一种基于无线信标的室内定位系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种一种基于无线信标的室内定位系统和方法。
【背景技术】
[0002]室内定位技术正在成为市场竞争的一个热点，只要能够成功地将室内位置与用户数据或用户感兴趣的信息相结合联系，室内定位必定有非常广阔的应用前景。室内定位将成为移动互联时代的最为重要的入口之一。
[0003]目前主要的室内定位解决方案，主要可分为两大类:无线信标室内定位和惯性导航定位。
[0004]无线信标室内定位:利用在室内布设各种无线设备，通过接收无线信号的强度等信息来定位目标位置。如申请号为CN201510120977的发明专利申请中给出了一种实现无线信标地理位置定位的系统及方法，该系统的无线信标节点以无线方式向移动终端设备传输位置信息，移动终端根据位置信息进行定位。现有的无线信标定位方案有很多种，主要是射频装置不同，目前比较普遍的无线设备主要有WIF1、BLUETOOTH、RFID等。基于IBEAC0N技术的室内定位是一种目前比较流行的无线信标室内定位方案，该方案利用蓝牙4.0协议中新增的低功耗BLE技术，通过内置一个蓝牙4.0芯片的模块做为无线信标，它能够发射和接收2.4G蓝牙信号，从而可以和范围50米内的蓝牙手机进行信息交互，每个信标具有特定的ID及具体位置，手机中的APP可以实时接收信标位置信息，同时可以和云端服务器进行位置信息的交互，同时可以提供现在位置和目标位置的导航服务。基于IBEAC0N技术的的室内定位方案由于具有低功耗的优点，同时手机等移动终端自带接收器，无需增加额外硬件，因此该方案得到了广泛的应用；但是由于无线信号容易被干扰，无线信标安装位置、安装距离与外界环境关系较大，容易造成定位错误，特别是对于机场等层高较高的室内环境，容易造成楼层定位错误。
[0005]惯性导航定位:利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的，由于惯导传感器目前已经成为手机等移动设备的标准配置，利用惯导技术进行室内定位不需要增加任何硬件费用，所以目前该领域应用得到了快速发展。基于MEMS运动传感器的室内定位是一种惯性导航定位方法，由于目前手机等移动设备终端都配置有MEMS运动传感器，利用MEMS运动传感器提供的地磁方向、旋转速率、加速度等传感数据，通过航迹推算算法可以估计运动的方向和距离，从而估计出目标的实时位置。基于MEMS运动传感器的室内定位方法，首先，测量磁传感器的磁场强度，通过与地磁方向比较，可以得到目标的运动航偏角，通过陀螺仪角速度数据积分也可以得到航偏角，通过卡尔曼滤波和互补滤波器降低各自的误差，得到两组航偏角数据加权求和得到最终的航偏角；获得目标的运动方向后，再通过加速度传感器测得系统总体加速度，将总体加速度在运动方向上投影得到目标体实际运动的加速度；最后将加速度信息对时间进行二次积分即可得到目标体在运动方向上的距离，从而实现物体为定位。但是，由于MEMS传感器存在较大的固有误差和随机测量误差等，所以长时间积分会导致较大的累积位置误差，从而导致定位错误。
[0006]如何对现有的室内定位技术进行改进，提高室内定位精度是本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的不足之处，本发明提供一种室内定位系统和方法，有效解决了现有的室内定位技术精度低的问题。
[0008]本发明提供一种室内定位系统，所述系统包括:无线信标系统和移动终端系统；无线信标系统和移动终端系统通过电信号连接；其中，无线信标系统包括至少一个无线信标；无线信标包括:集成了射频模块的主控制器、定位传感器；定位传感器与主控制器通过电信号连接；移动终端系统用于接收所述定位传感器提供的校准数据，并依据所述校准数据实时进行数据校准。
[0009]优选的，所述定位传感器是气压传感器或磁力计。
[0010]优选的，所述室内系统还包括云端服务器系统，移动终端系统和云端服务器系统之间通过网络进行通信。
[0011]优选的，所述无线信标还包括红外传感器，红外传感器与主控制器连接。
[0012]优选的，定位传感器与主控制器通过I2C接口连接，红外传感器与主控制器通过1 口连接。
[0013]本发明还提供了一种基于上述室内定位系统的室内定位方法，
[0014]步骤1、在无线信标覆盖范围内的移动终端系统会接收到一个或多个无线信标的无线信号，移动终端系统中还内置了室内环境的地图；其中，所述无线信号通过如下方式获得:每个无线信标周期性广播发送无线信号；广播的无线信号的内容包括各个无线信标的ID号、无线信号发射功率、集成在无线信标上的气压传感器实测信息以及无线信标实际高度信息；
[0015]步骤2、移动终端系统根据接收到的无线信号中的气压传感器与高度对应变化的参数，结合移动终端自身高度计进行判断，实时进行数据校准。
[0016]步骤3、移动终端系统根据接收到的无线信号的数据以及步骤2校准后的数据，和移动终端系统自身传感器数据相结合，进行定位。
[0017]优选的，所述定位传感器是气压传感器，广播的无线信号的内容包括各个无线信标的ID号、无线信号发射功率、以及此ID信标的实际高度信息、集成在无线信标上的气压传感器实测高度信息。
[0018]优选的，所述步骤I中，每个无线信标利用射频单元周期性广播发送无线信号。
[0019]优选的，所述方法还包括:步骤4、移动终端系统通过网络与云端服务器系统进行交互，所述交互用于云端服务器系统识别移动终端系统具体位置、并推送信息。
[0020]本发明的有益效果是，本申请的室内定位系统和方法中的无线信标不仅可以提供当前无线信标位置信息，还可以通过无线信标上集成的定位传感器，提供当前位置数据和校准数据；无线信标中的主控制器用于接收定位传感器提供的相关信息，并定时广播发送无线信号；移动终端系统接收到无线信号后，先根据校准数据实时完成校准功能，再根据接收到的无线信号的数据、校准后的数据和移动终端系统自身传感器数据相结合，达到精准定位；解决单独信标不稳定，单独惯导累积误差大的问题，提高室内定位的精确度。同时，本发明中通过无线信标上集成红外传感器，只有监测到移动物体，才会启动射频发射单元，从而极大降低设备功耗，减少电池更换频率，从而降低人工物料成本。
【附图说明】
[0021]图1为本发明中的室内定位系统的组成原理图；
[0022]图2为无线信标的组成原理图；
[0023]图3为无线信标的硬件设计图；
[0024]图4为本发明的室内定位方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]本发明主要从无线信标和惯导结合的方法出发，通过增加无线信标发出的信息内容，提供给传感器多种参照系信息，从而解决单独信标不稳定，单独惯导累积误差大的缺点，提高室内定位的精确度。
[0026]本发明的说明书附图中，图1为室内定位系统的组成原理图。本发明的室内定位系统包括:无线信标系统、移动终端系统、云端服务器系统，无线信标系统又包括至少一个无线信标，即无线信标I?无线信标η。无线信标系统和移动终端系统之间通过蓝牙4.0进行通信，移动终端系统和云端服务器系统之间通过WIF1、3G、或4G等网络进行通信。
[0027]图2为无线信标的组成原理图。本发明中的无线信标包括:集成了蓝牙4.0射频模块的主控制器、气压传感器和红外传感器。气压传感器与主控制器通过I2C接口连接，红外传感器与主控制器通过1 口连接。
[0028]图3为无线信标的硬件设计图。无线信标硬件实现包括:CPU模块、2.4G RF射频天线、气压传感器、红外传感器、纽扣电池。
[0029]图4为本发明的室内定位方法的流程图。移动终端系统收到无线信标发送的无线信号后，根据校准数据进行实时校准，根据无线信号、校准数据和自身传感器数据进行定位，并与云端服务器系统进行交互。
[0030]根据本申请的实施例一，本发明提供了一种室内定位系统，该系统包括:无线信标系统、移动终端系统。无线信标系统和移动终端系统之间通过蓝牙4.0进行通信。其中，无线信标系统包括至少一个无线信标；无线信标包括:集成了蓝牙4.0射频模块的主控制器、定位传感器，定位传感器与主控制器通过I2C接口连接。集成了蓝牙4.0射频模块的主控制器，主要实现从传感器接收相关信息，并定时广播发送。定位传感器能够为移动终端系统提供校准数据，无线信标发送的无线信号中包含校准数据，移动终端系统收到无线信号后，先根据校准数据实时进行数据校准，再根据无线信号、校准后的数据、移动终端系统自身传感器数据，得到精确定位结果。
[0031]优选的，所述定位传感器是气压传感器或磁力计、气压计、气压式高度计等。一般的无线信标只会提供自身的ID及相关位置信息；本发明不仅可以提供当前无线信标的位置信息，还可以通过无线信标上集成的压力及磁力计等传感器，提供当前位置的高度数据，同时根据磁力计数据为移动终端系统提供校准数据。由于信标本身位置、高度都是已知数据，所以这些数据就可以作为一个参照系，从而降低定位误差。气压传感器，主要是采集实时高度数据，将实时采集到的高度数据和实际高度数据通过主控制器发送给移动终端系统作为参照系，移动终端系统融合自身传感器数据，可以精确判断当前位置高度，从而解决普通室内定位中容易出现楼层判断错误的定位信息的问题。利用气压计进行高度定位，由于气压与高度的函数也受到天气因素，例如温度和湿度的影响，这些因素会造成气压式高度计的误差。此外，气压式高度计还易出现累计误差等。本发明在使用气压式高度计或气压计对移动终端系统进行高度定位之前，需要对气压计进行校准，但随着室内环境温度，空间的变化，校准数据应该是实时变化的。所以只校准一次仍然不能解决累积误差的问题。本发明中每个无线信标提供的参数中都包含有当前气压计与高度对应变化的参数，然后再结合自身高度计的判断，从而可以实时进行数据校准，得到精准定位。
[0032]优选的，所述室内定位系统还包括云端服务器系统，移动终端系统和云端服务器系统之间通过WIF1、3G、或4G等网络进行通信。云端服务器可以通过识别移动终端的具体位置，推送相关特定信息。
[0033]优选的，所述室内系统的无线信标还包括红外传感器，红外传感器与主控制器通过1 口连接。红