基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方法和系统的制作方法

文档序号:9597640阅读:482来源:国知局
基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方法和系统,属于无线 室内定位领域。
【背景技术】
[0002] 定位技术在人们的工作和日常生活中发挥着日益重要的作用,如车辆导航、建筑 工地管理等,都离不开定位技术的支持。其中,尤其是以GPS的为首的卫星定位技术得到了 极为广泛的应用,然而卫星信号极易受到障碍物的干扰和阻断,在复杂的密集的建筑群,室 内等环境下,时常会出现定位不准,乃至无法定位的现象。因此,需要有其他无线定位技术 在特定条件下辅助或者取代卫星定位。
[0003]目前主要的定位技术有:蓝牙技术,WiFi技术,红外线技术和射频识别技术。其中 红外线技术和射频识别技术都能达到较高的测量精度,但红外线技术抗干扰性很差,只适 合短距离的视距传播。而射频识别技术没有通信能力,还没得到移动设备的支持,使之成为 定位技术瓶颈。作为当今热门的两种技术,蓝牙技术和WiFi技术在室内定位上应用前景非 常好,人们可以通过移动设备进行室内定位,大大提高了可操作性。蓝牙技术与WiFi技术 的原理较为相似,但蓝牙技术的测量精度相对较高。
[0004] 以往的蓝牙设备主要存在功耗高和传输速率低等问题。全新的蓝牙4. 0版本将传 统蓝牙,高速蓝牙和低功耗蓝牙技术合而为一。它集成了高速蓝牙和低功耗蓝牙等优点,低 功耗蓝牙最大特点是拥有超低的运行功耗和待机功耗,可应用于对功耗有严格要求的无线 方案,而且随之智能机的发展将有着更加广泛的领域。
[0005] 目前,多数的无线定位技术都利用了 RSSI测距技术,利用无线信号的功率和距离 的关系来测算信号源和接收端的距离,其中主要的定位方法有两种,即三角测量法和位置 指纹识别法。三角测量法的实施分为如下两个步骤,(1)测得待测目标到三个位置已知的锚 节点的距离;(2)以各锚节点为圆心,以该锚节点到待测目标的距离为半径画三个圆,三个 圆交于一点,计算出交点的坐标。该交点即为待测目标的位置。三角测量法具有设备要求 低、操作简单、计算量小等优点,然而无线信号测距的精度受待测目标与锚节点之间障碍物 的影响很大,尤其是在面积受限,有人员流动的室内定位领域,障碍物的影响尤为显著。因 此,事实证明单独的三角测量法在实时室内定位领域几乎不可用。位置指纹识别法的实施 主要分为离线训练和在线测量两个步骤,其中离线训练阶段,设置合理位置的参考点分布, 分别测得各参考点距离不同锚节点的距离,将各参考点的位置和距离不同锚节点的距离信 息记录在位置指纹数据库中;在线测量阶段,测得待测目标的距离不同锚节点的距离并用 该距离与位置指纹数据库中已有的各参考点的离线训练距离信息进行对比,待测目标的距 离值与数据库中的参考点的离线训练距离信息一致时,待测目标的位置便位于该离线训 练距离信息对应的参考点的位置。位置指纹识别法具有精度高,不受原有环境影响等优点, 然而位置指纹识别法在离线训练阶段的计算量庞大,离线数据库需要保存大量的数据,并 且测量精度有赖于锚节点的数量,当锚节点数量少时位置指纹识别法的测量精度低,为增 大测量的精度而增加锚节点数会极大的提升成本和计算量。此外,位置指纹识别法不能实 现判断障碍物类型和方位的作用。

【发明内容】

[0006] 针对现有技术的上述缺陷,本发明的技术方案提供了基于无线技术的自适应判断 障碍物的室内定位方法和系统,以解决现有技术在有障碍物干扰的情况下无法在室内精确 定位的技术问题。
[0007] 本发明的技术方案解决其问题采取的技术方案是:
[0008] 根据本发明的第一方面,提供了基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方 法,其包括步骤:
[0009] S1,分组设置锚节点和参考点,其中,每个分组中所述锚节点的数量大于等于4,所 述参考点的数量大于等于1 ;
[0010] S2,在离线环境下,基于无线技术测量所述参考点与各所述锚节点之间的距离信 息,建立离线位置数据库;
[0011] S3,在在线环境下,基于无线技术测量所述参考点、目标设备与所述各锚节点之间 的距离信息,并通过比较所述参考点与所述各锚节点的距离信息和所述离线位置数据库, 预判段在线环境中是否有障碍物;
[0012] S4,将步骤S3得到的所述参考点与所述各锚节点之间的距离信息代入障碍补偿 计算,从而计算出所述目标设备的精确的位置信息和障碍物的位置与类型。
[0013] 优选地,步骤S1-S4中,测量所述锚节点、参考点和目标设备之间的距离信息的无 线技术为蓝牙或WIFI ;测量距离信息的方式为基于RSSI测距;所述步骤S2和S3中,分别 多次测量锚节点、参考点和目标设备之间的距离信息,并对上述距离信息测量结果依次做 高斯滤波处理和均值处理,从而减少环境对信号的影响,提高距离测量值的准确性。
[0014] 优选地,在步骤S3中,在步骤S3中,基于无线测距技术在线测得所述目标设备与 所述参考点的距离,根据上述距离选择所述目标设备定位时参考的锚节点组。
[0015] 优选地,当室内环境为矩形平面房间时,在步骤S1中,所述锚节点设置位置贴墙, 且所述各锚节点之间的连线围成的区域覆盖房间,参考点位于各锚节点连线围成的区域 中,所述矩形房间区域内的所述锚节点和所述参考点为一组。
[0016] 优选地,当室内环境为非矩形平面房间时,在步骤S1中,将房间分割为矩形的一 个主体矩形区域和若干个附属区域,在每个区域内锚节点的设置位置贴该区域的边界,且 所述各锚节点之间的连线围成的区域覆盖该区域;所述附属区域内设置参考点,以所述附 属区域和主体矩形区域的公共边为对称轴,在所述主体矩形区域内设置的和所述附属区域 内参考点轴对称的位置设置对应的参考点,每个所述主体矩形区域或附属区域内的所述锚 节点和所述参考点为一组。
[0017] 优选地,当室内环境为复数个房间时,在步骤S1中,每个房间内所述锚节点设置 位置贴墙,且所述各锚节点之间的连线围成的区域覆盖所述房间,所述参考点位于各锚节 点连线围成的区域中,各所述房间区域内的所述锚节点和所述参考点为一组,此外,测量各 房间与其相邻房间垂直于共有墙面的边长,若其中一方边长为另一方边长的两倍及以上, 则以上述共有墙面为对称轴,在上述边长较长的房间内增设与上述边长较短的房间内的参 考点轴对称位置的对应参考点。
[0018] 优选地,当室内环境为非矩形平面房间时,在步骤S1中,在所述主体矩形区域和 所述附属区域的公共边上设置辅助参考点,在步骤S3测量所述辅助参考点距目标设备的 距离,当所述目标设备与所述辅助参考点的距离小于一预设值时,所述目标设备发出边界 盲区警告。
[0019] 根据本发明的第二方面,提供了基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位系 统,其
[0020] 包括有:
[0021] 锚节点,所述锚节点设有无线通信模块,所述锚节点用于测量所述锚节点与后述 参考点和后述目标设备之间的距离,并传输给后述服务器;
[0022] 参考点,所述参考点设有无限通信模块,所述参考点用于建立离线位置数据库和 辅助后述目标设备选择定位的参考点组;
[0023] 目标设备,所述目标设备设有无线通信模块,所述目标设备用于测量所述目标设 备与所述参考点和所述锚节点之间的距离,并将其通过参考点或者直接发送给后服务器, 此外,所述目标设备还可以通过参考点或直接接收后述服务器发出的位置信息;
[0024] 服务器,所述服务器设有无线通信模块,所述服务器用于接收所述锚节点、所述参 考点和所述目标设备之间的距离信息,建立离线位置数据库;计算所述目标设备的在线位 置信息,并将所述在线位置信息进行障碍补偿计算从而得到目标设备的精确的位置信息和 障碍物的位置及类型,
[0025] 其中,若干个所述锚节点和所述参考点分为一组,每个分组包括的所述锚节点的 数量大于等于4,所述参考点的数量大于等于1。
[0026] 优选地,还包括辅助参考点,所述辅助参考点设有无线通信模块,所述辅助参考点 设置在所述参考节点分组之间的公共边上,用于当所述目标设备与所述辅助参考点的距离 小于一预设值时,所述目标设备发出边界盲区警告。
[0027] 优选地,所述锚节点、参考点、目标设备、服务器设有的无线通信模块为蓝牙通信 模块或WIFI通信模块。
[0028] 根据本发明的第三方面,提供了基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位系 统,其包括有:
[0029] 分组模块,分组设置锚节点和参考点,其中,每个分组中所述锚节点的数量大于等 于4,所述参考点的数量大于等于1 ;
[0030] 离线测距模块,在离线环境下测量所述参考点与各所述锚节点之间的距离信息, 建立离线位置数据库;
[0031] 在线测距模块,在在线环境下,测量所述参考点、目标设备与所述各锚节点之间的 距离信息,并通过比较所述参考点
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