一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法与流程

本发明属于定位技术领域，具体涉及一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法，利用低功耗低成本无线通信技术快速创建自身不携带全球定位系统模块的信标节点的经纬度坐标。

背景技术：

卫星定位技术作为目前比较成熟的定位技术，虽然具有定位精度高(10米以内)、观测时间短、测站间无须通视、适应性强等优点，但其缺点是卫星定位只适用于地域空旷处。一旦到了室内等遮蔽物过多的地方，由于卫星信号强度衰减太快，卫星定位经常性无法正常使用，如地铁，飞机场，大型超市，森林等。故在某些卫星定位技术无法起到作用的区域内，需要利用其它的方式进行辅助定位。另一方面，由于成本、功耗等限制，全球定位芯片并不能集成在所有无线节点中。无线节点的位置提供数据空间属性，因此无线节点的定位需求是十分迫切的。

目前典型无线定位技术主要使用蓝牙，wifi，zigbee，以及一些私有频段的无线技术。除此之外的定位方式，还有地磁定位，超声波定位，激光定位和计算机视觉定位等。其中，地磁定位技术难度较大，指纹库的维护成本高；超声波定位、激光定位、超宽带设备要求相对较高、成本较高，且不适用于大规模定位应用。计算机视觉定位需要进行图像处理与场景分析，计算资源消耗大，适合局部高精度定位使用。事实上，蓝牙、wifi、zigbee等常见的无线技术已广泛应用于生产生活中，成为物联网、无线传感网络、无线信息推送等主流通信技术。同时，无线定位技术也是当前主流的辅助定位手段。因此，可以融合无线技术的无线通信和无线定位功能，实现一套系统多种功用，将极大地降低系统建维成本，提高系统利用效能。在组建完无线通信网络后，需要确定各个无线节点的空间位置坐标，各个节点可以作为外来无线节点定位的信标节点。目前，有结合全球定位系统和无线三边定位的方式，无线三边定位在实际复杂多变的应用环境中，可能存在多径传播、障碍物阻挡衰减、非视距等问题，因此其定位精度不高而且很难进行算法优化。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法，具体涉及的是一种结合无线通信和全球定位系统的利用mds算法来自动计算定位信标点坐标的系统及方法，

定位系统包括信标节点、定位锚点、网关节点和系统服务器，其中，

所述信标节点用于构成覆盖一定区域的无线网络，该区域内的定位锚点、信标节点和网关节点构成该无线网络的所有无线节点，信标节点将自身专属id和周围各无线节点之间的rssi值传输至网关节点；

所述定位锚点用于定位经纬度坐标，并将自身专属id、经纬度坐标和周围无线节点之间的rssi强度值传输至网关节点；

所述网关节点用于收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属id和各无线节点之间的rssi强度值，并计算相对位置坐标，将相对位置坐标上传至系统服务器；或者，网关节点直接将收集的信息上传至系统服务器；

针对网关节点已经进行相关位置坐标计算的情况，系统服务器根据已知的定位锚点全球经纬度坐标，将信标节点相对位置坐标转换为全球经纬度坐标，并将得到的各信标节点坐标存储于系统服务器。针对网关节点直接上传所有节点信息的情况，系统服务器完成相关位置坐标计算，接着完成信标节点经纬度坐标转换和存储。

相关位置坐标计算主要包括两个计算步骤：(1)根据各节点之间测得的rssi值，计算所有节点之间的距离，从而建立整个区域内所有节点的距离矩阵d，其中未知节点之间距离可以设置一个统一的初始值。(2)根据距离矩阵d，利用mds算法即可得到所有节点之间的相对位置坐标。

采用上述定位系统进行定位的方法包括：

s1，通过定位锚点获取经纬度坐标和周围无线节点之间的rssi值，并将定位锚点的经纬度坐标、自身专属id和rssi值传输至网关节点；

s2，通过信标节点获取周围无线节点之间的rssi值，并将该rssi值和信标节点的专属id传输至网关节点；

s3，通过网关节点收集定位锚点的经纬度坐标和所有无线节点的专属id和各无线节点之间的rssi值，并上传至系统服务器；或者，网关节点计算相对位置坐标，将相对位置坐标上传至系统服务器；

s4，针对网关节点已经进行相关位置坐标计算的情况，系统服务器根据已知的定位锚点全球经纬度坐标，将信标节点相对位置坐标转换为全球经纬度坐标，并将得到的各信标节点坐标存储于系统服务器。针对网关节点直接上传所有节点信息的情况，系统服务器完成相关位置坐标计算，接着完成信标节点经纬度坐标转换和存储。

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明结合无线通信和全球定位技术并利用mds算法对信标节点进行快速自动定位，借助大量携带了无线模块的低成本设备，结合系统服务器的高性能数据处理和大容量数据存储能力，提高了定位的速度、精度、灵活性，降低了整个系统的成本。

附图说明

图1为本发明系统的实施例的系统框图；

图2为本发明系统基于mds定位的无线连接图；

图3为本发明系统的室内实施例的实际框图；

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。其中，图中的定位锚点、信标节点、网关节点的数量均不能代表实际情况下的具体数量。

图1为本发明系统实施例的系统框图，该系统包括定位锚点，信标节点，无线网络，网关节点，系统服务器和外来节点。

其中，系统中的定位锚点，本身携带了全球定位系统模块和无线通信模块。该锚点通常放在较为空旷的室外，易于接收卫星信号，得到较为准确的全球经纬度坐标。定位锚点通过无线通信将自身专属id，与周围无线节点之间的rssi强度值以及自身经纬度坐标等数据信息传输至离该节点最近的网关节点。

信标节点，自身集成了无线通信模块，体积较小，天线较短，可以放置在任何一个角落，构成覆盖广泛区域的无线网络。该区域内所有的定位锚点、信标节点和网关节点构成无线网络的所有无线节点。定位锚点和信标节点需要把与周围各无线节点之间的rssi值、专属id以及其它重要数据传送至网关节点。

网关节点，收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属id和rssi相关数据，并根据自身计算性能，可以进行相关位置坐标计算，也可以直接将所有信息上传至系统服务器。其中，相关位置坐标计算主要包括两个计算步骤：

(1)根据各节点之间测得的rssi值，计算所有节点之间的距离，从而建立整个区域内所有节点的距离矩阵d，其中未知节点之间距离可以设置一个统一的初始值。

(2)根据距离矩阵d，利用mds算法即可得到所有节点之间的相对位置坐标，其结构示意图如图2所示。这两个计算步骤可以由性能较好的网关节点完成，也可以由系统服务器完成。

系统服务器，根据定位锚点的全球经纬度坐标将各无线节点(主要是信标节点)的相对位置坐标转换得到全球经纬度坐标。最后将各无线节点id和其对应经纬度坐标储存到系统服务器。

外来节点，进入无线网络的覆盖范围后，即可借助本身安装的无线通信模块，与信标节点进行交互，将信标节点的经纬度坐标作为参考坐标，如图2所示，根据外来节点点此时周边信标节点的数量多寡，所处环境的复杂度，选取最合适的定位方式获得该外来节点的全球经纬度坐标。

在本实施例中，若在室内照明区域，则信标节点通常可以与led光源结合在一起，有利于节省空间且不易被发现，如图3所示。通过定位锚点和集成信标节点的led组成覆盖整个区域的无线网络，手机等自身配置无线通信模块的设备，不需要任何改动便能在这个系统中被快速定位。在遥控器、钥匙串、吸尘器等设备上配置无线通信模块，即可被快速定位，节省寻找时间，防止物品丢失。

本领域技术人员可显见，本发明上述概述并不意味着阐述了本发明的每一个示例性的实施例或每一种实施方式，容易对本发明进行各种修改和形式替换而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改、替换及其等同形式。