
[0046] 在使用超声波进行室内测距时，现有技术一般采用=点定位的方式来进行测距， 具体地，一般是根据挑选出的=个错点反馈的测距信息来建立=个方程，通过联立=个方 程来计算待定位点的最终位置坐标。但是，使用运种方法得到的最终位置坐标有可能是不 准确的，因为计算待定位点与=个错点之间的距离有可能是直线距离，也有可能是测距信 号经过反射而造成所测的距离大大超过实际距离，因此，选择的=个坐标位置就有可能是 不准确的，从而造成最终位置坐标有可能是不准确的。
[0047] 在使用超声波进行室内测距时，为了得到更加精准的定位，需要在预定空间中设 置多个错点(超声接收端），并且能够保证在预定空间中任一位置发送的超声波信号均能够 直线到达至少3个错点，也就是说，只要在场景内布设足够多个错点，保证在任意待定位点 (超声发射端位置)发射超声波时，超声波都能够无障碍地(直线）到达至少=个错点，就可 W在处理错点接收到的超声波信号时，有效的过滤那些经过反射间接到达的超声波信号， 只使用从超声发射端直线到达的超声波信号进行定位。从而降低了定位结果的波动性，提 高了定位精度。
[0048] 具体地，在布设场景时，超声发射端置于移动终端(待定位点）的顶部，W减少移动 终端自身对超声的遮挡，室内定位场景内布设多个超声接收端（即错点），错点位置的=维 坐标信息已知，一般采用壁挂式贴在墙壁较高的位置或采用吊顶式贴在天花板上，W尽量 减少障碍物的遮挡，如图2所示，布设有五个错点。在布设错点时，需要保证超声发射端在给 定区域内任何一个位置发射超声波信号时，发出的超声波信号至少能够直线到达3个超声 接收端。此外，在本发明实施例中，超声发射端和各超声接收端均设置有一个射频信号收发 装置。
[0049] 在利用超声波测距时，步骤101具体包括如下处理：
[0050] 获取由待定位点同时发射的射频信号和超声波信号从待定位点到各个错点所耗 费的时间差；
[0051] 根据时间差、射频信号的传播速度、W及超声波信号的传播速度确定待定位点与 各个错点之间的=维测量距离。
[0052] 在本发明实施例中，如果测量距离为S维测量距离，则得到的初始位置坐标和最 终位置坐标均为=维坐标。
[0053] 优选地，本发明实施例还可W将=维测量距离转换为二维测量距离，如果测量距 离为二维测量距离，则得到的初始位置坐标和最终位置坐标均为二维坐标。二维测量距离 通过W下方式获取:获取待定位点与多个错点之间的=维测量距离;获取错点与待定位点 的高度差;根据高度差将=维测量距离转换为二维测量距离。
[0054] 下面W超声波为例，详细说明如何计算二维测量距离。
[0055] 在进行超声波定位时，超声波信号和同步的射频信号由待定位点同时发出，同步 的射频信号W光速Vl传播，用来通知超声接收端开始等待接收从超声发射端过来的超声波 信号。假设射频信号和超声波信号从超声发射端传输到超声接收端耗时分别为tl，t2;超声 波信号在空气中的传播速度为v2。那么超声接收端可通过计算确定接收到射频信号与超声 信号的时间间隔（即上述时间差），再将时间间隔与射频信号、超声波信号的速度进行处理， 可W得到超声发射器端与接收端的=维测量距离
[0056] 由于各错点的高度已知，超声发射端的高度也已知，因此可根据高度差Ah将=维 测量距离S转换为二维测量距离d: >
[0057] 使用二维测量距离可W大大减少计算量。W下为了简单起见，均采用二维测量距 离，此时所有的位置坐标也为二维。
[0058] 需要说明的是，通过上面运种计算方式获得的测量距离有可能是超声经过反射的 距离值(大于实际值）。所W需要对获得的超声发射端与各超声接收端的二维/ =维测量距 离进行过滤，选取超声波收发端直线无障碍连接的二维/=维平面距离用于定位。
[0059] 步骤102,根据测量距离和错点的位置坐标计算得到待定位点的多个初始位置坐 标。
[0060] 下面W超声波为例，对步骤102进行详细说明。
[0061] 如图2所示，假设有S个错点直线接收到了从待定位点发送的超声波信号，该S个 错点的二维位置坐标分别为(別，71)、^2,72)、（记，73)，也就是图3中的^个圆的圆屯、的位 置，待定位点的二维位置坐标为(x，y)，那么根据平面两点间的距离公式可得=个方程：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中，di、d2、d3是待定位点与3个错点之间的二维测量距离，即，分别是图3中S个 圆的半径。
[0066] 如图3所示，山、Cb、Cb=个方程两两联立可得=组解，共六个，其中每一组为两圆圈 相交的两个交点的坐标，得到的六个解即为待定位点的多个初始位置坐标。
[0067] 步骤103,确定多个初始位置坐标分布的最致密区域。
[0068] 具体地，如图3所示，待定位点的坐标应该是在图中屯、的=个点附近，也就是在图 中圆相交点最致密的区域附近。
[0069] 如果接收到超声波信号的错点更多一些，且超声波信号都是从超声发射端直线传 输到超声接收端，如图4所示，有5个错点接收到超声波信号，那么5个方程两两联立可得多 个解，且待定位点一定仍落在图中最致密处附近。
[0070] 假设在图4的基础上还有另一个错点接收到超声波信号，如图5所示，但所接收到 的超声波信号在传播的途中经过了反射，那么计算出来的新解的坐标点一定是偏离致密区 域的，因为经反射过后，计算得到的距离大于实际距离，如图5中直径最大的圆与其他直径 较小的圆的交点即为偏离的坐标点。所W，取所有解分布的最致密区域作为待定位的坐标 值就相当于间接过滤了非直线过来的超声信号。
[0071] 因此对于多个错点接收到超声波信号的情况下，无论超声波在传播的过程中有无 经过反射，只要找到所有方程两两联立所得的所有解分布的最致密区域，就可W认为该最 致密区域就是待测点出现最大概率的区域。
[0072] 在步骤103中，确定多个初始位置坐标分布的最致密区域具体包括：
[0073] 计算待定位点的多个初始位置坐标中任一初始位置坐标到其他初始位置坐标距 离的累加值，确定累加值最小的预定个数的初始位置坐标所围成的区域为最致密区域。其 中，预定个数可W为3。
[0074] 具体地，假设一共有n个点（初始位置坐标），则任意一初始位置坐标(Xi，yi)到其 它所有点距离的累加值Di的算法如下：
[0075]
[0076] 例如图6与图7所示，因为图7中的测量起始点更靠近所有解分布的最致密区域，所 W图7中的五条箭头长度之和要小于图6中的五条箭头的长度之和。
[0077] 步骤104,根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的最终位置坐标。
[0078] 在步骤104中根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的最终位置坐标可 W采用下面=种方式之一进行：
[0079] 方式一:将最致密区域的质屯、作为待定位点的最终位置坐标。
[0080] 方式二:选择最致密区域中累加值最小的两个初始位置坐标，将两个初始位置坐 标的中屯、作为待定位点的最终位置坐标。
[0081] 方式选择最致密区域中累加值最小的一个初始位置坐标，将该初始位置坐标 作为待定位点的最终位置坐标。
[0082] 下面W方式一为例，进行详细说明。
[0083] 具体地，取解分布的最致密区域的质屯、的坐标作为待定位点的坐标。假设围成最 致密区域的S个点的坐标为分别为：^1，7。、（幻，7如、（浊，71〇，则待定位点的最终二维位 置坐标(x，y)为：
[0084] 本发明实施例的技术方案通过将计算出来的所有解的最致密区域作为待测定点 的位置坐标，有效排除了室内定位技术在定位时的干扰，最终所计算出来的位置坐标值比 较稳定，可W用来作为定位的依据。
[0085] 针对超声定位，现有的基于超声的室内定位技术适合场景比较空旷，障碍物比较 少的情况，运样超声发射器发出的超声信号可W直线传送到超声接收器，因此只需要采用 =点定位方法就可W获得比较准确的待测点位置。而一旦场景比较复杂，障碍物比较多的 时候，现有的室内定位方案就不适用了。而本发明实施例的技术方案通过统计所有接收到 超声波信号的数据，找出待定位点可能出现的概率最大的区域，可W有效消除超声波反射 情况的影响，而且可W通过多布点的方法来提高定位的稳定性和精度。
[0086] 装置实施例
[0087] 根据本发明的实施例，提供了一种室内定位优化装置，图8是本发明实施例的室内 定位优化装置的结构示意图，如图8所示，根据本发明实施例的室内定位优化装置包括:距 离获取模块80、初始位置坐标计算模块82、致密区域确定模块84、W及最终位置坐标确定模 块86, W下对本发明实施例的各个模块进行详细的说明。
[0088] 距离获取模块80,用于获取待定位点与多个错点之间的测量距离。其中，待定位点 与多个错点之间的测量距离有可能是待定位点与错点之间的直线距离，也可能大于待定位 点与错点之间的直线距离，大于直线距离的情况有可能是由于测距信号被反射或遮挡等原 因造成的。
[0089] 优选地，在本发明实施例中，距离获取模块80可W通过红外线、超声波、射频识别、 蓝牙、wifi、Zi浊ee和超宽带中任一种测距方法获取待定位点与多个错点之间的测量距离。 除了上述测距方法外，本发明实施例的技术方案还适用于其他室内无线测距技术。
[0090] 在利用超声波测距时，距离获取模块80具体包括如下处理：
[0091] 获取由待定位点同时发射的射频信号和超声波信号从待定位点到各个错点所耗 费的时间差；
[0092] 根据时间差、射频信号的传播速度、W及超声波信号的传播速度确定待定位点与 各个错点之间的=维测量距离。
[0093] 在本发明实施例中，如果测量距离为S维测量距离，则得到的初始位置坐标和最 终位置坐标均为=维坐标。
[0094] 优选地，距离获取模块80还可W将=维测量距离转换为二维测量距离，如果测量 距离为二维测量距离，则得到的初始位置坐标和最终位置坐标均为二维坐标。二维测量距 离通过W下方式获取:获取待定位点与多个错点之间的=维测量距离;获取错点与待定位 点的高度差;根据高度差将=维测量距离转换为二维测量距离。
[00M]下面W超声波为例，详细说明距离获取模块80如何计算二维测量距离。
[0096]在进行超声波定位时，超声波信号和同步的射频信号由待定位点同时发出，同步 的射频信号W光速Vl传播，用来通知超声接收端开始等待接收从超声发射端过来的超声波 信号。假设射频信号和超声波信号从超声发射端传输到超声接收端耗时分别为tl，t2;超声 波信号在空气中的传播速度为v2。那么超声接收端可通过计算确定接收到射频信号与超声 信号的时间间隔（即上述时间差），再将时间间隔与射频信号、超声波信号的速度进行处理， 可W得到超声发射器端与接收端的=维测量距育
[0097] 由于各错点的高度已知，超声发射端的高度也已知，因此可根据高度差Ah将=维 测量距离S转换为二维测量距离d:
[0098] 使用二维测量距离可W大大减少计算量。W下为了简单起见，均采用二维测量距 离，此时所有的位置坐标也为二维。
[0099] 需要说明的是，通过上面运种计算方式获得的测量距离有可能是超声经过反射的 距离值(大于实际值）。所W需要对获得的超声发射端与各超声接收端的二维/ =维测量距 离进行过滤，选取超声波收发端直线无障碍连接的二维/=维平面距离用于定位。
[0100] 初始位置坐标计算模块82,用于根据测量距离和错点的位置坐标计算得到待定位 点的多个初始位置坐标。
[0101] 下面W超声波为例，对初始位置坐标计算模块82的处理进行详细说明。
[0102] 如图2所示，假设有=个错点直线接收到了从待定位点发送的超声波信号，该=个 错点的二维位置坐标分别为(別，71)、^2,72)、（记，73)，也就是图3中的^个圆的圆屯、的位 置，待定仿点的二维仿晉坐标为(X.V).那么根据平面两点间的距离公式可得S个方程：
[0103]
[0104]
[0105]
[0106] 其中，di、d2、d3是待定位点与3个错点之间的二维测量距离，即，分别是图3中立个 圆的半径。
[0107] 如图3所示，山、Cb、Cb=个方程两两联立可得=组解，共六个，其中每一组为两圆圈 相交的两个交点的坐标，得到的六个解即为待定位点的多个初始位置坐标。
[0108] 致密区域确定模块84,用于确定多个初始位置坐标分布的最致密区域。
[0109] 具体地，如图3所示，致密区域确定模块84可W确定待定位点的坐标应该是在图中 屯、的=个点附近，也就是在图中圆相交点最致密的区域附近。
[0110] 如果接收到超声波信号的错点更多一些，且超声波信号都是从超声发射端直线传 输到超声接收端，如图4所示，有5个错点接收到超声波信号，那么5个方程两两联立可得多 个解，且待定位点一定仍落在图中最致密处附近。
[0111] 假设在图4的基础上还有另一个错点接收到超声波信号，如图5所示，但所接收到 的超声波信号在传播的途中经过了反射，那么计算出来的新解的坐标点一定是偏离致密区 域的，因为经反射过后，计算得到的距离大于实际距离，如图5中直径最大的圆与其他直径 较小的圆的交点即为偏离的坐标点。所W，取所有解分布的最致密区域作为待定位的坐标 值就相当于间接过滤了非直线过来的超声信号。
[0112] 因此对于多个错点接收到超声波信号的情况下，无论超声波在传播的过程中有无 经过反射，只要找到所有方程两两联立所得的所有解分布的最致密区域，就可W认为该最 致密区域就是待测点出现最大概率的区域。
[0113] 致密区域确定模块84具体包括如下处理：
[0114] 计算待定位点的多个初始位置坐标中任一初始位置坐标到其他初始位置坐标距 离的累加值，确定累加值最小的预定个数的初始位置坐标所围成的区域为最致密区域。其 中，预定个数可W为3。
[0115] 具体地，假设一共有n个点（初始位置坐标），则任意一初始位置坐标(Xi，yi)到其 它所有点距离的累加值Di的算法如下：
[0116]
。
[0117] 例如图6与图7所示，因为图7中的测量起始点更靠近所有解分布的最致密区域，所 W图7中的五条箭头长度之和要小于图6中的五条箭头的长度之和。
[0118] 最终位置坐标确定模块86,用于根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点 的最终位置坐标。
[0119] 最终位置坐标确定模块86根据最致密区域中的初始位置坐标确定待定位点的最 终位置坐标可W采用下面=种方式之一进行：
[0120] 方式一:将最致密区域的质屯、作为待定位点的最终位置坐标。
[0121] 方式二:选择最致密区域中累加值最小的两个初始位置坐标，将两个初始位置坐 标的中屯、作为待定位点的最终位置坐标。
[0122] 方式选择最致密区域中累加值最小的一个初始位置坐标，将该初始位置坐标 作为待定位点的最终位置坐标。
[0123] 下面W方式一为例，进行详细说明。
[0124] 具体地，最终位置坐标确定模块86取解分布的最致密区域的质屯、的坐标作为待定 位点的坐标。假设围成最致密区域的S个点的坐标为分别为：（Xi，y i)、（ X j，y j)、（ Xk，yk)， 则待定位点的最终二维位置坐标(X，y)为：
[0125] 综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，通过排除干扰确定待定位点分布的 最致密区域，再从最致密区域中确定待定位点的最终位置坐标，解决了现有技术中室内无 线定位技术均存在具有误差、定位不精确，容易受干扰的问题，能够降低室内定位的误差， 进而提高室内定位的精度。
[0126] 系统实施例
[0127] 根据本发明的实施例，提供了一种室内超声测距系统，图9是本发明实施例的室内 超声测距系统的示意图，如图9所示，根据本发明实施例的室内超声测距系统具体包括:上 述装置实施例中的室内定位优化装置90，还包括移动终端92和设置于预定空间中固定位置 的多个错点94,其中，在预定空间中任一位置发送的超声波信号均能够直线到达至少3个错 点94, W下结合附图，对本发明实施例的上述各个模块进行详细说明。
[01%]在使用超声波进行室内测距时，现有技术一般采用=点定位的方式来进行测距， 具体地，一般是根据挑选出的=个错点反馈的测距信息来建立=个方程，通过联立=个方 程来计算待定位点的最终位置坐标。但是，使用运种方法得到的最终位置坐标有可能是不 准确的，因为计算待定位点与=个错点之间的距离有可能是直线距离，也有可能是测距信 号经过反射而造成所测的距离大大超过实际距离，因此，选择的=个坐标位置就有可能是 不准确的，从而造成最终位置坐标有可能是不准确的。
[0129] 在使用超声波进行室内测距时，为了得到更加精准的定位，需要在预定空间中设 置多个错点94,并且能够保证在预定空间中任一位置发送的超声波信号均能够直线到达至 少3个错点94,也就是说，只要在场景内布设足够多个错点，保证在任意待定位点发射超声 波时，超声波都能够无障碍地(直线巧Ij达至少S个错点94,就可W在处理错点接收到的超 声信号时，有效的过滤那些经过反射间接到达的超声波信号，只使用从超声发射端直线到 达的超声波信号进行定位。从而降低了定位结果的波动性，提高了定位精度。
[0130] 具体地，在布设场景时，超声发射端置于移动终端92(待定位点）的顶部，W减少移 动终端92自身对超声的遮挡，室内定位场景内布设多个错点94,错点94位置的=维坐标信 息已知，一般采用壁挂式贴在墙壁较高的位置或采用吊顶式贴在天花板上，W尽量减少障 碍物的遮挡，如图2所示，布设有五个错点94。在布设错点94时，需要保证移动终端92在给定 区域内任何一个位置发射超声时，发出的超声至少能够直线到达3个错点94。在本发明实施 例中，移动终端92上还设置有一个第一射频信号收发装置，错点94上设置有一个超声接收 端和一个第二射频信号收发装置。
[0131] 室内定位优化装置90已经在上述装置实施例中进行了详细说明，在此不再寶述。 W下仅对移动终端92和错点94进行说明。
[0132] 移动终端92包括：
[0133] 超声发射端920,用于向错点94发送超声波信号。
[0134] 第一射频信号收发装置922,用于向错点94发射射频信号。
[0135] 控制单元924,用于控制超声发射端920与第一射频信号收发装置922同时向错点 94发送超声波信号和射频信号。
[0136] 第一射频信号收发装置922还用于将接收到的时间差发送给室内定位优化装置90 的距离获取模块。
[0137] 优选地，移动终端92可W为智能机器人。
[013引错点94包括：
[0139] 第二射频信号收发装置940,用于接收射频信号。
[0140] 超声接收端942,用于接收超声波信号。
[0141] 计时器944,用于获取接收射频信号与超声波信号的时间差。
[0142] 第二射频信号收发装置940还用于将时间差发送给第一射频信号收发装置922。
[0143] 优选地，在本发明实施例中，室内定位优化装置90可W设置在移动终端92上，也可 W单独设置于一台独立的服务器上。
[0144] 综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，通过排除干扰确定待定位点分布的 最致密区域，再从最致密区域中确定待定位点的最终位置坐标，解决了现有技术中室内无 线定位技术均存在具有误差、定位不精确，容易受干扰的问题，能够降低室内定位的误差， 进而提高室内定位的精度。
[0145] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。运样，倘若本发明的运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含运些改动和变型在内。
[0146] 在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。 各种通用系统也可W与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造运类系统所要求 的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可W利用各种 编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发 明的最佳实施方式。
[0147] 在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施 例可W在没有运些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构 和技术，W便不模糊对本说明书的理解。
[0148] 类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在 上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施 例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保 护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面 的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此， 遵循【具体实施方式】的权利要求书由此明确地并入该【具体实施方式】，其中每个权利要求本身 都作为本发明的单独实施例。
[0149] 本领域那些技术人员可W理解，可W对实施例中的客户端中的模块进行自适应性 地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个客户端中。可W把实施例中的模块 组合成一个模块，W及此外可W把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了运样的特 征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可W采用任何组合对本说明书(包括 伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征W及如此公开的任何方法或者客户端的 所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附 图）中公开的每个特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0150] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的 范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任 意之一都可WW任意的组合方式来使用。
[0151] 本发明的各个部件实施例可W W硬件实现，或者W在一个或者多个处理器上运行 的软件模块实现，或者W它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可W在实践中使用 微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的加载有排序网址的客户端 中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可W实现为用于执行运里所描述的 方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品）。运样 的实现本发明的程序可W存储在计算机可读介质上，或者可W具有一个或者多个信号的形 式。运样的信号可W从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者W任何其他形 式提供。
[0152] 应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域 技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不 应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词"包含"不排除存在未列 在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词"一"或"一个"不排除存在多个运样的元 件。本发明可W借助于包括有若干不同元件的硬件W及借助于适当编程的计算机来实现。 在列举了若干装置的单元权利要求中，运些装置中的若干个可W是通过同一个硬件项来具 体体现。单词第一、第二、W及第=等的使用不表示任何顺序。可将运些单词解释为名称。
【主权项】
1. 一种室内定位优化方法，其特征在于，包括： 获取待定位点与多个锚点之间的测量距离； 根据所述测量距离和所述锚点的位置坐标计算得到所述待定位点的多个初始位置坐 标； 确定所述多个初始位置坐标分布的最致密区域； 根据所述最致密区域中的初始位置坐标确定所述待定位点的最终位置坐标。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过红外线、超声波、射频识别、蓝牙、wif i、 ZigBee和超宽带中任一种测距方法获取待定位点与多个锚点之间的测量距离。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过超声波的测距方法获取待定位点与多个 锚点之间的测量距离，在预定空间中任一位置发送的超声波信号均能够直线到达至少3个 锚点，所述测距方法包括： 获取由待定位点同时发射的射频信号和超声波信号从所述待定位点到各个锚点所耗 费的时间差； 根据所述时间差、所述射频信号的传播速度、以及所述超声波信号的传播速度确定所 述待定位点与各个锚点之间的三维测量距离。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量距离为三维测量距离，所述初始位 置坐标为三维坐标，所述最终位置坐标为三维坐标。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量距离为二维测量距离，所述初始位 置坐标为二维坐标，所述最终位置坐标为二维坐标。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述二维测量距离通过以下方式获取： 获取待定位点与多个锚点之间的三维测量距离； 获取所述锚点与待定位点的高度差； 根据所述高度差将所述三维测量距离转换为二维测量距离。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个初始位置坐标分布的最致密区 域具体包括： 计算所述待定位点的多个初始位置坐标中任一初始位置坐标到其他初始位置坐标距 离的累加值，确定累加值最小的预定个数的初始位置坐标所围成的区域为所述最致密区 域。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定个数为3。9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述最致密区域中的初始位置坐标确定 所述待定位点的最终位置坐标具体包括： 将所述最致密区域的质心作为所述待定位点的最终位置坐标。10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述最致密区域中的初始位置坐标确 定所述待定位点的最终位置坐标具体包括： 选择所述最致密区域中累加值最小的两个初始位置坐标，将所述两个初始位置坐标的 中心作为所述待定位点的最终位置坐标。11. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述最致密区域中的初始位置坐标确 定所述待定位点的最终位置坐标具体包括： 选择所述最致密区域中累加值最小的一个初始位置坐标，将该初始位置坐标作为所述 待定位点的最终位置坐标。12. -种室内定位优化装置，其特征在于，具体包括： 距离获取模块，用于获取待定位点与多个锚点之间的测量距离； 初始位置坐标计算模块，用于根据所述测量距离和所述锚点的位置坐标计算得到所述 待定位点的多个初始位置坐标； 致密区域确定模块，用于确定所述多个初始位置坐标分布的最致密区域； 最终位置坐标确定模块，用于根据所述最致密区域中的初始位置坐标确定所述待定位 点的最终位置坐标。13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述距离获取模块具体用于:通过红外线、 超声波、射频识别、蓝牙、wifi、ZigBee和超宽带中任一种测距方法获取待定位点与多个锚 点之间的测量距离。14. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述距离获取模块具体用于： 获取由待定位点同时发射的射频信号和超声波信号从所述待定位点到各个锚点所耗 费的时间差； 根据所述时间差、所述射频信号的传播速度、以及所述超声波信号的传播速度确定所 述待定位点与各个锚点之间的三维测量距离。15. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述测量距离为三维测量距离，所述初始 位置坐标为三维坐标，所述最终位置坐标为三维坐标。16. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述测量距离为二维测量距离，所述初始 位置坐标为二维坐标，所述最终位置坐标为二维坐标。17. 如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述距离获取模块具体用于:通过以下方 式获取所述二维测量距离： 获取待定位点与多个锚点之间的三维测量距离； 获取所述锚点与待定位点的高度差； 根据所述高度差将所述三维测量距离转换为二维测量距离。18. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述致密区域确定模块具体用于:计算所 述待定位点的多个初始位置坐标中任一初始位置坐标到其他初始位置坐标距离的累加值， 确定累加值最小的预定个数的初始位置坐标所围成的区域为所述最致密区域。19. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述预定个数为3。20. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述最终位置坐标确定模块具体用于:将 所述最致密区域的质心作为所述待定位点的最终位置坐标。21. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述最终位置坐标确定模块具体用于:选 择所述最致密区域中累加值最小的两个初始位置坐标，将所述两个初始位置坐标的中心作 为所述待定位点的最终位置坐标。22. 如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述最终位置坐标确定模块具体用于:选 择所述最致密区域中累加值最小的一个初始位置坐标，将该初始位置坐标作为所述待定位 点的最终位置坐标。23. -种室内超声测距系统，其特征在于，包括如权利要求12至22中任一项所述的室内 定位优化装置，还包括移动终端和设置于预定空间中固定位置的多个锚点，其中，在预定空 间中任一位置发送的超声波信号均能够直线到达至少3个锚点； 所述移动终端包括:超声发射端，用于向所述锚点发送超声波信号； 第一射频信号收发装置，用于向所述锚点发射射频信号； 控制单元，用于控制所述超声发射端与所述第一射频信号收发装置同时向所述锚点发 送超声波信号和射频信号； 所述锚点包括： 第二射频信号收发装置，用于接收射频信号； 超声接收端，用于接收所述超声波信号； 计时器，用于获取接收所述射频信号与所述超声波信号的时间差； 所述第二射频信号收发装置还用于将所述时间差发送给所述第一射频信号收发装置； 所述第一射频信号收发装置还用于将接收到的所述时间差发送给所述距离获取模块。24. 如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述室内定位优化装置设置在所述移动终 端上。25. 如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述移动终端为智能机器人。
【文档编号】G01S5/30GK105954722SQ201610264147
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】杨卫明, 江屹斌, 刘鸣, 朱频频
【申请人】上海智臻智能网络科技股份有限公司